1、排放源清單法、擴散模型法以及受體模型法排放源清單法存在兩個重大的缺陷：第一是需要估計排放量，而大氣顆粒 物的來源極其廣泛，根本沒有辦法進行準確的估計；第二是空氣質(zhì)量與污染排放源之間關(guān)系復雜，源與受體之間并不是簡單的線性關(guān)系。隨著社會的發(fā)展 ， 污染源種類不斷增多，排放源清單法漸漸已不能滿足人類對于大氣顆粒物源解析技術(shù)的要求。一種是以污染源 為對象的擴散模型；另一種是以受污染區(qū)域為 對象的受體模型。擴散模型通過以 污染源排放資料為基礎(chǔ)進行污染物空間分布的 估算，來判斷各 種源對于目標區(qū)域內(nèi)大氣環(huán)境的污染的貢獻，它對 于小尺度區(qū)域內(nèi)有組織的工業(yè)煙塵及粉塵源同區(qū)域大氣顆粒物濃度 間響應(yīng)關(guān)系的建 立有

2、較好的效果。但其需要收集較為詳細的污染源 的排放資料、氣象資料、地形數(shù)據(jù)以及粒子在擴散輸運過程中的主 要特征參數(shù)。因此在面對較大尺度范圍或無組織開放源問題時，這些參數(shù)的取得及 其規(guī)律性的把握為擴散模型的實際應(yīng)用帶來很大的 困難。3.2擴散模型法擴散模型法是從污染源角度出發(fā)，根據(jù)污染源 強度、地理資料以及氣象資料來估算污染源對千顆 粒物的貢獻該方法的核心部分是大氣擴散模型，用 以模擬大氣顆粒物的輸送擴散以及擴散過程中經(jīng)歷 的轉(zhuǎn)化等 大氣擴散模型按發(fā)展歷程分為三個階段. 第階段模型為高斯擴散模型®,它是一種經(jīng)驗?zāi)?型,大網(wǎng)的實驗數(shù)據(jù)表明污染物濃度分布與高斯分 布非常近似 高斯模型的數(shù)學形

3、式非常簡單，通過大 數(shù)據(jù)獲取計算時所需嚶的各種參數(shù),適用于各種氣 象條件.第一階段模型有兩個特點:一是水平方向與 垂直方向的濃度計算都可用高斯分布假設(shè):二是湍 流分類和擴散參數(shù)采用離散化的分類方法,僅用常 規(guī)的氣象條件就可以估測擴散參數(shù)，以ISC3, ADMS,CALPUFF等為代表。第二階段模型為歐拉網(wǎng) 格模型對，徹底地拋棄廣傳統(tǒng)的離散的穩(wěn)定度分類 法基擴散參數(shù)體系，以國外的UAM, RADM 國內(nèi) HKI>l,KrgAI)M為代表 第三階段模型可以反映 大氣污柒物形成機制之間的關(guān)聯(lián)性，只是提出個 概念,代表模型為Models-3»WRF-cheni等 龐楊、韓 志偉等工利用

4、WRFrhw模擬研窕京津靠地區(qū)紀 季大氣污染物的分伽和演變 馬欣、陳東升等基 于WRF-chom模式模擬連續(xù)霧強過程數(shù)值及其能 見度參數(shù)化 按模型的作用來分，擴散模型法也可以 分為三類：一是篩選模型：二是監(jiān)測模型：三是戒急 響應(yīng)模型間。大氣模型本身就是一種數(shù)學模式，用 于描述從污染源到環(huán)境遷移過程的一種手段，其主 要是描寫污見物在其大氣中的運動路線,除氣象要 索夕卜，下墊面特征、污染源排放情況部對其有明顯 影響?？傮w來說，受體模型分為兩大類：一類是無需知道污染源詳細信息的源未知受 體模型；另一類是需要知道源類及其詳細組成特征 信息的源已知受體模型。331源未知受體模型源未知受體模型與顯微法【閡

