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
# p; C3 R( \  VPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
9 t7 m' l: M. E) [9 \. @PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
5 _; _8 Z6 V' e6 ~+ e9 ~，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
7 L' c  ]3 Z# Y4 I. T  I3 o。
/ Z/ S; h. I4 \7 M+ F& N7 {SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
PM2.5 与PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
, m$ z. i' |; k  g% s8 l/ p，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
- H& c' i1 C8 \! u' x, k: J  ?，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
，结果发现，西安市的东南部的空气质量
/ S, B& e* K8 x1 U; `) F6 ^$ X纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
- l; M, r0 W6 ?9 [- `；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
、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
* y% J  t, q3 d% F, J0 X' C扩散的
0 o: C! R! h7 i( R- U4 k% `。首
% K, V( w6 ~0 f3 @. I3 M，且相
还会
，
首先，
的时
$ _, {4 p- ^8 y  w) \0 N/ X9 m浓
2 K. j; \( K! Y6 @" _! w。
- 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
% D% n* x5 I# ]# B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
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；
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
9 W6 `* T. f! W1 i+ ?+ u2 [0 nPM2.5 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
% c0 d" v0 d; ]' E2 z$ J10 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
6 Y# L5 _+ Y* v, W7 M; H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
1 V; b! Q. I  z" M6 C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
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
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
$ @5 Y2 T6 h% I  b8 P3 P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
& u: n: W' ?/ i, c+ v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 Z; f% @: a- T% v& Y1 K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
5 A# \, g3 h. j* Z; w, ^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
) x* n0 c' p$ h# W, h+ \/ `% U) U9 Q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 E* N( E4 B4 E# V# g5 ?& 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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