PMF和PCA_APCS模型对南京北郊大气VOCs源解析对比研究.docx

－ 50．GAO Meng，AN Jun-lin，HANG Yi-xian，et al． Comparison of PMF and PCA / APCS for VOCs source apportionment in north suburb of Nanjing［J］． Journal of Meteorology and Environment，2014，30( 1) : 43 － 50．PMF 和 PCA / APCS 模型对南京北郊大气VOCs 源解析对比研究高蒙安俊琳杭一纤李用宇( 南京信息工程大学气象灾害省部共建教育部重点实验室，江苏 南京 210044)摘 要: 利用 PMF 模型和 PCA / APCS 模型对南京北郊大气 VOCs 进行定性和定量的源解析，并对比两种模型的结果。结 果表明: PMF 模型对不同 VOCs 种类的模拟效果差别较大，而 PCA / APCS 对不同 VOCs 种类的模拟效果相近; PMF 模型解析的 源个数多于 PCA / APCS 模型，两种模型解析的源性质方面存在较大相似性，但 PCA / APCS 模型未能区分汽油挥发和汽车尾气 源; 两种模型源解析的植物排放源、工业生产源的贡献率较接近，而其他源的贡献率存在差异，PCA / APCS 模型解析的溶剂使用 源的贡献率高于 PMF 模型，PMF 模型解析的汽油挥发 + 汽车尾气源的贡献率高于 PCA / APCS 模型。关键词: VOCs; 源解析; PMF 模型; PCA / APCS 模型中图分类号: X511文献标识码: Adoi: 10． 3969 / j． issn． 1673-503X． 2014． 01． 007引言大气中的挥发性有机物( VOCs) 对大气环境有 重要影响，美国环保署优先控制的 187 种污染物中 有 33 种是挥发性有机物［1］。VOCs 是光化学反应的 重要 前 体 物，对流层大气中的 VOCs 与 氮 氧 化 物 ( NOX ) 发生光化学反应，生成臭氧、甲醛等二次污染 物［2 － 3］。臭氧及其主要前体物近 些年受到广泛关 注［4］，有效控制大气 VOCs 污染，就需要了解污染源 排放对环境造成的影响［5］。扩散模型无法应用于源强难以确定的无组织排 放源，而受体模型不依赖于排放源的排放条件、地形 和气象等数据［6］。Guo 等［7］ 利用主成分分析 / 绝对 主成分得分( PCA / APCS) 模型对香港地区 VOCs 进 行源解析，得出主要污染源为溶剂使用、交通工具排 放、液化石油气、天然气泄露、工业源和自然源等; Cai分析模型不需要精确的源信息就可以对污染源进行 解析［9］; PMF 模型限制因子矩阵值为非负，避免出现 无实际 意 义 的 负 值，但相对其他模型更复杂和耗 时［10］; CMB 模型需要精确的源信息［9］，而源信息存 在地区差异，也会随时间改变。国内外已开展了一些 采用不同模型对颗粒物进行源解析的对比研究［11 － 13］， 但是基于 VOCs 数据进行的模型对比研究较少。南京是沪宁杭经济核心区的中心城市，2009 年 地区生产总值已超过 4000 亿元。民用车辆拥有量 从 1999 年的 9 万多辆增至 2009 年的 67 万多辆，原煤的消费量从 1999 年的 800 多万吨增长至 2009 年 的 1400 多万吨［14］。伴随经济的迅速腾飞，南京地区 空气质量迅速下降，大气中 VOCs 含量增多。本文利 用 PMF 和 PCA / APCS 模型对南京北郊大气 VOCs 进 行源解析研究，并对比分析两种模型的结果。了解南京北郊地区大气 VOCs 污染特点，确 定其来源特等［8］利用正定矩阵分解( PMF) 模型对上海中心城区征，为南京大气治理提供科学依据。此外，两种模型VOCs 进 行 源 解 析，得 到的污染源为车辆排放 ( 25% ) 、溶剂工业源( 17% ) 、燃料挥发( 15% ) 、油漆 溶剂使用( 15% ) 、钢铁工业生产( 12% ) 、生物质 / 生 物燃料燃烧( 9% ) 和煤炭燃烧( 7% ) 。为了更好地解析 VOCs 污染源，需要对比研究不 同的模型，各种模型均存在优势与局限性［6］。因子在大气 VOCs 源解析中应用的比较，也为 VOCs 源解 析模型的选择提供参考。1资料与方法1. 1采样点南京地处长江下游的宁镇丘陵山区，北连江淮收稿日期: 2012 － 10 － 12; 修订日期: 2012 － 12 － 27。资助项目: 国家自然科学基金项目(和 和中国科学院战略先导科技专项( B 类) 子课题( XD 共同 资助。作