基于随机森林模型的武汉市城区大气PM_(2.5)来源解析

摘要

基于2019年12月~2020年11月期间武汉市城区大气PM_(2.5)及其主要化学组分(碳质组分、水溶性离子和元素组分)的在线监测数据,分析武汉城区大气PM_(2.5)的污染特征,并利用主成分分析方法和随机森林模型,对PM_(2.5)进行来源解析.结果表明,武汉市大气ρ(PM_(2.5))冬季最高,为(61.33±35.32)μg·m^(-3),而夏季最低,为(17.87±10.06)μg·m^(-3).其中碳质组分以有机碳为主,年均值为(7.27±3.51)μg·m^(-3),离子组分中ρ(NO_(3)-)、ρ(SO_(4)^(2-))和ρ(NH_(4)^(+))最高,年均值分别为(11.55±3.86)、(7.55±1.53)和(7.34±1.99)μg·m^(-3),元素组分中ρ(K)、ρ(Fe)和ρ(Ca)最高,年均值分别为(752.80±183.98)、(542.34±142.55)和(459.70±141.99)ng·m^(-3).通过主成分分析因子提取和随机森林定量分析,得到5类主要污染源,其在春、夏、秋、冬这4个季节贡献率结果分别如下:燃煤与二次源(46%、39%、41%、52%)、机动车排放源(22%、28%、27%、21%)、工业排放源(14%、18%、17%、13%)、扬尘源(10%、8%、6%、6%)和生物质燃烧源(8%、7%、9%、8%).最后对随机森林模型进行评价,发现4个季节模拟效果R^(2)均达到了0.85以上,处于较高水平,其中冬季(R^(2)=0.974)模型拟合效果最好,春季(R^(2)=0.936)与秋季(R^(2)=0.937)效果次之,夏季(R^(2)=0.866)表现相对较弱.