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

本文主要研究空气污染中的
& m& L) _) d! E' U% T: j  {5 SPM2.5 与 SO2，NO2，CO，PM10
9 V) ~# B" S( l建立一维的反应扩散方程，预测了
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
7 O1 F  T, l" h9 r检验，结果得到模型是合理的
问题一主要探讨 PM2.5 与
先使用相关分析，结果表明，
# r# h+ w5 `; d9 l) p' t关性逐步减弱，PM2.5 与 O3 呈负相关
! x0 j6 J* [* W0 Q与季节、降雨有关。然后，使用线性回归方程分析
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 = - + + + +
; M" B+ f2 X" h9 u& K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
$ r3 E7 @+ h% S" S8 J* \空分布规律是：PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
0 s% x1 O$ r- z) h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
' l& ?2 A0 O8 {, l- j1 Y: N度较低的区域。接着分区进行污染评估
6 c" Q0 \. E9 t% K9 ?5 P- Q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
- E/ _7 `- Y& U# h/ k1 B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
应扩散方程，研究下风向方向的
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0 R$ v9 W  o0 M% U) d参赛密码
（由组委会填写）
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空气中 PM2.5 问题的研究
+ }3 S) i2 u2 H; d. y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
! p& e. t; \7 N7 BPM10，O3 的相关性，并建立了回归方程；然后通过
6 H- }" ~- t5 J0 d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
- M. d- J' f$ {( X. M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
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
" _2 P' d% F. L0 l% ]+ c: K结果得到模型是合理的。
与 SO2，NO2，CO，PM10，O3 的相关性和关系
% e5 r  o7 J0 p. N* P，PM2.5 与 PM10，CO，SO2，NO2 呈正相关
呈负相关，同时通过相关资料，发现了 PM2.5
5 y$ J3 J3 D' V. }使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
0 t4 o- K% I2 F& I) j! E  i2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题，
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
0 _& o! n9 B9 F浓度随时间的推移呈下降趋势，1 月和 2 月份是浓度的高
3 |0 u0 a  J4 _5 ~个分区的变化趋势一致，而且，高压开关厂和广运
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
- E: V2 i; j( ?# Q. d( 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
8 _2 j1 p% O" d8 t+ g、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区，这些都是生活
$ a* _4 {  a/ q( ?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
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
- E# d5 }. Q' q. o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
' l- t4 R0 Q1 D）
赛赛
' e5 ?: j9 ~1 h' t首先使用相关分析探讨了
然后通过
6 o0 B+ L0 j/ X( w# T0 A1 \定量与定性分析了西安
PM2.5 扩散的
最后通过
同时对模型的
的相关性和关系。首
呈正相关，且相
. t) t8 j; F# f/ l/ vPM2.5 还会
与其他污染物的关系，
129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
，首先，
PM2.5 的时
月份是浓度的高
3 f$ T6 g6 d8 A/ L9 y高压开关厂和广运
5 g: F1 ^6 L% _# G' nPM2.5 浓
: H0 @( ]* x+ Q0 e! \/ C+ q# `& a西安市的东南部的空气质量
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。
' [( c6 [3 Q3 a$ K建立一维的反
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
4 n+ E' @9 k- A# A5 d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
3 ?/ D# h6 P, W& M0 ?; \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
4 L3 Q' L2 u# e# O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；
3 o; `) [! l4 n( R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
- t1 t! y5 {) D0 S  w& JPM2.5 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
+ T, A! T' f* g+ X" A  e- x/ P! ]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
) O8 r9 t$ [  A2 _3 l  z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。
- H, A& h" G/ e3 _7 O" K' S  S( T/ l$ 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
1 L: I6 k/ Y8 E2 N( a于安全地带。
$ |; {5 o  W6 k; H% N3 X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; S* E, L) [6 ^& O4 ]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
. U1 Q6 s4 C9 n  N: ~- N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
: K) j% {/ U3 o# n/ @# }: d6 Gmg m/ 降到 35
3
mg 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
& z2 {) C% o& L- D% \" b8 b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
8 ~9 W) v3 R; w" c, b; o' X( G3
0 v3 I% b9 m5 x- l# C# r) ~8 g) xmg m/ ，五年需
& z& a( h6 @! S, m/ Z$ `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
7 @9 }# e% F" ~. [4 F7 O: T了一份治理空气污染的建议。
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