一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法，包括受体模型计算步骤

【技术实现步骤摘要】
一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法


[0001]本专利技术涉及空气质量数值模拟
，尤其涉及一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法
。

技术介绍

[0002]细颗粒物
(PM2.5)
是我国空气质量重要的评价指标
。PM2.5
浓度超标对大气环境和人体健康产生重要影响，是当前大气污染防治面临的主要问题
。
对大气颗粒物的来源进行定性或定量研究的技术称之为源解析技术
。
源解析结果是制定大气污染防治规划的依据，对于确定污染治理重点，有着十分重要的指导意义
。
城区颗粒物来源解析方法总体上分为两大类，即受体模型法和空气质量模型法
。
[0003]受体模型着眼于研究排放源对受体的贡献
。
所谓受体是指某一相对于排放源被研究的局部大气环境
。
受体模型就是通过测量源和大气环境
(
受体
)
样品的物理
、
化学性质，定性识别对受体有贡献的污染源并定量计算各污染源的分担率
。
受体模型的种类很多，主要有化学质量平衡
(CMB)、
主因子分析
(PFA)、
多元线性回归分析
(MLR)、
目标转换因子分析
(TTFA)
等
。
其中
CMB
模型物理意义明确，算法日趋成熟而成为目前最重要最实用的受体模型
。CMB
是由一组线性方程构成的，表示每种化学组分的受体浓度等于各种排放源类的成分谱中这种化学组分的含量值和各种排放源类对受体的贡献浓度值乘积的线性和
。
但
CMB
仅考虑一次污染贡献，不能模拟颗粒物的二次污染贡献
。
[0004]化学传输模型是基于对大气物理和化学过程的科学认识，运用气象学原理及数学方法对大气中输送
、
反应
、
清除等过程进行仿真模拟
。
调查得到人为排放源的源强分布，输入化学传输模型可估算各源对控制区内任何一个控制点的浓度贡献
。CAMx
模式
(
化学传输模型
)
是空气质量模拟所使用的主流模式之一，它将“科学级”的空气质量模型所需要的所有技术特征合成为单一系统，可用来对气态和颗粒物态的大气污染物在城市和区域的多种尺度上进行综合性评估
。
其颗粒物源清单技术
(PSAT)
通过源区域和
/
或类别跟踪源对模拟的颗粒物浓度的贡献
。CAMx/PSAT
模型充分考虑了二次反应的影响，但受限于排放清单的滞后性和不确定性，其溯源结果误差较大
。
[0005]综上所述，受体模型法和化学传输模型法在大气来源解析的过程中均有各自的优点和局限性，基于两种模型应用综合解析细颗粒物来源，可以提高解析结果的准确性和可靠性
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法
。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0008]本专利技术的第一方面，提供一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献
的方法，包括受体模型计算步骤
、
化学传输模型计算步骤和综合来源解析步骤；
[0009]所述受体模型计算步骤包括以下子步骤：
[0010]根据溯源点位，设定模拟网格，制作网格化排放清单，并使用中尺度天气预报模式
WRF
模拟气象场；
[0011]通过受体采样分析，得到溯源点位的细颗粒物组分浓度，并把组分浓度输入受体模型
CMB
得到不同源类对细颗粒物的一次污染贡献；
[0012]以所述气象场为基础，通过后向轨迹模型中的潜在源贡献计算方法
PSCF
，得到对细颗粒物浓度的潜在源影响的空间范围；并统计该空间范围内不同源类的二氧化硫
、
氮氧化物和挥发性有机物的排放占比；
[0013]使用所述排放占比对细颗粒物二次组分浓度进行污染源贡献分配，得到不同源类对细颗粒物的二次污染贡献；
[0014]将不同源类对细颗粒物的一次污染贡献和不同源类对细颗粒物的二次污染贡献相加，得到不同源类对细颗粒物的总体污染贡献即受体模型源解析结果
SR
j
；
[0015]计算受体模型源解析结果
SR
j
的第一不确定度
[0016]所述化学传输模型计算步骤包括以下子步骤：
[0017]根据溯源点位，设定模拟网格，制作网格化排放清单，并使用中尺度天气预报模式
WRF
模拟气象场；
[0018]把所述气象场和网格化排放清单输入化学传输模型
CAMx/PSAT
模型，获得细颗粒物组分的初始模拟浓度以及细颗粒物污染源贡献值；
[0019]基于受体点细颗粒物组分浓度的化学传输模型模拟结果与观测结果的最小二乘误差优化求解，得到化学传输模型模拟结果的修正因子；
[0020]使用所述修正因子，对化学传输模型模拟的细颗粒物污染源贡献值进行修正，得到修正后的细颗粒物组分的污染源贡献值即化学传输模型解析结果
SA
j
；
[0021]计算化学传输模型解析结果
SA
j
的第二不确定度
[0022]所述综合来源解析步骤包括以下子步骤：
[0023]由于模型解析结果的不确定度范围代表结果误差范围，因此按照不确定度范围与权重系数呈反比例原则，将第一不确定度范围和第二不确定度范围，归一化处理后得到各自的权重系数，计算公式如下：
[0024][0025]式中，和分别代表受体模型的源解析结果权重系数和化学传输模型的源解析结果权重系数，
span
表示计算不确定度范围；
[0026]利用受体模型源解析结果
SR
j
、
受体模型的源解析结果权重系数化学传输模型解析结果
SA
j
、
化学传输模型的源解析结果权重系数计算得到综合来源解析结果
S
j
：
[0027][0028]进一步地，所述根据溯源点位，设定模拟网格，包括：
