[发明专利]基于PCA模型的大气细颗粒物排放来源定位方法

说明书

本发明提供了一种基于PCA模型的大气细颗粒物排放来源定位方法，包括通过使用在线单颗粒气溶胶质谱仪采样的采样步骤、对春、夏、秋及冬四季提取变化因子的建立数据库步骤及数据解析定位四季中大气细颗粒物排放来源步骤。该定位方法无需网格化且同时从时间、空间与变化因子协同解析，解析结果更精确。

技术领域

本发明涉环境保护领域，特别涉及一种基于PCA模型的大气细颗粒物排放来源定位方法。

背景技术

目前关于PM2.5源解析方面的专利技术主要集中在采样装置上，仅局限于环境监测设备领域，未能形成系统化、可操作化的PM2.5源解析体系。此外，有极少数的技术既涉及了PM2.5源解析的装置方法又涉及了解析方法，但装置方法中要求地区具备大量且分布均匀的PM2.5在线检测仪，要求形成网格化的监测系统，对于中国大多数城市中PM2.5监测点位较少，监测点位分布不均匀的这一情形不具备借鉴意义；其次在解析方法中考虑的因素较为单一，时空的协同性较差，最终的解析结果不够精确。

针对以上问题，一种针对大气细颗粒物(PM2.5)无需网格化且同时从时间、空间与变化因子协同解析的定位方法亟待开发。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种无需网格化且同时从时间、空间与变化因子协同解析的定位方法。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于PCA模型的大气细颗粒物(PM2.5)排放来源定位方法，包括以下步骤：

采样步骤：采用在线单颗粒气溶胶质谱仪在线连续采集PM2.5气溶胶数据C_ij，其中：i＝1,2,...,m元素；j＝1,2,...,n样本；C_ij为实测PM2.5样本j中元素i的质量浓度(μg/m³)，采用在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)在线连续采集PM2.5气溶胶数据，其基本原理为：采用空气动力学透镜作为颗粒无接口，通过光束测径原理进行单颗粒气溶胶粒径测量及计数，利用飞行时间质谱原理进行正负化学成分的同时检测，从而实现单颗粒气溶胶化学成分和颗粒物直径的同步检测。该仪器具有高时空分辨率、分析速度快的特点，可捕捉气溶胶的瞬时变化；

建立数据库步骤：对春、夏、秋及冬四季提取变化因子，在线连续采样获得所述数据，建立变化因子数据库，通过在线单颗粒气溶胶质谱仪(SPAMS)数据与其他检测位点的源数据结合得到整个区域的大数据，同时延长数据监测时间，记录到不同季节、日照、湿度、平均气温、风向、风速等因素变化时变化因子的实际影响数据。；

数据解析步骤：

通过对所述数据C_ij标准化后得到标准化矩阵：Z_n×m＝[Z_ij]_n×m,其中C_i为所有样本中元素i的平均浓度值，σ_i为元素i对应的浓度标准差；

根据污染散发源与受体样本之间化学元素质量守恒定理，使用上述标准化矩阵对守恒方程：进行转化得出其中：k＝1,2,...,p污染源；a_ik为源谱，即污染源k散发的元素i的含量(％)；S_kj为源贡献，即污染源k贡献给样本j的质量浓度(μg/m³)；W_ik表示第k个源中第i个元素的系数，P_kj表示第k个源对第j个样本的贡献值；

对进行移项转化，得到[P]_j×k＝[B]_k×i[Z]_i×j，其中：[W]_ik被称为因子负荷矩阵，[B]_k×i＝[W]^-1_i×k是主成分得分系数矩阵，[P]_j×k是主成分得分矩阵；