低成本气溶胶监测器的研发、校验与现场评估

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:linlin0433
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近年来,雾霾天气的频发已经成为当今世界共同关注的空气污染环境问题和社会问题。PM2.5是引起雾霾天气的主要污染物,其对人体健康有严重的危害。但现有的空气质量监测基础设施无法充分表征城市PM2.5浓度空间和时间变化的特征。低成本气溶胶监测器收集的数据可用于补充国家空气污染监测器数据。本研究建立基于Shinyei PPD42NS气溶胶传感器的低成本监测器,并使用位于同一地点的BAM-1020作为校准仪器,进行了长期(18个月)的现场校验(2015年12月至2017年5月)。分别使用三种数据转换方法,包括线性,幂律和人工神经网络(ANN),将PPD42NS传感器采集到的原始电信号转换为气溶胶浓度,并进一步讨论低成本气溶胶监测器在长期现场观测中的稳定性和一致性,以及环境因素(温度和湿度)对监测器的性能影响。研究表明:(1)研究中研发的三台低成本气溶胶监测器可以在非冷凝条件下(RH<95%)准确的监测空气中的PM2.5浓度。(2)三种校准方法中,ANN方法拟合的PM2.5浓度与校准仪器BAM-1020测量的PM2.5浓度具有最高的一致性,相关系数R2为0.84,MNB和MNE分别为12.67%和29.71%。线性分析和幂律分析的相关系数R2分别为0.75和0.71,MNB分别22.23%和23.8%,MNE分别是41.52%和45.24%的,线性分析一致性比幂律分析方法略好。主要原因是ANN中使用温度,相对湿度(RH)和低脉冲占比率(LOR1)作为输入数据。(3)高浓度环境下,低成本监测器性能良好,但当测量浓度低于35μg·m-3时误差较大,MNB和MNE均超过60%,只有22%的数据点相对误差在±20%以内;高湿度环境下(RH>75%),低成本监测器测量误差增大;当温度大于0℃时,温度对低成本气溶胶监测器的影响不明显,而当温度低于0℃(南京研究期间为-5~0℃)时,传感器性能最佳,MNB,MNE和相对误差在±20%占比分别为0.03%,0.13%和83%。(4)在现场环境中连续运行18个月后,低成本监测器的性能会下降,MNB和MNE逐渐增加(MNB从9%增加到13%,MNE从19%增加到30%),相对误差在±20%的占比逐渐减少(从0.72%减到0.52%),这表明需要定期更换或清洁PM光学传感器。(5)不同型号的监测器之间具有较高的一致性,但是为确保监测器准确度,不同型号的监测器应进行单独校准。
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