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
/ f  _3 F3 G2 n  N/ F( vPM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
0 s$ ?0 h2 t, Q$ w，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
) q. y7 x" g6 R( W。
SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
，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
2 O, A/ ~/ @6 J; r$ ~$ F。对于第一个子问题，
13 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
0 P; J' W/ L- E% x' ?) `* E，而且，高压开关厂和广运
! c2 O; K! y7 o6 Z% l" J, H，小寨、高新西区和曲江文化集团是PM2.5
+ x+ q& a+ I: s1 p2 D$ d! K4 r2 F: o$ k，结果发现，西安市的东南部的空气质量
: _, E6 F2 P0 V$ i" z+ f: W- @纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
& G# S  `. f7 P5 J  X: f4 i5 E3 x；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
$ ?9 w1 r  k8 {+ H/ n  d% A' a3 J，这应该是未来治理的重点
& X5 w! J1 n# F8 J. Y! b3 u1 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
5 r) @! h, Y# j5 @/ E2 H扩散的
。首
，且相
( r" d4 ^) _4 y5 r. e6 V) c还会
, [. H% E9 R' p  C/ i9 C7 Q，
/ |  w5 G5 m6 C& x9 ^9 z  p首先，
的时
/ }0 D& X, L* a- Y, o) U7 ?浓
。
- 2 -
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
! p, I# V1 Z: O: w2 m6 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
" [& F/ n$ u2 A2 t+ j* W2 i. L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
' n+ w. p# |0 _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；
* z; N% x( p% N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。
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
  i; V) v3 R* L6 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
' r/ t( ^1 k* _" d3 V10 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
+ Y2 R& [) U/ @2 n! |2 X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
) n# ?) I$ k$ P$ \, S4 l+ a于安全地带。
* m# I* X1 m2 V4 I, g" K) J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
" g3 K- l! w- g2 O1 V9 o5 @0 J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
# W3 z& N% M: p% m  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
# T- q9 _( ?0 m+ }: |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
4 G1 c5 F, z3 R: U/ R/ {! |+ e# l+ D地区一般5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。
) M; t4 v) {5 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
" j. K& a0 m) o6 g( P4 n9 c0 m, C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
  p1 T  F- ]# P* ?, k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
, v1 \! d+ K$ ]. H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。
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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