化学质量平衡模型(CMB)

显微法
方法 技术内容及特点 根据颗粒物的特征（大小、形态、 根据颗粒物的特征（大小、形态、颜色及其它 光学特性）确定其类别，可分析直径>1µ 的气 光学特性）确定其类别，可分析直径 µm的气 溶胶粒子。 溶胶粒子。 1、 可以观察 µm以下的粒子 ； 2、 费用高 ， 对 以下的粒子； 、 费用高， 、 可以观察1µ 以下的粒子 无定型物不能用；3、手工检查颗粒物费时，限 无定型物不能用； 、 手工检查颗粒物费时， 制了测量数目。 制了测量数目。 1、根据粒径、形态、元素组成识别粒子，准确 、根据粒径、形态、元素组成识别粒子， 的颗粒物分类是在受体模型中使用CCSEM的基 的颗粒物分类是在受体模型中使用 的基 础；2、分析速度快，对大多数粒子都可计测， 、分析速度快，对大多数粒子都可计测， 可以显示粒子的精细结构； 、费用高， 可以显示粒子的精细结构；3、费用高，不能用 于有机粒子。 于有机粒子。
1. 只确定各污染源类的贡献，而不能精确到某个源对受 只确定各污染源类的贡献， 体的贡献 2. 区分排放物非常相似的排放源尚有困难
受体模型的特点
受体模型不要求对污染源进行详 细调查，不依赖于气象资料和气 细调查， 溶胶在大气中的许多特性参数， 溶胶在大气中的许多特性参数， 而且能解决扩散模型难以处理的 一些问题， 一些问题，可于扩散模型相互结 取长补短，因而， 合，取长补短，因而，受体模型 年代问世以来发展迅速。 自70年代问世以来发展迅速。 年代问世以来发展迅速
CMB模型模拟优度的诊断技术 CMB模型模拟优度的诊断技术
CMB模型是线性回归模型。在线性回归模型的实际应用 模型是线性回归模型。 模型是线性回归模型 中一般需要考虑回归推断的估算值与实测值的偏离程度、 中一般需要考虑回归推断的估算值与实测值的偏离程度 、 对回归推断有影响的参数及影响程度如何等问题。 对回归推断有影响的参数及影响程度如何等问题。 解决上述问题的数学方法一般称之回归诊断技术。 解决上述问题的数学方法一般称之回归诊断技术 。 目前 CMB模型中主要的诊断技术有源贡献值拟合优度的诊断技 模型中主要的诊断技术有源贡献值拟合优度的诊断技 源的不定性和相似性诊断技术、 术 、 源的不定性和相似性诊断技术 、 元素浓度计算值拟合 优度的诊断技术及其它有关的诊断技术。 优度的诊断技术及其它有关的诊断技术。
光学显微镜
扫描电子显微 镜（SEM） ）
计算机控制扫 描电镜 （CCSEM） ）
化学－ 化学－统计学方法
化学质量平衡(CMB)法 法 化学质量平衡 因子分析法 多元线性回归 (MLR) 富集因子法 空间模式
城区受体模型的研究方法
一般说来， 一般说来，受体模型求解的是某一种源 类对受体颗粒物的贡献值， 类对受体颗粒物的贡献值，而不是某一 个源对受体颗粒物的贡献值， 个源对受体颗粒物的贡献值，这是与源 模型不同之处。 模型不同之处。 排放源种类很复杂。 排放源种类很复杂。
化学质量平衡模型（CMB） 介绍
2006.11.15
主要内容
颗粒物源解析介绍 CMB模型原理 CMB软件
源模型（扩散模型）与 受体模型 源模型（扩散模型）
源排放参数 扩散参数 一些源的参数 环境浓度 一些扩散参数 受体模型 估计源的影响 源模型 估计环境浓度
源模型流程示意图
受体模型流程示意图
源模型使用源排放计算环境浓度。受体模型使用环境浓度计算源贡献。 源模型使用源排放计算环境浓度。受体模型使用环境浓度计算源贡献。 (From Watson, 1979.)
