基于随机森林模型的武汉市城区大气PM_2.5来源解析

来源：环境科学杂志2022年第1期北京时间：

作者：张志豪,陈楠,祝波,陶卉婷,成海容

单位：武汉大学资源与环境科学学院, 武汉 430072,湖北省生态环境监测中心站, 武汉 430074,湖北省生态环境监测中心站, 武汉 430074,武汉大学资源与环境科学学院, 武汉 430072,武汉大学资源与环境科学学院, 武汉 430072

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（NO₃-）、ρ（SO₄2-）和ρ（NH₄+）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R2均达到了0.85以上，处于较高水平，其中冬季（R2=0.974）模型拟合效果最好，春季（R2=0.936）与秋季（R2=0.937）效果次之，夏季（R2=0.866）表现相对较弱.

关键词：PM2.5,主成分分析(PCA),随机森林(RF),来源解析,污染特征,