1-1-1-1-مدل*های پذیرنده

این نوع مدل، یک روش مشاهده*ای است و بر سنجش آلاینده در منبع و پذیرنده، و ارزیابی اثر منبع بر پذیرنده استوار است. اساس این مدل*ها، معادلات ریاضی یا آماری است که برای شناسایی و کمی*سازی منابع آلاینده در یک پذیرنده به کار می*رود. برخلاف مدل*های پراکنش و فتوشیمیایی، این مدل*ها از داده*های انتشار و هواشناسی استفاده نمی*کنند. بلکه در این مدل*ها برای تشخیص حضور یک منبع و نیز کمی*سازی سهم آن در غلظت آلاینده*های آن ناحیه، از سنجش خصوصیات فیزیکی و شیمیایی گازها و ذرات هم در منبع و هم در پذیرنده استفاده می*شود ]8[. مدل*های پذیرنده به نوعی مکمل مدل*های پراکنش بوده و ضعف*های یکدیگر را پوشش می*دهند.
در ذیل مهمترین مدل*های پذیرنده مورد بحث قرار می*گیرند.

  • مدل CMB [1] (موازنه جرمی شیمیایی)

مدل موازنه جرمی شیمیایی (CMB) یکی از چندین مدل پذیرنده*ای است که در مدیریت منابع و کیفیت هوا به کار می*رود. در نسخه 8.2 این مدل، برتری*هایی که نسخه 8 آن نسبت به نسخه 7 داشت حفظ شده و علاوه بر آن ایرادات و مشکلاتی که هنگام کار با نسخه 8 رخ می*داد برطرف گردیده است. همچنین استفاده از آن برای کاربر راحت*تر شده است. EPA-CMB8.2 یک نرم*افزار تحت ویندوز از مدل موازنه جرمی شیمیایی است که برآورد سهم منابع مختلف کل ذرات معلق (TSP)، PM10، PM2.5 و VOC را (در صورت داشتن اجزای تشکیل*دهنده آن*ها) ممکن می*سازد ]9[.
برای استفاده از این مدل، پروفیل منابع سهیم در آلودگی و نیز داده*های کیفیت هوا که در محل پذیرنده اندازه*گیری شده است مورد نیاز می*باشد. این مدل در جاهایی مناسب است که نمی*توان از مدل*های پراکنش گوسی استفاده نمود و کاربرد دیگر آن، تأیید و اصلاح موجودی*های انتشار است. خصوصیات فیزیکی را نمی*توان با CMB از یکدیگر تمیز داد.
در این مدل، از حل معادلات خطی که غلظت هر گونه*ی موجود در پذیرنده را به عنوان جمع خطی حاصل*ضرب*های ترکیب منبع[2] در سهم منابع در نظر می*گیرد، استفاده می*شود. در هر بار استفاده از مدل CMB، این مدل داده*های به دست آمده از منابع مختلف را با داده*های متناظر مربوط به پذیرنده*ها (نمونه*ها) منطبق می*سازد. ترکیب منبع (کسر جرمی یک ماده شیمیایی در انتشار از یک منبع خاص) و غلظت آلاینده*ها (تجزیه شده به عناصر تشکیل*دهنده آن)، داده*های ورودی لازم برای این مدل هستند. خروجی مدل گویای سهم منابع مختلف در کل جرم آلاینده و نیز تک*تک اجزای تشکیل*دهنده آن است. مدل CMB همچنین عدم قطعیت موجود در محاسبات را برآورد می*کند ]9[.
به طور کلی، روند کار با مدل CMB به صورت ذیل است:

  1. شناسایی دسته*های منابع سهیم در تولید آلاینده*های مورد نظر
  2. انتخاب گونه*های شیمیایی که باید در محاسبات لحاظ گردد (عناصر تشکیل دهنده آلاینده)
  3. تعیین پروفیل (ترکیب) منبع
  4. برآورد میزان عدم قطعیت در داده*های غلظت و نیز ترکیب منبع
  5. حل معادلات موازنه جرمی شیمیایی.

راه*حل*های متفاوتی توسط محققین مختلف برای حل این معادلات پیشنهاد شده است، اما راه*حل پیشنهادی و برتر، روش وزنی واریانس موثر[3] می*باشد، زیرا:

  • از لحاظ نظری، محتمل*ترین پاسخ*ها را برای معادلات پیدا می*کند.
  • از تمام سنجش*های انجام شده استفاده می*کند.
  • عدم قطعیت محاسبات را با توجه به داده*های غلظت و پروفیل منبع اعلام می*کند.
  • اثر ترکیبات شیمیایی با عدم قطعیت کمتر را به خوبی نشان می*دهد.

