成都市大气颗粒物源解析的PPR法

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造经验性太强 , 若缺乏对源的了解 , 盲目试验很难成 功。 在 TT FA 基 础 上 提 出 的 目 标 识 别 因 子 法 ( TTRA) 在处理符合线性加和模型的观测方面具有 比一 般 FA 法更 强的 解析能 力, 又基 本上 克服 了 TTFA 法经验性太强的弱点。不过, 该方法有待于 从多元统计理论上给予阐明 , 且计算过繁。此外 , 所 有的因子分析法都对成分相似的源分解无力[3] 。 投影寻踪 ( PP ) 是一种数据分析新技术。其特 点是寻找一些投影方向, 使数据在这些方向上能显 露其结构和 特征, 达到研 究和 分析 处理数 据的 目 的[ 4] 。笔者应用 PP 技术对大气颗粒物排放源进行 解析 , 并在建模过程中, 通过数据生成 , 可定量求出 排放源对大气污染的权重贡献率。
x1 0. 245 0 0. 002 0 0. 009 1 0. 054 1 0. 001 0 0. 037 6 0. 060 4 0. 001 1 0. 000 5 0. 002 3 0. 001 5 0. 000 0 30. 8 x2 0. 165 0 0. 031 7 0. 009 6 0. 038 9 0. 001 0 0. 026 0 0. 049 2 0. 000 8 0. 000 2 0. 001 0 0. 000 9 0. 000 0 10. 8 x3 0. 093 4 0. 245 0 0. 002 1 0. 020 3 0. 000 8 0. 015 5 0. 022 4 0. 000 2 0. 001 5 0. 000 6 0. 000 3 0. 000 0 4. 3 x4 0. 076 0 0. 001 1 0. 001 3 0. 012 6 0. 000 2 0. 006 8 0. 023 4 0. 000 4 0. 000 5 0. 001 3 0. 001 4 0. 000 1 10. 5 x5 0. 205 0 0. 012 9 0. 006 2 0. 029 0 0. 000 3 0. 016 3 0. 027 3 0. 000 3 0. 001 0 0. 001 4 0. 000 6 0. 000 2 34. 0 x6 0. 102 0 0. 002 5 0. 021 2 0. 146 0 0. 011 4 0. 018 0 0. 016 5 0. 001 1 0. 000 2 0. 009 9 0. 009 8 0. 000 0 3. 6 x7 0. 018 4 0. 001 4 0. 000 7 0. 007 5 0. 000 4 0. 002 9 0. 003 4 0. 001 3 0. 000 1 0. 000 3 0. 000 1 0. 000 0 6. 2 y 30. 70 5. 300 2. 000 7. 450 0. 620 8. 150 5. 110 0. 590 1. 830 1. 620 0. 910 0. 015
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610041, China;
2. Hydraulic Engineering F aculty of Sichuan University, Chengdu 610065, China) Abstr act: In order to control pollution and improve atmospher ic quality, it is necessary to make sour ces apport ionment of atmospheric particles. On the basis of analyses to the data of element contents in atmospheric samples and to the source profiles of atmospheric par2 ticulates in Chengdu City, the weight contr ibution rates of sources of atmospher ic particulates wer e calculat ed with the help of projec 2 tion pursuit regression ( P PR) technique. Results show that t he contribution rates of coal burning and soil dusts that are the main dust sources of atmospheric part iculates in Chengdu sur passed 40% respectively. It coincides with the practical cases of sources of atmo 2 spheric pollution in Chengdu. Key words: atmospheric particulate; sources appor tionment; atmospheric pollution; pr ojection pursuit
式中 : M ) ) ) 岭函数的个数 ; Z m ) ) ) 岭函数的自变量 , 它是 P 维向量x 在 A方向上的投影响。 Zm = A # x = A m1 x 1 + , + A mpxp =
表1 Table 1
元素 Si Ca Mg Fe Mn K Al Pb Ti As Zn Se Xj( % )
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为了对成都 市区 大气 颗粒 物进 行源 解析 , 在 1992 年中的不同季节, 以 5 日法对分布在不同功能 区的 10 个采样点的大气颗粒物 ( SP M, d < 10 Lm) 采集样本和与源解析有关的 13 种元素的含量进行 分析, 分别对影响市区大气颗粒 物的土壤尘 ( x 1 ) 、 道路尘( x 2 ) 、 建筑尘 ( x 3 ) 、 工业燃煤尘 ( x 4 ) 、 民用燃 煤尘 ( x 5 ) 、 冶金尘( x 6 ) 和汽车尾气排尘( x 7 ) 等 7 类 主要尘源进行了采样和分析处理 , 得到成都市区大 气颗粒物的 7 类主要排放源的元素组成和综合市区 内 10 个采样 点的大 气样 本元素 的测 试分 析结果 ( y ) 如表 1 所示。表中的部分数据来源于文献 [ 5] 和[ 6] 。 11 2 PPR 用于源解析的基本思想和方法 P PR 是将投影寻踪 ( PP) 与回归分析 ( RA) 方法 相结合产生的一种多因子建模新技术。其基本思想 是为了避免线性回归不能反映实际问题中非线性情 况的矛盾 , 采用一系列岭函数 G m ( Z m ) 的和去逼近 回归函数 :
摘要 : 应用投影寻 踪回归新技术 ( PPR ) , 对成都市区大气采集样本 中的元素含量数据和成都市大气颗粒物源成 分谱进行分析 , 得到成都市大 气颗粒物排放源的权重贡献率。结果表明 : 影响成都市大气颗粒物的主要 贡献源为燃煤 尘和土壤道路尘 , 它们的贡献 率均达 40% 以 上 , 与成 都市区内大气污染来源的实际情况相符合。 关键词 : 大气颗粒物 ; 源解析 ; 大气污染 ; 投影寻踪 中图分类号 : X169 文献标识码 : A 文章编号 : 1001- 6929( 2000) 05- 0038- 03
收稿日期 : 1999- 09- 02 基金项目 : 国家自然科学基金资助项目 ( 49471048) 作者简介 : 李祚泳 ( 1944- ) , 男 , 四川宜宾县人 , 教授.
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成都市区大气颗粒物源解析的 P PR 模型
成都市区大气颗粒物主要排放源成分谱和样 本分析数据
第5期
李祚泳 , 等 : 成都市大气颗粒物源解析的 P PR 法
p
min
( 3) 这一过程可采用逐步交替优化的多重平滑回归 技术算法 ( SMART ) 予以实现[ 7] 。在应 用 SMART 算法实现 P PR 建模过程中 , 通过数据生成处理 , 能 获得因子 x j 对因变量 y 的权重贡献率。因此 , 当用 PPR 对大气颗粒物进行源解析时, 可将排放源视作 PPR 建模的因子 x j , 将大气样本采集分析得到的元 素数据视为因变量 y 。不同排放源的某一元素谱 x j 与大气样 本中该 元素的 采集分 析数据 y 相对 应。 因此 , 用表 1 中的 x j ( j = 1, 2, , , 7) 和 y 一一对应 的数据, 就可以进行 PPR 建模。 113 成都市区大气颗粒物排放源的权重贡献率 将表 1 中的 xj 与 y 的全部数据输入已编辑好
_ _ _ p
m xj EA
j= 1
j
( 2)
成都市大气颗粒物的主要排放源元素组成及样本 测试数据
Element components of sources of atmospheric particulates and analysis data of atmospheric samples in Chengdu City
第 13 卷
第 5期
环 境 科 学 研 究 Research of Environmental Sciences
Vol. 13, No. 5, 2000
成都市大气颗粒物源解析的 PPR 法
李祚泳 , 丁
( 1. 成都气象学院, 四川 成都 1
晶 , 张欣莉
2
2 610065)
610041; 2. 四川大学 水电学院 , 四川 成都
PPR Me thod for Sources Apportionment of Atmosphe ric Particulates in Chengdu City
LI Zuo2yong , DING Jing , ZHANG Xin2li
( 1. Chengdu I nst itute of Meteorology, Chengdu
M M
为了尽可能逼近 f ( x ) , P PR 仍采用最小二乘 法作为极小化判别准则, 用以确定式 ( 1 ) ( 2) 中的参 数A m, B m , G m ( Z m ) 和 M 的组合 , 使满足 j