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
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
) \! Q+ _$ ]. a3 w* b3 I。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
+ L6 A3 p/ M& j6 `- y; M* _/ I- W; \- `" rPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
, B# h/ Q; A. r& l; g9 }+ R，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
9 F3 k8 f" t) x, ?! B( O. @。对于第一个子问题，
3 T! w7 ]2 m. P( j13 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
0 r4 ]$ l4 P  {  M3 F，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
  }2 l1 m% E" ~& d% ]" p，结果发现，西安市的东南部的空气质量
6 A( a& r  ^: W* K* [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
、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
/ V6 |" [  X2 o8 a. J! ]PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
! I5 X% F& N7 R4 [9 K" N6 p，且相
9 |$ A5 L6 D5 ^还会
，
首先，
的时
浓
。
' @) ?) I; Y. [2 F4 D2 n- 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
$ }* p" X2 @# E$ @9 ]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
1 [3 }8 n& b1 A& ?$ q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；
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
: x! d8 _, K1 S域，空气质量指数类别为优。
0 ^% {$ s# n9 V3 y3 o$ b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
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
% q1 P  u* h) f9 E5 i2 x5 s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
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。
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
5 }" V9 [, p% \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
& r8 N" ?4 V' Y2 u地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
0 Y+ Q7 W8 t( k; M: N  r  C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
$ C5 Q3 k0 A) d7 s# t" ym 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
' C, m! F/ a( m8 n$ ?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。
; b/ O: H* N. t9 H% c+ o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