空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
7 V) u$ |+ _! ~0 z6 FPM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
$ |1 w7 Y4 ?. {  QPM10，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
+ q- D* r0 y) t，拟合了持续高浓度PM2.5
# u( v6 K' R* b, @, i& S，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
6 x+ ^9 Q6 s: J% C。同时对模型的
。
9 r5 w) {: L  Q( [0 m! N. x7 Y. m/ kSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
7 P. [# D6 c  D8 IPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
5 n7 I4 r) H* @$ t/ jPM2.5 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，
+ \0 W' D/ n+ G7 w  Q4 `0 ?13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
: n& f6 l1 {3 Z，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
* p' L, D$ r4 W/ y" |! d/ I0 [，结果发现，西安市的东南部的空气质量
! M* ?9 I8 g3 a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
0 v8 }; h' O. g，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
9 a) Y0 F8 z6 I$ ?* dPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
扩散的
7 l) [; a) D4 o0 [/ C* n。首
，且相
5 ?4 ^' t' d8 w# V" d还会
，
首先，
$ K2 m" t; O$ a& V0 p9 m的时
1 B$ J0 k* T% ]( E浓
, `4 B" W& V! @- j2 h' g。
- 2 -
$ V% t$ c& I, e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
) u1 a" L0 @" N' }4 {& a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
/ A0 I5 K. O+ \$ f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
) W' ~. z& |0 i8 D& W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；
% i# w/ h2 b0 S9 F7 p2 H3 G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
* y, T# i4 q5 O) H5 G" D域，空气质量指数类别为优。
- C) w& M6 v: 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
; Z9 ?2 U. n8 N, A5 Y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。
) \$ K" Q- e& }* E/ v2 v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
# {* L7 V+ w2 ~8 B2 `2 x0 E. [于安全地带。
7 v) e$ ~5 y& O  v4 [. A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
/ l2 L3 q' Y1 _. j5 R# ^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
/ M% i1 r* e  z: |( X) H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
, s% i% S& a9 D; b; u" W! o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
/ l8 u$ L$ A: A* l& K8 B# x地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
3 w! p# o3 R  ~; w, M) }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
  @" b- ?( F3 E# L* `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
3 |. M# A0 [: j5 j3 [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
# |9 m- L: e& O) ]( q/ @! }5 A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
  g- R; C( T5 s/ o! y9 w" k+ }: R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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