空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
- p: w; {2 L+ q2 F1 CPM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
) a% a9 `; k- g* BPM10，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
。
) e6 h0 |- E# mSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
; j; V: v7 Q. b: x' I2 V8 t# p9 BPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
! r# r3 \* X" S: j# Q，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，
" P6 C- C2 e) [8 |+ l- _13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
% d9 p- j2 M- r( _' d3 o9 B1 ~4 a，1 月和2 月份是浓度的高
8 N# [9 Q6 \9 W$ e$ O- K2 d，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
5 X3 u/ D4 W$ w9 K; x' ?- [；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
4 o' }0 y5 a* l& n) t. ]，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
扩散的
7 r5 f, S$ G9 G: r- o。首
，且相
2 w3 N( k/ A" x+ m$ K& R6 @8 I还会
+ X+ j5 V! |& ?! C- o，
7 W/ i5 D: l8 J5 H4 M首先，
% m2 r. \# w' d6 h$ [的时
浓
。
- 2 -
( f; e4 L: Y7 q. ^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
, d8 ^. j% d4 ]; x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
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；
+ Q: |0 i4 P5 E1 D0 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
2 ?+ L) }% U' D( [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
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
! _5 \* W2 ^' f) z, |/ K10 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
9 U  ?+ ^: a& k+ t9 i+ A# _% h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
  C0 a1 d. E0 ]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
  U$ _  s% y3 `! i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
* m  @# i8 k5 ?7 T+ n) l2 |2 t* q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
' U! b9 |7 L( M  J# f+ E2 s8 P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
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
$ o5 d" ~6 j  q1 @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。
4 a) ~0 A& j. j4 {! E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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