基于半定量法的小尺度大气污染溯源方法技术

基于半定量法的小尺度大气污染溯源方法，属于大气污染防治与溯源技术领域。包括：建立研究区域排放源信息数据库；获取研究区域监测站点的连续监测数据，确定目标站点以及研究时刻；使用污染物浓度时序特征雷达图进行“定性”分析，确定主要排放源类型；基于半定量方法进行“定域”分析，确定污染来源区域；基于“定性”和“定域”分析结果，结合排放源信息数据库获取溯源结果。本发明专利技术可极大提升小尺度大气污染溯源的速度，为小尺度大气污染综合管控提供技术支撑，有效改善空气质量。有效改善空气质量。有效改善空气质量。

【技术实现步骤摘要】
基于半定量法的小尺度大气污染溯源方法


[0001]本专利技术属于大气污染防治与溯源
，具体而言，涉及一种基于半定量法的小尺度大气污染溯源方法。

技术介绍

[0002]大气污染对人类健康和社会发展有重要的负面影响，实施区域、城市宏观管控措施，空气质量明显改善，但环境问题依然严峻。随着管控措施的实施，污染减排潜力大幅下降、成本急剧上升。小尺度空气质量管控成为大气环境管理的新阶段、新需求。实现小尺度空气质量管控，就必须实现区域内大气污染源头追溯。
[0003]建立环境监测网络，在各城市内分布数个固定监测站点，但缺乏针对站点污染的科学的溯源方法。已有的大气污染溯源方法主要包括基于源排放清单和各种扩散模型的正向溯源法和基于后向轨迹模型的逆向溯源法等。但对于小尺度大气污染溯源来说，随着空间尺度的降低，对气象、排放、模型等基础数据提出了更高的要求。在小尺度溯源中，正向溯源法所需要的研究区域详细源清单需要实现分钟级别的动态更新，这极难实现；逆向溯源法依赖于精细化的气象数据，但由于受到下垫面或计算量等因素的影响，现有的技术手段难以提供支撑。此外，还有走航、人力巡查等方法。然而这些方法耗时较长，对污染事件下的溯源有效性不足、应急响应相对滞后，且消耗大量的人力物力。因此，小尺度大气污染溯源这一难题基于现有方法难以解决。
[0004]综上，本专利技术为小尺度大气污染溯源难题，提出一种基于半定量法的小尺度大气污染溯源方法，科学的、针对性的对站点监测数据进行挖掘，解决现有研究中的不足，为小尺度精细化管控提供科学支撑。/>
技术实现思路