5、有些相似，不需要 知道源的詳細信息,而是通過一些先進的科學手段 或工具來分析檢測,提取多個因子，然后再與源類型 一一對應(yīng)識別.出后估算源時受體的貢獻大?。涸次?知的受體模型種類很多，其中比較有代表性的模型 主要有多元回歸模型.（MLR）.正定矩陣因子分解 模型（PMF）等口源已知受體模型 最主要的代表模型是化學質(zhì)量平衡法，其基本 原理是質(zhì)量守恒。源解析主要有物 理法、顯微法、化學法。物理方法主要有 兩種，即X射線衍射（X RD）法和軌線分析法（Trajectory Analysis）,其主要原理是利用XRD確定顆粒物中的物相 組成，根據(jù)物相組成及相關(guān)資料來分析、推斷顆粒物的可能來源。顯微法的實

6、質(zhì)是 利用顯微鏡對顆粒污染物的大小、形貌等表面特征進行分析，以判斷其可能的排放源。根據(jù)儀器的不同可分為光 學顯微鏡法（OM）、電子掃描顯微鏡法（SEM）以及計算機控制電子掃描顯微鏡法（CC-SEM）等。該法的基礎(chǔ)是某些污染源排放的大氣顆粒 污染物往往具有 特定的形態(tài)特征。顯微法的優(yōu)點是直觀，簡便，但其需要建立龐大的 顯微清單源數(shù)據(jù)庫，而且分析時間長，費用昂貴，通常適用于定性或 半定量分析。化學法實質(zhì)上是化 學與數(shù)學統(tǒng)計學相結(jié)合的方法，以質(zhì)量守恒為基本假設(shè)，其基 本原理是由受體采集的大氣顆粒污染物樣品的特征值（如濃度、組成等）可以由受體區(qū)域內(nèi)對大氣顆粒污染物貢獻值不為零的各污染源 排放時的相應(yīng)特

7、征值利用線性疊加表示。富集因子法、因子 分析法、相關(guān)分析法、多元線性回歸法、特征向量分析和空間 模式法。在國內(nèi)外大氣顆粒 物源解析中，受體模型的種類很多，包括化學質(zhì)量平衡（CMB）模型、因子分析、特征向量分析、富集因子法、投影尋蹤回歸法、 粗集理論等。在這些模型中CMB 模 型 和因子分析得到了較為廣泛 的應(yīng)用。二重源解析技術(shù)是為了解決不同顆粒物排放源類的共線性問題而提出的。二重源解析技術(shù)方法是針對利用CMB 模型開展大氣顆粒物來源研究中所遇到的一套數(shù)據(jù)多種結(jié)果和同一源類的顆粒物會以不同的形式通過不同的途徑進入到環(huán)境空氣中等技術(shù)難題而提出的。二重源解析技術(shù)解決了使用CMB 模型 計 算出現(xiàn)的多

8、解現(xiàn)象，分 析混合源 -城市綜合揚塵的特性，其不僅是大氣環(huán)境中顆粒物的排放源，還可視為其他單一塵源類排放顆粒物的受體，利用CMB 模型計算貢獻值和分擔率。具體步驟如下：（ 1）不考慮顆粒物進入大氣環(huán)境的途徑 ，用 CMB 模型計算出各單一塵源類對環(huán)境受體的分擔率；（ 2）用揚塵取代對其貢獻最大的單一塵源（如土壤風沙塵），用 CMB 模型計算出揚塵對環(huán)境受體的分擔率；（ 3）將揚塵視為受體，用CMB 模型計算各單 一塵源類對其的分擔率 ；（ 4）根據(jù)（2）（ 3）兩步中的結(jié)果，計算各單一塵源類 以揚塵形式進入受體的分擔率；（ 5）根據(jù)（1）（ 4）兩步中的結(jié)果，計算各單一塵源類 未進入揚塵的份額

