一种大气VOCs和臭氧溯源方法及系统

本发明涉及空气污染，具体涉及一种大气vocs和臭氧溯源方法及系统。

背景技术：

1、近年来，随着国家对大气污染防治力度的不断加大，大气中常见的颗粒物、二氧化硫、一氧化碳和氮氧化物污染已经有了明显改善，但o3污染问题却愈发突出。近年来，o3污染超标天数和占比在各大城市群中不断增加，正在逐步取代颗粒物成为城市中空气污染的首要污染物。o3不仅可以影响气候变化，而且对环境和人体健康等都有负面影响。vocs作为o3生成的重要前体物，通过参与大气光化学反应，导致o3浓度升高。

2、目前，现有的技术中有使用pmf模型解析臭氧前体物来源，然后通过盒子模型或者有机物的臭氧生成潜势获得臭氧的定量来源；或使用ccrm模型解析vocs数据结合轨迹模型和潜在源贡献因子模型计算污染源区分布等，可见，现有技术中的溯源方法较为单一，不能实现对vocs和臭氧在方向和来源上综合溯源，导致vocs和臭氧的联合管控的效果较差。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供一种大气vocs和臭氧溯源方法及系统，是一种对于vocs和臭氧在方向和来源上综合的源解析方法，能够提升对vocs和臭氧的联合管控，实现精准确定不同方向vocs和臭氧来源。

2、本发明的技术方案如下：

3、在本发明的第一方面，提供了一种大气vocs和臭氧溯源方法，包括以下步骤：

4、获取污染物数据和气象数据进行预处理，得到浓度数据和不确定度数据；

5、将浓度数据和不确定数据输入到pmf模型中，得到vocs污染来源并将气象数据输入后向轨迹模型，得到气象数据的后向轨迹，进而得到vocs来自的方向；

6、根据后向轨迹与vocs污染来源，得出每个时段或每天的vocs污染来源和污染方向；根据vocs污染来源和vocs来自的方向进行评估，将vocs污染来源与上风向结合，判断vocs污染来源具体方向是否正确，是否受到地形或气象其他影响；

7、计算不同方向上vocs的具体来源以及臭氧生成潜势；所述臭氧生成潜势计算为：通过每个污染源的物种浓度矩阵计算出每个污染源的污染物种的臭氧生成潜势，进而得到每个污染源的臭氧生成潜势；将每个污染源的臭氧生成潜势导入贡献值矩阵计算得到每个污染源对臭氧的潜在贡献。

8、在本发明的一些实施方式中，污染物数据和气象数据进行预处理过程包括，剔除缺失、失效及错误的数据。

9、在本发明的一些实施方式中，所述浓度数据包括不同日期和时间下的vocs浓度数据和对应的气象条件数值。

10、在本发明的一些实施方式中，不确定度数据包括污染物浓度的不确定度数据和气象条件的不确定度数据，不确定数据需要根据监测仪器检测限而定，若监测仪器检测限已知，根下面公式进行计算：

11、若实测值低于检测限：

12、若实测值高于检测限：xij＝cij，

13、当xij≤3dij时,

14、当xij>3dij时,

15、若数据缺失：

16、式中：xij为pmf模型中输入的数据；dij为检测限；σij为xij的不确定度；cij为实测值；cij为实测值的几何平均数。

17、在本发明的一些实施方式中，若监测仪器检测限未知或不确定度数据不便用公式进行计算，则认为数据末尾数字的后一位为不确定度。

18、在本发明的一些实施方式中，pmf模型运行完成后对输出的结果进行误差评估，若误差评估不通过，则重新选择因子数重新运行pmf模型。

19、在本发明的一些实施方式中，将气象数据输入后向轨迹模型之前，进行参数设置，所述参数包括轨迹类型、轨迹起始点数、气象模型选取和坐标。

20、在本发明的一些实施方式中，所述污染源的分类包括燃烧源、植物排放源、交通源、燃料挥发源、工业源、溶剂使用源。

21、在本发明的一些实施方式中，通过每个污染源的每个污染物种臭氧生成潜势和每个污染源的每个污染物种的来向来分析环境空气中的臭氧来源。

22、在本发明的第二方面，提供了一种大气vocs和臭氧溯源系统，其特征在于，包括：

23、数据获取模块，被配置为：获取污染物数据和气象数据进行预处理，得到浓度数据和不确定度数据；

24、污染物溯源模块，被配置为：将浓度数据和不确定数据输入到pmf模型中，得到vocs污染来源并将气象数据输入后向轨迹模型，得到气象数据的后向轨迹，进而得到vocs来自的方向；

