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        空氣中PM2.5的動態(tài)擴(kuò)散及宏觀預(yù)測探討

        2015-05-07 18:00:46閆家鵬
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2015年14期
        關(guān)鍵詞:分析模型研究

        摘 要:PM2.5是近年來比較熱門的詞匯,其中文名為細(xì)顆粒物。尤其隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng),M2.5已被列為評定空氣質(zhì)量優(yōu)劣的重要指標(biāo),因此,加強(qiáng)對PM2.5的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章對PM2.5擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行探討,并提出針對性治理措施,以期為減少空氣中PM2.5含量,改善空氣質(zhì)量提供參考。

        關(guān)鍵詞:PM2.5;擴(kuò)散;預(yù)測;治理

        盡管在大氣成分中PM2.5含量非常少,但卻給能見度及空氣質(zhì)量造成較大影響。同時,因其具有易附帶有毒物、活性強(qiáng)、粒徑小等特點(diǎn),往往給人們的身體健康構(gòu)成較大威脅,因此,加強(qiáng)PM2.5的治理深受國家環(huán)保部門的重視。

        1 PM2.5的影響因素

        1.1 空氣成分給PM2.5的影響

        為研究PM2.5擴(kuò)散規(guī)律,需要對空氣中可能給PM2.5造成影響的成分加以分析。眾多周知,空氣中含有CO、NO2、SO2等成分,這些成分與PM2.5動態(tài)擴(kuò)散之間有什么關(guān)系呢?

        通過對空氣中不同成分進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn),空氣中SO2給PM2.5動態(tài)擴(kuò)散產(chǎn)生的影響較為顯著,對PM2.5的貢獻(xiàn)較大,其次為NO2、PM10、CO等。為進(jìn)一步研究空氣成分給PM2.5的影響,在這里利用PM2.5與空氣中的相關(guān)成分進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析,并在此基礎(chǔ)之上構(gòu)建多元非線性對數(shù)模型進(jìn)行驗(yàn)證,其中Pearson相關(guān)性分析過程中使用|r|評價兩者之間相關(guān)性好壞,當(dāng)|r|的值與1之間的差距越小,表明相關(guān)性越強(qiáng)。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

        表1 空氣成分Pearson相關(guān)性分析

        由表1中數(shù)據(jù)不難看出,CO與PM2.5相關(guān)性較強(qiáng)。為避免因變量給研究結(jié)果造成的不良影響,取研究對象的對數(shù),并將新變量間的平方項(xiàng)與交叉項(xiàng)考慮在內(nèi)構(gòu)件如下的多元非線性對數(shù)模型:

        為系數(shù)

        利用收集到的數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行擬合度驗(yàn)證,結(jié)果表明除個別數(shù)據(jù)的點(diǎn)脫離模型圖像,其他數(shù)據(jù)均落在了圖像上,表明構(gòu)建的模型準(zhǔn)確性較好。

        1.2 空氣濕度給PM2.5的影響

        眾多周知,空氣濕度會給空氣質(zhì)量產(chǎn)生直接影響,例如空氣濕度較大時空氣質(zhì)量一般較低。那么空氣濕度與PM2.5之間有什么關(guān)系呢?以某地為例分別監(jiān)測陰天與晴天狀態(tài)下的PM2.5的值,結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰天PM2.5的值高于晴天。之所以會出現(xiàn)這種情況,說明空氣中濕度較大時,污染物不易擴(kuò)散,而且污染物顆粒之間影響程度加大。以此為基礎(chǔ)構(gòu)建濕度的多元非線性對數(shù)模型:

        其中ai、bi、ci,j為系數(shù),d為濕度變量系數(shù),H為濕度變量

        根據(jù)收集到的信息對模型進(jìn)行優(yōu)化,進(jìn)一步提高了模型質(zhì)量。另外,也充分證明了空氣濕度會給PM2.5濃度產(chǎn)生較大影響。

        2 PM2.5時空分布

        分析PM2.5的時空分布特點(diǎn),有助于掌握PM2.5分布規(guī)律,為找出針對性解決措施提供重要參考。為此文章選擇了三個地點(diǎn)作為對象進(jìn)行研究:地點(diǎn)A、地點(diǎn)B、地點(diǎn)C,其中地點(diǎn)A處于工業(yè)重工業(yè)區(qū),附近具有較大車流量,污染較為嚴(yán)重,經(jīng)監(jiān)測該區(qū)域的PM2.5均值為214.05。地點(diǎn)B位于郊區(qū),零星的分布一些小型工廠,考慮到小型工廠在廢棄物處理方面的投入不足,仍向大氣中排放廢氣。經(jīng)監(jiān)測該地點(diǎn)的PM2.5平均值為210.05。地點(diǎn)C距離城市較遠(yuǎn),幾乎沒有工廠,空氣質(zhì)量較好,該地的PM2.5的平均值為68.02。分析監(jiān)測結(jié)果不難發(fā)現(xiàn),空氣污染嚴(yán)重地區(qū)的PM2.5的值相對較高,表明污染嚴(yán)重的空氣中含有較多顆粒物質(zhì)。

