空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
" {0 a) u- q  `; E' ?' @PM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
& a1 Z+ U5 r9 D* gPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
1 Q2 r3 L. w4 g+ Z- Q3 `PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
0 `; T! {, u! I7 [* Z, {，拟合了持续高浓度PM2.5
0 C% i' U% B" T7 A- o，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+ X0 K9 s  A- O9 b。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
5 h( s, F0 ~( y* ^/ T，同时通过相关资料，发现了PM2.5
. I* Y1 ~! s7 r2 v* y7 XPM2.5 与其他污染物的关系
7 ~: q" Z! M. w$ r. G  d2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
! w! r2 y8 Z* m6 L% X* ]$ ^4 F。对于第一个子问题，
  P1 U+ P. _  w1 j13 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
，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
/ s1 C7 a6 Q+ j) h，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
；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
7 `) o5 X- r' F6 L, y5 B+ l，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
PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
，且相
还会
: }, B" `5 a$ S6 n，
首先，
的时
. l/ ~; X) j! k4 }8 M, q浓
& L! l. K8 z8 E% M/ B) V! D* s。
8 ^# D, O# R2 q- J- 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
$ w$ J6 S& ^: e* O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
# y% \- u, I8 m7 A8 ]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
1 [) ~& D& B3 j5 j) }8 l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
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；
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
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
+ p" F7 ?3 I9 p, p* sPM2.5 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
' h  o( [9 I4 P5 `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
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
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
! t# M( b% v- C6 |7 I* d7 c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
, ], B. q, ^1 w8 z: M于安全地带。
/ ?1 E, W% ?. t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
2 g% F& d) n9 F- \; g, V* G0 O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
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
地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
0 {9 d5 O/ r0 ^* i8 d- K. k/ e1 L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
* R, {4 B4 h  j# T7 `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
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
7 R6 ?( w9 {8 q  b/ E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
# g3 s/ b- S7 x2 |' C了一份治理空气污染的建议。
0 b+ z; }/ y  ?) W8 N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
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