관찰을 이용한 미세먼지 내 미량 금속의 지역적 배출원 분포

npj 기후 및 대기 과학 6권, 기사 번호: 65(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

초미세먼지(PM2.5)에 포함된 미량 금속은 독성과 촉매 능력으로 인해 환경 화학에서 중요한 문제입니다. PM2.5의 미량 금속 및 기타 주요 종에 대한 지역적 소스 기여를 해결하기 위해 관찰 제한 하이브리드 모델이 개발되었습니다. 이 방법에서는 각 모니터링 위치의 CMAQ(Community Multiscale Air Quality) 모델에서 기본 PM2.5(PPM2.5)에 대한 소스 기여도가 고유한 소스에서 추정된 소스별 스케일링 계수를 적용하여 관측 데이터와 더 잘 일치하도록 개선됩니다. 회귀 모델. 그런 다음 조정된 PPM2.5 예측과 화학적 종분화 데이터를 사용하여 1차 종의 관찰 제한 소스 프로파일을 생성합니다. 마지막으로, 개선된 CMAQ PPM2.5 기여와 추론된 소스 프로파일을 곱하여 소스 기여의 공간 분포가 생성됩니다. 이 모델은 2015년 여러 관측소에서 수집된 일일 관측 데이터를 사용하여 중국의 주강 삼각주(PRD) 지역에 적용되어 8가지 미량 금속, 원소 탄소, 1차 유기 탄소 및 10가지 기타 1차 종에 대한 원천 기여를 확인합니다. 이전 세 가지 방법과 비교하여 새 모델은 10겹 교차 검증 분석에서 모델 오류가 더 작은 13개 종과 모델 편향이 더 적은 16개 종을 예측합니다. 본 연구에서 결정된 소스 프로파일은 문헌에서 수집된 프로파일과도 잘 일치함을 보여줍니다. 새 모델은 2015년 PRD 지역에서 Cu가 주로 지역 소스(31%), 산업 부문(27%) 및 발전(20%)에서 발생했으며 연간 평균 농도가 50ngm3에 달한다는 것을 보여줍니다. 일부 지역에서는 −3. 한편, Mn의 주요 원인은 면적 발생원(40%), PRD 외부로부터의 방출(23%) 및 발전(17%)으로, 평균 수준은 약 10ngm−3입니다. 이러한 정보는 미량 금속의 역학적 영향을 평가하고 공중 보건을 보호하기 위한 효과적인 통제 조치를 수립하는 데 필수적입니다.

미세먼지(PM2.5)는 지난 수십 년 동안 중국에서 많은 주목을 받아왔는데, 그 이유는 주로 급성 호흡기 질환 및 만성 심혈관 질환과 관련된 사망률 및 이환율의 증가와 같은 주변 가시성과 공중 보건에 부정적인 영향을 미치기 때문입니다. 인구1,2,3,4,5,6. PM2.5의 독성은 특정 화학 조성에 기인할 수 있으며, 그중 일부 전이 금속(예: Cu, Mn 및 Fe)은 촉매 특성으로 인해 더 많은 관심을 받을 가치가 있습니다. 인간의 폐로 흡입되면 활성 산소종(ROS) 생성에 중요한 역할을 하며 그에 따른 산화 스트레스는 PM2.5로 인한 장기 손상의 가능한 원인 중 하나입니다7,8,9,10,11,12. 건강에 해로운 영향 외에도, 공기 중 전이 금속은 대기 중 황산염의 2차 형성에 관여하는 것으로도 알려져 있습니다13,14. 결과적으로, 미량 금속의 주요 공급원뿐만 아니라 공간적 분포를 조사하는 것은 큰 과학적 관심거리입니다. 이러한 지식은 비용 효율적인 배출 제어 정책을 수립하기 위한 기반을 마련할 것입니다.

미량 금속의 환경적 중요성에도 불구하고 PM2.5의 미량 금속에 대해 지정된 정확하고 포괄적인 배출원 할당 기술이 여전히 부족합니다. 미량 금속에 대한 소스 기여도 계산에는 수용체 기반 모델과 화학 수송 모델(CTM)이라는 두 가지 별개의 방법 그룹이 있습니다. 화학적 질량 균형과 PMF(양성 매트릭스 분해)는 PM2.5 및 그 구성 요소에 대한 소스 기여를 해결하는 데 가장 광범위하게 사용되는 두 가지 수용체 기반 모델입니다. 이러한 모델은 입자 화학 조성의 상세한 측정 데이터에 의존하며 상대적으로 신뢰할 수 있는 소스 기여 추정을 제공합니다. 그러나 관측 데이터의 부족으로 인해 수용체 기반 방법은 공간적으로 해결된 소스 할당 결과를 제공하는 데 부적합합니다.