環(huán)境空氣顆粒物來源解析技術(shù)及最新研究進(jìn)展

1、1 空氣顆粒物概述20世紀(jì)50年代前后在世界上不同地區(qū)的城市中發(fā)生了幾起著名的空氣污染事件，如1944年的洛杉磯煙霧事件、1952年的倫敦?zé)熿F事件和1961年四日市哮喘病事件，這些都是空氣污染物在短時間內(nèi)大量增加導(dǎo)致的。空氣顆粒物是環(huán)境空氣的重要污染物之一，空氣顆粒物不是一種單一成分的空氣污染物，而是由許多人為或自然污染源排放的大量化學(xué)物質(zhì)所組成的一種復(fù)雜的大氣污染物，其中既有污染源直接排出的顆粒物（稱為一次顆粒物，Primary Particles），也有氣態(tài)污染物在大氣中經(jīng)過冷凝或復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)而生成的顆粒物（稱為二次顆粒物，Secondary Particles）。1.1 空氣顆粒物的粒

2、徑分布對大氣中顆粒的劃分通常是以空氣動力學(xué)直徑為基礎(chǔ)的，根據(jù)其粒徑大小，又可分為總懸浮顆粒物TSP（空氣動力學(xué)直徑小于或等于100m）和可吸入顆粒物（空氣動力學(xué)直徑小于或等于10m）?？晌腩w粒物又可分為細(xì)顆粒物PM2.5（空氣動力學(xué)直徑小于或等于2.5m）和粗顆粒物PM10（空氣動力學(xué)直徑介于2.5m至10m）。圖1 空氣顆粒物的三模態(tài)分布空氣顆粒物的來源和形成過程、在大氣中的遷移轉(zhuǎn)化、輸送和清除過程及其物理化學(xué)性質(zhì)均與粒徑有著直接的關(guān)系?？諝忸w粒物通常呈三模態(tài)分布，即粒徑小于0.08m的愛根（Aitken）核模態(tài)、粒徑0.08m2m的積聚模態(tài)（Accumulation mode）和粒徑大于

3、2m的粗粒子模態(tài)（Coarse particle mode）。粗粒子模態(tài)的顆粒物主要是由工業(yè)源與生活源燃燒排放、機(jī)械粉碎過程和交通運(yùn)輸?shù)犬a(chǎn)生的一次顆粒物和各種自然界產(chǎn)生的顆粒物組成。這部分顆粒物是構(gòu)成空氣顆粒物的體積濃度和質(zhì)量濃度的主體，由于重力沉降作用大而在大氣中存在的時間不長。愛根核模態(tài)顆粒物也稱為超細(xì)顆粒物（Superfine particles），主要是由污染氣體經(jīng)過復(fù)雜的大氣化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化而成，或者由高溫下排放的過飽和氣態(tài)物質(zhì)冷凝而成，也有少量來自于自然界和人為源直接排放。積聚模態(tài)顆粒物主要是由愛根核模態(tài)顆粒物通過碰并、凝聚、吸附等物理效應(yīng)長大而成，也可由揮發(fā)性組分凝結(jié)或通過氣粒轉(zhuǎn)化而

4、成，此外還有一部分來自于細(xì)小的地面塵。這部分顆粒物在大氣中最為穩(wěn)定，因而存在時間最長，輸送距離最遠(yuǎn)，污染范圍最廣。1.2 空氣顆粒物的化學(xué)組成空氣顆粒物的化學(xué)組成分析是二十世紀(jì)六十年代以來進(jìn)行得最多的研究之一，從化學(xué)的角度而言，顆粒物都是成分復(fù)雜的混合物，但其來源與形成機(jī)制除了小部分重疊之外截然不同，從而造成其化學(xué)組成有著很大的區(qū)別。表1列出了顆粒物在形成方式、化學(xué)組成、來源以及其它性質(zhì)上的差別。粗顆粒物的主要成分為無機(jī)物，與產(chǎn)生它的礦物、土壤、材料等的成分相近；細(xì)顆粒物則可由硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽、氫離子、EC、重金屬、有機(jī)物及微生物組成，其中酸或鹽類的負(fù)離子包括SO42-、NO3-和Cl-等

5、，重金屬元素包括Cr、Cu、Ni、Pb、Zn、Mn等，有機(jī)物包括正構(gòu)烷烴、多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物等。在這些污染物中含有為數(shù)可觀的致癌、致突變、致畸性化合物和一些有毒有害化學(xué)成分。表1 空氣顆粒物的性質(zhì)細(xì)顆粒物粗顆粒物形成氣體，細(xì)微固體/液體大的固體/液體形成方式化學(xué)反應(yīng)；成核；冷凝；凝并；氣體已溶解并反應(yīng)的雨霧液滴蒸發(fā)機(jī)械破壞（如碾壓、研磨、表面磨損）；飛沫蒸發(fā)；塵土揚(yáng)起組成離子，EC，有機(jī)物，金屬，顆粒所含水分揚(yáng)塵，燃煤和燃油飛灰，地殼元素（Si、Al、Ti、Fe等）的氧化物），海鹽，花粉，孢子，輪胎磨損碎屑溶解性大部分可溶解、吸濕大部分不溶解、不吸濕來源煤、石油、汽油、柴油、木柴等的燃燒；N

6、Ox、SO2和部分有機(jī)物的大氣轉(zhuǎn)化；冶煉等高溫過程工業(yè)粉塵和道路塵的再揚(yáng)起；土壤受擾動而懸??；建筑與拆除；煤和石油的燃燒；海浪飛沫滯留時間數(shù)天至數(shù)周數(shù)分鐘至數(shù)小時傳輸距離數(shù)百至數(shù)千公里<1公里至數(shù)十公里1.3 空氣顆粒物的健康影響研究在空氣顆粒物的健康影響方面，主要的研究結(jié)果來自于二十世紀(jì)八十年代末以來進(jìn)行的大量流行病學(xué)研究。這些研究揭示了長期或短期暴露于顆粒物（通常以環(huán)境空氣中的PM10、PM2.5質(zhì)量濃度表征）與多種健康指示如就診率次數(shù)、呼吸系統(tǒng)發(fā)病率、肺活量降低和死亡率等之間的聯(lián)系。顆粒物對健康造成的影響包括從呼吸道發(fā)病率增加、病癥加劇到未成年死亡的危險性增加等。表2概括了一些研究

7、對于PM10與 PM2.5的年均濃度增加10g/m3，相對危險（RR）分別為1.1和1.14，即死亡率分別增加10%和14%。Pope等人基于美國癌癥協(xié)會（ACS）對美國151個城市50多萬年齡超過30歲的成年人所進(jìn)行的為期8年的研究，發(fā)現(xiàn)PM2.5的濃度每增加10g/m3，死亡率增加6.8%。顆粒物濃度的增加還導(dǎo)致支氣管炎患病率顯著上升，成年人與兒童的肺功能FEV1（1秒鐘強(qiáng)力呼吸容積）顯著降低，其中PM2.5 比PM10對人體的健康影響更大。表2 空氣顆粒物對人體健康的影響健康指示PM2.5PM10相對危險（RR）死亡率（Dockery等，1993）1.14(1.04,1.24)1.1(1

