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
PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
7 U) [( O) K9 V( f% Q! @6 W2 g，拟合了持续高浓度PM2.5
3 G, |9 u7 `9 `! F5 T' s7 s5 M，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
, p/ m8 ?$ j1 g2 t; y8 a* c) Z。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
. c" T# E/ W; K( e8 ZPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
; y5 {* U7 N, i1 c，同时通过相关资料，发现了PM2.5
! s+ h6 J$ ]$ G1 o  }PM2.5 与其他污染物的关系
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
7 M& F- n; k; N: e- u。对于第一个子问题，
$ a! {/ n: C- t13 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
7 s, ?- c) L) c1 a8 H: I，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
( ~7 L" @( t8 t9 @，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
( T" i8 u" Y) r, P1 E，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
3 K5 p- ^4 R- [( k扩散的
/ U5 z1 ~, x- Q! O% j9 y。首
，且相
还会
; Y7 A/ c& W8 \# G7 O，
首先，
4 T& p2 n! K' m$ @的时
浓
。
/ H* A! q; L6 B" y1 `+ ?7 A0 k) D- 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
: i) A: o5 S" p7 z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
/ {' B, y6 B: \$ p# W9 f. V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；
  e, `- a& }- V, n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
, ^  _+ z+ _9 K! _域，空气质量指数类别为优。
2 n! w3 r% M' N2 p6 s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
, @; {0 q) A1 O" YPM2.5 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 V6 q% m4 a, D. s/ b10 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
6 j7 \) b% w$ M# V2 S! 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
( G; h) S' I+ U) m( C5 W0 P" m& N' c; O- F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
" T0 J: z1 L& V% N6 u于安全地带。
- V6 V( z: v" M+ R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
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
( \3 e  z1 o% {, I- }地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
! O- E8 G6 ^) P  g* ?( A" p$ j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
/ S- F5 M' C. b) i8 n8 h) F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
( ?6 B6 d& K- w+ {; V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
- ?( W+ [* C1 e$ }了一份治理空气污染的建议。
! [$ e1 g6 q' r3 q( o( s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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