受体源解析进展

PM2.5受体来源解析研究进展（2014）段菁春1,谭吉华2（1中国环境科学研究院，北京100012；2中国科学院大学，北京100049）大气颗粒物来源解析技术就是通过关联环境监测数据和特定源排放的化学特征，得出主要的源的种类及其对特定地点大气颗粒物定量影响的技术（唐孝炎等，2006）,包据源模型（sourcemodel）和受体模型技术（receptormodel）。受体模型因其不依赖源强资料及气象资料而受到广泛应用。受体模型种类很多，主要分为源已知类受体模型和源未知类受体模型，分别以化学质量平衡（CMB）和正定矩阵因子分析（PMF）最受关注，并先后被USEPA推荐用于PM1O、PM2.5和VOC等污染物的源解析。我国从20世纪80年代后期起，开始利用CMB进行TSP来源解析的研究，取得了较好的效果。南开大学针对CMB受体模型中扬尘颗粒物的共线性问题，还首次提出“二重源解析”技术（冯银厂等，2002）。近年来，由于灰霾等大气污染问题的日益显现，大气污染物特别是PM2.5的来源问题引起了公众、媒体及环保部门的极大关注。2013年9月国务院下发的《大气污染防治行动计划》（国十条）第八条明确指出“加强灰霾、臭氧的形成机理、来源解析、迁移规律和监测预警等研究，为污染治理提供科学支撑。”为适应这一需求，2013年8月环境保护部发布了《大气颗粒物来源解析技术指南（试行）》。《指南》推荐了3种受体源解析技术方法：CMB法、PMF法和受体模型与源模型联用法。此后，全国各主要城市均积极开展了PM2.5的来源解析工作，目前北京、天津、上海和石家庄等城市已率先公布了源解析结果（如图1）。从图1可以看出这四个城市的PM2.5的主要来源包括：燃煤、工业、扬尘、机动车和生活源。这些结果与已有的一些科研成果存在一些差异。例如：2013年中国科学院研究者在国际著名刊物ACP上发表文章指出北京市机动车排放点PM2.5来源的4%（这一结论曾引起较大关注和争论）（Zhangetal.,2013），与目前北京公布数据31.10%存在较大的差异。其产生的主要包括：一、源分类方法不同。通常科学研究中仅单独进行受体源解析分析，不会进一步对二次源进行再分配。而为了有效指导工作，地方政府公布的结果会对二次来源利用源模型或清单法进行再分配；二、源解析技术尚不完善（如源谱技术，共线性识别及分离，二次来源识别等技术），其结果还存在很大的不确定度，不同的部门和研究者在研究的过程中尚存在一定的人工干预。科学问题需要科学地去理解，建议公众、媒体和环保部门在使用不同来源的源解析成果时应充分理解其内在涵义。

