空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
PM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
PM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
，拟合了持续高浓度PM2.5
2 Z: J$ G8 j& \，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
。同时对模型的
' E" e; b: d7 W。
& {( T1 D2 v8 XSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
5 S' ^4 J& T$ @! P6 U/ }PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
. {' m, z: F; c" j/ ]PM2.5 与其他污染物的关系
) B( X" c, U7 y# ], B) V" s( I2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
, i/ }, u6 N1 k3 X* u，1 月和2 月份是浓度的高
( I$ f3 k# J: f) K，而且，高压开关厂和广运
，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
& y2 N6 ~: Y4 s  y，结果发现，西安市的东南部的空气质量
纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
7 I( S" [. y0 g- w& n7 t；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
，这应该是未来治理的重点
# k2 }* I6 y! q  S% C、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
' U1 ^1 R# [8 h& pPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
" h' r& q0 K4 R# `/ f扩散的
。首
，且相
还会
7 D  R( s- X8 |0 I* {6 l; ~8 u，
9 \0 F7 N# g0 [5 I1 W) ?首先，
1 L4 p' `/ V# ^7 u8 l, U的时
浓
。
) Q8 T% d9 `6 ?9 Q6 X4 D+ d1 W- 2 -
律是：在污染源中心的浓度并不是最高，而是在大约300 米处PM2.5 的浓度才
达到最大值，随后开始衰减。通过该模型，可以对西安市的高压开关厂附近地区
* F% }, a7 E$ c/ B+ r的空气质量进行定量与定性分析，结果表明，在下风向方向，距离高压开关厂中
心272 米处浓度达到峰值，在该厂1 公里之内PM2.5 的浓度很高，空气质量指
# B0 A  M! E( ~9 [/ Z' x' E数类别属于重度污染；在该厂约1 公里到2 公里的地带，空气质量指数类别属于
中度污染；在该厂约2 公里到3 公里的地带，空气质量指数类别属于轻度污染；
" [9 [; {) }8 v/ e6 Y- C/ {" g- T在该厂约3 公里到6 公里的地带，空气质量指数类别属于良；在6 公里以外的地
) w" }& v$ {' ]2 J4 [- B域，空气质量指数类别为优。
2 o5 z" ^7 O9 |5 n) P' |对于第三个子问题，在考虑污染源海拔的情况下，使用高斯烟羽模型，分析
: X/ {" q+ z) `' N9 B' APM2.5 持续高浓度情况下的扩散规律，并对污染扩散进行预测。在2013 年2 月
2 \2 q& k+ _% E9 n  N0 J. ~3 F2 C10 日，市人民体育场PM2.5 的浓度最高，模型的仿真结果表明，在PM2.5 的浓
: }* g% a: ^# h9 ?度值升高两倍后，西安市中心区几乎都处在重度污染(包括严重污染)的区域，这
0 i/ T& ~( ~& T( J时段几乎没有安全区域。两天后，PM2.5 的浓度得到降低，重度污染(包括严重
污染)的区域仅包括市体育场附近的街区，西安市的周边县城已处于安全区域。
五天后，市中心的重度污染区域已经消失，西安市的部分郊区及其外围地带也属
0 W' p* S$ Z9 O于安全地带。
对于第四个子问题，通过与现实情况进行比对检验模型的合理性，上述两个
模型的预测结果和实际较为吻合，说明模型是合理的。根据以上两个模型的仿真
) t: l4 N* }* K! L7 S! K结果，可以得知PM2.5 的一般性规律为：在下风向方向，PM2.5 的浓度下降得
; p" o. d8 m7 S3 ^) J较快，在无持续风向的情况下呈辐射状扩散，若出现持续高浓度的污染物，周边
) _7 z5 H$ A% l) V" Y+ n8 Z' ^0 a地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
8 i4 P/ L0 \# Q- l0 t6 |问题三探讨PM2.5 的治理方案。子问题一提出了三个使PM2.5 浓度从280
m g / m3降到35m g / m3的治理计划：逐步提升空气质量指数级别法，总投入经费
最优化法，等差下降PM2.5 浓度最优化法，并分析这三种方法的优劣性。在子
& Y8 |, x% V: {  u: d4 Q$ l问题二中，在考虑经费的约束下，建立优化模型。结果表明，总投入经费最优化
法所需经费最少，该方案是：每年使PM2.5的浓度平均下降49m g / m3，五年需
要投入总经费为3.0503 亿元，每年投入经费约6 千万元。最后给相关部门提出
' i! p1 o& C% ]7 q1 O了一份治理空气污染的建议。
2 y6 S& S7 \5 S* |关键词 空气污染 PM2.5 相关分析 反应扩散方程 高斯烟羽模型 优化模型