8、.03,1.18)死亡率（Pope等，1995）1.07(1.04,1.11)支氣管炎（Dockery等，1996）1.34(0.94,1.99)1.29(0.96,1.83)肺功能（FEV1）變化兒童肺功能（Raizenne等，1996）-1.9%(-3.1%,-0.6%)-1.2%(-2.7%,-0.1%)成年人肺功能（Ackermann-Liebrich等，1997）-1.0%盡管流行病學(xué)發(fā)現(xiàn)顆粒物尤其是細(xì)顆粒物濃度的增加與諸多健康影響之間密切相關(guān)，但迄今尚未能揭示這些健康影響是由顆粒物的何種成分或特性（粒徑、化學(xué)組成質(zhì)量、數(shù)量或表面積）或何種病理生理學(xué)機(jī)理所致，即顆粒物的毒理學(xué)機(jī)理迄今

9、尚未確立2,6。有研究就超細(xì)顆粒物、表面附著過渡金屬（如Fe）的顆粒物以及酸性顆粒物提出了導(dǎo)致炎癥效應(yīng)機(jī)理的假設(shè)，認(rèn)為顆粒物使呼吸系統(tǒng)受損而導(dǎo)致炎癥。這一假設(shè)表明顆粒物的粒數(shù)濃度可能比質(zhì)量濃度對決定其毒性更為重要。采用超細(xì)模態(tài)的TiO顆粒物對動物進(jìn)行的實驗已證實了這一點(diǎn)。毒理學(xué)研究表明，顆粒物中特定的組分與特定的健康危害有關(guān)，但其濃度水平通常大大超出其在環(huán)境空氣中的濃度，例如人體暴露于濃度達(dá)68g/m3的硫酸霧靄中40分鐘方可引起呼吸系統(tǒng)功能變化；硝酸鹽顆粒物的濃度低于1000g/m3（遠(yuǎn)高于環(huán)境空氣中所觀測到的水平）時既不會加劇病癥，也不會導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)功能減弱。云南省宣威縣是我國農(nóng)村肺癌的高

10、發(fā)區(qū)，在19731975年間該縣高發(fā)區(qū)的肺癌死亡率高達(dá)151.78人/10萬人。研究發(fā)現(xiàn)該縣肺癌高發(fā)區(qū)室內(nèi)空氣中的TSP、BaP、SO2的濃度均高于低發(fā)區(qū)幾倍到幾十倍；顆粒物粒徑大小是決定其毒性的主要因素，這是因為被吸附在細(xì)顆粒上的有害物質(zhì)可以被人體有效吸收而進(jìn)入血液中。實驗結(jié)果表明，該地區(qū)的顆粒物隨粒徑減小其致突變活性和致癌性均逐漸增強(qiáng)；6070%的多環(huán)芳烴富集在PM2.0上；粒徑愈小的顆粒物致突變活性愈高，可能和多環(huán)芳烴富集在細(xì)顆粒物上有關(guān)。魏復(fù)盛等人在廣州、武漢、重慶和蘭州四大城市進(jìn)行的研究表明PM2.5與兒童肺功能FEV1/FVC調(diào)整均值呈顯著的負(fù)相關(guān)。0204060801000.01

11、0.1110100顆粒物空氣動力學(xué)直徑（m）沉積百分比（%）鼻腔肺氣管口腔圖2 正常呼吸狀態(tài)下不同粒徑的顆粒物在人體呼吸系統(tǒng)的沉積狀況顆粒物的大小和形狀決定其進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)的部位，并與其在呼吸道內(nèi)的沉積滯留和清除有關(guān)。在各種呼吸條件下（休息、正常狀態(tài)、運(yùn)動）顆粒物在呼吸系統(tǒng)各部位的沉積量與粒徑之間的關(guān)系如圖所示。一般而言，大于10m的顆粒物大部分被阻留在鼻腔或口腔內(nèi)；穿過氣管的PM10中約有10%60%可沉積在肺部而造成危害。肺部沉積曲線呈雙模態(tài)，在3m處的峰值為20%，在0.03m處的峰值為60%比較用口和用鼻子呼吸的曲線可見，用口呼吸時吸入的大于23m的顆粒物要比用鼻子呼吸時多得多。值得

12、注意的是，圖2中的ISO曲線與美國PM10采樣器性能標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的“理想入口”采樣效率曲線相似；此外，各沉積曲線未考慮可溶性顆粒物吸水后的粒徑變化。事實上，當(dāng)可溶性的干顆粒物進(jìn)入相對濕度超過99%的人體后其粒徑將大幅度增加。因此，原本處在0.51.0m區(qū)域的可溶性顆粒物在肺部的沉積將增多。處于“液滴模態(tài)”的可溶性顆粒物（0.7m）比不可溶性顆粒物和處于“凝結(jié)模態(tài)”的可溶性顆粒物（0.2m）可對肺部造成更大的危害。Swift認(rèn)為鼻腔內(nèi)的高沉積率可能與上呼吸道疾病如鼻竇炎、過敏癥等有關(guān)；而沉積在肺部的顆粒物能存留數(shù)周至數(shù)年。1.4 空氣顆粒物的能見度影響研究盡管氣溶膠只占大氣中很少的一部分，但在城市中

13、對大氣光學(xué)性質(zhì)的影響甚至可達(dá)99%。自二十世紀(jì)七十年代以來，空氣顆粒物對能見度的影響就一直是環(huán)保部門極為關(guān)注的問題之一。大氣能見度主要是由大氣氣溶膠對光的散射和吸收效應(yīng)（統(tǒng)稱為消光效應(yīng)）決定的?？諝夥肿訉獾纳⑸渥饔煤苄。珱Q定了最大的視距為100300km（與光的波長有關(guān)）。在極干凈的大氣中能見度可達(dá)30 km以上，而在城市污染大氣中能見度可在5 km左右甚至更低。在大氣氣溶膠中，主要是粒徑為0.1m2.0m的顆粒物通過對光的散射而降低物體與背景之間的對比度，從而降低能見度；在這一粒徑范圍的顆粒物中，二次SO42-的顆粒物和二次NO3-的顆粒物最易散射可見光。大多數(shù)地區(qū)能見度的降低是由SO4

