第40卷第1期2021年2月
四川环境
SRH*AN ENVIRONMENT
Vol.40,No.1
Febeuaey2021
-大气环境•DOI：10.14034/jkn schj.2021.01.012 2020年第一季度枣庄市PM：-源解析的分析研究
魏青J陈文怡2，金麟先3，刘合建"
(1.枣庄市薛城区环境监测站，山东枣庄277000；2.荷兰瓦赫宁根大学，荷兰6708GA；
3.山东欣宏药业有限公司，济南251600；坟墓英文
4.山东省枣庄市生态环境监测中心，山东枣庄277800)
摘要：为了评估分析枣庄市不同来源I染物排放强度削减与大气环境质量变化之间的关系，使用统计方法
和正定矩阵因子分解法对枣庄市2020年第一季度大气I染变化特征和I染来源进行了解析，探究了枣庄市大气固体悬浮微粒浓度变化影响机制。结果表明：2020年第一季度PM25#PM10、NO2#SO2浓度较2019年同期显著下降，但枣庄市采暖季内社会活动造成的正常排放仍高于大气环境容量；受新冠疫情影响，2020年较2019年PM2.5源因子浓度削减最大的为机动车源(46.5%)和工业源(17.9%)，应长期采取机动车减排、产业结构调整等措施，科学规划“十四五”大气I染防治。
关键词：大气污染；PM-;PMF；源解析；枣庄市
中图分类号:X831 文献标识码:A文章编号：1001-3644(2021)01-0076-10
Rearch of PM2_5Source Analysis in Zaozhuang City in the First Quarter of2020
WEI Qiny1,CHEN Wen-yl2,JIN Lin-xian3,LIU He-jian4
(1.Xuecheng District Environmental Monitoring Station,Zaozhuang,Shandong277000,China；
2.Sub-department f Environmental Technology,Wageningen University&Rearch,Wageningen Netherlandr6708CA；
3.Shandong Xinhoog Pharmaceutical Co.,Lth.,Jinan251600,China；
4.Zaozhuang Municipal Bureau oEcology&Eoveonmenh Zaozhuang,Shandong277000,China)
Abstract:In order to evaluate the relationship between reduction of emission of dOferent PM25sources and the changes of urban atmospheric environmental quality in Zaozhuang City,the chaocteastics of atmospheric poCuhon and its sources in the first quarter ot2020were analyzed using statistical methods and Positive Matrin Factorization(PMF)model,and the iiOluence mechanism of atmospheric soCO suspended particulate concentration in Zaozhuang City was explored.The results showed that: PM25,PM10,NO2and SO2concentrations in the first quarter of2020decread significantly compared with the same period of 2019,but the normal emissions caud by human activiOes during the heating ason in Zaozhuang City were still higher than the atmospha■ie environmental capacity-Infuenced by the COVID-19quarantine,the laraest reductions in concentrations of PM25 sources in2020compared with2019were from motor vehicle sources(46.5%)and industrial sources(17.9%).Thia proves that industrial osWucm/ng and reducing emissions from motor vehicles arc effective measures.Long-term measures such as vehicle emission reduction and industrial structure adjustrnent should be taken to scientifically plan the prevention and control of air poCution during the"14th Five-Year Plan".
