Cluster analysis of urban ultrafine particles size distributions

Abstract

Measurements of particle size distribution was made in one location of an urban area in the period January–September/2015 in order to understand the sources and mechanisms influencing ultrafine particle (UFP) number concentrations (PNC2.5-250) using a Scanning Mobility Particle Sizer Spectrometer (SMPS). kmeans cluster analysis was applied to interpret the sources, temporal and spatial trends of UFP. Eight clusters were obtained. Main PSD patterns of each cluster, mean concentration of other air pollutants tracing specific sources and processes, and that of meteorological variables, as well as the hourly and seasonal frequencies of occurrence were used to support the interpretation of their origin. Thus, clusters were attributed to traffic rush hours, midday summer new particle formation, diurnal new particle formation and growth, growth of nucleated and other urban particles, urban background, regional and urban background and regional and urban background on cold nights. Many PSDs of the clusters were dominated by nucleation mode particles: midday nucleated fresh particles, photochemically induced (NPF); diurnal nucleation episodes (NPF2); growth of nucleated particles in nocturnal aging (GNPF). Origins of the clusters were related to local/regional sources (mostly traffic and biomass burning), atmospheric processes (photochemical formation and growth) and urban/regional background. Results clearly shows that traffic is a major UFP source in nucleation mode and occurred in higher concentrations in winter (08:00 to 12:00 h) during traffic rush hours, and at night. Photochemical nucleation occurred with a relatively low frequency but yielding very high PNC.

Las mediciones de la distribución del tamaño de partícula se realizaron en una ubicación de un área urbana en el período de enero a septiembre de 2015 con el fin de comprender las fuentes y los mecanismos que influyen en las concentraciones numéricas de partículas ultrafinas (UFP) (PNC2.5-250) utilizando una partícula de escaneo de movilidad. Espectrómetro Sizer (SMPS). El análisis de clústeres de kmeans se aplicó para interpretar las fuentes, las tendencias temporales y espaciales de la UFP. Se obtuvieron ocho conglomerados. Los patrones principales de PSD de cada grupo, la concentración media de otros contaminantes del aire que rastrean las fuentes y los procesos específicos, y la de las variables meteorológicas, así como las frecuencias horarias y estacionales de ocurrencia se utilizaron para respaldar la interpretación de su origen. Por lo tanto, los grupos se atribuyeron a las horas pico de tráfico, la formación de nuevas partículas al mediodía, la formación y el crecimiento diurno de nuevas partículas, el crecimiento de partículas nucleadas y otras partículas urbanas, el fondo urbano, el fondo regional y urbano y el fondo regional y urbano en las noches frías. Muchos PSD de los grupos estaban dominados por partículas en modo de nucleación: partículas frescas nucleadas al mediodía, inducidas fotoquímicamente (NPF); episodios de nucleación diurna (NPF2); Crecimiento de partículas nucleadas en el envejecimiento nocturno (GNPF). Los orígenes de los grupos se relacionaron con las fuentes locales / regionales (principalmente la quema de tráfico y biomasa), los procesos atmosféricos (formación y crecimiento fotoquímicos) y los antecedentes urbanos / regionales. Los resultados muestran claramente que el tráfico es una fuente importante de UFP en el modo de nucleación y ocurrió en concentraciones más altas en invierno (de 08:00 a 12:00 h) durante las horas pico de tráfico y durante la noche. La nucleación fotoquímica se produjo con una frecuencia relativamente baja pero produciendo PNC muy alta.