(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211009250.2 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 北京工业大 学 地址 100124 北京市朝阳区平乐园10 0号 (72)发明人 周颖　李彦荣　玄博元　郎建垒　 (74)专利代理 机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 1 1203 专利代理师 张立改 (51)Int.Cl. G01N 33/00(2006.01) G01W 1/02(2006.01) G06F 30/20(2020.01) G06Q 50/26(2012.01) (54)发明名称 一种基于正后向模型结合的大气污染物溯 源方法 (57)摘要 一种基于正后向模型结合的大气污染物溯 源方法， 属于大气污染防治与溯源技术领域。 包 括以下步骤： 一、 收集研究区域内 已知的稳态源 排放源信息； 二、 以研究区域内监测站点为研究 目标地， 确定监测站点位置信息； 三、 通过气象模 型模拟， 获取研究区域精细化气象数据； 四、 基于 后向溯源模 型对监测站点进行后向轨迹计算， 得 到污染来源轨迹； 并基于污染来源轨迹进行潜在 源贡献因子分析， 确定后向溯源法污染潜在来源 区域； 五、 基于稳态源排放信息库和精细化气象 数据进行正向的空气质量扩散模 型模拟， 识别稳 态源排放贡献浓度并获取其主要稳态排放源位 置； 六、 基于步骤四中污染物潜在来源区域以及 步骤五中获取的稳态源位置， 获得 非稳态源潜在 区域。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115420854 A 2022.12.02 CN 115420854 A 1.一种正后向模型结合的大气污染物溯源方法， 实现对突发性的非稳态源排放污染事 件的污染来源快速精准识别， 包括以下步骤： 步骤一、 收集研究区域内已知的稳态源排 放源信息， 建立研究区域稳态源排 放信息库； 步骤二、 以研究区域内监测站点为研究目标地， 确定监测站点位置信息， 包括经度、 纬 度、 站点高度， 并基于站点空气质量数据确定突发性的非稳态源排放污染事件导致的污染 物浓度突发高值时段； 步骤三、 通过气象模型模拟， 获取研究区域精细化气象数据； 步骤四、 基于后向溯源模型对监测站点进行后向轨迹计算， 得到污染来源轨迹； 并基于 污染来源轨迹进行潜在源贡献因子分析， 确定后向溯源法污染潜在来源区域， 在此后向溯 源法污染潜在来源区域内存在可能的突发性的非稳态源排 放污染染区域； 步骤五、 基于稳态源排放信息库和精细化气象数据进行正向的空气质量扩散模型模 拟， 识别稳态源排 放贡献浓度并获取其主 要稳态排 放源位置； 步骤六、 基于步骤四中污染物潜在来源区域以及步骤五中获取的稳态源位置， 获得非 稳态源潜在区域。 2.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 步骤一中研究区域稳态源排放信 息库的建 立方法是： 收集研究区域统计年鉴、 污染物排放活动水平数据以及排放因子以及其他的稳 态源排放信息， 稳态源可分为工业源、 居民源、 移动源、 餐饮源等， 排放信息主要包括排放源 位置、 排放速率、 排 放污染物、 排 放时间、 排 放高度等， 建立研究区域稳态源排 放信息库。 3.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤二中站点污染物浓度突发高值 时 段选取方法如下： 首先获取监测站点污染物浓度突然变大化的一段时间， 计算污染物浓度 逐小时的变化 率， 其中污染物浓度变化 率计算公式如下： 式中： Δc‑污染物浓度变化 率 t‑时刻， t小时； c‑污染物浓度； 在计算污染物浓度逐小时变化率后， 高值时段的起始时刻为变化率大于50％的时刻 (即开始突增时刻)， 终止时刻为变化率小于 ‑50％的时刻(骤减结束时刻)， 从一个突增时刻 到与之间隔时间最短的骤减时刻所包含的时段为一个突 发高值时段。 