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

; l1 v8 P7 C' m
本文主要研究空气污染中的
PM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM10
# I5 s# |: I4 }$ H$ f建立一维的反应扩散方程，预测了
0 [; s1 A# @& }7 Z- Z. G! A. ?市的空气污染状况；接着建立高斯烟羽模型
" q4 z2 n. H7 b5 h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
7 f) F0 b0 C2 }0 i检验，结果得到模型是合理的
* v) j0 [' }! k: p问题一主要探讨 PM2.5 与
8 e8 T9 f+ \1 m9 V( d6 b! E7 I先使用相关分析，结果表明，
关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关
& P4 j* Z, ?- p6 A( `1 K' Q与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析
6 H; X6 Y/ r. N. i9 Z3 e3 [结果得到
0 c- f7 v1 _( d5 \* F2.5 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
$ @" C! ~3 R9 M. L8 z+ a7 p" s通过空气质量分指数时序图和
* }, u0 {& E5 K: K- M空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
% y8 G+ [- M$ N5 ], {峰期，随后转入低谷区，13 个分区的变化趋势一致
潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域
度较低的区域。接着分区进行污染评估
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
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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空气中 PM2.5 问题的研究
摘 要：
9 F+ g# A' N1 N% F% P( S0 }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
9 A& `: N$ \2 }& f- ~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
+ y* v. T0 p0 P% c* b, B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
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
5 M0 n7 u- V3 K, g- u, n呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5
0 i7 k# R; @2 s% N使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
; t6 s( H' l# a; `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
浓度随时间的推移呈下降趋势，1 月和 2 月份是浓度的高
个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运
. w, t8 l7 G( E# E$ Q3 U4 ^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
) k7 [# N0 P" M3 J& I0 w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
; h' [+ ~, L$ I8 F8 `$ r, v% x、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
3 M) ~7 i1 P% k% |4 _* Y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
" L% ?* Y5 |% h1 Q, E在考虑风力、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
% n8 z7 R* k  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
）
赛赛
# M0 k/ I# t+ E7 k首先使用相关分析探讨了
( d( v& H! M$ l9 P7 ?; h然后通过
定量与定性分析了西安
PM2.5 扩散的
  O  k/ H% v" n5 [+ r8 I最后通过
% y$ O8 N; t. n9 U0 Y0 P0 i$ o: b同时对模型的
的相关性和关系。首
呈正相关，且相
4 U9 s2 _8 j! t) r8 PPM2.5 还会
: x% q  N* s' Z与其他污染物的关系，
: S5 @, h3 g6 Z' t; L129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
3 I+ \7 L2 |: n' I，首先，
) r8 C$ Y: }8 V+ BPM2.5 的时
月份是浓度的高
* A+ ?2 h  l  R* A1 O高压开关厂和广运
PM2.5 浓
$ F( N9 k  E4 X: x- B( `( A* S西安市的东南部的空气质量
! X6 O5 j$ X' i3 j  I& r. X这些都是生活
" j" D, w1 n) M6 ^) q# |) o9 o/ Y0 B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
1 P/ ?1 E5 x) w; q的发生与演变规- 2 -
) d) C0 r  T1 C9 u' 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
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
2 v# Q6 L( m" M; X6 b- ]( v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
) H) Q% n- @7 o6 {) W1 i- c& z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
) |( q7 V: R, |7 d# Z" m' {: n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；
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。
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
8 l( l8 j  W- I2 A, Y10 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
! o9 J6 |$ L" `* m, a9 \& b% N  O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。
0 c! l) |# c4 G! n6 v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
  G2 ]& B8 r$ G- N# y# A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
. X2 ]# u+ D: M' r8 P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
$ Y9 k% W( I$ }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
" l- i+ P8 A% R' l* R1 V: j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 2803
! ?. W+ B3 c! D8 S+ r3 D, i* H' q7 pmg m/ 降到 35
3
( f% ^8 H9 G/ Y) b! d' C8 \3 r9 ^% |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
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
" |! u4 N0 o2 |法所需经费最少，该方案是：每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
# F* W8 j$ H( e, R+ U: _3
mg m/ ，五年需
9 }0 d# f7 y% T/ s* _7 h0 Y) P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
, T5 F4 ]- R0 x& t* U了一份治理空气污染的建议。
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