14、2-顆粒物引起的，但在一些城市（如美國的丹佛）的冬季，NO3-顆粒物也可對能見度的降低起主要作用。大氣顆粒物對光的吸收效應(yīng)幾乎全部是由碳黑（也稱元素碳）和含有碳黑的顆粒物造成的。盡管全世界每年排放的碳黑僅占人為顆粒物排放量的1.12.5%和全部顆粒物排放量的0.21.0%，但其引起的消光效應(yīng)卻要高得多，在某些地方甚至可以使能見度降低一半以上。根據(jù)Chan等的研究，在澳大利亞布里斯班細(xì)顆粒物的吸光系數(shù)達(dá)到總消光系數(shù)的27.8%。表列出了美國加州地區(qū)一些顆粒物化學(xué)成分的消光效率，可見顆粒物中的硫酸鹽、有機(jī)物與碳黑的消光效率較高，而粗、細(xì)土壤塵顆粒物的消光效率比之低一個數(shù)量級。Chan等人在澳大利亞

15、布里斯班的研究表明由顆粒物導(dǎo)致的光散射效應(yīng)與細(xì)顆粒物的質(zhì)量濃度，尤其是其中的煤煙、硫酸鹽和非土壤鉀的濃度具有很強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，其平均消光系數(shù)占總消光系數(shù)的49%。唐孝炎等人近年在北京進(jìn)行的研究顯示PM2.0和PM10的質(zhì)量濃度與能見度的線性相關(guān)系數(shù)分別為0.96和0.75，表明北京市近年來能見度的降低可能與細(xì)顆粒物密切相關(guān)。表3 空氣顆粒物的消光效率成分平均質(zhì)量消光效率ai（m-2/g）每增加2g/m3,可視距離下降土壤塵（粗、細(xì)顆粒物）0.291.4硫酸鹽3.213有機(jī)物2.511碳黑（EC）133空氣顆粒物的產(chǎn)生方式有三種，即直接以固態(tài)形式排出的一次顆粒物；在高溫狀態(tài)下以氣態(tài)形式排出、在煙羽

16、的稀釋和冷卻過程中凝結(jié)成固態(tài)的一次可凝結(jié)顆粒物；由氣態(tài)的SO2、NOX等前體物通過大氣反應(yīng)而生成的二次顆粒物。一次顆粒物主要是OC、EC和土壤塵等；它們在源與受體之間經(jīng)歷的變化很小，其環(huán)境濃度在總體上與其排放量成正比；其來源包括鋪砌路面和未鋪砌路面的無組織排放以及礦物質(zhì)的加工和精煉過程等，其它的一些源如建筑、農(nóng)田耕作、風(fēng)蝕等的地表塵的貢獻(xiàn)則相對較小。一次可凝結(jié)顆粒物主要由可在環(huán)境溫度條件下通過凝結(jié)而形成氣溶膠的半揮發(fā)性有機(jī)物組成，是某些源排放顆粒物的主要組成部分。二次顆粒物主要有硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和半揮發(fā)性有機(jī)物等。二次硫酸鹽顆粒物很穩(wěn)定，而硝酸銨和由半揮發(fā)性有機(jī)物生成的二次顆粒物因具有揮發(fā)

17、性而在氣粒之間轉(zhuǎn)化以維持化學(xué)平衡。下表進(jìn)一步列出了顆粒物各化學(xué)組分的主要來源，包括一次顆粒物與二次顆粒物的來源以及自然源與人為源。在城市大氣顆粒物中，一次顆粒物主要來自于逸散性塵埃（產(chǎn)生于風(fēng)蝕、農(nóng)業(yè)活動、建筑、物料堆積、鋪砌路面和未鋪砌路面等）、燃燒（居民的爐灶、農(nóng)業(yè)上的生物質(zhì)燃燒）、機(jī)動車尾氣和工業(yè)過程等；二次顆粒物主要來自于煤的燃燒和機(jī)動車尾氣?？諝忸w粒物的來源的來源十分復(fù)雜，既有人為源排放又有天然源排放，既有有組織源排放又有無組織開放源排放，因此，我們有必要對環(huán)境空氣顆粒物的來源進(jìn)行解析，定性或定量分析各種排放源對環(huán)境空氣顆粒物的貢獻(xiàn)，為今后的污染防治提供了科學(xué)和技術(shù)支持依據(jù)。2 空氣顆

18、粒物采樣方法、采樣設(shè)備環(huán)境空氣顆粒物采樣的目的有以下幾個：確定不同粒徑空氣顆粒物的質(zhì)量濃度水平；確定各類污染源對環(huán)境空氣顆粒物貢獻(xiàn)率的大??；為環(huán)境管理部門實施和認(rèn)證區(qū)域空氣顆粒物控制規(guī)劃服務(wù)；為確定空氣顆粒物環(huán)境濃度和公眾健康之間的關(guān)系服務(wù)；為進(jìn)行與空氣顆粒物相關(guān)的各種理論研究提供樣品。2.1 采樣儀器空氣顆粒物采樣儀器的主要操作流程是以一定的流量抽取空氣，使其通過固定粒徑限值的切割頭，低于該粒徑的粒子通過切割頭并附著在濾膜上而得到收集。采樣器主要由以下幾個部分構(gòu)成：切割頭、采樣器主體、濾膜夾、流量控制器、采樣泵等。切割頭的主要作用是分析那些空氣直徑超過所要采集標(biāo)準(zhǔn)的氣溶膠粒子。濾膜夾是在采樣

19、前、期間和采樣后放置濾膜的容器，作用是固定濾膜并防止膜的污染。采樣泵主要用于對環(huán)境氣體的抽取，使其以一定的流速通過切割頭。為了獲得準(zhǔn)確的化學(xué)成分濃度值，需要準(zhǔn)確測量通過摸得空氣體積。因而在采樣系統(tǒng)中，單位時間內(nèi)通過的空氣量必須得到精確測量和控制。濾膜是采樣中最為關(guān)鍵的部分。濾膜的選擇，使用，保管以及分析過程都對整個采樣分析的結(jié)果產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。一般的濾膜選擇應(yīng)該考慮其機(jī)械穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性、粒子補(bǔ)集效率以及與分析儀器的配套等問題。常用的濾膜有：石英纖維濾膜、玻璃纖維濾膜、聚四氟乙烯濾膜等。石英纖維濾膜在大多數(shù)條件下都能滿足氣溶膠采樣的要求。由于可吸收碳?xì)浠衔餁怏w，采樣前石英濾膜

20、應(yīng)在高溫條件下烘燒以去除其吸附的有機(jī)氣體。石英纖維濾膜已被廣泛應(yīng)用于離子和碳分析中，最大特點(diǎn)是易碎。玻璃纖維濾膜對所有粒徑的氣溶膠粒子的采樣效率非常高。聚四氟乙烯膜的離子和元素空白非常低，但這類膜不能用于碳的分析。采樣過程中，除了要選擇適當(dāng)?shù)臑V膜，還應(yīng)該按一定的操作規(guī)范對濾膜進(jìn)行處理、運(yùn)輸和保管。首先要對濾膜進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，如石英纖維濾膜應(yīng)該進(jìn)行烘燒，其次，應(yīng)該注意濾膜的運(yùn)輸和保存。一般存在的問題有：樣品在采樣、運(yùn)輸和保存過程中易揮發(fā)物質(zhì)容易產(chǎn)生損失；氣溶膠粒子有可能在采樣和運(yùn)輸過程中從濾膜上脫落而造成損失；濾膜在采樣、運(yùn)輸和保存過程中出現(xiàn)破損；相對濕度的變化對濾膜的分析產(chǎn)生影響。2.2 采