[0005]本专利技术目的是针对小尺度精细化管控需求，解决站点污染来源识别过程中消耗时间较长、响应相对滞后等问题，提出了利用监测数据，基于定性和半定量定域方法相结合的小尺度大气污染溯源方法，从而实现对站点污染事件的快速溯源，进而为小尺度精细化管控提供更为科学、完善的技术支持。
[0006]要解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]基于半定量法的小尺度大气污染溯源方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一、收集研究区域排放源信息，并建立排放源信息数据库；
[0009]步骤二、获取研究区域内监测站点分布以及站点连续监测数据(污染物浓度数据和气象数据)，确定目标站点以及研究时刻；
[0010]步骤三、基于目标站点污染物浓度数据绘制研究时刻目标站点污染物浓度时序特征雷达图，通过雷达图进行“定性”分析——确定主要排放源类型；
[0011]步骤四、基于半定量法，确定目标站点污染来源区域；使用研究时刻以及其前一时刻所有监测站点的污染物浓度监测数据，计算各站点研究时刻污染物浓度变化率水平，筛
选目标站点上风向污染物浓度变化率水平低于目标站点的站点M；基于不确定分析方法确定目标站点风速、风向波动范围，并以此在目标站点和站点M之间进行“定域”，得到目标站点污染来源区域；
[0012]步骤五、结合步骤三的“定性”结果和步骤四的“定域”结果，并与排放源信息数据库进行对比，获取目标站点的污染潜在来源，得到最终溯源结果。
[0013]所述步骤一中排放源信息数据库主要包含:排放源的类型、排放源的位置信息(经度、纬度)、各类型排放源主要排放污染物种等。其中排放源类型可分为点、线、面源三大类，每个类型可进一步细分为燃煤源、移动源、扬尘源等不同类型。点源需要给出所在位置经纬度信息；线源需要给出起始位置经纬度信息；面源需要给出边界经纬度信息。
[0014]所述步骤二中站点监测数据包括任意时间序列的PM
2.5
、PM
10
、CO、NO2、SO2等污染物浓度数据以及风向、风速等气象数据，时间分辨率可以为日、小时，也可以为几十分钟等。
[0015]所述步骤二中目标站点和研究时刻适用于任意站点和任何时刻，可根据实际需求进行确定。
[0016]所述步骤三中污染物浓度时序特征雷达图绘制步骤如下：
[0017]1)选取目标站点研究时刻及与之连续的前多个时刻，获取这一时段内污染物浓度数据，将污染物浓度数据进行归一化处理：
[0018][0019]式中：Z
ij
——i时刻第j种污染物归一化值，无量纲；
[0020]c
ij
——i时刻第j种污染物原始浓度，μg/m3；
[0021]m——污染物种数；
[0022]2)计算污染物特征值：
[0023][0024]式中：λ
ij
——i时刻第j种污染物的特征值，无量纲；
[0025]——选取时段内第j种污染物归一化值的平均值，无量纲；
[0026]Z
ij
——i时刻第j种污染物归一化值，无量纲
[0027]3)计算污染物特征标准值及上(下)限值
[0028]标准值为选取时段内平均污染特征归一化值与该平均污染特征归一化值的比值，数值为1；
[0029]上(下)限值计算公式如下：
[0030][0031][0032]式中：Max
j
——第j种污染物的上限值；
[0033]Min
j
——第j种污染物的下限值；
[0034]S
j
——选取时段内第j种污染物归一化值的标准偏差；
[0035]4)基于污染物特征值、污染物特征标准值及上(下)限值绘制特征雷达图。
[0036]所述步骤三中“定性”以及污染源确定的方法如下：基于绘制的污染物浓度时序特征雷达图，当特定时间污染物特征值处于污染物特征值上下限之间时，可认为污染特征未发生明显变化；当特定时间一个或多个污染物特征值超出污染物特征值上下限之间时，可认为污染特征与历史平均相比发生了显著变化。根据研究时刻污染特征值的不同组合确定污染主要来源于哪种类型的污染源。
[0037]所述步骤四中污染物浓度变化率水平的方法如下：
[0038]1)根据步骤三确定的污染特征发生显著变化的污染物，计算研究时刻所有监测站点的污染物浓度变化率，污染物浓度变化率计算公式如下：
[0039][0040]式中：Δc——站点污染物浓度变化率，％；
[0041]c
t
——研究时刻污染物浓度，μg/m3；
[0042]c
t
‑1——研究时刻前一时刻污染物浓度，μg/m3；
[0043]2)计算目标站点及其余站点研究时刻污染物浓度变化率水平，污染物浓度变化率水平计算公式如下：
[0044][0045]式中：level
obj
——站点obj的污染物浓度变化率水平，％；
[0046]Δc
obj
——站点obj的污染物浓度变化率，％；
[0047]Δc
k
——站点k的污染物浓度变化率，％；
[0048]n——研究区域内站点总数，个；
[0049]3)筛选出研究时刻目标站点上风本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于半定量法的小尺度大气污染溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、收集研究区域排放源信息，并建立排放源信息数据库；步骤二、获取研究区域内监测站点分布以及站点连续监测数据，确定目标站点以及研究时刻；站点连续监测数据包括污染物浓度数据和气象数据；步骤三、基于目标站点污染物浓度数据绘制研究时刻目标站点污染物浓度时序特征雷达图，通过雷达图进行“定性”分析——确定主要排放源类型；步骤四、基于半定量法，确定目标站点污染来源区域；使用研究时刻以及其前一时刻所有监测站点的污染物浓度监测数据，计算各站点研究时刻污染物浓度变化率水平，筛选目标站点上风向污染物浓度变化率水平低于目标站点的站点M；基于不确定分析方法确定目标站点风速、风向波动范围，并以此在目标站点和站点M之间进行“定域”，得到目标站点污染来源区域；步骤五、结合步骤三的“定性”结果和步骤四的“定域”结果，并与排放源信息数据库进行对比，获取目标站点的污染潜在来源，得到最终溯源结果。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤一中排放源信息数据库包含:排放源的类型、排放源的位置信息、排放源排放污染物种；其中排放源类型分为点、线、面源三大类；点源需要给出所在位置经纬度信息；线源需要给出起始位置经纬度信息；面源需要给出边界经纬度信息。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤二中站点监测数据包括任意时间序列的PM
2.5
、PM
10
、CO、NO2、SO2这些污染物浓度数据以及风向、风速这些气象数据，时间分辨率为日、小时，或者几十分钟。4.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤三中污染物浓度时序特征雷达图绘制步骤如下：1)选取目标站点研究时刻及与之连续的前多个时刻，获取这一时段内污染物浓度数据，将污染物浓度数据进行归一化处理：式中：Z
ij
——i时刻第j种污染物归一化值，无量纲；c
ij
——i时刻第j种污染物原始浓度，μg/m3；m——污染物种数；2)计算污染物特征值：式中：λ
ij
——i时刻第j种污染物的特征值，无量纲；——选取时段内第j种污染物归一化值的平均值，无量纲；Z
ij
——i时刻第j种污染物归一化值，无量纲3)计算污染物特征标准值及上(下)限值标准值为选取时段内平均污染特征归一化值与该平均污染特征归一化值的比值，数值为1；
上(下)限值计算公式如下：上(下)限值计算公式如下：式中：Max
j
——第j种污染物的上限值；Min
j
——第j种污染物的下限值；S
j
——选取时段内第j种污...

【专利技术属性】
技术研发人员：周颖，李彦荣，郎建垒，杨欣欣，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：