(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 202210959991.0 (22)申请日 2022.08.11 (71)申请人 中国科学院大气物理研究所 地址 100029 北京市朝阳区德胜门外祁家 豁子华严里7号楼 (72)发明人 刘娟娟　王吉麟　刘娟　王斌　 徐兰　沈晓　 (74)专利代理 机构 北京冬瓜知识产权代理事务 所(普通合伙) 11854 专利代理师 李佳 (51)Int.Cl. G06Q 30/00(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 17/18(2006.01) (54)发明名称 一种应用 于非定常多点源的污染物溯源方 法以及系统 (57)摘要 本发明提供了一种非定常多点源的污染物 溯源方法以及系统， 本发明的非定常多点源的污 染物溯源方法包括： S1、 对大气化学模式进行离 散， 对所述潜在排放源位置的源汇关系进行计 算； S2、 计算所述潜在排放源位置的非定常排放 产生的模拟浓度， 并确定每个所述潜在排放源位 置的正则化参数； S3、 计算得到对于释放速率曲 线的最优估计以及最小残差平方和， 以确定第一 个排放源的位置及其释放速率的时间廓线； S4、 重复所述步骤S1 ‑S3， 并采用残差浓度代替所述 模拟浓度以确定第二个排放源的位置； S5、 计算 第二个排放源的方差贡献率。 本发 明的污染物溯 源方法保证了在排放速率随时间变化的情景下， 还能进行高效的污染源反演。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115239354 A 2022.10.25 CN 115239354 A 1.一种非定常多点源的污染物溯源方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： S1、 对大气化学模式进行离散， 将离散的模式网格点假定为潜在排放源的位置， 对所述 潜在排放源位置的源汇关系进行计算； S2、 计算所述潜在排放源位置的非定常排放产生的模拟浓度， 并确定每个所述潜在排 放源位置的正则化 参数； S3、 利用所述模拟浓度以及所述正则化参数计算得到对于释放速率曲线的最优估计以 及最小残差平方和， 以确定第一个排 放源的位置及其释放速率的时间廓线； S4、 重复所述步骤S1 ‑S3， 并采用残差浓度代替所述模拟浓度以确定第二个排放源的位 置， 所述残差浓度为观测浓度与前面已经确定的所有非定 常排放源所产生的模拟浓度之间 的差别； S5、 计算第二个排放源的方差贡献率， 如计算得到的方差贡献率大于阈值， 重新计算第 一个和第二个排放源的释放速率曲线， 并随着排放源的数量增加按照所述步骤S4进 行下一 个排放源位置的确定， 以此类 推； 若方差贡献率小于 阈值， 停止继续计算并输出排放源的个数和每个排放源的位置及释 放速率曲线； 所述方差贡献率的公式为： TSS表示观测浓度的总方差， RSS为仅考虑已确定的排放源时的残差浓度的方差， 而 RSS'为加入新发现排 放源后的残差浓度的方差 。 2.根据权利要求1所述的污染物溯源方法， 其特征在于， 所述S1步骤中， 所述源汇关系 进行计算的方法包括： 在考虑风场、 排放源位置以及观测站点位置的前提下， 计算所有模式网络点上的源汇 关系， 并计算存 储该矩阵H 。 3.根据权利要求2所述的污染物溯源方法， 其特征在于， 所述S2步骤中， 所述模拟浓度 表示为释放速率与源汇关系之间的卷积 积分： 其中， 所述卷积 积分表示 为： 上式中 为所述矩阵H的其中一个元素， 代表tl时刻的观测浓度与tk时刻的排放通量 之间的源汇关系， 为所述矩阵q的其中一个元素， 是污染源在tk时刻的释放速率， 即卷积 积分的矩阵形式为： Cs＝Hq。 4.根据权利要求3所述的污染物溯源方法， 其特征在于， 所述S2步骤中， 所述正则化参 数是利用L曲线法计算得到， 所述L曲线为残差项 与正则化项 在一系列正则 化参数取值下所构成的对数曲线； 所述计算方法包括如下步骤： 选取L曲线的拐角处对应的正则化参数λ进行源项估计， 利用最大曲率公式确定L曲线 的最大曲率点， 从而确定最优正则化参数： 其中， X(logλ )＝log||Hq ‑ Co||， Y(logλ )＝log||q||。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115239354 A 25.根据权利要求4所述的污染物溯源方法， 其特征在于， 释放速率曲线的最优估计的方 法包括： 先列出正则化代价函数如下： 其中， λ为所述正则化参数， 用 于控制残差范 数与正则化 解的范数之间的平衡； 然后通过求取正则化代价函数的导数， 并令导数等于零， 可得到对于释放速率曲线的 最优估计： I为单位矩阵， C°为观测浓度。 6.根据权利要求5所述的污染物溯源方法， 其特征在于， 所述最小残差平方和的计算公 式为： 其中， 采用每一个潜在位置的源汇关系矩阵Hi和最优释放速率 计算该位置上的非定 常释放所产生的模拟浓度与观测浓度之间的差别即为所述 最小残差平方和。 7.根据权利要求6所述的污染物溯源方法， 其特征在于， 确定第 一个排放源的位置及其 释放速率的时间廓线的方法包括如下步骤： 当遍历完所有的模式网格点并获得其对应最优释放速率曲线以及最小残差平方和后， 便可将全局最小的残差平方和 所在网格点的中心位置确定为第一个排放源的位 置， 并将此网格点及其 最优释放速率分别存 储为k1和 8.根据权利要求6所述的污染物溯源方法， 其特征在于， 重新计算第 一个和第 二个排放 源的释放速率曲线的计算公式为： 其中， 为2nt×1维向量， 包含了两个排放源的释放速率的时间演变； 矩阵H2为代表了 两个排放源的源汇关系的组合矩阵， 矩阵维数为 nobs×2nt。 9.权利要求1 ‑8任一项所述的污染物溯源方法的污染物溯源系统， 其特 征在于， 包括： 源汇关系计算模块： 用于对大气化学模式进行离散， 将离散的模式网格点假定为潜在 排放源的位置， 对所述潜在排 放源位置的源汇关系进行计算； 正则化模块： 用于计算所述潜在排放源位置的非定常排放产生的模拟浓度， 并确定每 个所述潜在排 放源位置的正则化 参数； 初排放源确定模块： 用于利用所述模拟浓度以及所述正则化参数计算得到对于释放速 率曲线的最优估计以及最小残差平方和， 以确定第一个排放源的位置及其释放速率的时间 廓线； 后续排放源确定模块： 重复所述步骤S1 ‑S3， 并采用残差浓度代替所述模拟浓度以确定 第二个排放源的位置， 所述残差浓度为观测浓度与前面已经确定的所有非定常排放源所产 生的模拟浓度之间的差别； 显著性判断模块： 用于计算第二个排放源的方差贡献率， 如计算得到的方差贡献率大 于阈值， 重新计算第一个和第二个排放源的释放速率 曲线， 并随着排放源的数量增加按照 所述步骤S4进行 下一个排 放源位置的确定， 以此类 推； 若方差贡献率小于 阈值， 停止继续计算并输出排放源的个数和每个排放源的位置及释 放速率曲线。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述程序执行时 实现权利要求1 ‑8任一项所述非定常多点源的污染物溯源方法的步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115239354 A 3