大气颗粒物源解析
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Direct Evidence. Photographic, satellite or compelling visual evidence of origin Aerosol Composition. Chemical fingerprinting of different source types (speciation, traces) Temporal pattern. Chemical Physical property analysis (satellite, ASOS, PM2.5) Spatial Pattern. Chemical Transport Pattern. Forward, backward trajectory, residence time analysis Chemistry with Transport. Combining chemical fingerprinting and transport (CATT) Dynamic modeling. Simulation model (forward, inversion) quantifying origin/transport
PM2.5颗粒物 化学组成
Ammonium 6% Sulfate 17% Nitrate 10% Crustal 20% Trace 2%
无机元素： Al, As, Ba, Br, Ca, Cl, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, In, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Rb, S, Sb, Se, Si, Sr, Ti, V, Zn, Zr
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太原市PM10年均解析结果
ò á Á Ë Ñ Î 11% ú ´ » ¯ ³ ± Î ° Æ ø 15% õ á Ï Ë Ñ Î 4% Æ Ë ä û 1% Ç Ð ± Ê Ñ ï ± ¾ 30%
Á È Í À ç ·É ± ± ¾ 9%
Ö ú µ Ì ± ¾ 5%
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共线性源：化学成分谱相似的颗粒物排放源。
颗粒物开放源：各种不经过燃烧或其它工艺过 程、无组织、无规则排放的颗粒物源，具有源 强不确定、排放随机等特点，比如扬尘。
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大气颗粒物的主要化学组成
优点：得到各类源对总排放量的贡献及对空气 质量的相对影响，确定重点污染源。 不足：由于源清单的不完整性及排放因子的可 适用性，源清单分析的结果具有较大的不确定 性，误差较大。
大气颗粒物排放源分类
天然源 风沙土壤 工业燃煤飞灰 燃煤飞灰 民用燃煤飞灰 电厂锅炉排放 工业锅炉排放
工业窑炉排放
取暖炉排放 工业锅炉排放 民用锅炉排放 机动车排放 黑色有色冶炼炉排放
Fugitive Dust, Pollen
0
0.01
Ultrafine
Accumulation
Coarse
0.1
1
10
100
Particle Aerodynamic Diameter (µm)
西安市TSP源解析结果
冶金尘 6% 其它 6%
土壤风沙尘 35%
建筑水泥尘 27% 燃煤尘 26%
UCAS
受体模型
Ci f i , j S j
j 1
m
大气污染物源解析方法
详细源排放清单
1. 详细源清单 2. 详细扩散特征 1. 源特征 2. 环境浓度 3. 扩散特征
资料分析
源模型 扩散模型
估算源贡献
估算环境浓度 估算源贡献
受体模型
估算源的影响
扩散模型
所需要的源排放清单具有很大的不确定性,特别是人为无组织排放、 天然源和二次细粒子源 建立不同地区排放源化学成分谱库工作量大,技术难度高 有些污染源的化学成分接近,产生共线性的问题
¨Ö ½ þ ® Ë Ä à ± ¾ 7%
º Ì Ã Ñ ± ¾ 18%
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天津市PM10年均解析结果
Ï õ Ë á Ñ Î 2% Á ò Ë á Ñ Î 7% » ú ´ ¯ ± ³ Î ° Æ ø ± ¾ 13% Í Á È À · ç É ± ± ¾ 11% ½ ¨Ö þ Ë ® Ä à ± ¾ 3% Ã º Ñ Ì ± ¾ 16% º £ Ñ Î Á £ × Ó 2% Æ ä Ë û 11%
•
•
Source attribution methods have been used for the past 2 centuries A list of methods was given by Egen, 1835.
