Método de muestreo

Todos los instrumentos se utilizaron en el distrito de Chao Yang, Pekín. Los datos del BAM se miden en la embajada de Estados Unidos, situada en el número 55 de Anjialou Road. La distancia entre el AV y el sensor de la embajada estadounidense es de aproximadamente 2,5 km. El detector AV se situó en un balcón de 20 m de altura, frente a la zona residencial, para garantizar que los datos recogidos por el sensor no se vieran afectados por la contaminación del tráfico de automóviles.

La monitorización se llevó a cabo desde el 1 de junio (18:00) hasta el 30 de junio de 2015 (15:00), para un periodo de medición total de 30 días. La concentración de PM2,5 se monitorizó durante el mes de junio debido a la alta variación de la concentración de PM2,5.

Resultados y discusión

Gráfico de la serie temporal de la concentración de PM2,5

Se utilizó un método cuantitativo de comparación de datos para obtener una idea visual de la precisión de los datos mediante un gráfico de series temporales, como se muestra en las figuras 1 y 2. La concentración media de PM2,5 se calculó a partir de los datos registrados cada hora. La concentración de PM2,5 registrada entre ambos instrumentos fue ligeramente diferente. Esto se debe a los diferentes métodos de detección entre ambos instrumentos, ya que el AV utilizó la dispersión de luz y el BAM utilizó la dispersión de rayos beta. Además, el tiempo de respuesta de la AV y la BAM es diferente, ya que la AV está configurada para registrar la concentración cada segundo, mientras que la BAM registra los datos cada hora.

Se capturaron un total de 694 datos. La concentración media en masa de PM2,5 se distribuyó entre 0 y 250 𝝁𝒈𝒎-𝟑. En general, existe una tendencia de concentración similar para AV y BAM.

Fig 1: Series temporales de la media horaria de PM2,5 utilizando el sensor AV y el BAM (sensor de la embajada de EE.UU.)

Fig 2 Series temporales de la media horaria de PM2,5 utilizando el sensor AV y el BAM (sensor del gobierno chino)

Correlación

Se utilizaron dos análisis estadísticos para comparar las concentraciones de AV y BAM. Uno consistió en comparar la diferencia horaria entre los dos instrumentos tanto en concentración absoluta como en porcentaje. El segundo método comparó el AV con el BAM mediante un análisis de regresión lineal.

Diferencia relativa

La diferencia relativa puede calcularse dividiendo la diferencia absoluta y el valor de concentración de la embajada estadounidense. Al comparar la medición media diaria de la embajada de EE.UU. y el sensor AV, se observó que la diferencia porcentual era la siguiente 13.9%lo que indica una correlación excelente, ya que se calcula que el error medio del dispositivo de dispersión de luz es de aproximadamente un 30% a un 40% según (Molenar, s.f.). Las diferencias relativas se deben a la variabilidad natural de los parámetros de los aerosoles PM2,5 y a la eficacia de dispersión del sensor AV. La diferencia espacial también contribuye a la diferencia entre las mediciones. (Consulte los factores que afectan a las mediciones de PM2,5)
Mientras que la diferencia relativa horaria entre AV y BAM es de 26.1%. Se puede obtener una mayor precisión si se desprecian los valores atípicos, como cualquier concentración inferior a 20 𝝁𝒈𝒎-𝟑. Cuanto menor sea el nivel de concentración, mayor será la incertidumbre.

Regresión lineal

El propósito del análisis de regresión lineal es explorar la relación entre las mediciones correspondientes de AV y BAM a través de un rango de concentraciones. El procedimiento de regresión determina la "mejor" línea recta disponible para describir la relación y el coeficiente de regresión explica la correlación de los datos. La figura X muestra una comparación del diagrama de regresión.

El coeficiente medio de correlación al cuadrado (r2) de las mediciones medias diarias entre AV y BAM resultó ser de 0.959. La pendiente fue 0.9067 y la intercepción media fue de 4.6644. La concordancia entre las mediciones diarias es muy buena, ya que la pendiente se aproxima a 1 y r2 supera los . 0.9.

Sin embargo, según las mediciones horarias, la pendiente es de aproximadamente 0.822 y r2 es 0.83según la figura 4. Aunque los datos horarios se desvían más de la línea 1:1 en comparación con las mediciones diarias, r2 de 0,83 indica una correlación bastante fuerte entre las concentraciones de AV y BAM.

Mientras que la correlación entre los datos del gobierno chino y AV muestra una r2 elevada, con un valor de 0.93, los datos se desvían más de la línea 1:1 con una pendiente más baja (0,83) y un intercepto más alto (9,54).

Figura 3: Líneas de regresión lineal de la media diaria de datos BAM de la embajada de EE.UU. frente a los datos del sensor AV

Figura 4: Líneas de regresión lineal de la media horaria de los datos BAM de la embajada de EE.UU. frente a los datos del sensor AV

Figura 5: Líneas de regresión lineal de los datos diarios medios del gobierno chino frente a los datos del sensor AV

Tabla 1: Comparación de la dispersión de luz de partículas con los datos del sensor AV Comparación de la dispersión de luz de partículas y la dispersión de rayos beta

Conclusión

Esta investigación y las figuras que la acompañan ilustran que el dispositivo calibrado de detección por dispersión de la luz, el sensor AirVisual, es útil como instrumento alternativo para controlar los niveles de concentración de PM2,5. A pesar del bajo coste del sensor AirVisual, los resultados del presente estudio sugieren que las mediciones de AirVisual son razonablemente precisas, con (R2=0,83) en comparación con BAM, aunque el sensor AirVisual aún puede verse influido por factores como los cambios en las características de las partículas.