21、樣頻率 采樣頻率一般有四種：長期采樣：采樣期較長，每6天采一次樣，每次連續(xù)采樣24h；密集采樣：采樣期較短，采樣頻率較高，為2-3天一次，每次連續(xù)采樣24h；特定時間采樣；集中采樣，2-12h集中采樣。3 空氣顆粒物中化學(xué)成分的測試方法空氣顆粒物中有多種化學(xué)成分，包括各種水溶性離子、元素及總碳等，不同的化學(xué)成分有不同的分析方法。3.1 水溶性離子的分析將已采集樣品的濾膜剪成條狀碎片，用10ml純水超聲提取40min，0.45m濾膜過濾提取液，用Dionex-600IC型離子色譜儀（美國戴安公司）測定空氣顆粒物中SO42-、NO3-、Cl-、NH4+、K+、Na+、Ca2+和Mg2+共8種水溶性

22、離子的濃度。3.2 元素分析由于分析測試技術(shù)的不斷改進(jìn)和提高，對顆粒物的檢測手段也日漸豐富。帶能譜的掃描電鏡和投射電鏡被用來觀測顆粒物結(jié)構(gòu)并分析顆粒物的元素組成；X-射線熒光光譜（XRF）、儀器種子活化分析（INAA）、原子吸收光譜（AAS）、等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）、等離子體質(zhì)樸（ICP-MS）等儀器分析技術(shù)高速、可靠、自動化程度高，可以用于測定顆粒物中的微量和痕量元素。3.3 碳的分析碳組分是顆粒物的重要組分之一，在PM10和PM2.5中，碳組分主要以有機(jī)碳（OC）和元素碳（EC）的形式存在，其中OC既包括由污染源直接排放的一次有機(jī)碳，也包括有機(jī)氣體在大氣中發(fā)生光化學(xué)氧化生成

23、的二次有機(jī)碳；EC則來自于化石燃料或生物質(zhì)的不完全燃燒，由污染源直接排放。OC和EC分析通常采用熱光反射法（TOR），該法首先由Hunitzicker等提出，并應(yīng)用于收集在石英膜上的空氣顆粒物樣品中OC和EC的分析。該方法的原理是，在不同環(huán)境中加熱濾膜，高溫下碳從濾膜上揮發(fā)出來，并通過一定過程轉(zhuǎn)化為甲烷，再使用火焰離子檢測器（FID）檢測甲烷含量，然后通過換算來確定石英濾膜上的含碳量。在該方法中，于樣品濾膜上截取小面積濾膜，并在純氦惰性環(huán)境中將濾膜從室溫分布加熱到120、250、450和550，在這幾個溫度下檢測到的碳的量分別被定義為OC1、OC2、OC3和OC4。然后，將濾膜置于2%氧氣和9

24、8%氦氣的氧化環(huán)境中，將溫度由550分步升至700和800，檢測到的碳的量分別為EC1、EC2和EC3。但在惰性純氦環(huán)境的檢測過程中，隨著溫度的增加，有些OC會裂解為EC，從而對EC的檢測造成正誤差。為校正這種誤差，利用波長為633nm的He-Ne激光可檢測由裂解黑碳燃燒所造成反射光增加，這部分增加值可轉(zhuǎn)化為碳含量，這部分碳的量稱為光學(xué)檢測裂解碳(OPC)。因此，OC的量可表示為：OC1+OC2+OC3+OC4+OPCEC的量可表示為：EC1+EC2+EC3-OPC4 空氣顆粒物來源解析方法空氣顆粒物的來源可分為人為源和自然源，人為源主要是指燃料燃燒、工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸?shù)冗^程，自然源包括海鹽、

25、植物花粉等。不同污染源排放的顆粒物各有其特征，源解析就是利用各種源的特征，找到源與顆粒物之間的定性或定量關(guān)系。從20世紀(jì)60年代中期美國科學(xué)家的開創(chuàng)性工作算起，源解析研究和應(yīng)用已有超過30年的歷史，目前源解析技術(shù)多種多樣，但大體上可分為3種：（1）排放清單（Emission Inventory）；（2）以污染源為對象的擴(kuò)散模型（Diffusion Model）；（3）以污染區(qū)域為對象的受體模型（Receptor Model）。4.1 排放清單排放清單是通過觀測和模擬空氣顆粒物的源排放量、排放特征及排放地理分布等，建立列表模型。排放清單內(nèi)容主要包括點(diǎn)源、面源。該方法需要詳盡的污染源排放清單，且計

26、算過程復(fù)雜，排放參數(shù)的選取對結(jié)果影響很大，如果缺乏部分源排放因子，則估算存在較大的不確定性。4.2 擴(kuò)散模型對空氣顆粒物污染源的研究始于以排放量為基礎(chǔ)的擴(kuò)散模型，也稱源模型?？諝馕廴緮U(kuò)散模型是基于統(tǒng)計理論的正態(tài)煙流模式，以目前廣泛應(yīng)用的穩(wěn)態(tài)封閉型高斯擴(kuò)散方程為核心，主要用于計算點(diǎn)源、線源、面源、體源及開放的各種工業(yè)源排放的SO2、TSP、PM10、NOX和CO等污染物在環(huán)境空氣中的濃度分布。擴(kuò)散模型是根據(jù)污染源排放率和當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料來估算污染源排放并擴(kuò)散到采樣點(diǎn)處空氣顆粒物的影響，即已知影響采樣點(diǎn)處空氣顆粒物的污染源個數(shù)和方位，來估算這些污染源對采樣點(diǎn)處空氣顆粒物的貢獻(xiàn)。由于擴(kuò)散模型需要提供顆

27、粒物擴(kuò)散過程中詳細(xì)的氣象資料，需要知道粒子在大氣中生成、消除和輸送的重要特征參數(shù)，這些參數(shù)的取得及其規(guī)律性的把握給擴(kuò)散模型帶來了復(fù)雜性和實際操作中取得這些參數(shù)的困難性。而且，擴(kuò)散模型中的許多變量在時空上是隨機(jī)且復(fù)雜的，彼此之間相互獨(dú)立，并且利用擴(kuò)散公式只能估算出近似值，無法準(zhǔn)確描述顆粒物在空氣中的擴(kuò)散特征，因此擴(kuò)散模型對污染物在受體處負(fù)載的計算十分粗略。4.3 受體模型美國、日本等國家從20世紀(jì)70年代起，Miller和Fried Lander等人開始由排放源轉(zhuǎn)移到“受體”進(jìn)行空氣顆粒物的源解析。所謂受體是指某一相對于排放源被研究的局部大氣環(huán)境。受體模型著眼于研究排放源對受體的貢獻(xiàn)，從采樣點(diǎn)收

