化学质量平衡模型(CMB)

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,化学质量平衡模型（CMB）介绍,主要内容,颗粒物源解析介绍,CMB模型原理,CMB软件,源模型（扩散模型）与 受体模型,源模型使用源排放计算环境浓度。受体模型使用环境浓度计算源贡献。(From Watson,1979.),源排放参数,扩散参数,源模型,估计环境浓度,源模型流程示意图,一些源的参数,环境浓度,一些扩散参数,受体模型,估计源的影响,受体模型流程示意图,扩散模型和受体模型的输入和输出,输入,输出,扩散模型,1.,源的排放参数如排放速率、化学组成；,2.,排气筒参数；3,.,气象参数,(,风速、大气稳定度等,),和一些气胶动力学参素,(,如扩散系数、颗粒生、凝聚、沉降等,),。,某个排放源对某个接受点的浓度贡献值。,受体模型,排放源的化学成分谱，受体的物理化学成分谱（粒子分布，形态，化学组成等）。,各源类对受体的浓度贡献值和分担率。,扩散模式与受体模式主要特点,主要特点,扩散模型,1.,所需的输入参数往往不能准确得到，比如源的排放特征常有较大波动，加上大气过程的复杂性和随机性,2.,对于开放源如土风沙颗粒、海洋气溶胶等，源模型不好处理,受体模型,1.,只确定各污染源类的贡献，而不能精确到某个源对受体的贡献,2.,区分排放物非常相似的排放源尚有困难,受体模型的特点,受体模型不要求对污染源进行详细调查，不依赖于气象资料和气溶胶在大气中的许多特性参数，而且能解决扩散模型难以处理的一些问题，可于扩散模型相互结合，取长补短，因而，受体模型自70年代问世以来发展迅速。,显微法,方法,技术内容及特点,光学显微镜,根据颗粒物的特征（大小、形态、颜色及其它光学特性）确定其类别，可分析直径,1,m,的气溶胶粒子。,扫描电子显微镜（,SEM,）,1,、可以观察,1,m,以下的粒子；,2,、费用高，对无定型物不能用；,3,、手工检查颗粒物费时，限制了测量数目。,计算机控制扫描电镜（,CCSEM,）,1,、根据粒径、形态、元素组成识别粒子，准确的颗粒物分类是在受体模型中使用,CCSEM,的基础；,2,、分析速度快，对大多数粒子都可计测，可以显示粒子的精细结构；,3,、费用高，不能用于有机粒子。,化学统计学方法,化学质量平衡,(CMB),法,因子分析法,多元线性回归,(MLR),富集因子法,空间模式,城区受体模型的研究方法,一般说来，受体模型求解的是某一种源类对受体颗粒物的贡献值，而不是某一个源对受体颗粒物的贡献值，这是与源模型不同之处。,排放源种类很复杂。,化学质量平衡受体模型,基础是质量守恒，原理清楚，易于为人们接受，是应用最广泛的一种模型；,要经常监测源样品和受体样品，列出排放源清单，具有区域性和实效性的特点；,可以定量评价各类源的贡献率。,化学质量平衡受体（CMB）模型,CMB方程,i=1，2I：组分,j=1，2J：源类,只有当ij时，方程组的有解。,源类j的贡献率为：,=S,j,/C100%,化学质量平衡模型原理图解,源 1,成分：3/16,源 2,成分：6/16,(3/161/3)+(6/16 2/3）=5/16,混合,成分：5/16,化学质量平衡模型原理图解,(3/16X)+(6/16 Y）=5/16,(6/16X)+(3/16 Y)=4/16,源1 贡献率X,源2 贡献率Y,X=1/3,Y=2/3,CMB模型假设,（,1,）,各源类所排放的颗粒物的化学组成有明显的差别,；（,2,）各源类所排放的颗粒物的化学组成相对稳定，化学组分之间无相互影响；,（,3,）各源类所排放的颗粒物之间没有相互作用，在传输过程中的变化可以被忽略；,（,4,）所有污染源成分谱是线性无关的；,（,5,）污染源种类低于或等于化学组分种类；,（,6,）测量的不确定度是随机的、符合正态分布。那么，在受体上测量的总物质浓度,C,就是每一源类贡献浓度值的线性加和。,CMB模型的算法,示踪元素法,线性程序法,普通加权最小二乘法,岭回归加权最小二乘法,有效方差最小二乘法,受体模型解法,示踪元素解法比较简单，但准确度不高，可用于粗略估计源的贡献值。,线性程序解法在提出后没有得到充分发展。,普通加权最小二乘法考虑了环境受体处物质实测浓度的误差，为解析结果提供了置信区间。,岭回归解法在解析共线性源方面体现了普通加权最小二乘法不具备的优点。,有效方差最小二乘法不仅考虑了环境受体处物质实测浓度的误差，而且考虑了在确定源成分谱时的分析误差。,CMB,模型模拟优度的诊断技术,CMB,模型是线性回归模型。在线性回归模型的实际应用中一般需要考虑回归推断的估算值与实测值的偏离程度、对回归推断有影响的参数及影响程度如何等问题。,解决上述问题的数学方法一般称之回归诊断技术。目前,CMB,模型中主要的诊断技术有源贡献值拟合优度的诊断技术、源的不定性和相似性诊断技术、元素浓度计算值拟合优度的诊断技术及其它有关的诊断技术。,CMB模型模拟优度的诊断技术,（1）源贡献值拟合优度的诊断技术,（2）源的不定性/相似性组的诊断技术,（3）元素浓度计算值拟合优度的诊断技术,（4）其他诊断技术,序号,名 称,定 义,指 标,1,T,统计,S,j,与,Sj,的比值,若T2.0，拟合差,若T2.0，拟合好,2,残 差,平方和,拟合元素的测量值与计算值之差的平方的加权和,X,2,2，拟合一般,X,2,4，拟合差,3,自由度,参与拟合的元素数目与源的数目差,n 0，方程组有解,4,回 归,系 数,浓度计算值的方差与测量值的方差之比,0.8R,2,1，拟合好,R,2,0.8，拟合差,5,百 分,质 量,各源类贡献浓度计算值之和与受体总质量浓度测量值之比,PM=100%，拟合好,80%PM120%，可以接受,源贡献值拟合优度的诊断技术,不定性/相似性组的诊断技术,序号,名称,定义,指标,1,不定性源类,贡献值小于检出限的源类,TSTAT2.0,2,相似性源类,成分谱相近或成比例的源类,特征向量大于0.25,元素浓度计算值拟合优度的诊断技术,序号,名称,定义,指标,1,RATIO1,元素浓度计算值与测量值之比,RATIO1=1，拟合最好,2,RATIO2,元素浓度的计算值与测量值之差与二者标准偏差平方和的方根之比,|RATIO2|2，拟合好,其余的诊断技术,序号,名称,定义,指标,1,RATIO3,某源类的某元素浓度计算值与所有源类该元素的测量值的和之比,元素对源贡献值重要性的诊断,2,MPIN,元素的灵敏度,MPIN中某元素取值1-0.5时，为灵敏元素，影响显著；,MPIN,0.3，不灵敏元素，没有影响；,MPIN在0.3-0.5，模糊元素，影响不显著或者没有影响。,CMB受体模型应用软件的研究,美国EPA 正式发行版本:,CMB1.0 1979年,CMB2.0 1980年,CMB3.0 1983年,CMB4.0 1984年,CMB5.0 1986年,CMB6.0 1987年,CMB7.0 1989年,CMB8.0 1996年,