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
. W2 o3 D$ u" Z# z7 rPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
/ A" t3 w: m- Z% ^0 |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
* ^. f5 U8 g8 M: F，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
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
, k% D3 _( F" ]9 G1 z8 [  f  j1 E& p。对于第一个子问题，
3 f# d/ a. O3 E) r4 [/ P8 U13 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
. `# Z9 N- N2 t) y( v. ^，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
' q. i: A0 z+ V" I3 A6 A，结果发现，西安市的东南部的空气质量
" j5 u& L" t- r纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
$ K8 ~; _# V( ?6 q；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
0 M! h1 V! `% m) BPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
! ]3 @' [/ P: Z扩散的
7 t  Y  ?2 A9 p' F+ O。首
, H) s$ Z' v* o( G, y! g，且相
& q* z! G3 n$ d6 d: |2 e; `7 D' o还会
- F4 W$ O7 ~! \' Y，
+ ~: Y4 A3 `" I  X2 b0 o首先，
+ p, }  ~2 [" v( N" {的时
$ T' s$ Y8 p/ _6 _; |浓
。
: B# S- j! D+ \( f' _- 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
- ?2 u6 R+ |" J6 F0 p5 |2 p1 }8 Z0 `: \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
% @! i/ T/ c1 n9 b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
7 G$ c+ T, j' v) @0 q+ B8 i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
9 n! A! a3 w( a% B7 K5 X. H/ q( |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
2 p# E$ ^" a$ {8 C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
. \; W4 Q& V( N9 ]. W; R6 z% ~1 w1 M7 wPM2.5 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
8 |# @( A7 c& {  `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
! w0 r; r/ m+ X' h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
3 i4 H9 Q  d/ O$ p- o# f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
3 q( t7 ]2 J* _& a% E; w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。
0 p; t0 b* _8 m! y3 b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
% P, m7 D. j1 M* l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
* J; [) l. ^0 b# Z, m" N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
/ a( X4 q; i/ C3 V( O- s$ X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
' Y3 M( T# C$ n# F8 @+ \地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
4 g. G* k  g# a0 ?9 U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
, ~9 n7 {& ]. a' a9 a. e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
, }: K; \/ [( @  w) W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 Q; P, d; v# R* f- ^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。
  g3 q! J9 ?6 b- ~  F8 ]4 H! m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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