若选取的多个高值时 段为连续的时间， 则将其 合并为一个高值时段； 突发高值时段的时间段记为t1 ‑t2。 4.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤三中精细化气象数据的获取方法 如下： 通过NECP气象数据以及精细化的下垫面地形数据进 行WRF气象模 型模拟， 并结合四维 变分同化技术， 得到空间分辨率为几百米～几千米， 时间分辨率为小时的三维网格化精细 气象数据， 包括 风向、 风速、 温度、 湿度、 边界层高度等气象要素。 5.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤四中污染来源轨迹的获取方法 是： 由于在不同的高度层， 污染物来源方向是不同的， 故而选取不同的高度层(高度层的选 取可基于W RF模拟时高度层的设置或经验所得)分别获取污染来源轨迹， 以研究站 点高度为 起始位置向上每经过一段高度的研究站 点上方物理位置污染来源轨迹， 每一物理位置对应 一组污染来源轨迹； 每一组污染来源轨迹的计算： 基于步骤三得到的精细气象数据， 通过拉权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115420854 A 2格朗日粒子模型(如后向气流轨迹模型HYSPLIT模型等)对突发高值时段t1 ‑t2内每间隔一 定的时间段Δx如一个小时作为进行后向轨迹计算的时间起始点， 如分别以t1、 t1+Δx、 t1+ 2Δx、 t1+3Δx、 ……t2为时间起始点， 得到同一物理位置不同时刻起点即同一物理位置不 同污染浓度对应的污染来源轨迹， 最后并通过地理处理软件， 将不同高度层的所有污染来 源轨迹进 行合并， 得到研究站 点的污染来源轨迹； 其中， 以某一个时刻为起始 点后向轨迹计 算方法如下： 假设污染来源为一个气团， 后向时长为T小时， 后向时间步长为Δt ′小时(如0.5 ‑1小时 中的任意时长)， 若在ti时刻， 气团位置为P ti， 模型基于P ti点气象场数据计 算得出前一个时 间步长后t(i ‑1)＝ti‑Δt′时刻的气团位置Pt(i‑1)， 以此类推得到后一时刻的气团位置； 其 中的后向时长T小时可以根据需要设置或试验， 使得最后一时刻的气团位置刚好位于所研 究的区域内， 在推后一个Δt ′步长对应的时刻时气团位置超出 所研究的区域； 基于获取的污染来源轨迹， 选取合适的网格分辨率， 将研究区域分为多个网格， 使用 HYSPLIT模型中潜在源贡献因子分析模块来计算每个网格的贡献率， 并通过贡献率大小来 确定污染潜在源区； 网格(i， j)贡献率PSCF(i， j)的计算方式如下： 其中网格(i， j)代表坐 标为 (i， j)的网格； 假设经过网格(i， j)的污染轨迹节点个数为m， 所有网格内所有轨迹节点总个数为n， 则 贡献率为： 贡献率大的网格所在的区域记为后向溯源法污染潜在来源区域。 6.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤五稳态源排放贡献识别及其所在 区域获取的方法为： 将步骤一所获得研究区域稳态源排放信息及步骤三所获得的精细化气 象数据提供给正向的空气质量扩散模型如CALPUFF、 AERM OD等， 模型根据给定的稳态源排放 信息， 结合气象数据， 计算经过污染气团传输在突发高值时段t1 ‑t2、 研究站点上方物理位 置对应的每个排放源的排放贡献， 因此通过正向模拟可以计算得到稳态源排放贡献， 并通 过排放贡献大小确定主 要的稳态源， 根据稳态源所在的区域得到基于稳态源排 放区域。 7.按照权利要求1所述的方法， 其特征在于， 所述步骤六非稳态源所在区域的获取方法 如下： 基于步骤四中所得后向溯源法污染潜在来源区域几乎包括所有的污染源及步骤五中 稳态源位置信息； 若后向模型追溯出的某个污染潜在源区内， 没有稳态源排放或者稳态源排放贡献很 小， 那则有 可能存在非稳态源排放； 若稳态源排放贡献大， 且 是排放贡献在突 发高值时段发 生突增， 那则是该区域内稳态源转 化成了非稳态源。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115420854 A 3