空气中 PM2.5 问题的研究1

杨利霞

空气中 PM2.5 问题的研究1

8 t5 K! W1 w* D( N" h! z, _& T本文主要研究空气污染中的
PM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM10
建立一维的反应扩散方程，预测了
市的空气污染状况；接着建立高斯烟羽模型
6 x0 k, e# M8 ^! s2 E$ o  j, i情形，预测了污染物扩散的范围
建立了规划模型，得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案
( C- k- @3 {6 y! w4 \# e检验，结果得到模型是合理的
- G. U7 s7 Z% k: q0 q9 O0 t$ j, s问题一主要探讨 PM2.5 与
先使用相关分析，结果表明，
& O+ T6 k2 z; u6 g关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关
; N( E  |' m$ R0 n2 D8 F2 t# g3 V与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析
结果得到
$ H0 h7 f2 `  P5 `2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理
通过空气质量分指数时序图和
空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
8 i& ?# b' ]$ `" k. T/ Y峰期，随后转入低谷区，13 个分区的变化趋势一致
" J. w, N; t5 f  w2 W0 ^5 R潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域
$ G9 J; @8 e4 F4 g& X* c* m度较低的区域。接着分区进行污染评估
2 \6 O: [2 }7 ?$ G1 C2 o8 L9 M相对较优，在该部分有小寨、
区或者写字楼，因此污染相对较少
5 k3 c5 N7 r& u" R. v. F# l% J心，PM2.5 的浓度较高，而且持续时间也较长
对于第二个子问题，在考虑风力
应扩散方程，研究下风向方向的
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2 x) R$ v4 E! W8 m; ~$ F空气中 PM2.5 问题的研究
" r, B. M* d$ \% T8 b& ?摘 要：
本文主要研究空气污染中的 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
预测了 PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
接着建立高斯烟羽模型，拟合了持续高浓度 PM2.5
预测了污染物扩散的范围，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案。同时对模型的
$ H# ?9 E( e# h8 P结果得到模型是合理的。
与 SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
，PM2.5 与 PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5
使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
4 I$ Y: C- O6 N3 f! x2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
/ W8 @0 Q2 T7 I* r1 q2 G( Z  }的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题，
空气质量分指数时序图和 13 个分区的 PM2.5 空间分布图，得到 PM2.5
  i7 I5 B) `8 A0 C4 C& F浓度随时间的推移呈下降趋势，1 月和 2 月份是浓度的高
$ ]7 R8 }/ G6 M. y$ s2 [- A; I. }个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运
. [5 C" z: U" z% I, i8 N; M  p( J浓度较高的两个区域，小寨、高新西区和曲江文化集团是 PM2.5
接着分区进行污染评估，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
+ w5 P$ r0 h' i* y/ N' @因此污染相对较少；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
而且持续时间也较长，这应该是未来治理的重点
7 ^  z! w/ p# e2 [在考虑风力、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
$ ?7 @- f; o/ b- D* N2 d' Y, L; [* O研究下风向方向的 PM2.5 扩散规律。得到 PM2.5 的发生与演变规
; Y; T! k$ c7 q, D5 ?）
$ O6 F( i# o) e& O2 O0 G. A赛赛
首先使用相关分析探讨了
6 [, w: R& v. r- r5 s然后通过
) V! ?% v; e& ~: k" ?/ J' U  U& J; c定量与定性分析了西安
PM2.5 扩散的
  ^8 m6 U+ V$ i最后通过
同时对模型的
5 l% d- z% _" R$ k3 a的相关性和关系。首
( ^% T% j) Z; q0 ?呈正相关，且相
" V7 h" @! m+ z/ b, d+ hPM2.5 还会
6 @4 R; ~. E5 E4 ]) m1 c与其他污染物的关系，
129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
/ F% ^2 h3 S% O5 j. c" O. N: _* v! p，首先，
( [* p# X4 y$ ?6 G4 h) Q. T! w2 KPM2.5 的时
月份是浓度的高
高压开关厂和广运
$ q+ j0 Z* H3 ?" N, J& GPM2.5 浓
西安市的东南部的空气质量
" i' t0 M1 _, A; Z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。
建立一维的反
的发生与演变规- 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
1 p+ M3 k% d  U% h4 K6 M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
) H7 @" N2 c7 H# B  x. y! y! `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
; ^1 t5 o% V5 S3 r- O$ L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；
5 E3 i7 Z! g6 Y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
" E7 H$ J& G# y% ]' S8 E域，空气质量指数类别为优。
2 X0 A" f1 ]3 v+ C; Y' h& w$ J" 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
# M/ B( S9 N5 [8 a$ `% C10 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
: B& M) B; b" T: a, r% N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。
' ~8 F' c7 D+ V; @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
8 c' O7 |0 p1 L# U& Z7 q4 |- Z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
% f8 Q0 |7 [) r( S9 o% c( g9 b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
$ a0 r# U+ D- L2 C7 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
地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
" H" [# z# b, T* \% {: s% b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 2803
) R# J+ J/ j3 V7 H( T% n( J3 Emg m/ 降到 35
3
mg m/ 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
; F" a1 }6 I1 g1 g5 }" V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
0 G& [$ C+ l8 D: x% ~8 d1 t. O法所需经费最少，该方案是：每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
3
mg m/ ，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
& |* N( t$ j5 e3 Y; j3 d4 B; I了一份治理空气污染的建议。
0 C( V  F  k2 d0 z0 S

, v, M8 @5 @* n2 @