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
4 W; e" J" v2 C) c6 Q( a$ r6 S2 uPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
: U& V" d' `# |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
，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
" p% h, ]9 L/ H3 c; n( i. o。
* x5 b/ R9 J& Z5 [4 _" X% O& Q  S+ r1 [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
* E7 s. @# \% B. T$ A9 s2 c" K2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
% ^. |. O! S: |13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
) Z4 ?% `2 b- ~0 h4 a，1 月和2 月份是浓度的高
0 R. W( e7 V# u，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
纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
2 q7 l7 `5 @, i3 a；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
PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
, p% L5 Z) y/ N2 L1 M, f% Y( m。首
; s. @, R/ w* f) V  L% n! p* E，且相
& |, o, X( H- B5 J3 c. N还会
9 k3 j; H) n, j，
首先，
& b/ y# t! a- @. R8 K% W的时
浓
5 L% C5 t6 }# \% |9 j3 C2 i。
0 A7 R! ^; f. E* y" `1 l4 A- 2 -
7 ?  p% {& b* Y+ r% e  X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
/ C0 a- @) Y- }7 g9 ^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
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；
  }: k, p- k7 r$ J3 ^2 ]; Q6 o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
8 i9 `. D4 J5 B; V. m; {+ }+ Q域，空气质量指数类别为优。
% W; w: K% W, N- d8 \' t4 I6 r4 h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
$ |% a  c  U% |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
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
0 b4 C1 A) w# n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。
- V; C  C% H" H3 z" g" 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
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
) O4 _" x- F1 ~% O: t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
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。
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
2 ?$ d, S- V3 y: {- dm 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
  s1 i- }  `0 T+ A  _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

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