空氣中PM2.5的動(dòng)態(tài)擴(kuò)散及宏觀預(yù)測(cè)探討

摘 要：PM2.5是近年來(lái)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(shí)的增強(qiáng)，M2.5已被列為評(píng)定空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，因此，加強(qiáng)對(duì)PM2.5的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。文章對(duì)PM2.5擴(kuò)散規(guī)律進(jìn)行探討，并提出針對(duì)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(cè)；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(shí)，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(guó)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(duì)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(dòng)態(tài)擴(kuò)散之間有什么關(guān)系呢？

通過(guò)對(duì)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(dòng)態(tài)擴(kuò)散產(chǎn)生的影響較為顯著，對(duì)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(duì)數(shù)模型進(jìn)行驗(yàn)證，其中Pearson相關(guān)性分析過(guò)程中使用|r|評(píng)價(jià)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(duì)象的對(duì)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(duì)數(shù)模型：

為系數(shù)

利用收集到的數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行擬合度驗(yàn)證，結(jié)果表明除個(gè)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(huì)給空氣質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，例如空氣濕度較大時(shí)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(cè)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(huì)出現(xiàn)這種情況，說(shuō)明空氣中濕度較大時(shí)，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(duì)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(duì)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(huì)給PM2.5濃度產(chǎn)生較大影響。

2 PM2.5時(shí)空分布

分析PM2.5的時(shí)空分布特點(diǎn)，有助于掌握PM2.5分布規(guī)律，為找出針對(duì)性解決措施提供重要參考。為此文章選擇了三個(gè)地點(diǎn)作為對(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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(duì)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(lái)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)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(guò)程中污染物濃度的改變情況。為能夠定量的對(duì)擴(kuò)散過(guò)程中污染物時(shí)空分布情況進(jìn)行分析應(yīng)構(gòu)建相關(guān)模型，并通過(guò)實(shí)際情況對(duì)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(huì)進(jìn)行面源擴(kuò)散。同時(shí)，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(zhǎng)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(guò)以上對(duì)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(gè)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(shí)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(guò)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(shí)，人與社會(huì)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(duì)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(duì)外綠化工作，及時(shí)清理綠化帶，以改善綠色植物對(duì)粉塵的吸收效果；其次，節(jié)能減排。加大對(duì)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(lì)應(yīng)用環(huán)保車輛，減少碳的排放量等。同時(shí)，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(shí)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(duì)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(zhēng)將治理費(fèi)用降到最低；其次，鼓勵(lì)更多的人參與PM2.5專項(xiàng)治理活動(dòng)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(dòng)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(yǔ)

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(lái)諸多不便，因此國(guó)家相關(guān)部門應(yīng)重視PM2.5內(nèi)容的研究，通過(guò)構(gòu)建相關(guān)模型，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)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(yíng)造良好的環(huán)境。

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