褐煤盆地地区多站点与超级站点气溶胶源的分配研究

《Environmental Pollution》：Multi-site vs. supersite aerosol source apportionment in a lignite basin area

源解析方法在莫斯特盆地的研究应用。该研究通过多站点（4个监测点）与超站点（半年高分辨率数据）结合的方法，分析 lignite 区域 PM10 的时空变化及污染源。结果表明表面煤开采是主要污染源，验证了混合监测方法在复杂气象条件下区分区域/远程颗粒物及二次气溶胶的有效性。

　　

拉迪姆·塞伯特（Radim Seibert）|佩特拉·波科尔纳（Petra Pokorná）|彼得·沃迪奇卡（Petr Vodi?ka）|弗拉基米拉·沃尔纳（Vladimíra Volná）|拉德克·尔霍特卡（Radek Lhotka）|纳杰日达·齐科娃（Nadě?da Zíková）|雅库布·奥德拉切克（Jakub Ondrá?ek）|劳伦斯·C·温德尔（Laurence C. Windell）|雅罗斯拉夫·施瓦茨（Jaroslav Schwarz）|弗拉基米尔·日迪马尔（Vladimír ?dímal）

捷克水文气象研究所，空气质量部门，地址：Na ?abatce 2050/17，143 06 布拉格4-科莫拉尼（Prague 4-Komo?any），捷克共和国

引言

降低颗粒物（PM）浓度是全球环境政策制定者的核心议题。在过去几十年中，欧洲实施了多项措施来改善空气质量。最近，欧洲理事会更新了空气质量标准，以保护人类健康，特别是针对欧盟范围内的颗粒物（PM）。在空气质量管理中，源解析（Source Apportionment, SA）是一个关键工具，该过程用于识别和量化颗粒物来源（Hopke, 2016）。欧洲采用了不同的源解析方法，这些方法已被证明对颗粒物来源解析非常有用（Belis et al., 2013; Hopke, 2016; Viana et al., 2008）：基于污染物排放率和气象数据的化学传输模型（Chemical Transport Models, CTMs），以及以受体为导向的模型（Receptor-Oriented Models, RMs），后者尤其适用于通过对采样点（receptors）测量的多种污染物浓度进行统计分析来推断来源类型并估算其对测量浓度的贡献（Belis et al., 2013）。

利用高时间分辨率的数据进行源解析可以更好地识别偶发污染源或短暂污染事件（Wang et al., 2024），但覆盖足够长的时间窗口以评估在不同气象条件下来源贡献的变化成本较高，尤其是在多个站点之间。因此，通常会结合使用高时间分辨率测量和离线技术的方法（Camman et al., 2024; Kuo et al., 2014）。

空气质量监测站的空间代表性是在解释颗粒物浓度及其来源分配时最重要的参数之一（例如，Kracht et al., 2017; Yatkin et al., 2020）。多站点方法和超级站点方法提供了不同的评估代表性方式。多站点方法能够捕捉空间变化，全面识别颗粒物来源，并提供更可靠的结果（Kara et al., 2015; Kim and Hopke, 2008; Mooibroek et al., 2011; Pandolfi et al., 2011）。超级站点方法可以在单个站点获得更详细的各种变量数据，从而实现更精确的颗粒物来源识别（例如，Aiken et al., 2009; Chow et al., 2007; Gani et al., 2019; Ogulei et al., 2005）。选择哪种方法取决于监测项目的目标。

本研究旨在考察一个褐煤盆地的颗粒物₁₀浓度的空间和时间变化及其来源。研究进行了为期一年的多站点采样活动，同时在一个代表受地表煤炭开采影响的盆地区域的超级站点进行了半年的密集测量（多站点方法与超级站点方法对比）。莫斯特盆地（Most Basin）的研究区域具有高度特殊性，因为其排放源复杂，包括住宅和工业燃烧以及低排放高度的非燃烧源，再加上大型工业燃烧设施的高安装容量和当地道路交通。除了识别超级站点的空气污染来源外，比较不同方法学方法的源解析结果还为了解这些复杂条件下的污染源作用提供了宝贵见解。

小节片段

测量站点

研究区域位于捷克共和国的西北部。北波希米亚褐煤盆地属于所谓的“黑色三角区”，位于捷克共和国、波兰和德国的三国交界处。煤炭的开采及其用于工业供热和发电以及家庭供暖导致该地区的空气质量恶化，尤其是在颗粒物和多环芳烃（PAH）浓度方面（H?nová, 2020）。

共有四个监测站点

结果与讨论

盆地各站点的年平均颗粒物₁₀浓度范围为17.9至24.2 μg·m^-3，而山区鲁多利采（Rudolice）站点的浓度为10.5 μg·m^-3（表2）。与最初预期相反，最高的季节性平均浓度并非出现在冬季，因为冬季住宅供暖排放对空气质量有重要影响。原因是春季和秋季持续恶化的扩散条件（详见文本S3）。

结论

来自四个站点的年度离线数据以及结合在线和离线数据的半年时间序列得出了相似的结果。利用具有不同气象条件的站点，可以更详细地区分局部、区域性和长距离传输的颗粒物，包括二次气溶胶。

两种方法均一致认为地表煤炭开采排放是莫斯特盆地地区颗粒物₁₀质量的主要贡献来源，因此应将其作为主要关注点

CRediT作者贡献声明

佩特拉·波科尔纳（Petra Pokorná）：撰写——审阅与编辑、监督、方法论、调查、概念化。弗拉基米拉·沃尔纳（Vladimíra Volná）：撰写——审阅与编辑、监督、形式分析。彼得·沃迪奇卡（Petr Vodi?ka）：撰写——审阅与编辑、方法论、调查、数据管理。纳杰日达·齐科娃（Nadě?da Zíková）：撰写——审阅与编辑、调查、数据管理。拉德克·尔霍特卡（Radek Lhotka）：撰写——审阅与编辑、方法论、数据管理。劳伦斯·C·温德尔（Laurence C. Windell）：方法论、调查、形式分析、数据管理。雅库布（Jakub）

未引用参考文献

Lim et al., 2012; Via et al., 2023; Wikipedia, 2025.

数据可用性

用于超级站点和多站点源解析的颗粒物场分布函数（PMF）模型中的输入浓度及相关不确定性数据可在以下公共仓库获取：https://doi.org/10.5281/zenodo.15705625。其他数据可向相应作者索取。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

资助

本研究得到了捷克技术局（TA?R）的财政支持（联合资助项目编号SS 02030031 ARAMIS），以及捷克教育、青年和体育部的ACTRIS-CZ LM2023030项目的支持。

利益冲突声明

? 作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：拉迪姆·塞伯特（Radim Seibert）报告称获得了捷克技术局的财政支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

在线测量和大气气溶胶采样工作由佩特尔·戈尔（Petr Goll）、扬·库费尔（Jan Kufel）和马丁·马谢克（Martin Ma?ek）（捷克水文气象研究所，位于乌斯季纳拉贝姆分部）完成。实验室分析工作由卢西·伯莫娃（Lucie B?hmová）、帕夫利娜·波德斯科乔娃（Pavlína Podsko?ová）、瓦茨拉夫·乌赫尔（Václav Uher）、伊琳娜·尼科洛娃（Irina Nikolova）和兹登卡·罗哈诺娃（Zdenka Rohanová）（捷克水文气象研究所，位于乌斯季纳拉贝姆和奥斯特拉瓦分部）完成。丹尼尔·格拉德基（Daniel Hladky）（捷克水文气象研究所，奥斯特拉瓦分部）提供了数据处理的技术支持。