9、，即仍以各自形態(tài)對受體的分擔率；（ 2）和（5）中的結(jié)果即為顆粒物二重源解析結(jié)果。二重源解析技術(shù)建立在分三次進行的CMB 模型計算結(jié)果上，充分考慮了混合源揚塵的特點，將三次CMB 模型 計 算結(jié)果科學的聯(lián)系在一 起，解決了CMB 模型的技術(shù)難題 。本文城市大氣PM10 來源的二重源解析研究，侯潔，吉林大學，2012將揚塵對環(huán)境受體的貢獻率“拆分”回各單一塵源對環(huán)境受 體的貢獻率，再與傳 統(tǒng)源解析的結(jié)果相結(jié)合，構(gòu)成了二重源解析的改進方法，該方法的 具體操作步驟及條件如下：（ 1）用 CMB 模型計算出傳統(tǒng)源解析中各塵源（包括混合源揚塵及單一源）對大 氣顆粒物的貢獻率；（ 2）以揚塵為受體，用 C

10、MB 模型計算出各單一塵源對揚塵的貢獻率。需要注意 的是，此時模型運行結(jié)果中的百分質(zhì)量（%MASS）必須w 100,即假設(shè)納入擬合的各單一塵源間互不影響，分別以各自的形 態(tài)獨立對揚塵進行貢獻，MASS=100時說明揚塵對環(huán)境受體的貢獻 值全部來自擬合計算的幾種單一塵源，%MASS<100時說明除了納入擬合計算的幾種單一塵源，還有未知源對揚塵產(chǎn)生貢 獻，若乂人$>100,則應(yīng)將擬合結(jié)果 中貢獻值出現(xiàn)負值的源類去掉 ，重新計算；（ 3）用（2）中 求 得的各單一塵源對揚塵的貢獻率乘以（1 ）中揚塵對環(huán)境受體的總貢獻率，得出單一源以揚塵的形式對環(huán)境受體的貢獻率，即將揚塵“拆分”為各單一塵

11、源；（ 4）用（1）中 得 出的單一塵源的貢獻率加上（3） 中 以揚塵形式貢獻的貢獻率，即得出各單一塵源對環(huán)境受體的總貢獻率（無論以何種形式存在），而揚塵的貢獻率應(yīng)減去以其他塵源形式存在的部分?；瘜W質(zhì)量平衡模型 的算法主要有有效方差最小二乘法、普通加權(quán)最小二乘法、示 蹤元素法、線性程序法和嶺回歸加權(quán)最小二乘法等。示蹤元素法，又 稱多元線性回歸法（MLR）,其解法比較簡單，但準確度不高，可用于粗略估計源的貢獻值；線性程序解法在提出后沒有得到充分發(fā)展；普通加權(quán)最小二乘法考慮了環(huán)境受體處物質(zhì)實測濃度的誤差，為解析結(jié)果提供了置信區(qū)間；嶺回歸解法在解析共線性源方面體現(xiàn)了普通加權(quán)最小二乘法不具備的優(yōu)點；有

12、效方差最小二乘法不僅考慮了環(huán)境受體處物質(zhì)實測濃度的誤差，而且考慮了在確定源成分譜時的分析誤差；遺傳算法是一種全局優(yōu)化的隨機搜索方法，適用于模型參數(shù)尋優(yōu)，解析過程沒有任何條件限制，結(jié)果精確可靠，但參數(shù)的選取一般憑經(jīng)驗和試驗，這對問題的求解過程和最終結(jié)果均產(chǎn)生影響，還有待進一步深入研究。其中有效方差最小 二乘法是最常采用的算法。CMB 模型 是國內(nèi)外研究最多、應(yīng)用最廣泛的受體模型，是因為其發(fā)展成熟原理簡單通俗易懂，解析 結(jié)果符合實際、且可以分析多種來源體系。CMB模型的假設(shè)：1.污染源種類小于或等于化學組分種類；2.各種排放源類排放的顆粒物化學元素 有明顯的差別；3.各種排放源類所排放的顆粒物的化

