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 b) S' F% w0 K( o9 X' {" b  J# OPM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
$ Y4 O3 p% {3 i) L; a，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
。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
5 l8 i3 r! P" b, J" y" B8 ]PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
8 ^( Z5 m2 L/ |8 m，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 与其他污染物的关系
6 y/ c( e( [* n' b$ B2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
6 i. L4 w3 p8 r。对于第一个子问题，
6 ]2 \! x- `8 }3 ~6 e7 ~% X) i13 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
  F" B0 _0 W1 Q, P，而且，高压开关厂和广运
0 u5 _. I. ^6 Z6 }& ^，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
$ {# w* X2 T8 m# V& H  t& i4 \1 }，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
& V* E- C) ^. @* R( m- p& L2 oPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
, F9 V. X. E; ^; {扩散的
。首
9 P% p3 Y8 v  e+ ?. N' m，且相
' H& }8 f' G) {; e/ W& y& z还会
，
: i/ z! o7 S5 Y/ s( x3 ~' a% f  R首先，
1 c/ x$ e. U- i7 A: Z的时
浓
。
- 2 -
3 j: p5 m9 R" U5 X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
' {- S! Y- y8 ^( z- ]5 V. y1 E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
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
; o5 P. H% ~# r+ a1 S8 j# |' O5 k- @. [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
7 p4 Q3 A" Q# N! F1 B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；
' |4 S- n- ^. C; m1 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
* e1 K5 J, V4 C* `2 j% t- S域，空气质量指数类别为优。
: [- E6 W& [8 M4 J. c. d! I$ v1 Z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
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
& \( Y+ d: D" I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
" F' B' s* K# z% g6 u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
# O' {! M# Y7 Z2 }) v/ P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
; ?& I+ Q0 t9 m! d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
  x' s. n1 {: @' y# @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
9 K3 b  J9 _; ?/ r: l( a7 V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
4 Q4 `: g! E8 L* d, [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
4 \2 G3 j5 c& I  h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
" W' i9 n4 s7 i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 u! F0 I8 ?4 T9 h' T/ e' a, N7 F4 H' r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
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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