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
* j( n$ [) D# u" |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
1 B$ b4 Y7 N8 W，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
- X! T. ~2 `* m。同时对模型的
。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
9 J$ d3 a- N* ?% A，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，
+ o) G- C9 P) P9 r) i: s0 e13 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
$ j  H4 R  S& Y  |，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
；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
，这应该是未来治理的重点
% b7 z5 G# z5 S& g、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
% P3 p  v1 b! k6 y) q' V扩散的
! b8 A0 O3 N4 V$ o1 @。首
，且相
还会
，
; d) _, y" _5 m; ^首先，
的时
浓
3 h& m6 K* ~! u6 @. D! j。
5 N% W3 a4 l; H4 I/ B+ I& X! i( F- 2 -
# c+ e" L$ u2 d) k6 W( k5 _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
6 ]2 Q/ q  x; X: 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
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
; Y7 M% o9 Z5 I& _# A& z& R6 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；
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
域，空气质量指数类别为优。
7 R2 j) s! g; v! b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
$ X, ?6 ?- y' n" p8 S* K# D$ SPM2.5 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
6 T2 @4 F7 v; g0 Z6 @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
) s2 v- d8 R* V1 Q, M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。
3 I: @6 p  l6 m1 c! a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
7 D0 }/ J* |% p于安全地带。
6 Y7 n6 b, B& s( c8 i4 F7 ^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
; u. Y" k, h# n* \1 @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
" h; Y9 R, D9 x* _/ ?. o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
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
" V" ?5 R) J; C% J* F5 B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
$ n% G9 e: B: r8 q$ O2 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
3 |8 k$ Z' {* `- [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 D# H& M. @4 P. W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
  ]; R& n" ]2 ]. y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