CN116399764A - 一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法、系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法、系统及设备，涉及环境检测领域，该方法包括：获取待检测空间范围内的环境参数；所述环境参数包括光学参数和化学物种的浓度；确定各所述环境参数的不确定度；将各所述环境参数和各所述环境参数的不确定度输入PMF源解析模型，获得源谱图，所述源谱图包括多个因子，每个因子包括多种要素，各要素包括化学物种和光学参数；根据各所述因子中各个化学物种的浓度和光学参数确定各所述因子对应的污染源；根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率。降低了确定各个污染源颗粒物消光截面效率的难度。
Description
技术领域
本发明涉及环境监测技术领域，特别是涉及一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法、系统及设备。
背景技术
气溶胶是构成地球大气的重要组成部分，对气候、空气质量、生态系统和人类健康，都有着深远的影响，是导致空气污染的重要原因之一。其中细颗粒物(PM2.5)能散射和吸收太阳短波辐射，从而严重影响大气能见度，过去的研究只了解到颗粒物化学成分对消光的贡献，难以将其转换成有效的环境治理手段，因而有必要将其与污染源消光贡献的直接关联起来，以便更好地支持改善能见度。
目前消光截面效率(Mass extinction efficiency，MEE)的计算方法主要在每一个具体污染源处进行采样监测，观测各个污染源的PM2.5的浓度和光学参数，进而计算各污染源的消光截面效率。该方法缺点在于需要对每一个污染源进行源采样工作，过程繁琐。
发明内容
本发明的目的是提供一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法、系统及设备，降低了确定各个污染源颗粒物消光截面效率的难度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法，包括：
获取待检测空间范围内的环境参数；所述环境参数包括光学参数和化学物种的浓度；
确定各所述环境参数的不确定度；
将各所述环境参数和各所述环境参数的不确定度输入PMF源解析模型，获得源谱图，所述源谱图包括多个因子，每个因子包括多种要素，各要素为化学物种或光学参数；
根据各所述因子中各个化学物种的浓度和光学参数确定各所述因子对应的污染源；
根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率。
所述光学参数包括光散射系数和光吸收系数。
可选地，所述化学物种包括碳质组分和无机元素。
可选地，所述确定各所述环境参数的不确定度，具体包括：
当所述环境参数的浓度大于或者等于预设最低检测限时，根据公式
计算所述环境参数的不确定度；
当所述环境参数的浓度小于预设最低检测限时，根据公式
计算所述环境参数的不确定度；
其中，Unc表示不确定度，ErrorFraction为误差率，Concentration为所述环境参数的浓度，MDL为预设最低检测限。
可选地，所述根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率，具体包括：
根据公式MEE＝bext/[PM2.5]计算一个所述污染源的消光截面效率；
其中，MEE表示所述污染源的消光截面效率，bext表示所述污染源对应的消光系数，所述消光系数为所述光散射系数和所述光吸收系数的加和，[PM2.5]表示所述污染源对应的各化学物种的浓度之和。
本发明还公开了一种污染源颗粒物消光截面效率的反演系统，包括：
环境参数获取模块，用于获取待检测空间范围内的环境参数；所述环境参数包括光学参数和化学物种的浓度；
环境参数的不确定度确定模块，用于确定各所述环境参数的不确定度；
源谱图获得模块，用于将各所述环境参数和各所述环境参数的不确定度输入PMF源解析模型，获得源谱图，所述源谱图包括多个因子，每个因子包括多种要素，各要素为化学物种或光学参数；
污染源确定模块，用于根据各所述因子中各个化学物种的浓度和光学参数确定各所述因子对应的污染源；
各污染源颗粒物的消光截面效率确定模块，用于根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率。
本发明还公开了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行所述的污染源颗粒物消光截面效率的反演方法。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明通过PMF源解析模型获得源谱图，根据源谱图确定各个污染源，进而确定各污染源的消光截面效率，避免对每一个污染源进行源采样，降低了确定各个污染源颗粒物消光截面效率的难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法流程示意图；
图2为本发明一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法原理图；
图3为本发明一种污染源颗粒物消光截面效率的反演系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法、系统及设备，降低了确定各个污染源颗粒物消光截面效率的难度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本发明一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法，包括：
步骤101：获取待检测空间范围内的环境参数；所述环境参数包括光学参数和化学物种的浓度。
所述光学参数包括光散射系数bscat和光吸收系数babs。
所述化学物种包括碳质组分和无机元素。
步骤102：确定各所述环境参数的不确定度。
所述确定各所述环境参数的不确定度，具体包括：
当所述环境参数的浓度大于或者等于预设最低检测限时，根据公式
计算所述环境参数的不确定度。
当所述环境参数的浓度小于预设最低检测限时，根据公式
计算所述环境参数的不确定度。
