空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
0 q( E. w3 G1 y% |5 EPM2.5 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
6 [$ ?+ {6 o$ `7 dPM2.5 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
8 X  u9 S% ]+ x1 Z- X: 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
# h) u% O0 ]& O, ~2 E。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
* G9 K" n, q; W4 E  w) WPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
1 R3 L3 u7 o; v" U% X) jPM2.5 与其他污染物的关系
' W, E* |) S/ N" A2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
" A- N* c' M: V13 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
' x* r' t2 }- d) s4 \7 X- n，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
；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
; H7 M; X# _* b7 G/ c: i，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
6 a( N2 f3 y: I. f& Z6 m1 k' z扩散的
$ C, i; {) |2 N8 _。首
1 V: @, _: m- G! _& w3 P，且相
还会
，
首先，
的时
% L  H, r. L/ v% T" h浓
8 ?& M$ k% m4 O, `- P( s。
- 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
; X7 ?* O$ G% r  c  q& T" Z& a6 K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
$ k0 I/ O3 z1 S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；
0 t+ I& b- l: B% b/ k- E0 S3 g3 _6 G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。
1 O+ ~* V6 Y4 A; o" f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
. g: d  }: u1 n$ W# x10 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
3 N" W; v. Z$ _1 Y6 Y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
# t# m+ H# p& Z4 t1 |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。
" w& r0 P0 Z9 l: ]: G* P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
% S3 |! ^8 i- z8 w5 ]0 d* E于安全地带。
( Z( S" o" |9 Z7 I0 u5 ?$ B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。
+ V" H. ]6 q+ R# g# K* ^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
6 q9 _0 _: O7 N% `% F+ |; \) p2 Vm 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
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。
% ~! n3 f0 S) n3 l7 m1 [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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