晉城市PM2.5快速來源解析案例

龔興曉

（晉城市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站 山西晉城 048000）

1 空氣質(zhì)量簡況

2018年11月23日12時(shí)晉城市重污染天氣應(yīng)急指揮部批準(zhǔn)啟動重污染天氣黃色預(yù)警，同時(shí)啟動三級響應(yīng)。晉城市2018年11月23日至27日監(jiān)測期間PM2.5質(zhì)量濃度均值71.8μg/m3，峰值（144μg/m3）出現(xiàn)在27日9時(shí)監(jiān)測期間優(yōu)、良天氣占比為54.8%，輕度污染天氣占比為41.3%，中度污染天氣占比為3.8%，沒有出現(xiàn)重度污染及以上的天氣。

2 技術(shù)方法

監(jiān)測地點(diǎn)：晉城市環(huán)境保護(hù)局

監(jiān)測時(shí)間：2018年11月23日00時(shí)～27日9時(shí)

監(jiān)測儀器：單顆粒氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（SPAMS0525）

采樣方式：大氣顆粒物經(jīng)PM2.5切割頭切割后引入單顆粒氣溶膠飛行時(shí)間質(zhì)譜儀

源解析分析方法：將采集到的顆粒物利用SPAMS海量數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，利用示蹤離子法和相似度法相結(jié)合，根據(jù)顆粒物的特征離子進(jìn)行歸類；使用離子搜索法（ion-search）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得含有主要離子（>1%）顆粒物的比例（豐度）數(shù)據(jù)，使用自適應(yīng)神經(jīng)共振網(wǎng)絡(luò)算法（Adaptive Resonance Theory，ART）對所有PM2.5顆粒進(jìn)行聚類分析。

3 污染過程分析

監(jiān)測期間，PM2.5質(zhì)量濃度呈波動上升，PM2.5小時(shí)均值為71.8μg/m3，監(jiān)測時(shí)段部分時(shí)段空氣質(zhì)量良好，23日至25日每天的11時(shí)左右，出現(xiàn)PM2.5質(zhì)量濃度出現(xiàn)一個(gè)小高峰（88、92和107μg/m3），達(dá)到輕度污染水平，三個(gè)峰值時(shí)燃煤源均為首要的污染源，燃煤源的數(shù)濃度增長明顯。

25日17時(shí)至27日10時(shí)，PM2.5質(zhì)量濃度波動性變化，并維持在100μg/m3左右，其中26日16時(shí)至27日9時(shí)燃煤源占比（35%-40%）較為突出，此時(shí)段風(fēng)向以西北風(fēng)為主，推測受西北方向燃煤源傳輸?shù)挠绊?。該時(shí)段雖然受沙塵天氣的影響，但沙塵以粗顆粒物為主，細(xì)顆粒物中PM2.5的揚(yáng)塵源占比沒有出現(xiàn)明顯的增加。

揚(yáng)塵源占比穩(wěn)定在9%左右，二次無機(jī)源占比較小，且變化相對穩(wěn)定，對出現(xiàn)的污染過程影響不大。

生物質(zhì)燃燒源占比相對較高，平均占比12%左右，結(jié)合衛(wèi)星火點(diǎn)圖和后向氣團(tuán)軌跡來看，晉城監(jiān)測點(diǎn)位可能受到西北和北方向高空遠(yuǎn)距離生物質(zhì)燃燒源傳輸?shù)挠绊憽?/p>