源排放与空气质量的响应（源-受体关系）
O3
黑炭
空气质量模型
C Vd UC KC R S i C t Z1
UCAS
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大气颗粒物的粒径分布
10
TSP PM 10
Relative Concentration
8
Condensation
PM 2.5 PM 0.1
Droplet
6
4
2
Carbon
Sulfate, Nitrate, Ammonium, Organic & Elemental Carbon, Heavy Metals, Clays
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大气颗粒物源解析技术不是空气污染治理技 术，是宏观环境管理定量化技术 解析结果的准确性强烈依赖输入数据的质量 源解析结果有一定的时效性 源解析结果有一定的区域性 源解析结果的应用要结合气象因子
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源解析技术1：排放源清单
排放因子法：
Ei
j ,k ,m ,n
( Ai , j ,k ,m,n Fi , j ,k ,m,n )
需要详细的活动水平资料 （A）和排放因子（F）
源清单定义及优缺点
源清单：是基于对各污染源的详细调查，根据 各源的基本工况和排放因子模型，建立污染源 清单和数据库。
为什么是大气颗粒物源解析
是对化学成分解析还是颗粒物源解析
什么时候需要源解析 源解析与颗粒物污染防治的关系 是一次颗粒物源解析还是二次颗粒物源解析
解析出来的结果一定就能用吗
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国内研究机构作了大量源解析工作
化学物种单一 时间周期短 点位代表性不强， 颗粒物采样不规范
大约52个地方环保局做过颗粒物源解析 今年6月底出官方污染源解析 由过去的粗粒子源解析向细粒子源解析转变 由主要由无机成分为主向无机和有机并重转变
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污染源种类多、来源复杂 污染源数量多 同一类型污染源排放特征差别大 控制技术差异大 大气颗粒物浓度高 大气处于高度复合污染条件下
受体模型
大气颗粒物的源解析方法
FESEM image of Beijing PM
显微法：利用显微技术分 析单个粒子的微结构来判 别其来源
salts
soot
化学 — 统计学方法：根据 颗粒物的化学组成通过数 学计算来判别源的贡献
Geological
2m
Fly ash
具体的源解析方法有多种，包括从简单的污染玫瑰图到复杂 的气象轨迹模型、多元受体模型和质量平衡受体模型等
国外相对源解析要简单很多， 因此国外的源解析技术不能照搬到国内
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颗粒物污染源：向大气环境中排放固态颗粒 污染物的排放源统称颗粒物污染源。 环境受体：受到大气污染物污染的环境空气 统称环境受体，简称受体。 大气颗粒物来源解析技术方法：用于开展大 气颗粒物来源解析的技术方法，主要包括源 清单法、源模型法和受体模型法。 源清单法：根据排放因子及活动水平估算污 染物排放量，据此排放量识别对环境空气中 颗粒物有贡献的主要排放源。
10.2% 25.3%
国道/省道 高速路 快速路 主干路 次干路 支路
9.1%
佛山市不同道路类型NOx排放分担率分析
2.1% 3.9%
12.1%
11.9%
国道/省道 高速路 快速路 主干路 次干路 支路
6.9% 7.4%
14.9% 43.6% 52.5%
四种污染物主干路排放分担率最高，约占50%
佛山市不同道路类型VOC排放分担率分析
大气颗粒物的源解析 (Source apportionment): 指通过化学、物理和数学等方法定性或 定量识别环境受体中大气颗粒物污染的来源。
• 定性的识别大气中颗粒物的来源； 源识别 源解析
• 定量的计算各个污染源对环境污染的贡献值。
参考资料
环保部发布《大气颗粒物来源解析技术指南》_ 大气颗粒物来源解析:原理、技术及应用
大 气 颗 粒 物 排 放 源
人为源 工业燃油飞灰 燃油飞灰
汽车尾气
冶炼尘 工业粉尘
建筑材料窑炉排放
建筑尘 建筑施工尘
动植物燃烧尘
混合源 其它源 扬尘（道路尘） 资源与环境学院 http://cre.ucas.ac.cn
秸杆焚烧尘
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机动车尾气排放分担率-按道路类型
佛山市不同道路类型CO排放分担率分析
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中国科学院大学资源与环境学院
地址：北京市玉泉路19号甲（邮编100049）
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1 2
3 4 5
大气颗粒物源解析定义和意义
大气颗粒物源解析分类 主要大气颗粒物源解析方法
大气源解析的不确定性 大气颗粒物源解析发展方向
UCAS
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大气颗粒物来源研究
Direct Evidence Composition Temporal Pattern
Spatial Pattern
Wind Pattern
Trajectory
Historical Methods
Modern Methods – similar to century-old approaches but with more data
各类大气颗粒物源解析研究发表成果
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• 有助于制定大气污染防治规划；
