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
) T9 l  \5 U' b+ X) QPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
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
。
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
。对于第一个子问题，
" v/ s2 ^9 y* l7 \4 G( l! H3 S5 a13 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
，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
4 s! A' h: x, l9 F- v$ d; |( A, ]/ ^，结果发现，西安市的东南部的空气质量
* [/ \6 w0 o+ G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
" b# L- U. _0 K2 M( k" d  m、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
. N$ k) b- N7 s3 L2 `* _" rPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
9 u( B) B- a0 W$ J。首
，且相
还会
，
: o6 Z8 f/ A; v; x2 ~8 g; @首先，
的时
/ p! T7 D" B  Z8 B/ c浓
。
# l; Y% j, F, U! t- 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
9 X6 E3 H8 H& r/ ?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
% [6 F0 h, p. ^! v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# |4 f4 I; [) n( j: W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；
. [+ H. K1 _6 q- z( s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。
0 M3 k# ~! I0 U: L% n$ j' a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
( z3 r9 A, e' j% e6 ^% R: S& r2 c7 Y10 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
& C5 r5 f4 @# X: m& s$ f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
# E/ {/ ]* i  m' L5 T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
于安全地带。
$ }9 p3 a+ O8 X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
# i- r4 A, C  y0 V* ^  a' l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
* b' q; A; y% B% r" Z/ V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
+ X3 w1 r' Z8 U$ A3 B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
1 |9 I' E! I' t; L# G地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
$ R: U* `" a, f, L; S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
- m" h8 y+ y0 O' ]& A! Z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
3 s% T, s" E/ \8 R- L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
) M& ~4 L8 l' m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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