研究成果
1.形成了多维、立体及系统的中国特色大气颗粒物精细化来源解析理论体系
(1)在源解析精细化理论上,提出了颗粒物源类的精细化分级分类体系,明确了源解析精细化在“时间-空间-物种-源类”等多维度上的立体理论构想,并提出了源解析研究模型外验证的理论思想;
(2)在源谱综合性理论上,突破源成分谱内涵瓶颈,提出了大气污染多组分综合源谱概念,将粒径分布、同位素与痕量有机物等关键理化示踪信息纳入源谱,构建了以“个性、代表性、真实性与时效性”等指标评判源谱有效性的理论方法;
(3)在受体模型匹配性理论上,针对盲目使用受体模型开展解析的误区,开展源谱构成与受体化学组成匹配性研究,提出从提高源谱个性、提升源与受体匹配度上寻求破解方法,并据此发展了系列复合受体模型技术。
(4)在大数据源解析技术上,结合机器学习算法气象归一化技术与因果推断新方法建立了适用于减少气象因素与其他因素的干扰,以更准确地评估供暖排放的环境影响。
这些理论思想的提出,推动形成了中国大气颗粒物精细化来源解析的基本理论体系,是实验室在理论层面的主要创新。
“时间-成分-空间”三维受体模型
PCA/MLR-CMB、NCPCRCMB复合受体模型
2015-2021年中国31个城市排放和气象对PM2.5的贡献
重点实验室已出版著作
2.构建了大气污染多组分综合源成分谱库与共享平台
(1)针对源谱构建的真实性不足问题,建立主要污染源类采样及分析技术方法,将稀释通道采样法、再悬浮采样法等技术广泛应用于样品采集,并制定了相应采样与分析技术规范;
(2)针对源谱构建的个性即示踪功能问题,提出源谱综合性思想,拓展源谱内涵,将粒径分布、同位素与痕量有机物等关键示踪信息纳入源谱,以获取我国主要大气污染源类综合理化特征及标识组分信息;
(3)针对源谱构建的代表性问题,提出大气颗粒物综合源谱构建方法。通过使用标准偏差(SD)、标准误差(SE)和变异系数(CV)等构建评价指标体系评估源谱同质性与不确定性。在源谱构建中引入扩散模型算法,对多种子源类的排放、扩散过程进行模拟,得到各子源类对环境受体中PM2.5的影响权重,构建更具代表性源成分谱;
(4)针对源谱构建应用规范性不高问题,基于颗粒物产生原理、产生过程,建立颗粒物排放源分类规范;构建大气污染综合源谱在线动态共享平台,记录、检索、分析、导出颗粒物源成分谱。
大气污染综合源谱构建技术
大气污染源谱数据库平台界面
3.构建了精细化源解析技术方法学体系与完全国产化的软件库
(1)针对受体模型面临的污染源共线性难题,以提高源-受体匹配性思想为方向,发展复合受体模型,降低共线性问题的干扰;
(2)针对二次颗粒物难以定量问题,构建可定量估算二次有机碳贡献的化学质量平衡迭代技术,研发可有效利用污染空间信息的多点位三维因子分析模型;
(3)针对在线监测技术难以准确监测Al、Si等重要源类标识物种,开发缺失组分反演-嵌套PMF算法以及源类自动化识别技术;针对质谱技术应用于源解析面临的污染源质谱特征内涵与常规方法差异大、解析结果为数浓度、结果精细化程度不高等技术问题,研发能充分利用粒径信息和质谱信息的单颗粒解析方法和新型多粒径三维因子分析模型;
(4)融合集成在线多组分源解析技术、单颗粒质谱快速源解析技术及源追踪数值模拟动态解析技术三种在线源解析技术方法,在“时间-空间-物种-源类”上进一步实现精细化,研发大气污染多组分在线源解析集成软件平台;
(5)基于开源代码与底层编程语言开发源解析核心算法与国产化软件库,研发完全国产化的在线共享集成软件平台。
精细化源解析技术方法学体系
所获专利与软件著作权
4.构建了我国源解析技术标准规范与技术指南体系
在生态环境部的直接指导下,2013年实验室主持编制了《大气颗粒物来源解析技术指南》,填补了我国源解析技术规范空白。之后,实验室联合中国环境监测总站编写了一系列源解析技术指南、规范与导则,构建了涵盖源解析颗粒物样品采集、化学组分分析、模型计算、数据处理等主要环节的技术体系,形成了各类源解析技术规范、导则类技术文件共18项。
实验室编制的源解析技术标准、规范与指南