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
$ v, g9 z3 v" U% o- E5 qPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
  k  W7 N5 K3 q/ `8 S1 W4 W8 cPM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
，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
。
" _+ Q; S2 l; o* W; ?5 gSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
$ Z% \+ h: k: U/ k5 u8 D. P1 f0 BPM2.5 与其他污染物的关系
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
。对于第一个子问题，
13 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
，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
: l) A  u, D( r1 S0 s) u; Q; {2 Y纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
* C" `7 F# N' U# Y5 ?5 O；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
4 n* j6 e: s7 k5 g4 o2 f，这应该是未来治理的重点
( g# [  y% F: O( _、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
; B+ B7 G6 Z. r: O4 C  ^( l8 rPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
8 B1 g4 Z6 C3 ^, X2 w。首
6 x( z: \4 w' t/ @' U( L: B，且相
, Z0 o& h7 }# a! D* `: N; C7 {还会
5 m5 q  ~" q; @2 ?' n! `5 J8 k2 ^5 O: k: k，
4 v& o1 E( U! u: p- l- Q首先，
的时
浓
。
- 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
" `0 e& @' ?' O; X2 [+ l7 y+ @0 d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
9 x. n/ U( l: [5 A+ e0 N1 I  ?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
- ?$ x6 n# G3 b+ W4 \! W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
' o0 H2 ~1 x' D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
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
# A7 ]- F, k! q6 z! S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
; P  m5 s6 Y3 n$ Z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
) |4 E5 ^' \3 k; O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
8 }% k8 G& }  U% V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
, W9 \7 X1 \) s- o  o$ r, c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
) _5 H6 c1 y) t7 d* Q, D) B$ X& W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
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
; `# F# g; j0 i5 r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
& ^' T3 ]- `" }( q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
. J3 R% }$ o, Z! s: k+ o( [0 Q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。
  F) d/ L+ @* b+ j' C$ Z) w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