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
0 p: A9 a$ x' w/ _0 MPM2.5 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
- Z' w0 o) _2 e; B，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
。
6 H- {4 t3 `& b7 g0 m/ e; @SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
) ?" `/ I, c: ]  b: VPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
4 Y% O3 \- p& C，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
7 e* F! i0 t: \8 I' n2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
0 K+ N- S' g1 X: I9 X# B1 ]。对于第一个子问题，
5 b+ @; G9 |0 S, u8 U/ _+ B' A3 Q13 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
，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
，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
9 `9 ^  f; Z7 p8 H7 F) h扩散的
。首
1 l, ]( U4 ]2 n( z& U，且相
还会
，
' I- }2 h/ ]. w1 U. ?6 Y+ ^- w0 [首先，
的时
浓
。
- 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
* G4 e& s3 r6 E& F9 T5 F; T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
8 a! u) _+ b' K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
1 F3 N9 y/ u5 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
- G  k* ^- N0 X) B: q2 f" a6 P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；
: w, O) q, F$ a" X" v8 V) Q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
% W; A! p; Y' v5 ^8 M( G- o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
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
/ D" Y& N8 {* r& B/ o$ u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
& i" m2 i7 \5 X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。
, H% }9 a5 |& J" J$ w8 `+ M/ e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
8 M8 o! b! w( M5 ?于安全地带。
& Y$ f' z3 `( a* W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 o4 n' u9 D( ~# ]. q; o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
+ E2 `# o  z9 Z# Q- ~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
1 `6 ?# y+ Y9 F5 {4 zm 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
  D: r2 ^7 n2 a" K& ?& H8 {! b- i) e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
  m/ \$ {" O: y9 s/ L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。
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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