Source apportionment of urban PM2.5 using positive matrix factorization with vertically distributed measurements of trace elements and nonpolar organic compounds

2021 ◽  
Vol 12 (4) ◽  
pp. 200-207
Author(s):  
Ho‐Tang Liao ◽  
Chien‐Lin Lee ◽  
Wei‐Cheng Tsai ◽  
Jian Zhen Yu ◽  
Shih‐Wei Tsai ◽  
...  
Keyword(s):  
Trace Elements ◽  
Source Apportionment ◽  
Organic Compounds ◽  
Matrix Factorization ◽  
Positive Matrix Factorization ◽  
Positive Matrix ◽  
Nonpolar Organic

scholarly journals VOC source apportionment and emission inventory evaluation over the great Athens, comparison with other cities of the Mediterranean basin

2019 ◽  
Author(s):  
Αναστασία Πανοπούλου
Keyword(s):  
Volatile Organic Compounds ◽  
Source Apportionment ◽  
Organic Compounds ◽  
Matrix Factorization ◽  
Mediterranean Basin ◽  
Emission Inventory ◽  
Positive Matrix Factorization ◽  
Positive Matrix ◽  
Volatile Organic ◽  
The Mediterranean Basin

Παρά τις πρωτοβουλίες για τον περιορισμό και μείωση των ατμοσφαιρικών ρύπων, στη Μεσόγειο και τις πόλεις που την περιβάλλουν εξακολουθούν να καταγράφονται υπερβάσεις των προβλεπόμενων οριακών τιμών για την προστασία της υγείας. Παρόλα αυτά, οι μελέτες στα αστικά κέντρα της περιοχής για Πτητικούς Οργανικούς Υδρογονάνθρακες (Volatile Organic Compounds ή VOC), οι οποίοι είναι πρόδρομοι του τροποσφαιρικού όζοντος (Ο3) και των αερολυμάτων, είναι περιορισμένες, ενώ ορισμένες υποδεικνύουν αβεβαιότητες στις παρατηρήσεις που προκύπτουν από συγκρίσεις με βάσεις δεδομένων εκπομπών, σχετιζόμενες με τη συνεισφορά των πηγών εκπομπής και το χημικό τους αποτύπωμα. Συνεπώς, η Αθήνα αποτελεί ιδανική τοποθεσία για μετρήσεις των ενώσεων αυτών, λόγω της μη-καταγραφής των επιπέδων τους τα τελευταία 15 χρόνια (πλην ελάχιστων εξαιρέσεων), της συνεχούς υπέρβασης των ορίων του Ο3 και των αερολυμάτων, καθώς και της αύξησης των εκπομπών από μέχρι πρότινος ασθενείς πηγές ρύπων (π.χ. καύση ξύλου για οικιακή θέρμανση). Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται τα αποτελέσματα μιας 17μηνης καμπάνιας ατμοσφαιρικών μετρήσεων πεδίου για μη-Μεθανικούς Υδρογονάνθρακες (non-Methane Hydrocarbons ή NMHCs) στην Αθήνα (Οκτώβριος 2015 - Φεβρουάριος 2017), στο πλαίσιο του διεθνούς προγράμματος ChArMEX (The Chemistry - Aerosol Mediterranean Experiment). Παράλληλα, εκπονήθηκαν δύο εντατικές περίοδοι εποχικών μετρήσεων (χειμώνα και καλοκαίρι) στον ίδιο σταθμό και επιπλέον, δύο εκστρατείες συλλογής δειγμάτων αέρα σε γνωστές πηγές ρύπανσης (σήραγγα και αστικός σταθμός μετρήσεων).Τα δεδομένα περισσότερων από 40 VOC με 2 έως 16 άτομα άνθρακα, που συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της καμπάνιας, χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη της ημερήσιας και εποχιακής διακύμανσης τους σε ετήσια βάση και των παραγόντων που την επηρεάζουν, ενώ τα επίπεδα C2 - C3 NMHCs στην Αθήνα παρουσιάζονται για πρώτη φορά. Η εποχικότητα παρουσιάζει σαφή διακύμανση, με μέγιστο το χειμώνα και ελάχιστο το καλοκαίρι για την πλειονότητα των ενώσεων, ενώ η ημερήσια διακύμανση επηρεάζεται από την ένταση των εκπομπών των πηγών, την ταχύτητα του ανέμου και το ύψος του στρώματος ανάμειξης. Η σύγκριση των αποτελεσμάτων αυτών με παρόμοιες έρευνες σε άλλες πόλεις ανέδειξαν το ρόλο των πηγών στα παρατηρούμενα επίπεδα, όπου για την Αθήνα αυτή η επίδραση είναι πιο έντονη τον χειμώνα. Επιπρόσθετα, τα μονοτερπένια και το ισοπρένιο, γνωστές ενώσεις βιογενούς προέλευσης, παρουσίασαν μία μοναδική μεταβλητότητα επηρεασμένη από ανθρωπογενείς εκπομπές, η οποία δεν λαμβάνεται υπόψη κατά την εκτίμηση της ποιότητας του αέρα. Τέλος, η χρήση του στατιστικού μοντέλου Positive Matrix Factorization (PMF) επέτρεψε τον προσδιορισμό των κύριων πηγών NMHCs στην Αθήνα και την εκτίμηση της συνεισφοράς τους στα επίπεδα των συγκεντρώσεων. Από αυτές, οι εκπομπές από την κίνηση οχημάτων και την οικιακή θέρμανση επικρατούν, ενώ μια δεύτερη PMF προσομοίωση στα δεδομένα της εποχικής εντατικής περιόδου παρατήρησης επιβεβαίωσε τα αποτελέσματα, δίνοντας επίσης πληροφορίες για πρόσθετες πηγές.