• 确定污染治理重点，指导环境管理和科学决策；
• 确定排放源的种类和排放源的贡献，可以重点突出 ，治理污染严重的污染物及排放源； • 有效控制大气污染，提高空气质量。
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± Ç Ê Ð Ñ ï ± ¾ 35%
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1 2
3 4 5
大气颗粒物源解析定义和意义
大气颗粒物源解析分类 主要大气颗粒物源解析方法
大气源解析的不确定性 大气颗粒物源解析发展方向
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注：主 干路包 括一般 主干路 及干线 性主干 路。
2014-5-29
9.9% 25.1%
国道/省道 高速路 快速路 主干路 次干路 支路
4.7% 10.8%
佛山市不同道路类型PM排放分担率分析
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源模型法：以不同尺度数值模式方法定量描述 大气污染物从源到受体所经历的物理化学过程， 定量估算不同地区和不同类别污染源排放对环境 空气中颗粒物的贡献。 受体模型法：从受体出发，根据源和受体颗粒 物的化学、物理特征等信息，利用数学方法定量 解析各污染源类对环境空气中颗粒物的贡献。 颗粒物源成分谱：污染源排放特定粒径段颗粒 物的化学组成特征。
Unknow 10%
Chloride 2%
Leabharlann Baidu
EC 3%
Organic 30%
1000 100 10 1 0.1 0.01
有机组成： 定量测量的组份200多种， 仅占有机物总量的5-10%
水溶性无机离子 SO42-, NO3-, NH4+, Cl-等
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101 105
PM2.5颗粒物 化学组成
Ammonium 6% Sulfate 17% Nitrate 10% Crustal 20% Trace 2%
无机元素： Al, As, Ba, Br, Ca, Cl, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, In, K, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, Pb, Rb, S, Sb, Se, Si, Sr, Ti, V, Zn, Zr
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太原市PM10年均解析结果
ò á Á Ë Ñ Î 11% ú ´ » ¯ ³ ± Î ° Æ ø 15% õ á Ï Ë Ñ Î 4% Æ Ë ä û 1% Ç Ð ± Ê Ñ ï ± ¾ 30%
Á È Í À ç ·É ± ± ¾ 9%
Ö ú µ Ì ± ¾ 5%
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共线性源：化学成分谱相似的颗粒物排放源。
颗粒物开放源：各种不经过燃烧或其它工艺过 程、无组织、无规则排放的颗粒物源，具有源 强不确定、排放随机等特点，比如扬尘。
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大气颗粒物的主要化学组成
优点：得到各类源对总排放量的贡献及对空气 质量的相对影响，确定重点污染源。 不足：由于源清单的不完整性及排放因子的可 适用性，源清单分析的结果具有较大的不确定 性，误差较大。
大气颗粒物排放源分类
天然源 风沙土壤 工业燃煤飞灰 燃煤飞灰 民用燃煤飞灰 电厂锅炉排放 工业锅炉排放
工业窑炉排放
取暖炉排放 工业锅炉排放 民用锅炉排放 机动车排放 黑色有色冶炼炉排放
Fugitive Dust, Pollen
0
0.01
Ultrafine
Accumulation
Coarse
0.1
1
10
100
Particle Aerodynamic Diameter (µm)
西安市TSP源解析结果
冶金尘 6% 其它 6%
土壤风沙尘 35%
建筑水泥尘 27% 燃煤尘 26%
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受体模型
Ci f i , j S j
j 1
m
大气污染物源解析方法
详细源排放清单
1. 详细源清单 2. 详细扩散特征 1. 源特征 2. 环境浓度 3. 扩散特征
资料分析
源模型 扩散模型
估算源贡献
估算环境浓度 估算源贡献
受体模型
估算源的影响
扩散模型
所需要的源排放清单具有很大的不确定性,特别是人为无组织排放、 天然源和二次细粒子源 建立不同地区排放源化学成分谱库工作量大,技术难度高 有些污染源的化学成分接近,产生共线性的问题
¨Ö ½ þ ® Ë Ä à ± ¾ 7%
º Ì Ã Ñ ± ¾ 18%
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天津市PM10年均解析结果
Ï õ Ë á Ñ Î 2% Á ò Ë á Ñ Î 7% » ú ´ ¯ ± ³ Î ° Æ ø ± ¾ 13% Í Á È À · ç É ± ± ¾ 11% ½ ¨Ö þ Ë ® Ä à ± ¾ 3% Ã º Ñ Ì ± ¾ 16% º £ Ñ Î Á £ × Ó 2% Æ ä Ë û 11%
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Source attribution methods have been used for the past 2 centuries A list of methods was given by Egen, 1835.