4 快速源解析結(jié)果分析

4.1 顆粒物成分分析

4.1.1 顆粒物平均質(zhì)譜分析

4.1.2 顆粒物成分分類

自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法（Art-2a）是基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)發(fā)展出來的一套理論方法，即模仿生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的人工信號處理系統(tǒng)，通過使用大量互聯(lián)的結(jié)構(gòu)簡單的人工神經(jīng)元的權(quán)值變化來模仿人類的神經(jīng)信號處理過程，具有學(xué)習(xí)、分類、預(yù)測的能力?？紤]到需要基本能夠囊括大氣顆粒物中的主要成分，且能夠更好地輔助顆粒物的溯源，因此最終確定了10類顆粒物，此10類顆粒物分別為：礦物質(zhì)(MD)、重金屬(HM)、左旋葡聚糖(LEV)、富鈉(Na)、富鉀(K)、高分子有機(jī)物（HOC）、有機(jī)碳(OC)、元素碳(EC)、混合碳(ECOC)、其它(Others)。顆粒物的分類結(jié)果在一定程度上可反映點(diǎn)位受到污染源影響的情況，如元素碳（EC），與其他成分混合程度低）主要來自于含碳燃料的不完全燃燒；有機(jī)碳（OC）顆粒則多來自于燃煤及工業(yè)排放；礦物質(zhì)（MD）大多作為揚(yáng)塵顆粒的主要特征；左旋葡聚糖（LEV）則主要來自于生物質(zhì)的燃燒等。

由晉城市環(huán)保局整體顆粒物成分分類可知，排前三的顆粒物成分分別是有機(jī)碳（20.9%），元素碳（18%），混合碳（15.2%）。此外，富鉀（12.1%），左旋葡聚糖占比為11.4%，礦物質(zhì)占比為8.6%，重金屬占比為5.7%，其余成分占比較小。

4.2 顆粒物來源解析

將采集到的顆粒物利用SPAMS海量數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理，利用示蹤離子法和相似度法相結(jié)合，根據(jù)顆粒物的特征離子進(jìn)行歸類，最終分為揚(yáng)塵、生物質(zhì)燃燒、機(jī)動車尾氣、燃煤、工業(yè)工藝源、二次無機(jī)源以及其它7大來源?？傤w粒物貢獻(xiàn)最排在前三的分別為燃煤、機(jī)動車尾氣和工業(yè)工藝源，占比分別為27.3%、21.9%和21.4%；生物質(zhì)燃燒源、揚(yáng)塵源和二次無機(jī)源占比分別為12.2%、8.4%、4.9%；其他占比為3.9%。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

（1）晉城市2018年11月23日至27日監(jiān)測期間，PM2.5質(zhì)量濃度平均值71.8μg/m3，峰值為144μg/m3，出現(xiàn)在27日9時(shí)。小時(shí)級別的優(yōu)良天氣占比為54.8%，污染天氣占比45.2%。

（2）監(jiān)測期間，晉城市環(huán)保局點(diǎn)位PM2.5來源主要是燃煤（27.3%）和機(jī)動車尾氣（21.9%），兩者占之和接近50%。其次是生物質(zhì)燃燒源、揚(yáng)塵源和二次無機(jī)源占比分別為12.2%、8.4%、4.9%；其他占比為3.9%。

（3）23日至25日每天的11時(shí)左右，出現(xiàn)PM2.5質(zhì)量濃度出現(xiàn)一個(gè)小高峰，三個(gè)峰值時(shí)燃煤源均為首要的污染源，燃煤源的數(shù)濃度增長明顯。26日16時(shí)至27日9時(shí)燃煤源占比（35%-40%）較為突出，此時(shí)段風(fēng)向以西北風(fēng)為主，推測受西北方向燃煤源傳輸?shù)挠绊?。該時(shí)段雖然受沙塵天氣的影響，但沙塵以粗顆粒物為主，細(xì)顆粒物中PM2.5的揚(yáng)塵源占比沒有出現(xiàn)明顯的增加。

5.2 建議

（1）從不同污染等級時(shí)的污染源分布來看，當(dāng)空氣質(zhì)量達(dá)到輕度污染前，應(yīng)重點(diǎn)管控機(jī)動車尾氣源和燃煤源，揚(yáng)塵源和工業(yè)工藝源應(yīng)該實(shí)行常態(tài)化管控。

（2）本人認(rèn)為基于單顆粒質(zhì)譜源解析技術(shù)在對特征離子進(jìn)行污染源歸類時(shí)，不確定因素或者說主觀干擾因素占有很大比例。應(yīng)該多種技術(shù)方法相互結(jié)合使用，例如自適應(yīng)共振神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類方法（Art-2a）與PMF模型的相互結(jié)合。

結(jié)語

本文綜述了單顆粒質(zhì)譜源解析技術(shù)的晉城市PM2.5快速來源解析案例，運(yùn)用空氣質(zhì)量簡況、技術(shù)方法、污染過程分析、快速源解析結(jié)果分析等進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測驗(yàn)證，以供參考。