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
1 _5 n+ |- g4 z# [3 p2 V$ ?# rPM2.5 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
PM2.5 与其他污染物的关系
- w- b" {" V! E4 ]9 \2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
2 a: t7 A3 F/ e( X' H8 K。对于第一个子问题，
13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
4 ?& p1 c/ }( V，1 月和2 月份是浓度的高
2 g3 ~4 g3 R; F+ m" y，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
，结果发现，西安市的东南部的空气质量
8 K# D. K- M9 q' M. w. Z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
，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
& Q! W% R3 d0 O) N+ }PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
" g9 R4 e# \1 ~4 S6 F& J6 O，且相
还会
，
* `% k0 V! A8 n/ S: @, m5 y4 M首先，
的时
' J# l8 c- {3 w1 R+ O浓
0 `3 ]2 l' Y7 f" n. D。
- 2 -
6 J' I8 I  R' t& \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
# B8 |0 M0 d% r! A4 s9 u! R* v2 N& n+ W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
) ?- f3 E: m1 b+ J) M3 M  K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
+ Q# E1 v1 q3 C" n  M; E9 A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；
; {& W  e  I" M% b' g$ P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
& ^7 v8 ^8 B& f: e- @域，空气质量指数类别为优。
+ _; ~( c/ o- @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
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
; O8 \* C* o. |" C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。
' f5 q! K# F2 t8 a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 D4 _2 ^* U9 ]9 ~$ \  |) C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
( Y$ |4 g# E/ t1 ]/ C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
- C2 H( v# v2 a0 ~5 Q2 @0 E0 n+ q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。
7 B4 y  ~8 ], D- A7 C$ Y- ?- {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
" {* f* S8 v9 p9 ?2 w0 B" B- K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
! n0 ^- [+ M& s/ a, w8 L/ s( y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
4 [, M5 D. |8 d4 d3 V" C+ w% A, C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
2 n9 e$ d/ G/ @- P* J  B" b; I了一份治理空气污染的建议。
8 C8 T- T1 }. @3 W' v6 c0 t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