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
3 X: Z, F* M; e. P- \2 P1 MPM10，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
4 I- |: A$ s) w6 \，拟合了持续高浓度PM2.5
  H: ^* t3 R& x，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
4 i3 b+ v' ^) B+ t  D( y+ Y。同时对模型的
; H- f! K; b( \。
9 L1 y0 A- Y# Q7 ~SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
& i& j/ @6 Q$ X- p% X2 W+ n+ ]PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
+ J: F( [9 x$ Y7 a% `' z$ n- kPM2.5 与其他污染物的关系
; r: T4 F# q% i! s- h# E2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
- f: H6 r$ o- U0 e。对于第一个子问题，
13 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
5 v. k  Q* Y0 j* E，而且，高压开关厂和广运
, g; K$ e- E1 m，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
) g9 d1 f/ u0 R. e，结果发现，西安市的东南部的空气质量
; k# X: c9 S- D4 V* e纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
- W4 U3 l- R) F! Y+ {: J' ~  j；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
, @* f& S$ r. v/ t, \7 J，这应该是未来治理的重点
! i8 s8 U9 u' v、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
$ ]! {: G( r  H8 YPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
，且相
$ Q& b/ \3 U& v6 d! y9 o, H1 G3 h: r还会
' j/ J; G$ H( b+ }，
+ |# _9 I9 h2 |% S/ Y! m4 M首先，
4 [& V* B. c# t2 M5 h4 j的时
浓
。
  L5 e% _, L  C0 W: }4 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
4 e1 e6 T, z4 h  J) Z) o; k8 [0 q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 d- e! l0 ~/ A8 A3 C/ L0 B6 L- O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；
2 b2 q4 r7 ~/ ?3 O$ y( j5 O4 K" ]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。
9 _  H4 V2 ~; e: H" v' o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
; H  }: f+ G7 D: _! 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
1 R6 K6 F' A, A" \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
# u& v" F" s4 [: |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
% }2 q! z" z& J! X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。
1 ?( A. a6 S' |& g; [+ Z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
. D) F: l; [, S( W( X1 G/ p) Fm 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
( C- d" F0 D7 a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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