28、集在濾膜上的顆粒物著手，來解析污染源對顆粒物的貢獻(xiàn)情況，即可以再對采樣點(diǎn)周圍污染源的個數(shù)和方位都不確定的前提下，以采樣點(diǎn)處收集到的空氣顆粒物著手，分析這些顆粒物，進(jìn)而反追采樣點(diǎn)處空氣顆粒物的可能來源于哪個污染源。與擴(kuò)散模型相比，受體模型不依賴于排放源排放條件、氣象、地形等數(shù)據(jù)，不用追蹤顆粒物的遷移過程，避開了應(yīng)用擴(kuò)散模型遇到的困難，因而近年來發(fā)展很快。受體模型的研究方法大致可以分為3類：顯微鏡法、物理法、化學(xué)法，其中以化學(xué)法的發(fā)展最為成熟。4.3.1 顯微鏡法顯微鏡法是根據(jù)單個顆粒物粒子的大小、顏色、形狀、表面特征等形態(tài)上的特征來判斷顆粒物排放的方法，適用于分析形態(tài)特征明顯的氣溶膠，一般僅用于

29、定性或半定量分析。若需定量分析，則要分析大量的單個粒子，以使分析結(jié)果能代表整個樣品，前提是要建立龐大的源數(shù)據(jù)庫。顯微鏡法主要包括光學(xué)顯微鏡法（OM），掃描電子顯微鏡法（SEM），計算機(jī)控制掃描電鏡法（CCSEM）。4.3.2 物理法主要包括X射線衍射（XRD）和軌跡分析法（Trajectory Analysis）。4.3.3 化學(xué)法化學(xué)法是以氣溶膠特性守恒和特性平衡分析為前提，與數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法相結(jié)合而發(fā)展起來的，主要提出了化學(xué)質(zhì)量平衡法，因子分析法，富集因子法3種。（1）化學(xué)質(zhì)量平衡法（Chemical Matter Balance，CMB）1972年，Miller，F(xiàn)riedlander和Hi

30、dy等人第一次正式給出了化學(xué)元素平衡法所依賴的等式，并將其命名為化學(xué)元素平衡法（CEB）。1980年，Cooper和Watson提出將該法命名為化學(xué)質(zhì)量平衡法（CMB）。CMB受體模型根據(jù)各種排放源的顆粒組成，將顆粒物的濃度分解為一組由各種源貢獻(xiàn)的組合，解出各種源對顆粒物中各種元素的濃度貢獻(xiàn)。在多來源體系中，解析結(jié)果與實際情況比較吻合，因而CMB受體模型是開展空氣顆粒物來源研究、為空氣顆粒物污染防治決策提供科學(xué)依據(jù)的重要技術(shù)方法。（2）因子分析法（Factor Analysis，F(xiàn)A）因子分析法師多元統(tǒng)計分析方法的一種，它是布利福德（Blifford）等人對NASA數(shù)據(jù)分析解釋，用因子分析研究

31、了美國30多個城市的氣溶膠來源，分辨出汽車排放、燃燒和工業(yè)污染等7個污染源，并對其中的4個進(jìn)行了細(xì)致的解釋。因子分析是把一些具有復(fù)雜關(guān)系的變量或樣品歸結(jié)為數(shù)量較少的幾個綜合因子的一種多元統(tǒng)計的方法，目的就是從實測數(shù)據(jù)出發(fā)，根據(jù)它們之間的相關(guān)關(guān)系，從全局變量數(shù)據(jù)中綜合、歸納公因子，計算出因子模型中的各個因子載荷。因子分析法所用測量資料是大量樣品的多種化學(xué)成份濃度，基本出發(fā)點(diǎn)是利用測量的化學(xué)成份濃度之間的相關(guān)性。不需要先設(shè)想污染源的結(jié)果和數(shù)目，也不需要關(guān)于由一個源排放出來的所有元素在他們到達(dá)采樣點(diǎn)之前一直保持等同相關(guān)的濃度，而且，因子分析中不僅包括濃度參數(shù)，也包括非濃度參數(shù)。常見的因子分析方法主要

32、有主因子分析（PEA）和目標(biāo)轉(zhuǎn)移因子分析（TTFA）兩種處理形式。（3）富集因子法（Enrichment Factor，EF）富集因子法是戈登（Gorden）于1974年首先提出來的，用于研究空氣氣溶膠粒子中元素的富集程度，判斷和評價氣溶膠粒子中元素的自然來源和人為來源，優(yōu)點(diǎn)是能消除采樣過程中各種不確定因素的影響。富集因子法引進(jìn)了富集因子的概念，其數(shù)值的大小為探索空氣顆粒物中元素來源提供了重要信息。首先選擇一種相對穩(wěn)定的元素R作參比元素，將氣溶膠粒子中待考察元素i與參比元素R的相對濃度（）氣溶膠）和地殼中相對應(yīng)元素和R的平均豐度求得的相對濃度（）地殼），按下式求得富集因子EF地殼： 式中是元素

33、i和R的地殼豐度。如果某元素的富集因子EF地殼較大時，表明該元素有了適當(dāng)?shù)母患?。根?jù)富集因子大小可以將元素大體上分為2類，勞茨等人提出，某元素的富集因子值小于10時，則可以認(rèn)為：想對于地殼來源沒有富集，它們主要由土壤或巖石風(fēng)化的塵埃掛入大氣；當(dāng)富集因子增大到101×104時，則可以人為被富集了，此時，不僅有地殼物質(zhì)的貢獻(xiàn)，而且可能與人類的各種活動有關(guān)，如需要進(jìn)一步確定某種可能的人為源，可結(jié)合污染源調(diào)查。富集因子法可以幫助人們推測污染物在某一地區(qū)富集和污染源類型，但富集因子法給不出各種不同類型污染源相對貢獻(xiàn)的定量結(jié)果，只能作出定性的判斷。4.4 其它的研究方法（1）多元線性回歸法（Mu

34、ltivariate Linear Regression，MLR）。多元線性回歸法又稱示蹤元素法。人們在進(jìn)行城市TSP源的化學(xué)成分時發(fā)現(xiàn)的，不同的功能源如煤油、冶金、燃煤等排放出的某些元素或其它物質(zhì)含量差別很大。測量受體的TSP濃度，并對各示蹤元素的濃度進(jìn)行多元回歸分析，可得到TSP濃度與各示蹤元素濃度的回歸式，回歸系數(shù)用于計算各示蹤元素對應(yīng)的源對受體點(diǎn)TSP平均絕對貢獻(xiàn)：TSP=BX+U。式中，X為示蹤元素的大氣濃度矩陣，B為回歸系數(shù)矩陣，U為常數(shù)，標(biāo)示的是未知源濃度。（2）遺傳算法（Genetic Algorithms，GA）遺傳算法是一種用于模型參數(shù)優(yōu)化估計的通用方法，一種借鑒生物界遵循

