[發明專利]缺失組分迭代反演標定嵌套—PMF源解析算法

有效

• 申請號: 201810851472.6
• 申請日: 2018-07-30
• 公開（公告）號: CN109085291B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 史國良;董世豪;彭杏;馮銀廠
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G01N33/00
• 分類號: G01N33/00
• 代理公司: 天津耀達律師事務所 12223
• 代理人: 張耀

本發明提供了缺失組分迭代反演標定嵌套—PMF源解析算法。包括：利用在線監測儀器構建多組分在線數據，輸入到正定因子矩陣分解模型(PMF)；選擇因子個數，設置模型計算參數；進行模型計算，提取因子，計算各因子貢獻；結合實測源成分譜、因子成分譜和因子貢獻，反算受體Si和Al，分別獲得Si和Al的重構受體數據以及重構受體矩陣X₁；將重構受體矩陣X₁重新輸入到模型中進行計算，得到新的因子譜和因子貢獻，結合實測源成分譜反算受體Si和Al，獲得Si和Al的重構受體數據以及重構受體矩陣X₂；重復上述步驟直至得到滿足限制條件的重構受體數據。本發明提供的缺失組分迭代反演標定嵌套—PMF源解析算法能一定程度還原實際受體數據，提高模型計算的準確性。

技術領域

本發明涉及大氣顆粒物源解析領域，具體涉及一種缺失組分迭代反演標定嵌套—PMF源解析算法。

背景技術

中國大氣污染情況較為嚴重，使用科學的源解析方法判斷PM_2.5來源是控制和治理的關鍵。為治理嚴重大氣污染，20世紀70年代美國率先開展顆粒物來源解析的研究，20世紀90年代歐洲的相關研究也有顯著進展。我國源解析工作起步于20世紀80年代。

目前PM_2.5源解析以離線的濾膜采樣為主，采樣時間一般為24小時或更長，從樣品采集、化學組分析到模型結果的獲取周期長，一定時間內平均化的數據無法捕捉小時間尺度(如幾分鐘或幾小時)的高濃度污染過程，難以滿足對短時間內突發重污染事件來源解析的需求。近年來研發出的多種顆粒物在線儀器可提供某些化學組分和示蹤物的實時濃度，在線源解析可為制定快速和有效的控制措施提供重要的決策服務，是未來源解析工作發展的重要方向。

與離線監測技術相比，在線監測技術監測的顆粒物中化學組分種類較少，例如缺失Si、Al等重要標識組分。這類標識組分的缺失可能會導致土壤、燃煤、機動車等源類的共線性增加，從而會增加這幾類源的因子成分譜和源貢獻的不確定性。

發明內容

本發明的目的是解決現有在線監測技術監測的顆粒物中化學組分缺失重要的標識組分，例如地殼標識組分Si、Al，這類標識組分的缺失導致土壤、燃煤、機動車等源類的共線性增加的問題。基于較高時間分辨率的測量儀器來測量受體源解析模型中需要的各種數據，結合因子分析模型和實際當地的源成分譜，提供了一種基于PMF因子分析模型，迭代反演標定嵌套反算Si和Al獲得含Si 和Al重構受體數據的方法。本發明提供的方法能夠優化源解析結果，提高模型計算的準確性。

本發明提供的缺失組分迭代反演標定嵌套—PMF源解析方法，具體步驟如下：

第1步、基于不同儀器監測的顆粒物濃度及其化學組分在線監測數據構成的模型輸入數據，包括顆粒物濃度，水溶性離子，碳組分和元素濃度數據；

顆粒物濃度是指由顆粒物在線監測儀器測量的PM_2.5濃度；水溶性離子由在線離子色譜分析儀測量，包括NH₄⁺、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg⁺、SO₄^2-、NO₃^-和Cl^-；碳組分由半連續OC/EC儀器測量，包括OC和EC；元素由重金屬在線分析儀監測，包括K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Ag、Cd、Sn、Sb、 Ba、Au、Hg、Tl、Pb和Bi組分，但缺少重要的地殼標識組分Si和Al。

第2步、設置模型參數；

所述的因子分析模型是正定因子矩陣分解模型(PMF)，需要設定的參數包括組分的不確定性和因子個數，組分的不確定性設置方法如公式(1)或(2)所示；

若組分濃度≤最低檢測限MDL，不確定性計算如下：