13、學組分相對穩(wěn) 定，它們之問沒有相互影響；4.各源類顆粒物之問沒有相互作用，且在可以忽略其傳輸過程中的變化；5.所有成分譜是線性無關(guān)的；6.測量的不確定度是隨機的、符合正態(tài)分布。那么可以認為化 學組分的濃度等于每種源類的化學組分的含量 值和源貢獻值的線性加和。用公式寫成：<=£14帛占L2工手1,2j(1)式中代表顆粒物化學絹分i的濃度測最值幾代表第j類浙的化學組分i的窖吊測;Mii.ugAig明代我第j類源,獻的濃度計算值.Mi)I代表化學組分的數(shù)目，J代表源類的種數(shù)，CMB模型的缺點有：1 .用此方法分析過 程需要收集詳細的污染源成分譜，這就常常需 要消耗大量人力和財力；2

14、.解析過程中如果污染物的化學性質(zhì)不穩(wěn)定得出的結(jié)果可能會有 很大誤差；3 .如果污染源的成 分相似，得出的成分譜則可能出現(xiàn)共線現(xiàn)象。武漢理工大學南 校區(qū)TSP源解析研究，孫伶俐利用 CMB 法源解析具體步驟：1 污染源種類及數(shù) 目的確定2標識元素的選擇根據(jù)國內(nèi)外資料的報道，一般選擇土壤中的Al和Si,煤煙塵中的Al和As或Ti,冶煉塵中的Fe和Mn,建筑塵中的Ca和Mg ,汽車塵中的Pb和Br等。另外， CMB8.2 軟件中默認的12種慣用標識元素可作主要參考。3源樣品與受體樣品采集因子分析模型(FA)因子分析法是從研 究變量內(nèi)部之問的依賴關(guān)系出發(fā)，把一些具有錯綜復雜關(guān)系的變量歸結(jié)為少數(shù)幾個綜合

15、因子的一種多變量統(tǒng)計分析方法。該方法的基本思想是直接分析受體樣品化學成分，根據(jù)它們之問的相互關(guān)系，綜合總結(jié)得出公因子，并且計算出每個因子載荷，通過分析各因子載荷情況以及結(jié)合現(xiàn)有元素知識來簡化數(shù)據(jù)得出結(jié)果，從而推斷出污染源類型。因子分析法的主要 優(yōu)點是不需要事先設(shè)想污染源的結(jié)構(gòu)、數(shù)目和假定由一個源所排放出來的所有元素在達到采樣點之前保持等同相關(guān)，而且因子分析方法中不僅包括濃度參數(shù)，還可以包括非濃度參數(shù)，如粒徑的大小、氣象條件等，為污染源的識別提供了更多的信息。正因為如此，因子分析也成為顆粒物源解析的重要手段之一，尤其在污染源化學成分譜尚不完全的情況下，這種方法更加顯現(xiàn)出它的優(yōu)勢。因子分析法目前

16、已形成了主因子分析(PFA)、正矩陣因子分析（PMF）、目標轉(zhuǎn)移因子分析（TTFA）和目標識別因子分析（TRFA）等各 具特色的因子分 析方法。FA模型也是建立 在質(zhì)量守恒基礎(chǔ)上。FA模型有3個假設(shè):1）污染物從排放源到采樣點之問的傳輸途中質(zhì)量變化可以忽略；2）污染物中某種元素是由多個互不相關(guān)的污染源貢獻率的線性組合；3）由 各個污染源貢獻的某元素的量差別較大，采樣和分析期間的變化較 小。假設(shè)每個化學組分是各種源類貢獻的代數(shù)和，可將源貢獻分為兩 個因子的乘枳：分別是污染源對采樣點處顆粒物貢獻的屈量濃度和污 柒源排放的單位質(zhì)量顆粒物中所含的該元素的量.公試表示如下：jrA = £ 仃

17、i /；斗”“斗：（2）if JliMl J*A A/ / J i后1式中：X " t &的是）1素的濃度,單位是Ugl 3d*代代的址IM/桃荷1 1TL位ugi g的是公共因廣加位mg血3&代表唯一因子系十,單枇碑5代我的足咽-因手，單位mg加院代表的是元素i的測量過程或其他產(chǎn)生的誤差川盅陣可以表示為土A=AF+Dt/+因子分析法就是從實際數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)它們之間相互關(guān)系，從全 部變量中!I I納總結(jié)出最少數(shù)目的公囚子，并且計算出各個因子是荷富集因子法（EF）富集因子法是用于研究大氣顆粒物中元素的富集程度，定量分析污染物某 元素狀況，判斷和評價元素的自然來源和人為來

