空气中 PM2.5 问题的研究1

杨利霞

空气中 PM2.5 问题的研究1

2 v3 I9 B2 i( k# I' q2 {. a
+ j) Q) Y" I$ C8 v2 V4 k本文主要研究空气污染中的
- p) Y6 h) @# q: YPM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM10
建立一维的反应扩散方程，预测了
) N. a3 X+ A8 B1 h市的空气污染状况；接着建立高斯烟羽模型
情形，预测了污染物扩散的范围
建立了规划模型，得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案
检验，结果得到模型是合理的
* P% o( d; }  N) V+ e问题一主要探讨 PM2.5 与
先使用相关分析，结果表明，
关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关
) V. A" J% m7 V+ R0 H+ S* D与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析
$ B% i3 {! a2 Y' \结果得到
2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理
通过空气质量分指数时序图和
9 U' Y7 n9 X( g0 Z1 ]0 b: r% V" J# W空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
4 K3 f4 W0 R, u3 }4 O. s( U# p: l' v峰期，随后转入低谷区，13 个分区的变化趋势一致
潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域
9 E& T( Q' G* @+ t8 l' f度较低的区域。接着分区进行污染评估
相对较优，在该部分有小寨、
区或者写字楼，因此污染相对较少
$ u( p6 r0 n1 [; k) U心，PM2.5 的浓度较高，而且持续时间也较长
对于第二个子问题，在考虑风力
2 X4 A+ K9 o4 B" V' D应扩散方程，研究下风向方向的
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空气中 PM2.5 问题的研究
# z+ Z; i8 R+ H1 \1 @8 m$ J9 ?* W摘 要：
本文主要研究空气污染中的 PM2.5 扩散问题，首先使用相关分析探讨了
; t* F6 m3 u- o  z) PPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
6 |3 k+ `7 k% e. x, u预测了 PM2.5 的浓度变化，定量与定性分析了西安
接着建立高斯烟羽模型，拟合了持续高浓度 PM2.5
  z: R, S& t: K6 g5 @预测了污染物扩散的范围，得到了重度污染和可能安全的区域；最后通过
; w' g) `; C6 a得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案。同时对模型的
% j2 {" e; ^0 C2 f0 @: O结果得到模型是合理的。
与 SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
& P, C9 C& |; J，PM2.5 与 PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
2 H+ ^, z6 L2 A. B2 D* S) P呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5
1 F$ A0 m) z5 v; ?  N& y6 B; O使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
% L2 C: C* u5 ^3 M8 B( ]$ D) o的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题，
# B2 U0 q( g, k0 a5 e0 l空气质量分指数时序图和 13 个分区的 PM2.5 空间分布图，得到 PM2.5
: M; m4 b: k! l# k5 Q浓度随时间的推移呈下降趋势，1 月和 2 月份是浓度的高
个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运
# d* f% w# p1 R' n! Z4 r: k- a; ]1 U浓度较高的两个区域，小寨、高新西区和曲江文化集团是 PM2.5
* ^+ ]8 m' P1 ^9 s接着分区进行污染评估，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
因此污染相对较少；而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
4 [3 h8 Z& r+ D) _' ?3 O而且持续时间也较长，这应该是未来治理的重点
在考虑风力、气温、压强的自然条件下，建立一维的反
  ~6 u0 z8 d* R7 m7 Q研究下风向方向的 PM2.5 扩散规律。得到 PM2.5 的发生与演变规
# A. V2 p( A4 `" \+ I' Z& X8 g）
赛赛
首先使用相关分析探讨了
然后通过
* J& ]# M* I' I% T, [定量与定性分析了西安
8 |$ y- i4 ^% w6 [& l0 sPM2.5 扩散的
! j4 d! b9 ^8 G, ~, h最后通过
同时对模型的
  v0 o7 P8 o" J& _' d( L- r的相关性和关系。首
" Y  q  f& z+ K& x# _呈正相关，且相
PM2.5 还会
与其他污染物的关系，
0 B1 b* X8 _; d8 R7 E: R7 ^129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
，首先，
" l: f" i+ Y* ~& G8 k  c9 ?PM2.5 的时
月份是浓度的高
高压开关厂和广运
PM2.5 浓
西安市的东南部的空气质量
这些都是生活
( G! y# c* j1 ]* [" J3 ~" e; k( n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。
建立一维的反
! s4 @2 Y+ I4 ]; ~3 Q( W+ B2 P的发生与演变规- 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
2 B6 m' w$ U6 ~7 f) 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
4 H8 _8 [: {& b5 q4 n$ c3 P+ I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
2 g4 ?9 L/ q9 g1 `7 V: D; t; g: ]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
8 `" z: ]; F: D# R# s0 a) r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
4 C9 l3 Y% K9 ?4 C% m' B域，空气质量指数类别为优。
+ x2 h! F2 F( c) G+ C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
7 _& C5 G9 F- B10 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
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
# ?" L7 v! c( o  v  q9 q# M9 L" l5 C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
0 q( i& B  Z  [! B9 s于安全地带。
8 _7 t% K  U% a5 |) 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
. S! s( \' M. d5 H. L. Q4 N7 Q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
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 2803
/ g0 E  E! x( M3 i5 P: Img m/ 降到 35
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1 }6 Q! q& H" _- r" cmg m/ 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
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 49
( ?' J" Y$ W% C8 h0 d. x  |3
mg m/ ，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。

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