Krywords:Aopo e u toon；PM2.5；PMF；sou ceappotoonment；ZaoehuangCoty；
引言年党的“十九大”作出重大决策部署，坚决打赢随着社会工业化扩张及城市化加剧，大气污染蓝天保卫战，加大大气污染的治理力度，加快能源成为我国加强防治的_个重要环境课题禹。2018结构、产业结构、交通结构、用地结构的调整(2)。
收稿日期：2020-05-21
基金项目：山东省重点研发计划项目(2019GNC20400)%
作者简介：魏青(1969-)，女，山东济南人，毕业于北京大学环境工程专业，高级工程师，研究方向为大气污染防治、环境监测％
通讯作者：陈文怡，%
1期魏青等：战疫期间枣庄市PM2.5源解析的分析研究77目前大气治理措施与大气环境改善成效、不同来源
污染排放强度削减与大气环境质量变化之间的关系有待深入研究。
hxs我国华北地区是全球大气污染最严重的区域之一⑶，硫、氮和重金属污染严重。对此，为全面反映大气污染物动态变化，《环境空气质量标准》(GB3095-2012)环境空气污染物基本项目为SO2、NO2、
CO、03、PM10、PM2-、TSP等%基于频发的重度大气污染现象一“雾霾”，有较多学者开展了对雾霾罪魁祸首的固体悬浮微粒的深入研究⑷。尤其是通过受体模型解析固体悬浮微粒的来源，定量分析主要颗粒物来源贡献，成为研究重度大气污染现象的重要手段％受体模型常见方法有正定矩阵因子分解法(PMF)［5］、主成分分析法(PCA)⑷、化学质量平衡法(CMB)等其中，PMF在无源成分谱的情况下利用矩阵因子分解法解析出各类源强的源谱和贡献率［8］，在合肥⑼、南京(10)、纽约(11)、首尔［12〕等城市地区的颗粒物的源解析中广泛应用％
枣庄市位于山东鲁西南地区，属于资源枯竭型城市，主要产业以煤炭、电力、建材等高污染行业为主［13］%针对枣庄市大气污染物，程锤等［14〕提出S02和粉尘受工业经济影响排放总量较多；李恬等(15)根据对历史气象资料的分析得出该地区是山东省霾高发地区且逐年递增，冬季霾日数最高；刘田等［16〕应用扫描电镜-X射线能谱定性分析枣庄市大气物，市大气物
粒、土壤颗粒和燃煤颗粒为主；朱大成等［17］根据PM m源解析得出枣庄市环境空气质量影响因素为能源结构、工业比重不合理，城市扬尘及汽车尾气等％往期研究着重定性分析工业产业造成的大气污染％2020年新冠肺炎疫情发生以来，全国团结一心，采取了最全面、最严格、最彻底的防控举措%山东省从1月24日~3月7日为重大突发公共卫生事件I级响应时期，社会工业、经济活动减少，共克时艰，人为活动所排放的大气污染物较平时产生巨大变化％本研究分析了大气主要污染物指标的变化，并通过监测采样和PMF模型定量解析了战疫期间人为活动变化对颗粒物PM"的贡献。探究减排对控制
大气污染的潜力，以期为大气污染防控和产业调整提供数据理论支撑％1材料与方法
1.1%
样品采集地点I位于枣庄市生态环境局薛城分局楼顶(N34.815256°,E117.327565°)，距离地面约20m，处于城市区域；样品采集地点n位于枣庄市生态环境局市中分局楼顶(N34-848932°，E117.570353°)，距离地面约22m，处于城市区域％采样点同时点为国家大气环境自动监测点，自动测站所监测的指标为日均PM2.5、PM m、CO、NO、SO2、O3、气温、湿度、气压、风速。
环境监测站选择采暖季内的2月对PM25进行采样监测％研究中所用的样品个数为68个，分别为2019年2月14日~3月1日30个，每点位每日采集一个；2020年2月3日~2月21日38个，每点位每日采集一个％采样设备为PMS-200M颗粒物多通道采样器，开启四通道，滤膜采用Whatman 公司的QMA石英和PTFE特氟龙各2张，流量均为15Vmin%所有样品均放入实验室恒温冰箱(-18°C)中%
1.2样品分析
采集样品结束后，根据Cav等［18］的测试原理及详细步骤方法，采用Magee公司的DRI-2015型多波段有机碳/元素碳分析仪测定石英滤膜中的有机碳(0C)、元素碳(EC)%
根据Zhang等［19］分析方法，将石英滤膜加入去离子水超声萃取1h，溶液通0.45!m过滤装置，使用
CIV-300离子色谱仪对水溶性阴阳离子进行测定％测定指标有NH f、Cl-、NO3-、NO一、SO2J、F J%
分析采用子谱%根据仇帅等［20］分析原理及方法，使用Agilent-7800电感耦合等离子体质谱仪测定特氟龙膜样品，指标有K、Ca、Na、Mg、Al、Cr、Fa、N、Cu、Zn、Mn、Ba、Pb%样分析程中严格行室的