این راه*حل، حالت ساده شده*ای از راه*حل دقیق*تر اما غیر کاربردی روش حداقل مربعات[4] می*باشد.
مفروضات مدل CMB به شرح زیر است:
ترکیب انتشارهای منبع (برای هر منبع به*خصوص) در طول مدت زمان نمونه*برداری از منبع ثابت است

  • گونه*های شیمیایی با یکدیگر واکنش نمی*دهند.
  • تمام دسته*های منابع محتمل شناسایی و انتشارهای آن*ها طبقه*بندی شده است.
  • تعداد منابع مساوی یا کمتر از تعداد گونه*ها می*باشد.
  • پروفیل منابع از یکدیگر مستقل می*باشند.
  • خطاهای سنجش، تصادفی، غیر مرتبط و با توزیع نرمال است.

اینکه در عمل مفروضات فوق تا چه حد به وقوع بپیوندد به خواص گازها و ذرات سنجش شده در منبع و پذیرنده بستگی دارد. عملکردهای کلی CMB از طریق به*کارگیری روش**های آزمایش تحلیلی و تصادفی شده ارزیابی می*شود، اما به طور خاص در هر بار استفاده از این مدل در مکان جدید، باید از پروتکل کاربرد و اعتباریابی آن استفاده شود.
مفروضات فوق محدودکننده بوده و در عمل هیچگاه به واقعیت تبدیل نمی*شود اما خوشبختانه CMB می*تواند تا حد معقولی انحراف از مفروضات را تحمل کند، که این به معنای افزایش عدم قطعیت در برآوردهای انجام شده است.
پروتکل کاربرد و اعتباریابی CMB برای ذرات و نیز گازهای آلی (VOC) قابل استفاده است. ویژگی*های این پروتکل عبارت است از:

  • قابلیت کاربرد مدل را تعیین می*کند.
  • برای ارائه منابع سهیم شناسایی شده، انواع مختلفی از پروفیل منابع را انتخاب می*کند.
  • خروجی*های مدل را ارزیابی می*کند.
  • انحراف از مفروضات مدل را شناسایی و ارزیابی می*کند.
  • نقص در داده*های ورودی را شناسایی و ارزیابی می*کند.
  • صحت و دقت برآوردهای سهم منابع مختلف را اعتباریابی می*کند.
  • نتایج حاصل از CMB را با دیگر روش*های آنالیز و ارزیابی منبع مقایسه می*کند.

در مقایسه با مدل*های پراکنش، مدل CMB بیشتر به عنوان یک مدل مکمل در نظر گرفته می*شود تا اینکه بخواهد جایگزینی برای آن*ها باشد. این مدل در تفسیر مشاهدات انجام شده یاری*رسان است، اما نمی*تواند مانند مدل*های پراکنش اثر منابع بر کیفیت هوا را پیش*بینی کند. گسترده*ترین کاربرد مدل CMB در دهه گذشته، اصلاح راهکارهای کنترلی انتشار ذرات معلق در مناطق دست نیافته بود. اخیراً CMB با مدل*های پذیرنده راندمان میرایی همراه شده تا سهم منابع مختلف را در میرایی نور برآورد کند. این مدل همچنین در ترکیب با مدل*های تعادل آیروسل، جهت برآورد اثرات کاهش انتشار آمونیاک و اکسیدهای نیتروژن بر آئروسل*های ثانویه نیترات به*کار گرفته شده است ]10[.
در مدل CMB، ترکیب مواد شیمیایی در دسته*های مختلف منابع باید متفاوت باشد. چرا که اگر ترکیب مواد در تمام دسته*ها یکسان باشد، مدل آن*ها را در یک دسته منبع لحاظ می*کند.
در CMB، سهم منابع متمایز از نظر شیمیایی برآورد می*شود و نه سهم تک*تک منتشر کننده*ها. منابع دارای خواص فیزیکی و شیمیایی یکسان، در این مدل قابل تمایز نبوده و یک دسته منبع در نظر گرفته می*شوند. همچنین مدل سهم منابع مختلف را در تک*تک مکان*های سنجش (پذیرنده) برآورد می*کند.
یک مزیت عمده مدل*های پذیرنده نسبت به مدل*های پراکنش و فتوشیمیایی، عدم نیاز به بانک اطلاعات انتشار و داده*های هواشناسی است. این دو مورد، خود عامل جدی در ایجاد عدم قطعیت در نتایج آن مدل*ها می*باشند، چرا که اطلاع دقیق از منتشرکننده*ها امری دشوار است و همیشه درجه*ای از تخمین و ساده*سازی در آن وارد می*شود.

[1] Chemical Mass Balance

[2] Profile Abundances

[3] Effective Variance Weighted Solution

[4] Least Square Solution