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
/ a; @8 P, |% ZPM10，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
# K" q! \! |8 s$ ~/ o0 X7 i! m，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
8 Q) B( f# T  M; D' q$ F$ F。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
& Q% ?4 u/ J, E4 l" I" m+ L，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
  u$ R$ l& A3 P2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
  `8 g% t4 L+ ~: F2 ?2 C13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
3 B2 @3 E. m# `6 e& e* S，1 月和2 月份是浓度的高
/ p1 E$ T" B* j7 w1 E，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
；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
- o4 u: ~; @4 ~& c8 t: E( C，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
0 V1 f* A) h+ _; M8 u; D: SPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
1 O& N. @7 B9 }  p: x0 G! F: i扩散的
% l3 S1 J4 {8 z2 |+ D! I3 j。首
，且相
( _1 |- c( g/ O- ^1 B0 M% z' O还会
，
6 l! M% h3 q2 q) e6 O, v首先，
的时
- ~+ d7 i" L. s+ B9 ]浓
1 P! A2 t$ {$ V- s4 ]。
- 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
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
0 H& l* ^. ^; O! t" |9 K' d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
. K# k/ c3 M/ s! j$ ^6 p6 C/ z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；
$ n! ], G- n) M* y8 l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
( ]" D0 ]$ F2 C- K+ C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
- t1 c/ u/ e' o5 n6 |% ]7 EPM2.5 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
+ m) p$ b, W# W+ ~" G! S7 d4 v( J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
9 s( I) P; a* g  p$ p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
- @9 T8 x, E3 a: g! K3 L5 f6 K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
" M# k: D+ q3 B/ z. ]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
* a6 C5 m* S3 p% B' Q6 _( Q6 U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
9 ?: U1 V- t( o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
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
# U! a" d- k8 X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
- t, Q: k0 i1 u' ]! m- 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
, _/ X) W6 d1 R# p" A6 x了一份治理空气污染的建议。
, S# U/ F7 s6 J3 v4 Q$ d0 v5 f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