保证与质量控制措施%
1.3PMF源解析法
对采集测定的PM2-采用PMF模型进行源解析％PMF法是由芬兰学者Paatera于1994年提出的因子分析受体模型［21］，基于受体点的大量观测数
78四川环境40卷
据组成PM"的化学组分含量及不确定度的矩阵，用权重分析各化学组分的误差，通阵分解和子旋转估算污染源的组成和对环境受体的贡献(22)。其源解析方法相比，PMF：
程中对因子载荷和因子得分非负约束，必
阵分解的结果中出现负值，的源成分谱和源贡献率具有可解释性和明确的物理意义。在PMF 模型中，为p个污染源各不同的源谱，将样品数据矩阵(X)分个因子矩阵，即源贡献率矩阵(G)和源成分谱矩阵(F)，以及一个残差矩阵E，计算公式如下：
[=%g c-f c+P j(1) =1
其中：p为污染源数量；i g为第l个样品中第j 个元素的浓度；g o为源k对第l个样品的贡献；f g 为源k中第j个元素的浓度；e o为残差矩阵，即PMF模型中未能解释样阵i的部分。
PMF模型基于加权最小二乘法进行限定和迭代计算，不断地分解矩阵X，来得到最优的矩阵G 和F，最优化目标是使目标函数Q最小化。目标函数Q义下：
n m
Q=%%(鱼)2(2) >=1)=1u p
其中：U g为第i个样品中第j个元素浓度的不确定性大小。应用PMF模型时，对每一个单独的数据点进行权重，个数据点的不确大小。
本研究采用美国环境保护署(EPA)研发的“EPA PMF5.0”模型作为分析工具，选取不同采样时期的两组
样品建立矩阵(2019年样品30个, 2020年同期样品38个)，根据样的成分, K、Ca、Na、My、Al、Cr、Fa、Ng Cu、Zn、Mn、Ba、Pb、NH f、Ci-、NO-、SO：-、OC、EC纳入模型计算％组分含量数据的不计算[23]公式为：
u p=[T2+(a M X[p)2]05(3)
其中：T j为第j个元素仪器检出限；s为第j 个元素不例系数；具体取值见表1%
表1PMF源解析不确定性计算参数
Tab.1Uncertainty calculation parameters of PMF method
组分K Ca N;Mg Ae Ce Fe NO Cu Zn Mn Ba Pb NH f Ci-NO3-SO24-OC EC a0.10.10.20.20.10.20.10.20.10.10.10.10.10.30.10.10.20.20.1 T5/m3)0.60.10.50.40.20.20.80.10.10.20.20.10.133.333.333.333.3 1.0 1.0
利用“主因子数识别”小模块，设定污染源数为3~10之间，根据Q的变化选取最合适的污染源个数，子最佳数目为6，残差数值-3-+3%采用Robust模式，次数设为20次，初始为随机选择初始点来运行模型％
1.4大气污染源匹配
为了研究2019年与2020年两组固体悬浮颗粒物源成分化，组PMF源析结的子源谱进行匹配，以方便比较同种源的贡献率％识别同种源的方法是子的源谱进行计算，研究中采用皮尔逊相关系数法(Pearson product-moment cocelation coefficient，P)，计算公式为：P y，z=caa(y，z)X(Q yGz)"(4)
其中：y-Z为两不同的源谱向量；cvv(y, z)为其协方差；G yGz为两个向量的标准差的乘积％相关系数P y,”越大，y与z之间的相关关系越强，一般来说，P y,”绝对值在0~0.09为没有相关性，0.1~0.3为，0.3~0.5为中等相关, 0.5-1.0为强％强，源谱y 与z之间越相似％
2结果与讨论
2.1枣庄市第一季度大气污染年际变化
通市国家大气环境自动监测点的日监测数据的统计，枣庄市2017-2020年第一季度大气污染状况逐年向好。图1显示了1~3月大气污染常规分析指标监测值，根据统计，2020年PM2-、PM10、NO2、SO2指标均处在多年同期的最低值，其均值较同期降幅19%、29%、16%、36%，特点为均值低且波动范围小；CO和O3-8h
1期魏青等：战疫期间枣庄市PM2.5源解析的分析研究79
较往年变化不大，O3-8h在80^/m3左右的中等浓2020年第一季度排放有明显地减少，空气环境质度水
平的时段增多。PM2.5、PM10、NO、SO2是人量较往年有很大改善，改善最明显的为PM W和为活动和工业等排放的主要污染，根据统计结果，S02
图1第一季度大气污染常规分析指标监测值箱线图
