空气中PM2.5 问题的研究

madio

摘 要：
  G7 F9 b: \  B$ a9 D; e6 M5 {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
. t& N5 u' P9 R$ W. h) zPM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
( H* T$ u; e$ L6 D，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
。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
5 y1 L& E/ _  A2 ~  X/ H8 w8 {，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
( K/ i( q  u& O5 }0 T; t。对于第一个子问题，
  g( G) g6 F" U9 Y9 t13 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
; y% D9 |6 p. e! H; b& J$ ?: q，而且，高压开关厂和广运
7 m' H8 `) ], |，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
8 B8 |& G, [1 F3 Z/ s7 H5 ?，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
1 R- b1 }6 o' K9 Q9 F# ^% jPM2.5 扩散规律。得到PM2.5 的发生与演变规
  p8 O( i/ R3 T( w扩散的
- z4 i0 A) P) d* F6 I。首
，且相
还会
，
首先，
4 S, `3 q7 p: C  J! w的时
浓
。
% {9 D  Z3 g! D& Y+ V- 2 -
, o$ I& _. B4 Y# v3 a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
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
5 s  T5 x4 V" [$ X) L% v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
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；
4 q/ Q9 y" T* N2 b7 M. ~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
4 t0 }" f+ n5 E) @% J5 i域，空气质量指数类别为优。
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
# z: U% |$ M( }6 ?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
1 n& z9 \" h7 `& _3 A( n) K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。
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 q. W/ m) a& Q! b于安全地带。
0 @* h" ?" V- k) [. q; s% [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
1 ~4 R7 D% u3 J  Q2 {# X$ f! D" m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
/ I- E8 F. e; ^6 u) l; @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
1 |, N% W8 D- X+ W4 \" bm 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
/ j# M3 N* z) z, f2 B' b1 n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
4 I3 N: @9 ]/ |& g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
) X  s5 E  v) D8 Y2 c* q) K3 }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。
3 c$ t& E6 `$ M( `7 t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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