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
. W4 e; ~4 i  |* e0 l  ?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
) O* W2 n# L' p% L，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
0 V$ {5 ?) S! f$ r$ A。同时对模型的
6 h8 B: b* E3 m5 R5 d。
: M/ Q4 L* R# t$ Q6 C8 `  A- TSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
; p0 J! U, n3 X: q8 K, l，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，
13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
- u# j' }- g' P* O- \3 g，1 月和2 月份是浓度的高
，而且，高压开关厂和广运
2 i* J2 a/ Z0 w' C，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
" h6 y5 {& u* R5 ^& L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
. U( h6 o) {7 p- r& K! j，这应该是未来治理的重点
7 q6 A$ v2 w4 ~6 h3 z、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
1 K& D8 h) j7 I: E0 @PM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
。首
，且相
还会
$ X; _, z9 f0 @9 [，
首先，
的时
0 k5 z# a/ E0 N& I" f& g' V/ x浓
0 r$ J/ a# \! A7 D& X。
, f# _+ \* Z: f8 T. ^, c- 2 -
3 @; o$ T! h! v( R8 N! |' r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
7 e, j; Z1 R# X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
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
  X$ q; {& d: o. v4 k% |6 G! K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；
& }' n/ Z6 x. D# }! k! X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。
) n, ]+ Y0 O  G4 G" b- t7 j3 e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
% o3 i2 @+ N3 Q; ~& V3 RPM2.5 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
' ~7 _$ s( v) U! @6 o6 l& Z8 v4 i4 B10 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
. i/ V' h: `6 [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
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。
* M3 F; H4 u- c1 ^% l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 h# ], M7 I9 C/ w! S. g: c# z) I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
4 D& j+ f7 ?6 \5 O: c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
/ F2 Q/ P1 k% T& e6 S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。
, V+ v2 P7 ]& ?  o/ {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
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
- R# v; Z4 ^2 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
8 p/ t, x" `/ ]9 }4 U: o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
4 _0 X% L# I1 n0 G# D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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