Fig.1Monitoring values of routine analysis indicators of air poCution from Januae to March
大气颗粒物是造成雾霾的主要污染物。它是各种大小的固态或液态颗粒的混合体系。颗粒物可以直接排大气中，通化学大气中二次形成[24]O物既有来自人类排放，也有来界。它包含一化学化合物化钠、有机碳、微量金属、硫酸盐、硝酸％于构成的大气颗粒物，表2和表3进行了分月的统计。2020年，一月PM2.5、PM】。较往年变化不大；二月PM2.5、PM】。与往年相比有显著的减少，PM/、PMe均值较往年分别减少34%、46%，最大值较往年分别减少24%、40%，达到国家二级标准(《环境空气质量标准》(GB3095-2012)规定PM2-75!/m3、PM W150!/m3)天数增长了14%、67%；三月PM2.5、PMe与往年相比也有降低，PM2.5、PMe均值较往年分别减少17%、20%，最大较年分减28%、27%，PM10国家二级标准天数22%。通月度分析, 2020年大气颗粒物减少程度二月>三月>一月，2020年市第一大气污染化成为
二月的变化，此时为重大突发公共卫生事件I 级响应的战疫时期
。
80
四川环境40卷
表2第一季度PM 2.5监测数据统计表
Tab- 2 Smystics of PM2 5 monitoring data from Januae to March
一月
二月 三月
年份
最大 国家二级 最大 国家二级 最大
国家二级
(!/m 3 )
( !/m 3 ) 达标(d )
( ^/m 3 ) (
m 3 ) 达标(d )
( ^/m 3 )
( |x/m 3 ) 达标(d )
2017101229
2596185
26
66147312018111
2452370
1242866
criminal什么意思
113
312019115242
25106193
20一般过去时的构成
63137
312020
10420328
60
1272854
95
31
表3第一季度PM m 监测数据统计表
Tab. 3 Smyoms of PM m monitoring data from Januae to March
一月
二月
三月
最大 国 二级 最大
国 二级 最大 国 二级(!/m 3 )
( !/m 3 ) 达标(d )
( ^/m 3 ) ( m 3 )
达标(d )
( ^/m 3 )
聪明的英文浙江大学历年分数线
( |x/m 3 ) 达标(d )2017168341
18161
27515128257
25
201817634913127211
20
123
211222019195
3615
17028814141238222020
139270
19
82
154
27
104
171
28
2- 2气象因素分析大气污染程度的
有大气环境容量和人为活动排放。风和空气
大气污染物有很强的
用。一 气
不利于大气污染物的 ，即大气环境容 ， 物就 地
积[25]%为 评估战疫期
市大气污染物
300 1---------------------------------------------------
来源变化， 分析对大气污染有
的气象
% 2 大气
物时 化。一月
物浓度高且PM 2,5占PM 1°比重大(70% ~ 80% ), 二月和三月颗粒物浓度较低且PM"占PM 1"比重减 少(40% -70%), 表重污染 成因为
pm 2- , pm 2. 5扩散难度大。
1
2w s d )<±
-0.8-0.6-0.4-0.2
PM 1
。
PM ” ・比率
o 1
月10
2月1日日期
3月1日4月1日
图2 2020年第一
大气颗粒物时
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Fig- 2 Time 一 ries changes of atmospheio particulate matter from January to March X 2020
图3显示了决定大气环境容量的大小的气象条
仁爱英语七年级上册课件化。 市为工业城市，第一大气
污染排
环境容量[26]% 照 2和图
3, 速大、 高 气团控制时有利于大气
物 ，此时因大气污染排 环境容量
而积累的高 减少，污染状况降低。二
月至三月的几次降温对流均对应着PM 2,5和PM 10浓
， 大气 物
大气环境 况
一级国家标准。二月中即
时 、强逆c l
jaycee
、高( 速整 于3m/s ,
高