18、源 的一種分析方法，通常有固定的參比元素作為指標，如國際上常用 的Fe、Al或Si元素。分析大氣污染狀況的一種源分析模型。其公 式計算如下：(Xt /X式中：R代一比元素;i代表一粒物中待考察元素:XJG分別為顆粒物中兀素LR的濃度；RJG為i和R的地殼豐富度EF值越大，富集程度就越高，說明人為源的貢獻越大。根據(jù)富集因子的大 小可以將元素分為兩類：1.當富集因子小于10時，則4認為是自然源，沒有富集成分；2.當富集因子為1010時，則認為 是被富集，來源于人為污染源。L5穩(wěn)定同位素法穩(wěn)定同位素是指無粕射衰變，質(zhì)量保持不變的 同位素已由于質(zhì)譜測定技術(shù)的發(fā)展，秘定同位素的 研究范圍被大大拓展，廣泛

19、應(yīng)用于環(huán)境科學領(lǐng)域. 某些污染物在采樣、提取和分析過程中易發(fā)生變化， 使解析結(jié)果產(chǎn)生誤差電穩(wěn)定同位素的組成在特定污 染物中是特定的，采用穩(wěn)定同位素分析結(jié)果精確穩(wěn) 定，可以解決污染物在分析過程發(fā)生變化,分析結(jié)果 產(chǎn)生誤差的問題“理。17白志鵬，張利文，效林，等.穩(wěn)定同位素在污染物溯源 與示蹤中的應(yīng)川口 .城市環(huán)境和城巾生態(tài)，2006, 19 (4) :29 -32.1.6解析方法中出現(xiàn)的問題CMB模型雖然技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，能夠定量 計算源貢獻率，但存在某些污染源共線性，缺乏源類 成分譜，在污染物性質(zhì)不穩(wěn)定的情況下，CMB模型 解析結(jié)果不準確。因子分析法在缺少源類成分譜的 情況下，能夠解析污染源

20、,但需要大量的樣品,工作 量大。當PCA法因子符號有正負時，解析結(jié)果不準 確，這時可以采用PMF法。富集因子法只是一種輔 助方法，用于結(jié)合其他手段輔助分析污染物的來源, 單獨使用只能簡單的定性分析。空氣質(zhì)量模型仍在 不斷更新和發(fā)展中，在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)對一些物 質(zhì)參數(shù)設(shè)置不合理和模擬結(jié)果存在系統(tǒng)誤差的情 況，需要不斷的完善和補充參數(shù)設(shè)置，使得模擬結(jié)果 接近實際情況.穩(wěn)定同位素在物理、化學、生物過程中可能發(fā)生 同位素分篇，會影響定量解析結(jié)果.具體穩(wěn)定同位 素分鐳的研究并不深入,多集中在穩(wěn)定碳同位素的 分鐳。另外,環(huán)境樣品有大量含量較低的干擾物，分 析難度大，研究適合的前處理方法和分析手段，有利

21、于推廣穩(wěn)定同位素的應(yīng)用范圍.加強可用于科學研 究的穩(wěn)定同位素的研究，將更多類型的穩(wěn)定同位素 應(yīng)用于科學研究，完成更多目標污染物的識別。表1 7種模型的優(yōu)缺點對比Sa SZ排放源清單法相對荷單一是難以準確估計 大氣顆粒污染物的 排放量；二是源與 受體之間不是簡 的線性關(guān)系擴散模型法數(shù)據(jù)信息多.用途廣泛楂冊就蠹件、輸入模型的源類信 息比較主觀，大戊 影響大需要的手提數(shù)據(jù)最 化學質(zhì)量平化學型小,污染源信息的物 (CMB) 理意義明確,宜接為 管理服務(wù)正定矩陣因廣 分析模型(PMD不需要輸入污染源的不要居廣大盤的F i細信息，提取的污提數(shù)據(jù)，無法分別提 架源信息比較客觀 取共線類的污染源應(yīng)用限制多,需