+ +
(6/16 ×Y） ） (3/16 ×Y)
= =
5/16 4/16 X=1/3 Y=2/3
CMB模型假设
（1）各源类所排放的颗粒物的化学组成有明显的差别； （2）各源类所排放的颗粒物的化学组成相对稳定，化学组分之 各源类所排放的颗粒物的化学组成相对稳定， 间无相互影响； 间无相互影响； （3）各源类所排放的颗粒物之间没有相互作用，在传输过程中 各源类所排放的颗粒物之间没有相互作用， 的变化可以被忽略； 的变化可以被忽略； （4）所有污染源成分谱是线性无关的； 所有污染源成分谱是线性无关的； （5）污染源种类低于或等于化学组分种类； 污染源种类低于或等于化学组分种类； （6）测量的不确定度是随机的、符合正态分布。那么，在受体 测量的不确定度是随机的、符合正态分布。那么， 上测量的总物质浓度C就是每一源类贡献浓度值的线性加和。 上测量的总物质浓度C就是每一源类贡献浓度值的线性加和。
3 4 5
若T<2.0，拟合差 若T≥2.0，拟合好 拟合元素的测量值与计算 X2<1，拟合好 值之差的平方的加权和 X2>2，拟合一般 X2>4，拟合差 参与拟合的元素数目与源 n ≥0，方程组有解 的数目差 浓度计算值的方差与测量 0.8<R2≤1，拟合好 值的方差之比 R2≤0.8，拟合差 各源类贡献浓度计算值之 PM=100%，拟合好 和与受体总质量浓度测量 80% ≤ PM≤120%，可 值之比 以接受
化学质量平衡模型原理图解
源 1 成分： 成分：3/16 源 2 成分： 成分：6/16 混合 成分： 成分： 5/16
(3/16×1/3) + ×
(6/16 ×2/3） ）
=
5/16
化学质量平衡模型原理图解
贡献率X 源1 贡献率X 贡献率Y 源2 贡献率Y
(3/16×X) × (6/16×X) ×
CMB模型的算法 模型的算法
示踪元素法 线性程序法 普通加权最小二乘法 岭回归加权最小二乘法 有效方差最小二乘法
受体模型解法
示踪元素解法比较简单， 但准确度不高， 示踪元素解法比较简单 ， 但准确度不高 ， 可用于粗略估计源的贡献值。 可用于粗略估计源的贡献值。 线性程序解法在提出后没有得到充分发展。 线性程序解法在提出后没有得到充分发展 。 普通加权最小二乘法考虑了环境受体处物 质实测浓度的误差， 质实测浓度的误差 ， 为解析结果提供了置 信区间。 信区间。 岭回归解法在解析共线性源方面体现了普 通加权最小二乘法不具备的优点。 通加权最小二乘法不具备的优点。 有效方差最小二乘法不仅考虑了环境受体 处物质实测浓度的误差， 处物质实测浓度的误差 ， 而且考虑了在确 定源成分谱时的分析误差。 定源成分谱时的分析误差。
2
RATIO2
其余的诊断技术
序 号 1
名称
定义
指标
元素对源贡献值重要性的诊 断
RATIO3 某源类的某元素浓度 计算值与所有源类该 元素的测量值的和之 比 MPIN 元素的灵敏度
2
︱MPIN︱中某元素取值 ︱中某元素取值10.5时，为灵敏元素，影响显 时 为灵敏元素， 著； ︱MPIN︱﹤0.3，不灵敏元 ︱ ， 没有影响； 素，没有影响； ︱MPIN︱在0.3-0.5，模糊 ︱ ， 元素， 元素，影响不显著或者没有 影响。 影响。
化学质量平衡受体（CMB）模型 化学质量平衡受体（ ）
CMB方程 方程
C =
J
i
∑
F
j = 1
i
j
•Leabharlann Baidu
S
j
i=1，2……I：组分 ， ： j=1，2……J：源类 ， ： 只有当i≥j时 方程组的有解。 只有当 时，方程组的有解。 源类j的贡献率为 的贡献率为： 源类 的贡献率为： η = Sj/C×100% ×
扩散模型和受体模型的输入和输出
输入
扩散 模型 1. 源的排放参数如排放速率、化学组 源的排放参数如排放速率、 排气筒参数； 气象参数(风 成；2. 排气筒参数；3. 气象参数 风 大气稳定度等)和一些气胶动力 速、大气稳定度等 和一些气胶动力 学参素(如扩散系数 颗粒生、凝聚、 如扩散系数、 学参素 如扩散系数、颗粒生、凝聚、 沉降等)。 沉降等 。 排放源的化学成分谱， 排放源的化学成分谱，受体的物理化 学成分谱（粒子分布，形态， 学成分谱（粒子分布，形态，化学组 成等）。 成等）。
输出
某个排放源对 某个接受点的 浓度贡献值。 浓度贡献值。
受体 模型
各源类对受体 的浓度贡献值 和分担率。 和分担率。
扩散模式与受体模式主要特点 主要特点
扩 散 模 型 受 体 模 型 1. 所需的输入参数往往不能准确得到，比如源的排放特 所需的输入参数往往不能准确得到， 征常有较大波动， 征常有较大波动，加上大气过程的复杂性和随机性 2. 对于开放源如土风沙颗粒、海洋气溶胶等，源模型不 对于开放源如土风沙颗粒、海洋气溶胶等， 好处理
CMB模型模拟优度的诊断技术 模型模拟优度的诊断技术
（1）源贡献值拟合优度的诊断技术 ） （2）源的不定性 相似性组的诊断技术 ）源的不定性/相似性组的诊断技术 （3）元素浓度计算值拟合优度的诊断技术 ） （4）其他诊断技术 ）
源贡献值拟合优度的诊断技术 序号 1 2 名 称 T— 统计 残 差 平方和 自由度 回 系 百 质 归 数 分 量 定 义 Sj与σSj的比值 指 标
不定性/ 不定性/相似性组的诊断技术
序号 1 名称 不定性 源类 相似性 源类 定义 指标
贡献值小于检出 TSTAT<2.0 限的源类 成分谱相近或成 特征向量大 于0.25 比例的源类
2
元素浓度计算值拟合优度的诊断技术
序号 1 名称 RATIO1 定义 元素浓度计算值与测量 值之比 元素浓度的计算值与测 量值之差与二者标准偏 差平方和的方根之比 指标 RATIO1=1， ， 拟合最好 |RATIO2|〈2， 〈 ， 拟合好
CMB受体模型应用软件的研究 受体模型应用软件的研究 美国EPA 正式发行版本 正式发行版本: 美国 CMB1.0 1979年 年 CMB2.0 1980年 年 CMB3.0 1983年 年 CMB4.0 1984年 年 CMB5.0 1986年 年 CMB6.0 1987年 年 CMB7.0 1989年 年 CMB8.0 1996年 年
化学质量平衡受体模型
基础是质量守恒，原理清楚， 基础是质量守恒，原理清楚，易于为人 们接受，是应用最广泛的一种模型； 们接受，是应用最广泛的一种模型； 要经常监测源样品和受体样品， 要经常监测源样品和受体样品，列出排 放源清单，具有区域性和实效性的特点； 放源清单，具有区域性和实效性的特点； 可以定量评价各类源的贡献率。 可以定量评价各类源的贡献率。