        3 PM2.5的擴(kuò)散分析

        經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)PM2.5擴(kuò)散由污染物點(diǎn)源擴(kuò)散與面源擴(kuò)散之分,為準(zhǔn)確掌握兩種擴(kuò)散規(guī)律接下來對其進(jìn)行簡單分析:分析PM2.5污染物點(diǎn)源擴(kuò)散實(shí)質(zhì)上研究的是煙流與湍流傳輸過程中污染物濃度的改變情況。為能夠定量的對擴(kuò)散過程中污染物時空分布情況進(jìn)行分析應(yīng)構(gòu)建相關(guān)模型,并通過實(shí)際情況對模型加以驗(yàn)證,文章研究構(gòu)建的模型為:

        其中μ為顆粒速度,He點(diǎn)源的平均高度,Q為點(diǎn)源的初始濃度。另外,受空氣濕度、風(fēng)力等因素的綜合影響,PM2.5中的污染物會進(jìn)行面源擴(kuò)散。同時,考慮到面源高度及平面分布并不均勻,應(yīng)將研究空間劃分成若干小正方形,作為面源單元。至于其邊長的選取應(yīng)根據(jù)研究空間大小及面源分布而定。于是構(gòu)建如下的污染物面源擴(kuò)散模型:

        上式中v表示顆粒速度,He為面源的平均高度,Q'為面源的初始濃度。

        4 PM2.5的治理策略分析

        通過以上對PM2.5的影響因素、空間分布以及擴(kuò)散的研究可為準(zhǔn)確掌握PM2.5發(fā)生規(guī)律,提出治理策略提供理論參考。PM2.5治理是一個系統(tǒng)工程,為獲得滿意的治理效果尤其應(yīng)注重綜合治理與專項(xiàng)治理。其中在尋找綜合治理策略時應(yīng)避免宏觀基本面數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大幅度的震蕩,這就需要通過構(gòu)建相關(guān)模型進(jìn)行分析,以保持治理工作的穩(wěn)定性與持續(xù)性。同時,人與社會關(guān)系密切,PM2.5的產(chǎn)生并非偶然,因此研究與PM2.5出現(xiàn)的間接或直接因素,理清其中間的關(guān)系構(gòu)建合理模型,在此基礎(chǔ)之上制定綜合治理策略才更具針對性。經(jīng)研究表明PM2.5的綜合治理可從以下內(nèi)容入手:首先,加大環(huán)境治理工作中基礎(chǔ)設(shè)施的投入,尤其應(yīng)做好對外綠化工作,及時清理綠化帶,以改善綠色植物對粉塵的吸收效果;其次,節(jié)能減排。加大對車輛的管理力度,改善城市公交系統(tǒng),減少污染物的排放;最后,積極鼓勵應(yīng)用環(huán)保車輛,減少碳的排放量等。同時,為進(jìn)一步增強(qiáng)PM2.5治理效果,還應(yīng)開展使用專項(xiàng)治理工作。專項(xiàng)治理時應(yīng)把握以下內(nèi)容:首先,制定明確的專項(xiàng)治理目標(biāo)。一方面明確PM2.5專項(xiàng)治理的內(nèi)容,并對具體的實(shí)施流程進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃,確保專項(xiàng)治理工作的可行性。另一方面,在滿足治理目標(biāo)要求下,制定科學(xué)、合理的治理方案,力爭將治理費(fèi)用降到最低;其次,鼓勵更多的人參與PM2.5專項(xiàng)治理活動中。既要積極協(xié)調(diào)政府相關(guān)部門,為PM2.5治理提供必要的幫助,又要積極發(fā)動群眾,齊心協(xié)力保證PM2.5專項(xiàng)治理工作的圓滿完成。

        5 結(jié)束語

        PM2.5不僅危害人們的身體健康,而且引起霧霾天氣的出現(xiàn),大大降低空氣能見度,給人們的出行帶來諸多不便,因此國家相關(guān)部門應(yīng)重視PM2.5內(nèi)容的研究,通過構(gòu)建相關(guān)模型,準(zhǔn)確預(yù)測PM2.5擴(kuò)散規(guī)律,以做好綜合與專項(xiàng)治理工作,改善空氣質(zhì)量,給人們的生產(chǎn)生活營造良好的環(huán)境。

        參考文獻(xiàn)

        [1]楊新興,馮麗華,尉鵬.大氣顆粒物PM2.5及其危害[J].前沿科學(xué),2012,1:22-31.

        [2]張振華.PM2.5濃度時空變化特性、影響因素及來源解析研究[D].浙江大學(xué),2014.

        [3]陳軍,高巖,張燁培,等.PM2.5擴(kuò)散模型及預(yù)測研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識,2014,15:16-27.

        作者簡介:閆家鵬,工作單位:撫順市環(huán)境監(jiān)測中心站,學(xué)歷本科,研究方向:環(huán)境監(jiān)測及管理。

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