新聞動態(tài)廣州地化所在放射性碳同位素對PM2.5 PMF源解析結(jié)果的約束方面取得重要進展
科學(xué)的大氣顆粒物源解析，是有效開展顆粒物污染防治工作的基礎(chǔ)和前提，是制定環(huán)境空氣質(zhì)量達標(biāo)規(guī)劃和重污染天氣應(yīng)急預(yù)案的重要基礎(chǔ)和依據(jù)。然而，大氣顆粒物的來源非常復(fù)雜，目前不能通過實測或觀測手段直接進行定量。為了對大氣顆粒物的來源進行評估，一些源解析模型被開發(fā)和應(yīng)用。正矩陣分解模型（PMF）是廣泛用于大氣PM2.5來源解析的受體模型。這個模型是將受體點由PM2.5樣品數(shù)量及其化學(xué)成分?jǐn)?shù)量組成的m×n維矩陣，根據(jù)殘差目標(biāo)函數(shù)最小和因子非負約束，將其分解為m×p和p×n兩個具有數(shù)學(xué)意義的矩陣，進而通過污染源類型的化學(xué)組成信息識別p個解析的因子。在源解析實踐中，類型源的數(shù)量是未知的，是研究者根據(jù)不同p值情況下的預(yù)模擬結(jié)果，結(jié)合研究區(qū)域的源排放特征和個人經(jīng)驗確定的。因為主觀因素的參與，對于一組環(huán)境數(shù)據(jù)，不同研究者可能得出不同的源解析結(jié)果，即PMF的源解析結(jié)果存在一定的不確定性。
PM2.5中有機碳（OC）和元素碳（EC）中含有放射性碳（14C），通過對OC和EC的14C實測可以明確非化石碳排放源和化石碳排放源對OC或EC的貢獻比例。雖然這種方法僅能定量識別OC和EC的化石和非化石來源的貢獻比例，但這是目前唯一的從實測角度準(zhǔn)確定量污染來源的技術(shù)手段。這個手段從部分驗證整體角度為評估PMF模擬結(jié)果不確定性提供了一個契機。
近期，有機地球化學(xué)國家重點實驗室博士后王曉平與中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所田崇國博士合作，利用砣磯島國家大氣背景站的PM2.5樣品數(shù)據(jù)開展了PMF模擬，利用PM2.5中OC和EC的14C實測結(jié)果評估了PMF模擬源貢獻的可靠性；分析以14C數(shù)據(jù)為先驗信息，開展PMF約束模擬的可行性。
研究結(jié)果表明：利用PMF模型中BS-DISP模塊和Fpeak模塊以及Q(robust)、Q(true)和Q(true)/Q(exp)比值等自診斷方法確定的最優(yōu)解比因子源貢獻時空變化的邏輯合理性分析結(jié)論可靠。通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?/span>PMF模擬結(jié)果自診斷，其最優(yōu)解可以比較客觀地的識別各類型源貢獻的平均狀態(tài)，但對重污染天氣的源解析結(jié)果的誤差較大。驗證了PMF模型可以利用OC和EC的14C數(shù)據(jù)作為約束，獲得更加客觀的PM2.5源解析結(jié)果，但模型軟件需要發(fā)展形如因子|成分|時段(樣品) =范圍的約束功能模塊。
綜上可見，OC和EC的14C結(jié)果可以與PMF相結(jié)合，提高PMF模擬PM2.5源解析結(jié)果的可靠性，有效地減小主觀因素的干預(yù)，客觀地反映大氣污染的類型源貢獻，這樣的PM2.5源解析結(jié)果可以更加科學(xué)地服務(wù)于大氣污染防控和治理。
該研究受到中國科學(xué)院先導(dǎo)專項和國家自然科學(xué)基金的支持，相關(guān)研究成果近日發(fā)表于Scientific Reports。
論文信息：Wang, X., Zong, Z., Tian, C., Chen, Y., Luo, C., Li, J., Zhang, G. and Luo, Y. Combining Positive Matrix Factorization and Radiocarbon Measurements for Source Apportionment of PM2.5 from a National Background Site in North China. Scientific Reports2017, 7(1), 10648, doi:10.1038/s41598-017-10762-8.
OC、EC的14C實測結(jié)果和PMF模擬源貢獻對比
（有機地球化學(xué)國家重點實驗室 & 所綜合辦公室 供稿）
