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
( g7 Z' A7 \) `! T( ^& }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
。
& p9 v% O' z$ k' B7 f; TSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
& u" i7 y8 \% @，同时通过相关资料，发现了PM2.5
5 b2 X+ }2 D2 [" o+ t9 LPM2.5 与其他污染物的关系
3 U2 i' e  I1 e5 Z& Q2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
$ k, t- i/ }4 ?; ^3 b13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
& |, Z5 Q: q4 {' f5 K' Z，1 月和2 月份是浓度的高
$ D- m5 G( i, v, X，而且，高压开关厂和广运
' ~+ n( f# O3 `9 X4 i' k- o，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
% u5 Y4 b& ?" P! z/ S  W，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
( b  Z: |) e3 k' b) a；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
* H" O1 u7 i8 E，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
& W# q" N, [$ m! w0 y4 YPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
1 g' T: Y# x9 |1 z" ]扩散的
1 X; e0 n; ^3 m/ I  p。首
，且相
还会
，
) s5 }% g! b4 \. u/ b首先，
' U" {0 N. k' C8 \的时
浓
。
- 2 -
: w- w8 X; {% q2 A$ L. j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
; [1 I$ e% V" |7 P7 E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
, b5 @/ R% b8 e8 |1 K7 N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
% w/ f) W* m+ A4 f+ y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
4 R& N% O" t# g3 C& d% v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
1 t7 W8 g6 y: ]! U3 n  ^& M4 S, RPM2.5 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
) j& G* q2 [: a4 D/ K7 |9 C6 O10 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
. i, ]- g+ H2 f$ q, \8 p" p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
" x' E% R, q) q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。
; i0 t: E; [( U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
8 S% t  A) e7 n7 w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
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
: I6 ~/ M7 G$ m$ F2 B( N# Qm 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
, f& t, a4 l0 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
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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