大氣污染問題是當(dāng)前許多國家和地區(qū)所面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)。顆粒物作為重要的空氣污染物，顯著影響區(qū)域及全球氣候變化、環(huán)境空氣質(zhì)量和公眾健康。大氣顆粒物來源復(fù)雜且種類繁多，通常由各種自然源和人為源直接排放或前體物二次反應(yīng)形成。傳統(tǒng)的顆粒物源解析技術(shù)盡管能夠有效識別并量化不同來源對顆粒物濃度的貢獻(xiàn)，然而存在分析流程復(fù)雜、耗時較長、結(jié)果滯后等缺點，難以支撐對污染過程快速響應(yīng)的需求。實現(xiàn)顆粒污染物的迅速精準(zhǔn)溯源，已成為快速響應(yīng)空氣污染事件和保障公眾健康需要解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

近日，由中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所與瑞士保羅謝勒研究所組成的中–瑞國際合作科研團(tuán)隊，在大氣污染溯源領(lǐng)域取得進(jìn)展，成功研發(fā)出一款國際領(lǐng)先水平的顆粒物實時源解析模型Aerosol Real-time Identification and Source Estimation（ARISE）。該模型可在無人值守的情況下，實時獲取大氣PM2.5化學(xué)組分在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，自動完成從分鐘至小時分辨率的污染源識別與定量解析，實現(xiàn)對顆粒物污染源的近實時動態(tài)精準(zhǔn)監(jiān)控。該源解析技術(shù)的運用，將推動大氣污染防治技術(shù)邁向“高時效、智能化、精準(zhǔn)化”的新階段，為環(huán)境管理部門實施快速污染預(yù)警與應(yīng)急決策、評估減排措施成效、城市空氣質(zhì)量長期管控等提供技術(shù)支持。

ARISE模型基于Windows操作系統(tǒng)的Igor Pro 9軟件設(shè)計，操作流程主要包括數(shù)據(jù)采集、源解析運算、以及結(jié)果可視化（詳見附圖）。通過實時獲取AXA監(jiān)測系統(tǒng)（包括氣溶膠化學(xué)組分監(jiān)測儀ACSM、重金屬監(jiān)測儀Xact625、黑碳分析儀AE33）采集的外場環(huán)境觀測數(shù)據(jù)，運用正定矩陣因子分解及多線性引擎優(yōu)化算法，精準(zhǔn)識別與量化機(jī)動車、燃煤、烹飪、二次生成等多種復(fù)雜污染來源的貢獻(xiàn)。其核心功能優(yōu)勢在于自動化運行、多源數(shù)據(jù)融合、分析周期短、高兼容性與可視化、以及高精度可靠輸出。ARISE模型以最小化用戶干預(yù)的需求為設(shè)計理念，將源解析結(jié)果輸出周期有效縮短至與監(jiān)測數(shù)據(jù)同步的小時甚至分鐘級，為相關(guān)科研人員、決策機(jī)構(gòu)及環(huán)保部門迅速獲取可靠的源解析數(shù)據(jù)提供了理想解決方案。

截止目前，ARISE模型已在西安、武漢等試點城市開展了運行試驗，并進(jìn)行模型參數(shù)的優(yōu)化和驗證，不同城市環(huán)境中顆粒物源解析結(jié)果表現(xiàn)出高精度、強(qiáng)穩(wěn)定性的特點，證明該模型具有良好的應(yīng)用前景，有望進(jìn)一步納入長期的城市空氣污染監(jiān)測體系。同時，中–瑞合作科研團(tuán)隊還積極創(chuàng)建開放式協(xié)作模式，開展了多次現(xiàn)場及在線操作培訓(xùn)和解析方法演示，并組織多場科學(xué)與政策交流研討會，分享和推廣研究成果和經(jīng)驗。ARISE模型是大氣污染源解析領(lǐng)域的創(chuàng)新性工具，也是國際領(lǐng)先技術(shù)與中國本地需求相結(jié)合的運用實踐，能夠使大氣污染治理從事后分析研判走向?qū)崟r感知監(jiān)控，為構(gòu)建高效、科學(xué)的空氣質(zhì)量管理體系提供堅實的技術(shù)保障。

ARISE模型是中國–瑞士國際合作項目“清潔空氣中國”（Clean Air China）推出的重要研究成果。該項目由瑞士發(fā)展與合作署資助，由中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所與瑞士保羅謝勒研究共同承擔(dān)研究任務(wù)，已發(fā)表多項原創(chuàng)性科研成果。項目核心目標(biāo)旨在采用先進(jìn)的空氣污染源解析技術(shù)，制定更有效的污染防控策略，顯著減少重點城市的空氣污染問題，提高相關(guān)部門配備和運行大氣顆粒物實時源解析模型的技能，采取精準(zhǔn)措施助力空氣污染治理及科學(xué)決策。該合作項目不僅深化了中瑞在大氣環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的聯(lián)合創(chuàng)新，也為中國及世界其它城市大氣污染精準(zhǔn)防控與“雙碳”目標(biāo)下的空氣質(zhì)量持續(xù)改善提供科技支持。

【項目團(tuán)隊聯(lián)系人】

Andre Prevot（瑞士保羅謝勒研究所，andre.prevot@psi.ch）

Manousos Manousakas（希臘德謨克利特國家科學(xué)研究中心，m.manousakas@ipta.demokritos.gr）

曹軍驥 （中國科學(xué)院大氣物理研究所，jjcao@ mail.iap.ac.cn）

韓月梅（中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所，yuemei.han@ieecas.cn）