第五章环境污染防治技术研究与开发１３９３・
大气颗粒物源解析研究方法比较与进展
吕森林１汪安璞１焦正２陈小慧２
（１上海大学环境与化学工程学院射线所）
（２中国科学院生态环境研究中心）
摘要首先对源解析的两类方法（扩散模型和受体模型）进行了分析对比，指出两类方法中存在
的问题，接着对受体模型中的主要研究方法进行了介绍，比较了它们的优缺点，并分析了源解析发展的特点，最后对今后开展此类研究提出了建议。
关键词大气颗粒物源解析扩散模型受体模型
一、引言
大气颗粒物是大气环境中组成复杂、危害较大的污染物之一按颗粒物的空气动力学直径大小分为总悬浮颗粒物（ＴＳＰ）、可吸入颗粒物（ＰＭｌｏ）以及超细颗粒物（ＵＦ）。它本身含有许多有毒有害物质，同时也是其它污染物的载体。１０｜ｌｍ以下的颗粒物会随着人的呼吸进入体内，有致癌作用，能引起肺组织纤维硬化等疾病；大气颗粒物还对生态环境、历史文物有严重的破坏作用。由于大气颗粒物的来源复杂，影响因素很多，既受人群活动的影响又受到气象条件等诸多因素的制约。为了有效控制大气颗粒物的浓度，提高空气质量，就必须了解大气中颗粒物的来源。在研究过程中，不仅要定性地识别大气颗粒物的来源，还要定量地计算出各种源对环境污染的贡献值（分担率），这就是源解析（ＳｏｕｒｃｅＡｐｐｏｒｔｉｏｎｍｅｎｔ）川。因此，弄清大气颗粒物的来源及各来源所占比例，对于防治颗粒物污染是一个非常重要而又复杂的课题，也是大气颗粒物研究领域的重要内容之一。源解析的结果不仅能够为制定大气污染防治规划提供科学的依据，而且对于确定污染治理有着十分重要的指导意义。
二、研究现状
自１９８０年以来，对大气颗粒物的来源识别、评价的方法主要有两种，一种是以污染源为对象的扩散模型（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｏｄｅｌ），另一种是以污染区域为对象的受体模型（ｒｅｃｅｐｔｏｒｍｏｄｅｌ）。对前者的研究及其应用已比较多，而对后者的研究及应用主要集中在大气污染物的研究中。美国、日本等国家从２０世纪７０年代起，Ｇ．Ｋ．ＦｒｉｅｄＬａｎｄｅｒ等人开始由排放源转移到受体对进行大气颗粒物的源解析，提出了化学质量平衡法（ＣＭＢ）、因子分析法（ＦＡ）、目标变换因子分析法（ＴＴＦＡ）等方法，形成了称为受体模型的研究体系，为源解析奠定了基础呓巧１。
我国直到８０年代中期和后期才有一些研究人员分别在北京市、天津市、重庆市、广州市、兰州市、唐山市等人巾城市开展大气颗粒物的源解析Ｔ作怕¨。可以说，源解析＿Ｔ作在巾国仍处于起步阶段，虽然在源成分谱方面积累了一定的资料，模式计算方面也获得一定的经验，但在源解析的全面性、准确性及评估源解析结果的可靠程度等方面与世界先进水平相比仍有很人差距。
（一）两种源解析方法的异同
扩散模型（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｏｄｅｌ）和・曼．奉模型（ｒｅｃｅｐｔｏｒｍｏｄｅｌ）都是描述环境质量变化规律的方法，但是他们的处理方法和作用不同。扩散模型（ｄｉｆｆｕｓｉｏｎｍｏｄｅｌ）是从模拟排放污染源的迁移与稀释方面描述环境质量的变化规律，而受体模型（ｒｅｃｅｐｔｏｒｍｏｄｅｌ）是根据污染源的特征与环境条件之间的关系，用统计的方法对环境质量的变化规律进行研究。两者的差异如下表ｌ所示。
１３９４・中国环境保护优秀论文集（２００５）
（二）受体模型的几种方法
受体模式按其取得资料的方法分为显微镜法和化学法，各类中又有各自的数学处理方法，如图１所示。现将常用的分析方法简述于下：
１．富集因子法（ＥＦ）是用于研究大气颗粒物中元素的富集程度，判断和评价其自然来源和人为来源。它是用元素的相对浓度，以双重归一化的方法处理资料，因而可以消除采样过程中受风速、风向，样品量的多少，离污染源的距离等可变因素的影响。因此，它比用元素的绝对浓度或单一的相对浓度来解析污染源的性质更为确切、可靠。颗粒物中待考元素ｉ与参比元素Ｒ的相对浓度（ｘｉ／ｘＲ）颗粒物和地壳中相应元素ｉ和Ｒ的平均丰度求得的相对浓度（Ｘｉ’／ＸＲ’）地壳，按下述的数学表达式求得富集因子（Ｅｎ
表１扩散模式和受体模式的比较
比较条件扩散模式．受体模式
必要的基木排放因子木环境与污染物的物理化学资料
本资料水气象条件（粒度分布，化学组成，形貌，状态等）
３Ｉｃ颗粒物的生成，变化，清除过程等颗粒物的区域分布等
木排放量预测，环境浓度预测木污染源对环境的浓度的
可得的结果水排放量与环境浓度之间的关系贡献率的定性定量确定
水为符合环境标准确定允许排放量木只能得出几种污染源的贡献率
，Ｉｃ排放量不易测准水不能知道每个污染源的贡献率
存在问题；Ｉｃ排放量的时间变化难以掌握木只限于被测颗粒物的地区
模式中的各种假设导致结果不确定性木不能预测
图１受体模式分析方法
（ＥＦ）地壳＝（Ｘｉ／ＸＲ）颗粒物／（Ｘｉ／ＸＲ）地壳
关于参比元素，常选用地壳中普遍大量存在的，人为污染源很小的，化学稳定性好、挥发性较底的元素。国际上多选用Ｆｅ，Ａｌ或Ｓｉ为参比元素。如果气溶胶中某种元素相对地壳的富集因子值较大时，表明该元素有了富集。
２．化学元素平衡法（ＣＥＢ）又称化学质量平衡法（ＣＭＢ），它是受体模式的一种。此法建立在这样的假设基础上，即颗粒物从排放源传输到采样点（受体）的过程中不发生任何量和质的变
第五章环境污染防治技术研究与开发・１３９５
化（无扩散和凝聚、无沉降、无化学转化等物理化学过程），颗粒物中各元素的组分是各污染源排放颗粒物元素组分的总和。也就是说，它们之间是呈线性组合的关系。根据质量平衡原理，可求出各污染源在给定采样点（受体）颗粒物样品中各元素浓度及其贡献率，表达式如下：、
Ｃｉ２ＥｍｊＸｕ
贡献率＝ｍｊ／ＣＩＸ１００％
其中Ｃｉ是从某采样点颗粒物中元素ｉ的浓度（１｜ｇ／ｍ３），ｍｊ是从污染源Ｊ排放的颗粒物浓度，ｘｉｊ是从污染源Ｊ排放的颗粒物中元素ｉ的浓度（魄／ｍ３）。Ｃｉ和Ｘｉｉ从实测可得到；再用最ｄ＂－－乘法求解ｍｉ，从而可求得各污染源颗粒物中各元素对采样点的份额，这就是贡献率。此法可定量污染的来源，但因各污染源排放出的颗粒物，总有粗细不同的粒度，受气象条件影响会沉降、吸附或发生化学转化，而不能传输到采样点。因此，线性组合的加和假设是不确切的，这会导致定量结果的不确切性。
３．因子分析法（ｆ’Ａ）是多元统计分析方法的一种，它的基本假定是从污染源到采样点之间，污染物在途中保持质量守恒，这是受体模式的共同要求；污染物中第ｉ种元素是由ｋ个污染源贡献的线性组合，这个污染源之间是互不相关的。这是因子分析法的基础；由各个污染源贡献的某元素的量（称为因子负荷ａｉｉ）应有足够的差别，并且它在采样和分析过程无变化。
