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
8 `2 y1 i3 O' W6 d) Q3 S/ OPM2.5 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
& n* ^( S# W; @7 S，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
9 \; A! P- p* S, d  V- ~+ }' d。同时对模型的
1 o( F. G8 a; `0 e+ Y6 w。
' n5 X1 k3 W$ K1 n/ eSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
6 c8 r4 [6 W+ X9 j9 {) r1 p! ~PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
2 Z( ~+ f) |" R# {% C，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
/ n/ P6 q% Y' v2 S& Y13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
$ Z$ U1 L6 u1 W0 r5 L6 F，1 月和2 月份是浓度的高
- m  f4 Q  s8 L$ ~) j/ D( m2 F，而且，高压开关厂和广运
- Q6 Y/ e( w, C  H，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
纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
2 E( L  v2 F: _；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
& b1 K( n. }& J# [- _、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
2 E# I' e) v8 H扩散的
。首
, B& k4 l; M% d/ E2 n，且相
还会
4 i2 {! ^& n' Z，
首先，
) i8 P4 A5 {# h2 N1 a的时
# O& h# m+ i9 \, Z1 I1 {/ R浓
。
; K1 V# M# ?+ ^- 2 -
- s- e8 R- G* [, I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
; V# Y- c% \, N- i, |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
; `8 T, u& M. @! R& O+ _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
! z2 f! E" s  X* @! V* R2 ^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
3 g! [4 `0 h1 X! G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。
  \$ V  h+ Q9 K+ E* e% B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
4 M2 |! u2 v- t' S10 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
! b, q$ I+ e* t  b. [- A- [9 ]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
  n* o2 X1 K1 v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
! M& ]6 Z% i0 @; E4 O* v( N8 t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
, ?8 g$ V, B8 i  d( x: ?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
" G( I6 s( \) n% m" ~4 f5 Z+ C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
$ f& ~/ y1 d" k1 j地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
9 z& g! l+ L' b" c4 {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& w0 v" ]3 @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
/ D, K- k2 b. F; u2 N8 S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
; H. R4 l; H. b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
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