空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
6 n: O& @/ s4 Z7 {" x! j' [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
，拟合了持续高浓度PM2.5
( `; F) E2 t9 |& I1 B* ]，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
; J2 d; x) n, q% A! k# R& t  L。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
" t+ \+ c: C: |" A" J! O, D，同时通过相关资料，发现了PM2.5
) ~( \& x. F' o0 i; S8 ?  [, M7 i* uPM2.5 与其他污染物的关系
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
" \+ [1 P8 A$ z$ L。对于第一个子问题，
13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
+ Q) S( D8 p9 f6 P8 K/ B，1 月和2 月份是浓度的高
. u" O4 p' ]+ G，而且，高压开关厂和广运
1 {+ T2 D; C  y1 I9 M7 Y( c" U% f，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
7 I5 J, x: K; _3 Q，结果发现，西安市的东南部的空气质量
% s+ s9 p; S$ P3 o5 Q7 F# Y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
9 j2 s1 n( `$ ~% T9 L，这应该是未来治理的重点
8 l# U* W( O7 E! q# w、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
: o$ q  V) j3 S, V/ ?" B* M7 _PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
0 a2 I1 @7 X. G4 I! \扩散的
。首
) W' k! r; p( x! W; G，且相
3 ]7 q' ~7 _# H) \5 l还会
1 w, h" {5 h* N/ D! {，
- a8 o' d6 ]8 c: P) M1 r9 q( D9 o( ?首先，
( g& t# A9 S2 o! a) J的时
$ ]8 Y* e8 ~2 G' ?2 e浓
6 X& B+ K1 w  ?/ M1 [2 S6 w。
- V# _% ~+ a" B9 @* O) K1 B( W- 2 -
  C1 Q( T0 r/ I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
1 T" e6 J- C/ [) Q( I8 x; l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
( U7 j1 r# ], m( c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
8 Y$ C( |1 V* \. k+ N; }: X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
2 n2 ~7 L( ^' b5 {" n1 x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 ~% ]1 z' j! Y  y% A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
. _( N5 R' F. N/ a1 ~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。
! x% _+ P& i, o8 Y7 n8 Y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
1 L$ ^2 e1 @3 j% {于安全地带。
$ _6 |4 r8 W/ s# ~3 z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
& G' c/ \7 V0 g7 N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
9 |% |" w  A- W( _' c7 I, }: x, B( [8 V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
) u5 H! a6 Y6 [$ ~1 X. n  {& n4 Em 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
% b  X  v6 c' h  t  l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
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
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。
2 X) \# {7 A! [9 k, l1 f% r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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