scholarly journals Positive matrix factorization of PM<sub>2.5</sub> – eliminating the effects of gas/particle partitioning of semivolatile organic compounds

2013 ◽  
Vol 13 (2) ◽  
pp. 5199-5232
Author(s):  
M. Xie ◽  
K. C. Barsanti ◽  
M. P. Hannigan ◽  
S. J. Dutton ◽  
S. Vedal
Keyword(s):  
Source Apportionment ◽  
Organic Compounds ◽  
Matrix Factorization ◽  
Positive Matrix Factorization ◽  
Current Work ◽  
Particle Phase ◽  
Positive Matrix ◽  
Full Data ◽  
Data Set ◽  
Atmospheric Processes

Abstract. Gas-phase concentrations of semi-volatile organic compounds (SVOCs) were calculated from gas/particle (G/P) partitioning theory using their measured particle-phase concentrations. The particle-phase data were obtained from an existing filter measurement campaign (27 January 2003–2 October 2005) as a part of the Denver Aerosol Sources and Health (DASH) study, including 970 observations of 71 SVOCs (Xie et al., 2013). In each compound class of SVOCs, the lighter species (e.g. docosane in n-alkanes, fluoranthene in PAHs) had higher total concentrations (gas + particle phase) and lower particle-phase fractions. The total SVOC concentrations were analyzed using positive matrix factorization (PMF). Then the results were compared with source apportionment results where only particle-phase SVOC concentrations were used (filter-based study; Xie et al., 2013). For the filter-based PMF analysis, the factors primarily associated with primary or secondary sources (n-alkane, EC/sterane and inorganic ion factors) exhibit similar contribution time series (r = 0.92–0.98) with their corresponding factors (n-alkane, sterane and nitrate + sulfate factors) in the current work. Three other factors (light n-alkane/PAH, PAH and summer/odd n-alkane factors) are linked with pollution sources influenced by atmospheric processes (e.g. G/P partitioning, photochemical reaction), and were less correlated (r = 0.69–0.84) with their corresponding factors (light SVOC, PAH and bulk carbon factors) in the current work, suggesting that the source apportionment results derived from filter-based SVOC data could be affected by atmospheric processes. PMF analysis was also performed on three temperature-stratified subsets of the total SVOC data, representing ambient sampling during cold (daily average temperature <10°C), warm (≥10°C and ≤20°C) and hot (>20°C) periods. Unlike the filter-based study, in this work the factor characterized by the low molecular weight (MW) compounds (light SVOC factor) exhibited strong correlations (r = 0.82–0.98) between the full data set and each sub-data set solution, indicating that the impacts of G/P partitioning on receptor-based source apportionment could be eliminated by using total SVOC concentrations.

scholarly journals Positive matrix factorization of PM<sub>2.5</sub> – eliminating the effects of gas/particle partitioning of semivolatile organic compounds

2013 ◽  
Vol 13 (15) ◽  
pp. 7381-7393 ◽  
Author(s):  
M. Xie ◽  
K. C. Barsanti ◽  
M. P. Hannigan ◽  
S. J. Dutton ◽  
S. Vedal
Keyword(s):  
Source Apportionment ◽  
Organic Compounds ◽  
Matrix Factorization ◽  
Positive Matrix Factorization ◽  
Current Work ◽  
Particle Phase ◽  
Positive Matrix ◽  
Full Data ◽  
Data Set ◽  
Atmospheric Processes

Abstract. Gas-phase concentrations of semi-volatile organic compounds (SVOCs) were calculated from gas/particle (G/P) partitioning theory using their measured particle-phase concentrations. The particle-phase data were obtained from an existing filter measurement campaign (27 January 2003–2 October 2005) as a part of the Denver Aerosol Sources and Health (DASH) study, including 970 observations of 71 SVOCs (Xie et al., 2013). In each compound class of SVOCs, the lighter species (e.g. docosane in n alkanes, fluoranthene in PAHs) had higher total concentrations (gas &amp;plus; particle phase) and lower particle-phase fractions. The total SVOC concentrations were analyzed using positive matrix factorization (PMF). Then the results were compared with source apportionment results where only particle-phase SVOC concentrations were used (particle only-based study; Xie et al., 2013). For the particle only-based PMF analysis, the factors primarily associated with primary or secondary sources (n alkane, EC/sterane and inorganic ion factors) exhibit similar contribution time series (r = 0.92–0.98) with their corresponding factors (n alkane, sterane and nitrate &amp;plus; sulfate factors) in the current work. Three other factors (light n alkane/PAH, PAH and summer/odd n alkane factors) are linked with pollution sources influenced by atmospheric processes (e.g. G/P partitioning, photochemical reaction), and were less correlated (r = 0.69–0.84) with their corresponding factors (light SVOC, PAH and bulk carbon factors) in the current work, suggesting that the source apportionment results derived from particle-only SVOC data could be affected by atmospheric processes. PMF analysis was also performed on three temperature-stratified subsets of the total SVOC data, representing ambient sampling during cold (daily average temperature <10 °C), warm (≥10 °C and ≤20 °C) and hot (>20 °C) periods. Unlike the particle only-based study, in this work the factor characterized by the low molecular weight (MW) compounds (light SVOC factor) exhibited strong correlations (r = 0.82–0.98) between the full data set and each sub-data set solution, indicating that the impacts of G/P partitioning on receptor-based source apportionment could be eliminated by using total SVOC concentrations.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document