35、適者生存、優(yōu)勝劣汰遺傳機(jī)制的進(jìn)化規(guī)律演化而來的全局隨即優(yōu)化搜索算法，是一種群體型操作，以群體中所有個體為對象，使用選擇、交叉和變異等3個基本操作算子，反復(fù)迭代優(yōu)化，直接找到最優(yōu)解為止。（3）投影尋蹤回歸法（Projection Pursuit Regression，PPR）。投影尋蹤技術(shù)（PP）用于數(shù)據(jù)處理，對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或特征物任何條件限制，而是直接審視數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析建模，并在建模過程中，獲得因子對模型因變量的權(quán)重貢獻(xiàn)率。應(yīng)用它對空氣顆粒物的污染源成分譜和空氣采集樣本中的元素測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到空氣顆粒物的污染源的權(quán)重貢獻(xiàn)。將PP原理與回歸分析方法相結(jié)合就產(chǎn)生了（PPR）分析技術(shù)。（4）粗集理

36、論（Roughsets，RS）。粗集理論是一種處理不確定性知識的新型的教學(xué)工具，其基本思想是在信息部完全、不精確地情況下，根據(jù)決策系統(tǒng)中已有的決策數(shù)據(jù)獲取知識。它的主要特點(diǎn)是僅以觀察和測量所得數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，不需要預(yù)先給定某些或?qū)傩缘臄?shù)量描述，而是直接從給定問題的描述集合出發(fā)，通過不可分辨類確定給定問題的近似域，從而找出該問題的內(nèi)在規(guī)律。此外，還有混合方法、二重源解析技術(shù)等越來越多的應(yīng)用到源解析當(dāng)中。4.5 源解析技術(shù)發(fā)展的新趨勢元素同位素示蹤的物源判別方法運(yùn)用同位素示蹤的方法研究大氣顆粒物的物質(zhì)來源，主要是采用鉛同位素和碳同位素兩種方法。4.5.1 鉛同位素示蹤方法鉛同位素由于其質(zhì)量重，同位素間

37、的相對質(zhì)量差較小，在地球化學(xué)過程中一般不會受所在系統(tǒng)的溫度、壓力、 pH、 Eh和生物等作用而發(fā)生分餾，外界條件的變化對其同位素組成的影響很小。由以上“指紋特征”的特點(diǎn)，鉛同位素被廣泛作為指示元素用來示蹤環(huán)境污染物質(zhì)的來源。Chiaradia等利用Pb同位素組成研究工業(yè)區(qū)大氣鉛來源，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)劂U主要來源于鉛、銅冶煉工業(yè)、含鉛汽油及燃煤。Antonio Simonetti等利用Pb同位素示蹤大氣污染物來源。Duzgoren利用Pb同位素示蹤方法研究了香港大氣鉛來源。陳好壽等對我國杭州大氣鉛的主要污染源進(jìn)行了鉛同位素示蹤。在燃煤鉛同位素組成研究中，他們分別對杭州的工業(yè)用煤、民用煤和燃燒殘余物（煤渣、

38、煤灰）等樣品進(jìn)行了同位素測定，他們還對不同類型的汽車排放的汽油燃燒顆粒物樣品進(jìn)行了鉛同位素測定，盡管各類燃煤鉛同位素組成之間和不同汽油鉛同位素組成之間都有不同程度的差異，但可以看出汽油的放射成因鉛要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于燃煤的放射成因鉛，這就為鑒別大氣中兩種主要不同來源的鉛 （燃煤鉛和汽油鉛）提供了重要依據(jù)。朱賴明等利用對大氣鉛同位素的測定，對北極科楚奇海域大氣鉛污染來源進(jìn)行了示蹤研究并取得了滿意的結(jié)果。朱炳泉等于上世紀(jì)末對珠江三角洲的大氣飄塵、氣溶膠和土壤進(jìn)行了鉛同位素地球化學(xué)研究，根據(jù)鉛同位素的背景值、汽油鉛的同位素組成特征以及工業(yè)排放的鉛同位素組成特征和所采樣品的化學(xué)成分對廣東佛山、廣州和大瀝地區(qū)的鉛

39、來源進(jìn)行了逐一分析，利用鉛同位素示蹤鉛來源。4.5.2 碳同位素示蹤方法碳同位素方法分為放射性碳同位素方法和穩(wěn)定碳同位素方法。放射性碳同位素方法是測定大氣樣品中有機(jī)碳質(zhì)的放射性14C。穩(wěn)定碳同位素方法是測定單個有機(jī)化合物的。由于石油、煤和木材等燃料及地表植物、揚(yáng)塵中的有機(jī)化合物存在的差異，同樣這些差異也在形成的氣溶膠中得到繼承，所以通過單個有機(jī)化合物的測定可以區(qū)分其污染的來源。我國邵敏等人首先將放射性碳同位素技術(shù)用于大氣污染物來源的研究。該研究應(yīng)用加速器質(zhì)譜計（AMS）技術(shù)對大氣顆粒物中14C含量進(jìn)行測量，分析顆粒物中微量元素組分和含碳組分的來源.結(jié)果表明，大氣顆粒物中含碳組分與微量元素組分具

40、有不同的來源。因為微量元素顯示顆粒物的無機(jī)組分特征，而含碳組分則顯示有機(jī)組分特征。無機(jī)組分主要組成了氣溶膠的載體，而有機(jī)組分主要組成氣溶膠的吸附體。所以大氣氣溶膠含碳組分與微量元素組分具有不同的來源，這一結(jié)論說明了氣溶膠來源或遷移過程的動態(tài)特征。成玉（1997）首先對大氣顆粒物進(jìn)行單個有機(jī)化合物的穩(wěn)定碳同位素（）研究，以了解不同功能區(qū)大氣中有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定碳同位素特征，從而探討其來源。為此選擇了清潔區(qū)、燃煤型污染區(qū)、 燃油型污染區(qū)、高空燃油型污染區(qū)及不同季節(jié)的氣溶膠中單個正構(gòu)烷烴的分別進(jìn)行了研究。彭林通過分析蘭州市不同功能區(qū)環(huán)境空氣中非甲烷烴的穩(wěn)定碳同位素組成，定性分析了非甲烷烴的來源。5 化學(xué)質(zhì)

