空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
! W" g. G8 l9 T* M0 F+ p' uPM2.5 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
. N- {5 R$ ^+ U, P3 ^PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
! v! ?4 A# `+ P& F) d! u4 b，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
/ h+ e. p3 j# Y; c, P. N# j* X。同时对模型的
# J# I* D5 |" ~8 N7 I' v9 U5 y! R。
" n3 z5 s* T4 D& `* Y7 OSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
# F6 i. n- F0 G1 Y) y  |9 }，同时通过相关资料，发现了PM2.5
& X1 Q8 t1 Y0 i1 P' Y3 ]" vPM2.5 与其他污染物的关系
5 x9 v+ E# U: t) B2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
" u' p( p1 B# _13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
+ p- h0 }) [' h，1 月和2 月份是浓度的高
& _. [- @6 J9 H8 r* ?，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
7 l% d" z# B+ V; l6 ^  T" S；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
  l7 W% N* ]' _3 Z: o9 E  o，这应该是未来治理的重点
( x& C. @/ y7 y# L) ?、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
$ X) t4 b0 J* D# z# @扩散的
/ x; C$ P$ h- J. P。首
，且相
还会
' J. g2 a# H" w7 c: y，
; l8 S/ ]$ Z! K1 n6 R首先，
的时
浓
/ Y& i$ X4 Y! n% i$ \1 c* G4 ?。
- 2 -
/ o8 G+ {7 D' y/ M  O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
' X( y4 R) x$ F  d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；
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
; O& M  M& ?# b7 J3 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
8 E8 w% o& Y0 W6 M# C$ jPM2.5 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
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
$ L3 \3 i2 E& E+ u$ R1 {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。
+ X3 E0 W- s7 C3 X# `1 `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
- M, ?6 }/ \  O于安全地带。
. t8 C1 ?9 O+ }& 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
- C) b  ]! V- i$ N& S9 L2 A. I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
; A4 r  w1 h' {3 Q5 \7 t2 U4 N+ }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。
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
7 v; c3 E% S0 B/ M$ qm 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
/ T: q) T7 r- M: A$ V) x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
, r+ A+ |- X! o8 {  t/ L- Q9 c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
: |# |" Y. Y4 p9 O. \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
0 u% R. X7 c; p( D9 T) |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