25、溯源分析模块，被配置为：根据后向轨迹与vocs污染来源，得出每个时段或每天的vocs污染来源和污染方向；根据vocs污染来源和vocs来自的方向进行评估，将vocs污染来源与上风向结合，判断vocs污染来源具体方向是否正确，是否受到地形或气象其他影响

26、臭氧生成潜势计算模块，被配置为：计算不同方向上vocs的具体来源以及臭氧生成潜势；所述臭氧生成潜势计算为：通过每个污染源的物种浓度矩阵计算出每个污染源的污染物种的臭氧生成潜势，进而得到每个污染源的臭氧生成潜势；将每个污染源的臭氧生成潜势导入贡献值矩阵计算得到每个污染源对臭氧的潜在贡献。

27、本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

28、本发明提供的大气vocs和臭氧溯源方法，能够弥补现有技术缺少对于vocs和臭氧在方向和来源上综合的源解析方法不足，能够得到精准不同方向vocs和臭氧来源方向，vocs浓度臭氧来源，臭氧潜势。

29、本发明提供的大气vocs和臭氧溯源方法，对大气中多组vocs数据和相同时段的气象数据进行数据预处理，剔除不可用或错误等数据，得到处理的正常数据。将多组vocs数据使用pmf模型源解析，得到污染源解析结果，污染源解析结果包括多个污染源的源解析数据，得到每个所述污染源对应的多个物种的浓度数据；将气象数据进行后向轨迹模型计算得到后向轨迹；计算不同方向上voc的来源；最后通过计算臭氧生成潜势确定不同来向中不同种类污染源对臭氧的潜在贡献；为政府部门快速决策提供技术支撑。

30、本发明提供的大气vocs和臭氧溯源方法，通过采用多个模型如pmf模型、后向轨迹模型和臭氧的生成潜势公式对污染物的来源方向、生成潜势进行分析，本方法所涉及的污染物数据以及气象数据等分别来自研究区域的政府环境监测部门及气象部门，污染物数据和气象数据来源可靠方便易得，时间分辨率高。本发明的方法最终得到的溯源结果能够精准确定不同方向vocs和臭氧来源，提升了臭氧及前体物溯源信息的准确性。

技术特征：

1.一种大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，污染物数据和气象数据进行预处理过程包括，剔除缺失、失效及错误的数据。

3.如权利要求1所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，所述浓度数据包括不同日期和时间下的vocs浓度数据和对应的气象条件数值。

4.如权利要求1所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，不确定度数据包括污染物浓度的不确定度数据和气象条件的不确定度数据，不确定数据需要根据监测仪器检测限而定，若监测仪器检测限已知，根下面公式进行计算：

5.如权利要求4所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，若监测仪器检测限未知或不确定度数据不便用公式进行计算，则认为数据末尾数字的后一位为不确定度。

6.如权利要求1所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，pmf模型运行完成后对输出的结果进行误差评估，若误差评估不通过，则重新选择因子数重新运行pmf模型。

7.如权利要求1所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，将气象数据输入后向轨迹模型之前，进行参数设置，所述参数包括轨迹类型、轨迹起始点数、气象模型选取和坐标。

8.如权利要求1所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，所述污染源的分类包括燃烧源、植物排放源、交通源、燃料挥发源、工业源、溶剂使用源。

9.如权利要求1所述的大气vocs和臭氧溯源方法，其特征在于，通过每个污染源的每个污染物种臭氧生成潜势和每个污染源的每个污染物种的来向来分析环境空气中的臭氧来源。

10.一种大气vocs和臭氧溯源系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种大气VOCs和臭氧溯源方法及系统，所述方法包括以下步骤：获取污染物数据和气象数据进行预处理，得到浓度数据和不确定度数据；将浓度数据和不确定数据输入到PMF模型中，得到VOCs污染来源；将气象数据输入后向轨迹模型，得到气象数据的后向轨迹，进而得到VOCs来自的方向；根据VOCs污染来源和VOCs来自的方向，计算不同方向上VOCs的具体来源以及臭氧生成潜势；本发明提供的大气VOCs和臭氧溯源方法，通过采用多个模型如PMF模型、后向轨迹模型和臭氧的生成潜势公式对污染物的来源方向、生成潜势进行分析，最终得到的溯源结果能够精准确定不同方向VOCs和臭氧来源，提升了臭氧及前体物溯源信息的准确性。

技术研发人员：周学华,周鹏杰,常瑞晴,展俊云
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25