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
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
3 U+ t) C, u, s5 r4 P- \- `，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
' z) `, r- x! L% w+ c/ L。
5 I1 f& N" H3 j6 {+ |, m) H9 zSO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
8 k/ u, e: i; e& Z. w( S) XPM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，同时通过相关资料，发现了PM2.5
0 ]: u7 X9 k; n& xPM2.5 与其他污染物的关系
2 2 PM SO NO PM CO y x x x x
: f3 U# c1 U" s: k9 F- g9 f。对于第一个子问题，
5 n& O/ g8 G! m( n  ]13 个分区的PM2.5 空间分布图，得到PM2.5
) t! x% `5 C: G: j  L$ |1 ?，1 月和2 月份是浓度的高
8 v+ c& n- v# u5 S，而且，高压开关厂和广运
" b. {  K/ G3 `" z! v' i，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
) x5 x# e+ S/ S6 R6 B0 V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
1 Q3 W2 s  z% b7 j: H9 X# M、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
扩散的
* L; u: V4 b: C。首
! f2 B' O6 Y; b6 k% Q，且相
还会
，
" P* x: |0 G; x首先，
/ ?' z; x. Q5 `) V& n: ^的时
浓
。
- 2 -
8 U5 r9 p& {* |' v1 C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
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
4 N& V4 U! T% I9 m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
" J* ]. [4 |# y, |3 i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
/ V. B) R# ^; e( P. n, _. G1 E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；
# O% \# f0 ]& x8 Q5 n4 T3 h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。
' W# O; ^1 U9 T; I1 i* I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
+ H: K9 o1 M8 P8 [# g( K+ P& \5 aPM2.5 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
$ C4 j: T4 \( n$ b+ ~8 Z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。
4 h7 i- w4 W% y, d$ m% B( P( D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
" U4 r' w" d2 l* ~! X8 `9 [于安全地带。
/ u( {, k# a* k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
! {- w  S5 A+ D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
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
7 x4 p  U1 B6 k$ [6 R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。
4 b2 l/ {! a; R+ n/ c0 r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
+ m; d6 T, k. z$ M# [, X( O$ ]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
; x3 l7 B0 e/ i; M8 Z2 M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
0 F1 O8 L3 ~- ~9 P6 {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