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 ?7 l0 x* t' i( g4 u" {; P. @PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
8 l4 |% o" `7 F: E$ j( o5 y0 c，拟合了持续高浓度PM2.5
9 r- ^& Z- }. z; i6 }+ w，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
: b9 t9 y5 N" R+ ~& rPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
9 P; u- t& W% k4 }: C，同时通过相关资料，发现了PM2.5
PM2.5 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，
6 P$ D: E! l' }5 r* |" l13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
0 j: ?3 P) [: l9 Z+ ^- s- A, @，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
纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
; R1 c; `7 H- J9 e7 B9 Z. W；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
& O! `( u. c5 c* Y6 W, s，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
4 x3 }- a8 n& I+ l5 ^6 GPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
9 B; X1 P- J! m8 T/ y' k。首
，且相
' N% C, V; f: f$ I* o4 u还会
，
首先，
5 ~0 i! A9 w& l. Z的时
2 N: R! B- `, Q$ n7 _; ~2 E浓
' t% [9 i9 @4 o' b; H/ T7 X。
- 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
2 I; K3 V1 y0 n7 j) u, U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
& W: G+ H& S, P/ M2 S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
' g% }$ X3 p% ^; p) W* 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；
" D/ I4 N! b& H3 {% l& _2 t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
% i$ e% j1 }/ w4 R域，空气质量指数类别为优。
0 K- f% H# d! e" \& N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
( f  ~! M! ^6 y8 \; ^0 _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。
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
/ o6 F9 J/ A: m* G0 h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
5 i: ]5 F$ }9 z; [$ M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。
, C! M' w8 [+ f; H+ b+ O# N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
; L7 g0 C- c! |$ t- p* |6 ]6 [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
% p1 G: e0 B* E9 U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
3 \, ~; C( |. e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
5 i4 k; J0 ]9 d# T4 _, n' c了一份治理空气污染的建议。
  L( X3 Y! v5 Z/ W. W" q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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