22、要可以針對大K的數(shù)的受體樣品多，模因f分析據(jù)使用較少的有代型得出的因r我荷(FA)衣性的因子來說明和因子得分常常出污染源的眾多信息現(xiàn)負值.影晌對污 染源的解析絕對閃廣分析(AFS)解決了部分因子分析的難題,而且簡便易行不能準確地預(yù)測污 染源的指紋譜圖. 對模型結(jié)果的解釋 較為困難同位素來源解析(CSRA；可以很好地解析化 石燃料燃燒源和生 物質(zhì)燃燒排放源,是 新興的來源解析技術(shù) 只能區(qū)分化石燃料 來源和生物質(zhì)燃燒 源，應(yīng)用范圍較窄劉洪雯，環(huán)境中大氣顆粒物源解析方法對比研究，吉林大學，2009幾種常用源解析方法的優(yōu)映點比較見表L20去L2幾種常用源解疝方法的優(yōu)赦點方法會聯(lián)優(yōu)點決點CMB 計;使用

23、拳敢少.沖算方法筒單.在多數(shù) 情及卜可以理到清意的姑祟.解析溝 曝源數(shù)H卷的體系更顯優(yōu)越.求知理源物質(zhì)成分戰(zhàn)性獨江的3 股祭怦褪曜鱗足，其數(shù)值解不反映說 排放和環(huán)境的時間變化，未能把次生 顆粒相列入.而11貴場H島閾子分析法容貌性強，對成分情況降解要求低對成分相引的覆分解能候動.且軟 據(jù)哈大計。過復雜PPR法有祓好的客觀性模建有杜強的事橋 能力.樣膽較島.抗干擾性好傳統(tǒng)的SMART簞法 汁旅過規(guī)比顯柴人匚沖抻網(wǎng)造 BP模也自董域性、白拊打!性，方悚強府容錯 fl聯(lián)想記憶* il Rt夬速.較強的實用 性.耨析脆力色等計尊場條機心理澄計砰前般.快速、方便、實用陽I舞收源山就率大小的計算估H有噸情

24、況卜分那率不高遺“和法葩用性強,力讓自晚.快速.曲但參數(shù)朝始題圈的選取無理設(shè)指導二重評解析 技術(shù)同時解析山外坐和其它單,生源對 受體的近部率的心楣在實際運算中有時含出現(xiàn)滲斷效 不符合介理范朋的現(xiàn)敦李劍東，長沙市郊區(qū)大氣可吸入顆粒物化學組分特性及源解析，中南大學, 2009息1-2三種鬢體模型源解析方法比做技術(shù)CMBPCAPMF內(nèi)容優(yōu)點基于化學元素質(zhì)量學 恒.原理清筵易幡：不 受受體樣本數(shù)目的限制， 可以分析單個受體樣本 能定廿地給出各類污染 源的貢獻域.不需要事先了解R 體的污染排放源情 況；可以辨識一些 很重要但可能被遺漏 掉的海：經(jīng)常使用 在一定程度I.可以發(fā) 生相互反應(yīng)的元素作 為分析.可以解釋輸入測根 值中的不確定性： 可以處理缺省的或檢 測限以下的數(shù)據(jù)； 主成分負荷矩陣中不 存存負數(shù).局限性帶要知道R體的污染攙 放源及海砂發(fā)化學蛆分； 不能識別事先未知的 源：示蹤元素之間不能 發(fā)生反應(yīng)；不能解決共 線性污染源的問題。當顆粒物中某些元 素不可獲得，或者一 種元素地兒腫污染源 的標志元素時，解釋 污染源類型時主觀性 相對較強些；不能 根清晰地分開協(xié)同作 用的源：源譜沒有 什么物理意義3需 要大盤的環(huán)境受體樣 本：主成