源排放与空气质量的响应（源-受体关系）
O3
黑炭
空气质量模型
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大气颗粒物的粒径分布
10
TSP PM 10
Relative Concentration
8
Condensation
PM 2.5 PM 0.1
Droplet
6
4
2
Carbon
Sulfate, Nitrate, Ammonium, Organic & Elemental Carbon, Heavy Metals, Clays
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大气颗粒物源解析技术不是空气污染治理技 术，是宏观环境管理定量化技术 解析结果的准确性强烈依赖输入数据的质量 源解析结果有一定的时效性 源解析结果有一定的区域性 源解析结果的应用要结合气象因子
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源解析技术1：排放源清单
排放因子法：
Ei
j ,k ,m ,n
( Ai , j ,k ,m,n Fi , j ,k ,m,n )
需要详细的活动水平资料 （A）和排放因子（F）
源清单定义及优缺点
源清单：是基于对各污染源的详细调查，根据 各源的基本工况和排放因子模型，建立污染源 清单和数据库。
为什么是大气颗粒物源解析
是对化学成分解析还是颗粒物源解析
什么时候需要源解析 源解析与颗粒物污染防治的关系 是一次颗粒物源解析还是二次颗粒物源解析
解析出来的结果一定就能用吗
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国内研究机构作了大量源解析工作
化学物种单一 时间周期短 点位代表性不强， 颗粒物采样不规范
大约52个地方环保局做过颗粒物源解析 今年6月底出官方污染源解析 由过去的粗粒子源解析向细粒子源解析转变 由主要由无机成分为主向无机和有机并重转变
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污染源种类多、来源复杂 污染源数量多 同一类型污染源排放特征差别大 控制技术差异大 大气颗粒物浓度高 大气处于高度复合污染条件下
受体模型
大气颗粒物的源解析方法
FESEM image of Beijing PM
显微法：利用显微技术分 析单个粒子的微结构来判 别其来源
salts
soot
化学 — 统计学方法：根据 颗粒物的化学组成通过数 学计算来判别源的贡献
Geological
2m
Fly ash
具体的源解析方法有多种，包括从简单的污染玫瑰图到复杂 的气象轨迹模型、多元受体模型和质量平衡受体模型等
国外相对源解析要简单很多， 因此国外的源解析技术不能照搬到国内
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颗粒物污染源：向大气环境中排放固态颗粒 污染物的排放源统称颗粒物污染源。 环境受体：受到大气污染物污染的环境空气 统称环境受体，简称受体。 大气颗粒物来源解析技术方法：用于开展大 气颗粒物来源解析的技术方法，主要包括源 清单法、源模型法和受体模型法。 源清单法：根据排放因子及活动水平估算污 染物排放量，据此排放量识别对环境空气中 颗粒物有贡献的主要排放源。
10.2% 25.3%
国道/省道 高速路 快速路 主干路 次干路 支路
9.1%
佛山市不同道路类型NOx排放分担率分析
2.1% 3.9%
12.1%
11.9%
国道/省道 高速路 快速路 主干路 次干路 支路
6.9% 7.4%
14.9% 43.6% 52.5%
四种污染物主干路排放分担率最高，约占50%
佛山市不同道路类型VOC排放分担率分析
大气颗粒物的源解析 (Source apportionment): 指通过化学、物理和数学等方法定性或 定量识别环境受体中大气颗粒物污染的来源。
• 定性的识别大气中颗粒物的来源； 源识别 源解析
• 定量的计算各个污染源对环境污染的贡献值。
参考资料
环保部发布《大气颗粒物来源解析技术指南》_ 大气颗粒物来源解析:原理、技术及应用
大 气 颗 粒 物 排 放 源
人为源 工业燃油飞灰 燃油飞灰
汽车尾气
冶炼尘 工业粉尘
建筑材料窑炉排放
建筑尘 建筑施工尘
动植物燃烧尘
混合源 其它源 扬尘（道路尘） 资源与环境学院 http://cre.ucas.ac.cn
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机动车尾气排放分担率-按道路类型
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大气颗粒物源解析定义和意义
大气颗粒物源解析分类 主要大气颗粒物源解析方法
大气源解析的不确定性 大气颗粒物源解析发展方向
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大气颗粒物来源研究
Direct Evidence Composition Temporal Pattern
Spatial Pattern
Wind Pattern
Trajectory
Historical Methods
Modern Methods – similar to century-old approaches but with more data
各类大气颗粒物源解析研究发表成果
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• 有助于制定大气污染防治规划；
• 确定污染治理重点，指导环境管理和科学决策；
• 确定排放源的种类和排放源的贡献，可以重点突出 ，治理污染严重的污染物及排放源； • 有效控制大气污染，提高空气质量。
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± Ç Ê Ð Ñ ï ± ¾ 35%
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大气颗粒物源解析定义和意义
大气颗粒物源解析分类 主要大气颗粒物源解析方法
大气源解析的不确定性 大气颗粒物源解析发展方向
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注：主 干路包 括一般 主干路 及干线 性主干 路。
2014-5-29
9.9% 25.1%
国道/省道 高速路 快速路 主干路 次干路 支路
4.7% 10.8%
佛山市不同道路类型PM排放分担率分析
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源模型法：以不同尺度数值模式方法定量描述 大气污染物从源到受体所经历的物理化学过程， 定量估算不同地区和不同类别污染源排放对环境 空气中颗粒物的贡献。 受体模型法：从受体出发，根据源和受体颗粒 物的化学、物理特征等信息，利用数学方法定量 解析各污染源类对环境空气中颗粒物的贡献。 颗粒物源成分谱：污染源排放特定粒径段颗粒 物的化学组成特征。
Unknow 10%
Chloride 2%
Leabharlann Baidu
EC 3%
Organic 30%
1000 100 10 1 0.1 0.01
有机组成： 定量测量的组份200多种， 仅占有机物总量的5-10%
水溶性无机离子 SO42-, NO3-, NH4+, Cl-等
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101 105