空气中 PM2.5 问题的研究 海军工程大学 90038016队

杨利霞

空气中 PM2.5 问题的研究 海军工程大学 90038016队

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% @6 Z# x6 w' K' q9 z8 gPM2.5 是空气质量指数 AQI 中的重要监测指标，是产生灰霾的主要因素，对人类
0 x+ s; d/ [+ H. J1 \健康危害极大。由于 PM2.5 进入公众视线的时间还很短，与它相关的统计数据比较缺
乏，从而限制了对其客观规律的了解。对此，本文着重进行了以下几个方面的工作：
一、PM2.5 的相关因素分析。结合附件 1 中的数据，利用 Pearson 相关分析法计
- h' G9 L& N8 H2 I算 AQI 中 PM2.5、SO2、NO2、PM10、CO 以及 O3 等 6 个监测分指标的指标值及其污
染物含量相互间的相关系数，定量地分析了 6 个指标之间相关性的强弱，发现 PM2.5
与 SO2、NO2、PM10、CO 具有很强的正相关性，而与 O3 呈较弱负相关。在此基础上，
; G, K- P2 R, c建立了 PM2.5（含量）与其它 5 个分指标及其对应污染物（含量）的多元线性回归模
5 J4 n  o+ P& e- ^" v型，并利用附件中的数据对回归模型的合理性进行了验证。
0 V5 |7 R9 l5 K! {  K# V8 i二、PM2.5 的分布与演变及应急处理。利用附件 2 中 SO2、NO2、PM10、PM2.5
的 2013 年数据建立了 PM2.5 的 3 元线性回归模型，利用回归方程拟合 2010 年 ~ 2012
年间缺失的 PM2.5 数据，并以此绘制 2010 年 ~ 2013 年间西安市 13 个区域对应的
* }3 W2 y# E! N0 u  J  d2 y8 |' |& }PM2.5 拟合值曲线，对不同区域和时间段的分布情况进行分析，发现 PM2.5 具有季节
3 x8 A  o8 d6 i" t! N, x  P$ w5 h# e性、区域性的分布特点。同时，计算附件 2 中各区域 2010 年 ~ 2013 年间每个季节空
; G* e- j' w/ X. D3 w8 m9 i气质量指数的平均值，取其相应的污染等级对各区域做出了污染评估。
在合理假设的前提下，根据扩散理论建立了简化的 PM2.5 连续点源扩散模型，定
9 X8 Q3 f" @9 u; \( m6 E* c量地分析了 PM2.5 与风力之间的相关性，并利用附件 2 中的数据对 PM2.5 与湿度之
间的相关性进行了定性分析；再提取附件2中的两组数据分别建立其PM2.5扩散模型，
* B, a& }4 m. A" M% F' C绘制其正下风向的扩散分布图，从而对 PM2.5 扩散模型进行了定量与定性分析。
7 ], L) b/ Q) p3 T% X1 r2 V7 M当污染源的 PM2.5 浓度值急剧升高时（作为新污染源），周边区域的 PM2.5 浓度
在短时间内不会发生突变，继而建立新污染源的短暂连续点源扩散模型，并提出了污
: x$ f3 m& j$ U# m& @* v0 g! p染扩散预测与评估方法：对污染源下风向 处的区域，分析在 时刻该处的 PM2.5 浓
4 F" G# q+ C' G7 {% @/ D- X( l度是受新污染源影响还是受初始污染源影响，再利用相应的污染源扩散方程预测该处P
的 PM2.5 浓度，并换算其对应的空气质量指数，继而做出污染评估。进一步，结合附
件 2 中的数据，利用该扩散模型进行预测评估，通过统计下风向不同区域的污染等级，
6 i) ]4 J( k' b. u0 g给出了重度污染和可能安全区域。
$ V; g- b) J9 G: u0 [( ?为分析文中扩散模型的合理性，在附件 2 中选用小寨、纺织城、兴庆小区、市人
' u8 E' B5 x2 Q民体育场等 4 个监测点数据进行比对分析：利用后三个监测点建立 PM2.5 扩散模型，
并对小寨的 PM2.5 浓度值进行估计，将该值与真实测量值进行比较，继而分析扩散模
型的合理性。同时，结合已有的研究成果，对 PM2.5 的成因、演变等一般性规律进行
了探索。
/ r# Z6 o5 D2 W  U三、空气质量的控制管理。在分析 PM2.5 的污染成因后，总体上依据“先源头、
& ~1 r2 E; ]' E" h' b6 ~8 u后时段”两次分配的思路，确定阶段治污目标并制定相应的治污方案。在分析附件 1
( _9 \1 A- g$ V" q! A/ S$ n所在地区 PM2.5 的主要来源类别及其贡献率的基础上，按照“源头治理，贡献率越大，
; D4 J7 L4 C/ G8 b0 e# D要求完成的治理指标越高”的基本原则，按比例分配给 PM2.5 主要来源不同的治理指
标。针对不同的 PM2.5 来源，根据其治理措施的有效性、周期性等特点，分别设计每
/ a5 P$ Y( ^5 C- H# {( d0 }年的治理指标，继而确定该区域 5 年内的污染治理计划，并给出了每年的全年年终平
) Q* m! B1 A  g$ X& X6 ?均治理指标。
" q7 H# m) r, V8 M采用综合治理、专项治理相结合制定治污方案的思路，将 PM2.5 治理指标按比例
8 d+ c6 X% C5 f/ A% }, a2 F/ _6 D分配给该两种治污方式来完成，继而得到每年投入经费与 5 年投入总经费的数学表
5 E2 T, z. w: a  Y# N) J- n  x: H3 l达式；在完成预订治理目标的前提下，以总经费尽可能低、每年投入经费适度均衡为
$ ]' n* T1 ~) W: P8 s) f, M: b9 ]优化目标，建立优化模型对专项治理计划进行优化，给出了五年投入总经费和逐年经
费投入的预算，并对专项治理方案的合理性进行了说明。
+ ^) }# s1 |5 r最后，我们分析了本文工作的优缺点，并提出了改进方向。
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