其中，Unc表示不确定度，Error Fraction为误差率，Concentration为所述环境参数的浓度，MDL为预设最低检测限。Error Fraction设置范围为5％～20％。
本发明一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法的原理如图2所示。图2中化学组分为化学物种，光学参数包括光散射系数bscat、光吸收系数babs、以及两者之和消光系数bext，PMF表示PMF源解析模型。
步骤103：将各所述环境参数和各所述环境参数的不确定度输入PMF源解析模型，获得源谱图，所述源谱图包括多个因子，每个因子包括多种要素，各要素为化学物种或光学参数。
每一个因子对PM2.5浓度的贡献率都可以在源谱图中得出。
PMF源解析模型原理是将样本数据矩阵X分解为因子成分谱矩阵F和因子贡献矩阵G，其公式为：
其中，xij为样本数据矩阵X中要素，fki为因子成分谱矩阵F中要素，gik为因子贡献矩阵G中要素，xij表示第i个样品中第j个物种的浓度，P是因子的数量，gik表示第k个因子对第i个样品的因子贡献，fkj是第j个物种在第k个因子上的因子分布，eij是在第i个样品上测量的第j个物种的残差。
PMF源解析模型根据输入浓度以及不确定度(uij)寻求目标函数Q的最小解以获得因子谱和因子贡献的信息，其公式为：
其中，n表示样品的数量，m表示物种的数量
步骤104：根据各所述因子中各个化学物种的浓度和光学参数确定各所述因子对应的污染源。
利用各污染源示踪物的含量，确定因子代表哪一种污染源。
预先存储各污染源对应的各要素的浓度范围，根据预先存储的各污染源对应的各要素的浓度范围之间的关系，确定各因子对应的污染源。
例如，当K+和Cl-含量高于对应设定值的时候认为该因子是生物质燃烧所导致，即该因子对应的污染源为生物质燃烧。
步骤105：根据每个污染源对应的各个化学物种和光学参数的浓度，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率。
其中，步骤105具体包括：
根据公式MEE＝bext/[PM2.5]计算一个所述污染源的消光截面效率。
其中，MEE表示所述污染源的消光截面效率，bext表示所述污染源对应的消光系数，即光散射系数bscat和光吸收系数babs之和，[PM2.5]表示所述污染源对应的各化学物种的浓度之和。
实施例2
图3为本发明一种污染源颗粒物消光截面效率的反演系统结构示意图，如图3所示，一种污染源颗粒物消光截面效率的反演系统，包括：
环境参数获取模块201，用于获取待检测空间范围内的环境参数；所述环境参数包括光学参数和化学物种的浓度。
环境参数的不确定度确定模块202，用于确定各所述环境参数的不确定度。
源谱图获得模块203，用于将各所述环境参数和各所述环境参数的不确定度输入PMF源解析模型，获得源谱图，所述源谱图包括多个因子，每个因子包括多种要素，各要素为化学物种或光学参数。
污染源确定模块204，用于根据各所述因子中各个化学物种的浓度和光学参数确定各所述因子对应的污染源。
各污染源颗粒物的消光截面效率确定模块205，用于根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率。
实施例3
本实施例公开了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行实施例1所述的污染源颗粒物消光截面效率的反演方法。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种污染源颗粒物消光截面效率的反演方法，其特征在于，包括：
获取待检测空间范围内的环境参数；所述环境参数包括光学参数和化学物种的浓度；
确定各所述环境参数的不确定度；
将各所述环境参数和各所述环境参数的不确定度输入PMF源解析模型，获得源谱图，所述源谱图包括多个因子，每个因子包括多种要素，各要素为化学物种或光学参数；
根据各所述因子中各个化学物种的浓度和光学参数确定各所述因子对应的污染源；
根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率。
2.根据权利要求1所述的污染源颗粒物消光截面效率的反演方法，其特征在于，所述光学参数包括光散射系数和光吸收系数。
3.根据权利要求1所述的污染源颗粒物消光截面效率的反演方法，其特征在于，所述化学物种包括碳质组分和无机元素。
4.根据权利要求1所述的污染源颗粒物消光截面效率的反演方法，其特征在于，所述确定各所述环境参数的不确定度，具体包括：
当所述环境参数的浓度大于或者等于预设最低检测限时，根据公式
计算所述环境参数的不确定度；
当所述环境参数的浓度小于预设最低检测限时，根据公式
计算所述环境参数的不确定度；
其中，Unc表示不确定度，ErrorFraction为误差率，Concentration为所述环境参数的浓度，MDL为预设最低检测限。
5.根据权利要求2所述的污染源颗粒物消光截面效率的反演方法，其特征在于，所述根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率，具体包括：
根据公式MEE＝bext/[PM2.5]计算一个所述污染源的消光截面效率；
其中，MEE表示所述污染源的消光截面效率，bext表示所述污染源对应的消光系数，所述消光系数为所述光散射系数和所述光吸收系数的加和，[PM2.5]表示所述污染源对应的各化学物种的浓度之和。
6.一种污染源颗粒物消光截面效率的反演系统，其特征在于，包括：
环境参数获取模块，用于获取待检测空间范围内的环境参数；所述环境参数包括光学参数和化学物种的浓度；
环境参数的不确定度确定模块，用于确定各所述环境参数的不确定度；
源谱图获得模块，用于将各所述环境参数和各所述环境参数的不确定度输入PMF源解析模型，获得源谱图，所述源谱图包括多个因子，每个因子包括多种要素，各要素为化学物种或光学参数；
污染源确定模块，用于根据各所述因子中各个化学物种的浓度和光学参数确定各所述因子对应的污染源；
各污染源颗粒物的消光截面效率确定模块，用于根据每个污染源对应的各个化学物种的浓度和光学参数，反演出每个污染源颗粒物的消光截面效率。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant |