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
" ?* o+ g# k8 K$ D. i( APM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
$ E$ g- U* a; r7 F  JPM2.5 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
，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
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
  @" s. b: i4 ?) F; i+ rPM2.5 与其他污染物的关系
/ T1 ]! @3 f& |0 ^8 [2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
1 y7 b2 B; y9 m7 L。对于第一个子问题，
13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
，1 月和2 月份是浓度的高
* n: B* o) U9 ?4 E，而且，高压开关厂和广运
5 X' n9 o6 x7 P，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
，结果发现，西安市的东南部的空气质量
2 _$ S' A* Z) f+ y4 J纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
9 \7 C1 t, o; Y) m# _* n  O1 S/ Z；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
2 B7 A6 S8 K9 s5 h9 A4 W，这应该是未来治理的重点
、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
4 {1 N1 N+ P- H9 |PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
! w" k$ v' f$ D0 m* @扩散的
3 v& {% x9 Q7 G* E2 ]。首
，且相
还会
，
0 h" k8 u) G' m1 O首先，
的时
. ]" t- @' i3 E4 ~浓
。
- 2 -
' J- H1 s3 s; u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
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
$ d4 i7 @' l' p4 q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
/ F( G4 b7 q9 N# G6 s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；
' S6 v. {! \* f7 G4 I- }" v. }# v0 }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
6 M* [! X7 ]" u) i& u6 L域，空气质量指数类别为优。
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
PM2.5 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
10 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
  W, M, K' O( `% |# q/ W9 o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
  ]+ L, C6 {1 }, Y  m& M9 m2 ?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。
+ Z/ Q. Q/ o5 R6 o  j2 Z' i) i, ~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
( F  C- d- v7 M5 n; D' K+ [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
& J/ I& Q3 M5 l( k1 j! U0 p4 s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
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
, Z6 |% y& n# }# W1 b' p: H1 \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
* K9 ~2 z: s* E* d1 K地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
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
( a4 j; }1 }2 ?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
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
了一份治理空气污染的建议。
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
! u% A1 S, p8 n" X
0 c% o* A; X0 z3 v, v! j0 {9 X0 J* a