大气中细颗粒物（PM2.5）中流量采样器性能对比研究

发布时间：2017-08-21 12:13

  本文关键词：大气中细颗粒物（PM2.5）中流量采样器性能对比研究

  更多相关文章： PM2.5 中流量采样器 归一化均方误差 分数偏差

【摘要】：随着PM2.5污染问题日益突出,我国大部分地区开展了PM2.5监测工作,而PM2.5采样器的采样误差会影响测量结果的准确性,同时获得准确的监测数据对开展空气质量评价和污染控制具有重要意义。本文从2014年1月到2015年1月,在长春市九个大气环境监测点位,利用手工采样器采集PM2.5样品与自动监测仪PM2.5数据进行对比研究,同时通过国内的三种PM2.5切割器采样实验,进行相关性分析和成分分析。2014年9月、2015年3月和7月,利用天虹TH-100型、崂山TSP-100型和中崂PMN-100型,三种切割器的手工采样器采集TSP、PM10、PM5、PM2.5样品,分析了颗粒物的粒径分布特征和季节变化特征。结果发现不同粒径分布比例大小为PM2.5PM10-TSPPM5-10PM2.5-5。季节变化特征为3月份PM2.5占TSP和PM10的比值大于9月份和7月份。通过成分分析,分析出三种切割器样品的水溶性离子和金属元素,进行对比研究。结果发现水溶性离子中SO42-、NH4+、K+和Mg2+在PM2.5中的浓度远大于其他粒径范围,而金属元素中主要元素都是Ca、K、Fe、Al、Mg和Zn。通过三种切割器采集的PM2.5样品中水溶性离子和金属元素的成分分析发现由于三种采样器切割原理相似,导致污染物成分特征基本类似,所以成分分析结果主要取决于各个切割器的切割效率和捕集的颗粒物浓度。三种切割器TSP/PM10/PM5/PM2.5平行样之间的相关性分析中发现C天和C中的TSP、PM10、PM5和PM2.5数据相关系数最大,C崂和C中的相关系数大小次之,C天和C崂的监测数据相关关系最差。利用三种切割器的采样器测量获得的PM2.5数据进行偏差分析发现,C天与C崂之间偏差最大,其次为C崂与C中之间,C天与C中之间偏差相对较小。而全年C天、C崂和C中大小顺序为C中C崂C天。配对T检验分析结果显示三种切割器的PM2.5浓度之间差异不显著。从2014年1月到2015年1月,在长春市九个大气监测点位,利用天虹KC-120H型PM2.5手工采样器测量PM2.5浓度,并与同期的Thermo5030型自动监测仪数据进行对比分析,分析不同采样点PM2.5浓度情况、不同季节PM2.5浓度变化情况,以及不同浓度范围数据分布情况。结果发现,Thermo 5030监测仪测量的各个监测点位全年PM2.5浓度平均值均大于KC-120H采样的PM2.5浓度值,全市年平均值分别为102.10μg/m3和77.45μg/m3,C5030比C120大约29.08%。从C5030和C120的季节变化情况中发现,2014年1月、3月、10月和2015年1月全市C5030比C120大,差值在18.48-67.89μg/m3范围内,而2014年4月和7月C5030比C120小,C5030小于C120的11.73%和27.57%。对KC-120H采样器采集到的183个有效PM2.5样品与九个监测点位Thermo5030监测仪数据进行等级划分,KC-120H采样器样品中PM2.5浓度主要为良,为78个样品占43%,而Thermo5030监测仪数据中PM2.5浓度主要为良和轻度污染,样品数为55和40,占比为30%和22%。对长春市九个监测点位的KC-120H采样器和Thermo5030监测仪测量PM2.5数据进行相关性分析,发现除了邮电学院其余采样点相关系数在0.802-0.511范围内。不同月份相关性分析中发现除了2015年1月,其他月份相关系数都在0.818-0.499范围内。对所有C5030和C 120进行了回归分析发现,回归方程的斜率为0.8631,截距为33.828,R2为0.4299。说明两种采样器结果具有较好的相关关系。在不同空气质量等级条件下C120数据及相应的C5030数据进行了相关性分析,发现两种采样器测量值之间随着浓度值越高,相关性越好。对两种采样方式测量的PM2.5浓度进行偏差分析,2014年10月和2015年1月份的C5030与C120偏差较大,2014年1月和3月次之,2014年4月和7月偏差较小。2014年1月、3月、10月和2015年1月Thermo5030监测仪会高估PM2.5浓度值,而2014年4月和7月Thermo5030监测仪会低估PM2.5浓度值。全年数据显示Thermo5030监测仪会高估PM2.5浓度值。对C5030与C120数据根据不同程度污染浓度进行偏差分析,发现所有质量范围的C5030都存在正偏差,同时C120浓度越高C5030与C120偏差越小。配对T检验分析结果显示C5030与C120的差异不显著。
【关键词】：PM2.5 中流量采样器 归一化均方误差 分数偏差
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X851
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1. 研究背景11-15
• 1.1.1. PM2.5 概述11
• 1.1.2. PM2.5 污染危害11-12
• 1.1.3. PM2.5 监测技术12-14
• 1.1.4. 国内外PM2.5标准14-15
• 1.2. 研究目的与内容15-18
• 1.2.1. 研究目的15-16
• 1.2.2. 研究内容16-17
• 1.2.3. 技术路线17-18
• 第2章 原理与方法18-28
• 2.1. 撞击式采样器工作原理18-20
• 2.1.1. 切割器原理18-20
• 2.1.2. KC-120H采样器20
• 2.2. Thermo5030型自动监测仪工作原理20-21
• 2.3. 国内外研究现状21-23
• 2.4. 实验概况23-26
• 2.4.1. 监测点位及采样时间23-25
• 2.4.2. 手工采样器样品采集25
• 2.4.3. 自动监测仪测量数据处理25-26
• 2.5. 研究方法26-27
• 2.5.1. 重量法分析26
• 2.5.2. 成分分析26-27
• 2.6. 统计分析方法27-28
• 2.6.1. 回归分析27
• 2.6.2. 归一化均方误差（NMSE）27
• 2.6.3. 分数偏差（FB）27-28
• 第3章 结果与讨论28-44
• 3.1. 三种切割器分析结果28-34
• 3.1.1. TSP、PM10、PM5、PM2.5重量法分析结果28-30
• 3.1.2. 成分分析结果30-33
• 3.1.3. 三种采样器相关性分析结果33-34
• 3.2. 手工采样器与自动监测仪测量数据分析结果34-39
• 3.2.1. KC-120H采样器和Thermo5030监测仪PM2.5测量结果34-36
• 3.2.2. 两种采样器PM2.5数据相关性分析36-39
• 3.3. 偏差分析39-42
• 3.3.1. 三种切割器采样数据偏差分析结果39-41
• 3.3.2. Thermo 5030与KC-120H采样器偏差分析偏差结果41
• 3.3.3. 不同程度污染物浓度偏差分析41-42
• 3.4 配对T检验42-44
• 第4章 结论与展望44-47
• 4.1. 结论44-46
• 4.2. 展望46-47
• 参考文献47-53
• 作者简介53-54
• 致谢54

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本文编号：712820