41、量平衡模型（CMB模型）5.1 基本原理假設(shè)存在著對受體中的大氣顆粒物有貢獻(xiàn)的若干源類（j），并且（1）各源類所排放的顆粒物的化學(xué)組成有明顯的差別；（2）各源類所排放的顆粒物的化學(xué)組成相對穩(wěn)定；（3）各源類所排放的顆粒物之間沒有相互作用，在傳輸過程中的變化可以被忽略。那么在受體上測量的總物質(zhì)濃度C就是每一源類貢獻(xiàn)濃度值的線性加和。 （4.1）式中：C 受體大氣顆粒物的總質(zhì)量濃度，g /m3； Sj 每種源類貢獻(xiàn)的質(zhì)量濃度，g /m3；J 源類的數(shù)目，j=1，2J。如果受體顆粒物上的化學(xué)組分i的濃度為Ci,那么公式（3.1）可以寫成： i=1，2I,j=1，2J。 （4.2）式中：Ci 受體大氣

42、顆粒物中化學(xué)組分i的濃度測量值，g /m3； Fij 第j類源的顆粒物中化學(xué)組分i的含量測量值，%；Sj 第j類源貢獻(xiàn)的濃度計算值，g /m3； J 源類的數(shù)目，j=1，2J；I 化學(xué)組分的數(shù)目，i=1，2I。 只有當(dāng)ij時，方程組（3.2 ）的解為正。源類j的分擔(dān)率為： = Sj/C×100% （4.3）5.2 CMB模型的算法CMB方程組的算法主要有以下幾種：（1）示蹤元素法（the tracar solution）（2）線性程序法（the linear programming solution）（3）普通加權(quán)最小二乘法（the ordinary weighted least s

43、quares solution with or without an intercept）（4） 嶺回歸加權(quán)最小二乘法（the ridge regression weighted least squares solution with or without an intercept）（5） 有效方差最小二乘法（the effective variance least squares solution with or without an intercept）目前CMB模型最常采用的算法是有效方差最小二乘法，因為有效方差最小二乘法提供了計算源貢獻(xiàn)值Sj和Sj的誤差的實用方法。有效方差最小二乘法實

44、際上是對普通加權(quán)最小二乘法的改進(jìn)，即使加權(quán)的化學(xué)組分測量值與計算值之差的平方和最?。?最小 （4.4）有效方差 為權(quán)重值。 （4.5）式中： 受體大氣顆粒物的化學(xué)組分測量值Ci的標(biāo)準(zhǔn)偏差，g /m3；排放源的化學(xué)組分測量值Fij的標(biāo)準(zhǔn)偏差，%；源的化學(xué)組分貢獻(xiàn)計算值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，g /m3。有效方差最小二乘法在實際運(yùn)算中采用迭代法，即在前一步迭代計算的Sj的基礎(chǔ)上再來計算一組新的Sj值。具體算法如下：CMB方程組的矩陣形式： （4.6）設(shè)上標(biāo)K表示第K步迭代的變量值。(1)設(shè)源貢獻(xiàn)初始值為零 j=1，2J （4.7）(2)計算有效方差矩陣的對角線上的分量，所有的非對角線上的分量都等于零 （4.8

45、）(3)計算Sj的第K+1 步迭代的值 （4.9）(4)如果公式（3.10）中的結(jié)果大于1%，那么執(zhí)行上一步迭代，如果小于1%，終止該算法。 若0.01 返回第二步 若0.01 到第五步 （4.10）(5)計算的第K+1步迭代的值。 j=1J （4.11）上述公式中：C=(C1Ci)T 第i個化學(xué)組分的Ci的列矢量；S=(S1SJ)T 第j種排放源類的貢獻(xiàn)計算值Sj 的列矢量；F= Fij I×J階的源成份譜Fij矩陣；V= 有效方差的對角矩陣。以上算法表明：應(yīng)用有效方差最小二乘法求解CMB 模型時，模型的輸入?yún)?shù)為：受體化學(xué)組分濃度譜的測量值Ci 和 Ci 的標(biāo)準(zhǔn)偏差；源成份含量譜

46、的測量值Fij和Fij的標(biāo)準(zhǔn)偏差。模型的輸出參數(shù)是：源貢獻(xiàn)計算值Sj和Sj的標(biāo)準(zhǔn)偏差；源的化學(xué)組分貢獻(xiàn)計算值Sij和Sij的標(biāo)準(zhǔn)偏差。該算法提供了求解源貢獻(xiàn)值Sj和Sj誤差的實用方法。源貢獻(xiàn)值誤差反映了所有輸入模型的源成份譜與受體化學(xué)成份譜的測量值按權(quán)重大小的誤差積累，對精度高的化學(xué)組分比精度低的化學(xué)組分給出的權(quán)重大。如果:（1）（當(dāng)=0時,有效方差最小二乘解法即普通加權(quán)最小二乘法；（2）當(dāng)= C(常數(shù))時,有效方差最小二乘解法即為不加權(quán)最小二乘法；（3）化學(xué)組分的數(shù)目等于源的數(shù)目(I=J)時,并且每種源類選擇的化學(xué)組分是單一的,那么有效方差最小二乘解法即屬于標(biāo)識組分解法；（4）當(dāng)矩陣 重寫成

47、 ,為非零數(shù),取名為穩(wěn)定參數(shù),I等于單位矩陣,這種解法稱之為嶺回歸解法。但是嶺回歸解法實際上等同于改變源成份譜測量值，直到共線性消失。所以說利用嶺回歸解法求得的源貢獻(xiàn)值實際上已經(jīng)不能反映源對受體貢獻(xiàn)的真實情況，所以實用價值不大。5.3 CMB模型模擬優(yōu)度的診斷技術(shù)CMB模型是線性回歸模型。使用線性回歸模型時一般需要考慮：回歸推斷的估算值與實測值的偏離，偏離程度一般用“殘差”來檢驗；另外對回歸推斷有大影響的參數(shù)是哪些，影響程度如何衡量。解決上述問題的數(shù)學(xué)方法一般稱之回歸診斷技術(shù)。在本研究中為了驗證源貢獻(xiàn)估算值的有效性和CMB模型擬合的優(yōu)良程度，選擇了下列回歸診斷技術(shù)對回歸結(jié)果進(jìn)行檢驗。（1）源貢

48、獻(xiàn)值擬合優(yōu)度的診斷技術(shù)；（2）源的不定性和相似性組的診斷技術(shù)；（3）化學(xué)組分濃度計算值擬合優(yōu)度的診斷技術(shù)；（4）其他診斷技術(shù)。5.4 空氣顆粒物二重源解析技術(shù)南開大學(xué)馮銀廠，白志鵬，朱坦等針對利用CMB法受體模型開展空氣顆粒物來源研究中所遇到的一套數(shù)據(jù)多種結(jié)果和統(tǒng)一源類的顆粒物會以不同的形式通過不同的途徑進(jìn)入到環(huán)境空氣中等技術(shù)難題，首次提出“二重源解析”技術(shù)。考慮到顆粒物排放源的特征，利用揚(yáng)塵是特殊污染源的特點(diǎn)，將不同的CMB模型計算結(jié)果定量地聯(lián)系在一起，融合了CMB模型的技術(shù)優(yōu)勢，并解決了CMB模型目前沒有解決的技術(shù)難題。得到了各單一塵源類分別以揚(yáng)塵形式進(jìn)入到環(huán)境空氣中和直接排放進(jìn)入到環(huán)境空

49、氣中的貢獻(xiàn)值和分擔(dān)率。二重源解析技術(shù)的前提：（1）土壤風(fēng)沙塵、煤煙塵、建筑水泥塵、機(jī)動車尾氣塵、鋼鐵塵等排放源類為單一塵源類，揚(yáng)塵為混合塵源類。（2）揚(yáng)塵是一種混合源類，它由來自于各單一塵源類的部分顆粒物混合組成，因此，揚(yáng)塵既可以視為環(huán)境空氣中顆粒物的排放源類，又可以視為各單一塵源類所排放的顆粒物的接受體。（3）揚(yáng)塵對環(huán)境空氣中顆粒物的貢獻(xiàn)是客觀存在的，只要存在各單一塵源類，就存在揚(yáng)塵。也就是說環(huán)境空氣中的同一源類的顆粒物一部分直接來源于源的排放，另一部分則是在環(huán)境空氣中沉降后再次或多次以揚(yáng)塵的形式進(jìn)入到環(huán)境空氣中。（4）揚(yáng)塵既然是其它源類的接受體，根據(jù)化學(xué)質(zhì)量平衡原理，可以采用CMB受體模型

50、來計算其它單一塵源類對揚(yáng)塵的分擔(dān)率；同時，揚(yáng)塵既然是環(huán)境空氣中顆粒物的排放源類，也可以用CMB模型計算其對受體的分擔(dān)率。如果用i代表不同的源類，用A、B、C、D、E分別表達(dá)如下含義：Ai 代表不考慮顆粒物進(jìn)入環(huán)境空氣中途徑的情況下，用CMB模型計算出的各單一塵源類對受體的分擔(dān)率；B 代表用揚(yáng)塵代替與其共線嚴(yán)重的單一塵源類如土壤風(fēng)沙塵用CMB模型計算出的揚(yáng)塵對受體的分擔(dān)率；Ci 代表將揚(yáng)塵作為受體，其它各單一塵源類作為對其有貢獻(xiàn)的源，用CMB模型計算出的各單一塵源類對揚(yáng)塵的分擔(dān)率；Di 代表各單一塵源類以揚(yáng)塵的形式進(jìn)入到受體中的分擔(dān)率；Ei 代表各單一塵源類減去進(jìn)入揚(yáng)塵的部分后對受體的分擔(dān)率。有

51、：（如圖5-1所示） Di=B×Ci ，Ei=AiDi以揚(yáng)塵形式進(jìn)入到受體的煤煙塵D直接進(jìn)入到受體的煤煙塵EEDD揚(yáng)塵對受體的貢獻(xiàn)B大氣環(huán)境中的煤煙塵A圖1 二重源解析技術(shù)示意圖二重源解析的步驟為：（1）不考慮混合塵源類揚(yáng)塵，僅用各單一塵源類進(jìn)行解析（一次源解析）得到一次解析結(jié)果Ai；（2）以環(huán)境受體中顆粒物來源的實際情況劃分顆粒物排放源類，把地區(qū)揚(yáng)塵也納入CMB模型進(jìn)行解析，得到結(jié)果Bi；（3）把揚(yáng)塵作為受體，用各單一塵源類對其進(jìn)行解析，得到各單一塵源類在揚(yáng)塵中的分擔(dān)率Ci；（4）用揚(yáng)塵作為受體時的解析結(jié)果Ci和揚(yáng)塵對環(huán)境受體的分擔(dān)率B對一次解析結(jié)果Ai進(jìn)行修正，得到各單一塵源類除

52、去進(jìn)入揚(yáng)塵的部分后直接對受體的貢獻(xiàn)率Ei；（5）對Bi 和Ei進(jìn)行對照分析，并檢驗和印證源解析結(jié)果，綜合得到二重源解析結(jié)果。求出的結(jié)果Ei與揚(yáng)塵的分擔(dān)率B共同組成顆粒物二重源解析結(jié)果。這種技術(shù)方法建立在三次不同的CMB模型計算結(jié)果基礎(chǔ)之上，充分考慮到了顆粒物排放源的特征，巧妙地利用揚(yáng)塵這一特殊污染源的特點(diǎn)，科學(xué)地將不同的CMB模型計算結(jié)果定量地聯(lián)系在一起，融合了CMB模型的技術(shù)優(yōu)勢，并解決了CMB模型目前沒有解決的技術(shù)難題。鑒于這種技術(shù)方法中包含了在不同層次上對顆粒物的多次源解析，使用了多個不同的源解析結(jié)果，我們把這種技術(shù)稱為大氣顆粒物的“二重源解析”技術(shù)。目前國內(nèi)外多個城市已經(jīng)運(yùn)用CMB模型

53、進(jìn)行了來源解析，以下為各個城市源解析結(jié)果。表4 潞城市PM10 “一重源解析”的源貢獻(xiàn)值和分擔(dān)率源類采暖季非采暖期貢獻(xiàn)值分擔(dān)率貢獻(xiàn)值分擔(dān)率µg/m3%µg/m3%城市揚(yáng)塵煤煙塵85.413946.7232建筑水泥塵32.851535.0424土壤風(fēng)沙塵45.992126.2818機(jī)動車尾氣13.1465.844原煤塵19.71921.915鋼鐵塵6.5734.383硫酸鹽2.1912.922硝酸鹽4.3822.922合計210.2496146100表5 潞城市PM10二重源解析結(jié)果源類采暖季非采暖期貢獻(xiàn)值分擔(dān)率貢獻(xiàn)值分擔(dān)率µg/m3%µg/m3%城市揚(yáng)塵

54、35.041626.2818煤煙塵72.273340.8828建筑水泥塵30.661430.6621土壤風(fēng)沙塵19.71910.227機(jī)動車尾氣13.1465.844原煤塵17.52820.4414鋼鐵塵6.5734.383硫酸鹽2.1912.922硝酸鹽4.3822.922合計201.4892144.5499表6 長治市PM10 “一重源解析”的源貢獻(xiàn)值和分擔(dān)率源類采暖季非采暖季全年貢獻(xiàn)值分擔(dān)率貢獻(xiàn)值分擔(dān)率貢獻(xiàn)值分擔(dān)率µg/m3%µg/m3%µg/m3%城市揚(yáng)塵煤煙塵114.843675.8424107.7834建筑水泥塵31.91094.83057.0618土壤風(fēng)沙塵79.752582.162676.0824機(jī)動車尾氣35.091128.44925.369硫酸鹽9.5733.1619.513硝酸鹽31.91018.96628.539合計303.0595303.3696304.3297表7 長治市PM10二重源解析結(jié)果源類采暖季非采暖季全年貢獻(xiàn)值分擔(dān)率貢獻(xiàn)值分擔(dān)率貢獻(xiàn)值分擔(dān)率