[0029]溯源点位即为需要开展溯源的地点，模拟网格即为
WRF
模拟网格，研究区域的模拟网格需覆盖溯源点位；
[0030]所述制作网格化排放清单包括：
[0031]将以环统
、
排污许可
、
企业调研在内的数据使用因子核算法核算的本地人为源排放或其他公开排放清单产品输入排放清单处理模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法，其特征在于：包括受体模型计算步骤
、
化学传输模型计算步骤和综合来源解析步骤；所述受体模型计算步骤包括以下子步骤：根据溯源点位，设定模拟网格，制作网格化排放清单，并使用中尺度天气预报模式
WRF
模拟气象场；通过受体采样分析，得到溯源点位的细颗粒物组分浓度，并把组分浓度输入受体模型
CMB
得到不同源类对细颗粒物的一次污染贡献；以所述气象场为基础，通过后向轨迹模型中的潜在源贡献计算方法
PSCF
，得到对细颗粒物浓度的潜在源影响的空间范围；并统计该空间范围内不同源类的二氧化硫
、
氮氧化物和挥发性有机物的排放占比；使用所述排放占比对细颗粒物二次组分浓度进行污染源贡献分配，得到不同源类对细颗粒物的二次污染贡献；将不同源类对细颗粒物的一次污染贡献和不同源类对细颗粒物的二次污染贡献相加，得到不同源类对细颗粒物的总体污染贡献即受体模型源解析结果
SR
j
；计算受体模型源解析结果
SR
j
的第一不确定度所述化学传输模型计算步骤包括以下子步骤：根据溯源点位，设定模拟网格，制作网格化排放清单，并使用中尺度天气预报模式
WRF
模拟气象场；把所述气象场和网格化排放清单输入化学传输模型
CAMx/PSAT
模型，获得细颗粒物组分的初始模拟浓度以及细颗粒物污染源贡献值；基于受体点细颗粒物组分浓度的化学传输模型模拟结果与观测结果的最小二乘误差优化求解，得到化学传输模型模拟结果的修正因子；使用所述修正因子，对化学传输模型模拟的细颗粒物污染源贡献值进行修正，得到修正后的细颗粒物组分的污染源贡献值即化学传输模型解析结果
SA
j
；计算化学传输模型解析结果
SA
j
的第二不确定度所述综合来源解析步骤包括以下子步骤：由于模型解析结果的不确定度范围代表结果误差范围，因此按照不确定度范围与权重系数呈反比例原则，将第一不确定度范围和第二不确定度范围，归一化处理后得到各自的权重系数，计算公式如下：式中，和分别代表受体模型的源解析结果权重系数和化学传输模型的源解析结果权重系数，
span
表示计算不确定度范围；利用受体模型源解析结果
SR
j
、
受体模型的源解析结果权重系数化学传输模型解析结果
SA
j
、
化学传输模型的源解析结果权重系数计算得到综合来源解析结果
S
j
：
2.
根据权利要求1所述的一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法，其特征在于：所述根据溯源点位，设定模拟网格，包括：溯源点位即为需要开展溯源的地点，模拟网格即为
WRF
模拟网格，研究区域的模拟网格需覆盖溯源点位；所述制作网格化排放清单包括：将以环统
、
排污许可
、
企业调研在内的数据使用因子核算法核算的本地人为源排放或其他公开排放清单产品输入排放清单处理模型
SMOKE
，得到适用于化学传输模型
CAMx/PSAT
的网格化污染物排放清单
。3.
根据权利要求1所述的一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法，其特征在于：所述使用中尺度天气数值模式
WRF
模拟气象场，包括：输入再分析气象数据
、
本地地形高程和土地覆盖的下垫面数据到
WRF
中，对一段时间的气象场进行模拟，并使用气象观测站点的观测数据对模拟结果进行验证及参数调优
。4.
根据权利要求1所述的一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法，其特征在于：所述通过受体采样分析，得到溯源点位的细颗粒物组分浓度，包括：通过大气采样器采集颗粒物滤膜，使用电感耦合等离子体质谱仪
ICP
‑
MS、
电感耦合等离子光谱法
ICP
‑
OES、
离子色谱
、
热光碳分析仪完成样品的化学元素分析
、
碳分析
、
离子分析；分析的组分包括
Li、Be、Na、P、K、Sc、As、Rb、Y、Mo、Cd、Sn、Sb、Cs、La、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ce、Sm、W、Tl、Pb、Bi、Th、U、Zr、Al、Sr、Mg、Ti、Ca、Fe、Ba、Si
中一种或多种的化学元素
、TC、OC
和
EC
中一种或多种的碳组分
、Na
+
、Mg
2+
、Ca
2+
、K
+
、NH
4+
、SO
42
‑
、Cl
‑
和
NO3‑
中一种或多种的离子组分；所述不同源类包括电力源
、
工业源
、
交通源
、
生活源
、
农业源
、
其他源
。5.
根据权利要求1所述的一种基于受体和化学传输模型综合解析细颗粒物源贡献的方法，其特征在于：所述以所述气象场为基础，通过后向轨迹模型中的潜在源贡献计算方法
PSCF
，得到对细颗粒物浓度的潜在源影响的空间范围；并统计该空间范围内不同源类的二氧化硫
、
氮氧化物和挥发性有机物的排放占比，包括：把
WRF
的模拟结果
WRFOUT
文件通过
HYSPLIT
模式前处理工具转换成
HYSPLIT
模式可识别的格式，然后把转换后的气象数据输入
HYSPLIT
模式后模拟得到一段时间的后向轨迹，最后在后向轨迹的基础上通过
PSCF
方法得到潜在源影响的空间范围和每个网格的

【专利技术属性】
技术研发人员：李振亮，曹云擎，乔玉红，彭超，方维凯，蒲茜，王晓宸，杜敏，张晟，
申请(专利权)人：重庆市生态环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：