生活14.10%北京天津燃煤,22.40%燃煤,27%机动车,20%机动车，31.10%工业,18.10%工业,17%生活扬尘,30%机动车,15%扬尘，22.50%扬尘,14.30%石家庄上海生活14.10%北京天津燃煤,22.40%燃煤,27%机动车,20%机动车，31.10%工业,18.10%工业,17%生活扬尘,30%机动车,15%扬尘，22.50%扬尘,14.30%石家庄上海源，8.80%生活源,15%燃煤，13.50%燃煤，28.50%机动车，29.20%工业，28.90%工业,25.20%图12013-2014已公布主要城市的源解析结果从现有的源解析工作来看，尚存在以下主要问题：一是缺少基于大样本数据的源谱库。不论是CMB还是PMF,源谱都是决定源解析效果的最重要基础数据，然而由于源谱工作量大，不确定性高，我国尚未建立起基于行业、工艺和控制措施的排放源成份谱库；二是尚未开展区域源解析工作。PM2.5是区域性污染物，基于单一城市多点的源解析往往差异很小，而开展基于区域的源解析一方面有利于减少点位和节约成本，另一方面也增强了城市间源解析结果的可比性。三是源解析技术应用单一。受体源解析技术种类繁多，并不仅限于CMB和PMF，还包括UNMIX法、显微法、在线源解析法等多种（Shietal.,2009；刘咸德等，1994；邵龙义等，2005）。除了常规的微量元素外，将有机分子标志物和分粒径数据纳入受体来源解析等新方法也日益受到研究者的重视（朱先磊等，2001，2002）。不同的方法各有优势，相互联用和相互验证有利于降低源解析结果的不确定度。针对以上不足，国内研究者近年来开展了较多创新性研究工作，并取得一定进展。2013年以来，中国环境科学研究院在院改革启动专项和科技部科技基础性项目的支持下开展“中国PM2.5源谱数据库”的建设并取得明显进展。目前该数据库已经纳入17个城市的近千条源谱数据信息。段菁春等（2012）在兰州市不同工业及生活功能区选取8个采样点，将电镜显微形貌分析应用于颗粒物的来源解析中。研究除发现了扬尘、机动车、二次颗粒物并对其贡献进行评估外，还发现了葡萄状（冶金源）和表面液态颗粒物（石化源）等2种特征形态，对及时有效地指导兰州市的冬防工作起到了重要作用。国内研究者还利用分粒径数据开展

颗粒物来源解析，也取得了较好的效果(Tanetal.,2014;Duanetal.2014)。参考文献：Tan,J.,Duan,J.,Chai,F.,He,K.,Hao,J.,2014.Sourceapportionmentofsizesegregatedfine/ultrafineparticlebyPMFinBeijing.AtmosphpericResearch139,90-100.Duan,J.,Tan,J.,Hao,J.,Chai,F.,2014.Sizedistribution,characteristicsandsourcesofheavymetalsinhazeepisodinBeijing,JournalofEnvironmentalSciences26(1),189-196.段菁春,谭吉华,王淑兰,云雅如,柴发合,2012.兰州市大气单颗粒来源识别及应用.环境工程技术学报,V2(3):234-239.唐晓炎，张远航，邵敏，2006,大气环境化学，高等教育出版社5.ShiG,LiX,FengY,etal.2009.Combinedsourceapportionment,usingpositivematrixfactorization-chemicalmassbalanceandprincipalcomponentanalysis/multiplelinearregression-chemicalmassbalancemodels.Atmos.Environ.,43(18):2929-2937.刘咸德，贾红，齐建兵等,1994.青岛大气颗粒物的扫描电镜研究和污染源识别.环境科学研究,7:10-17.邵龙义,杨书申,李卫军等,2005.大气颗粒物单颗粒分析方法的应用现状及展望.古地理学报,7(4):535-548.冯银厂，白志鹏，朱坦，2002.大气颗粒物二重源解析技术原理与应用.环境科学,23,106-108.Shi,Z.,ShaoL.,JonesT.,etal.2003,Characterizationofairborneindividualparticlescollectedinanurbanarea,asatellitecityandacleanairsiteinBeijing,AtmosEnviron,37:4097-4108.朱先磊,刘维立,卢妍妍等,2002.民用燃煤、焦化厂和石油沥青工业多环芳烃源成分谱的比较研究.环境科学学报,22(2):199-203.朱先磊,刘维立,卢妍妍等,2001.燃煤烟尘多环芳烃成分谱特征的研究.环境科学研究,14(5):4-8.Zhang,R.,Jing,J.,Tao,J.,etal.,2013.ChemicalcharacterizationandsourceapportionmentofPM2.5inBeijing:seasonalperspective.AtmosphericChemistryandPhysics,13,7053-7074.作者简介：段菁春大气污染与控制专家中国环境科学研究院2007年清华大学环境系博士后出站，师从郝吉明院士，2005年中国科学院广州地球化学研究所获环境科学博士学位，师从傅家谟院士。主要从事环境观测及环境管理方面的研究工作。主持和参与国家973、自然科学基金及科技部专项等课题28项，发表论文学术论文近70篇，其中近30篇被SCI收录。谭吉华