空气中PM2.5的动态扩散及宏观预测探讨

摘 要：PM2.5是近年来比较热门的词汇，其中文名为细颗粒物。尤其随着人们环保意识的增强，M2.5已被列为评定空气质量优劣的重要指标，因此，加强对PM2.5的研究具有重要的现实意义。文章对PM2.5扩散规律进行探讨，并提出针对性治理措施，以期为减少空气中PM2.5含量，改善空气质量提供参考。

关键词：PM2.5；扩散；预测；治理

尽管在大气成分中PM2.5含量非常少，但却给能见度及空气质量造成较大影响。同时，因其具有易附带有毒物、活性强、粒径小等特点，往往给人们的身体健康构成较大威胁，因此，加强PM2.5的治理深受国家环保部门的重视。

1 PM2.5的影响因素

1.1 空气成分给PM2.5的影响

为研究PM2.5扩散规律，需要对空气中可能给PM2.5造成影响的成分加以分析。众多周知，空气中含有CO、NO2、SO2等成分，这些成分与PM2.5动态扩散之间有什么关系呢？

通过对空气中不同成分进行相关性分析发现，空气中SO2给PM2.5动态扩散产生的影响较为显著，对PM2.5的贡献较大，其次为NO2、PM10、CO等。为进一步研究空气成分给PM2.5的影响，在这里利用PM2.5与空气中的相关成分进行Pearson相关性分析，并在此基础之上构建多元非线性对数模型进行验证，其中Pearson相关性分析过程中使用|r|评价两者之间相关性好坏，当|r|的值与1之间的差距越小，表明相关性越强。具体数据如表1所示。

表1 空气成分Pearson相关性分析

由表1中数据不难看出，CO与PM2.5相关性较强。为避免因变量给研究结果造成的不良影响，取研究对象的对数，并将新变量间的平方项与交叉项考虑在内构件如下的多元非线性对数模型：

为系数

利用收集到的数据对模型进行拟合度验证，结果表明除个别数据的点脱离模型图像，其他数据均落在了图像上，表明构建的模型准确性较好。

1.2 空气湿度给PM2.5的影响

众多周知，空气湿度会给空气质量产生直接影响，例如空气湿度较大时空气质量一般较低。那么空气湿度与PM2.5之间有什么关系呢？以某地为例分别监测阴天与晴天状态下的PM2.5的值，结果发现阴天PM2.5的值高于晴天。之所以会出现这种情况，说明空气中湿度较大时，污染物不易扩散，而且污染物颗粒之间影响程度加大。以此为基础构建湿度的多元非线性对数模型：

其中ai、bi、ci，j为系数，d为湿度变量系数，H为湿度变量

根据收集到的信息对模型进行优化，进一步提高了模型质量。另外，也充分证明了空气湿度会给PM2.5浓度产生较大影响。

2 PM2.5时空分布

分析PM2.5的时空分布特点，有助于掌握PM2.5分布规律，为找出针对性解决措施提供重要参考。为此文章选择了三个地点作为对象进行研究：地点A、地点B、地点C，其中地点A处于工业重工业区，附近具有较大车流量，污染较为严重，经监测该区域的PM2.5均值为214.05。地点B位于郊区，零星的分布一些小型工厂，考虑到小型工厂在废弃物处理方面的投入不足，仍向大气中排放废气。经监测该地点的PM2.5平均值为210.05。地点C距离城市较远，几乎没有工厂，空气质量较好，该地的PM2.5的平均值为68.02。分析监测结果不难发现，空气污染严重地区的PM2.5的值相对较高，表明污染严重的空气中含有较多颗粒物质。

3 PM2.5的扩散分析

经研究发现PM2.5扩散由污染物点源扩散与面源扩散之分，为准确掌握两种扩散规律接下来对其进行简单分析：分析PM2.5污染物点源扩散实质上研究的是烟流与湍流传输过程中污染物浓度的改变情况。为能够定量的对扩散过程中污染物时空分布情况进行分析应构建相关模型，并通过实际情况对模型加以验证，文章研究构建的模型为：

其中μ为颗粒速度，He点源的平均高度，Q为点源的初始浓度。另外，受空气湿度、风力等因素的综合影响，PM2.5中的污染物会进行面源扩散。同时，考虑到面源高度及平面分布并不均匀，应将研究空间划分成若干小正方形，作为面源单元。至于其边长的选取应根据研究空间大小及面源分布而定。于是构建如下的污染物面源扩散模型：

上式中v表示颗粒速度，He为面源的平均高度，Q'为面源的初始浓度。

4 PM2.5的治理策略分析

通过以上对PM2.5的影响因素、空间分布以及扩散的研究可为准确掌握PM2.5发生规律，提出治理策略提供理论参考。PM2.5治理是一个系统工程，为获得满意的治理效果尤其应注重综合治理与专项治理。其中在寻找综合治理策略时应避免宏观基本面数据出现较大幅度的震荡，这就需要通过构建相关模型进行分析，以保持治理工作的稳定性与持续性。同时，人与社会关系密切，PM2.5的产生并非偶然，因此研究与PM2.5出现的间接或直接因素，理清其中间的关系构建合理模型，在此基础之上制定综合治理策略才更具针对性。经研究表明PM2.5的综合治理可从以下内容入手：首先，加大环境治理工作中基础设施的投入，尤其应做好对外绿化工作，及时清理绿化带，以改善绿色植物对粉尘的吸收效果；其次，节能减排。加大对车辆的管理力度，改善城市公交系统，减少污染物的排放；最后，积极鼓励应用环保车辆，减少碳的排放量等。同时，为进一步增强PM2.5治理效果，还应开展使用专项治理工作。专项治理时应把握以下内容：首先，制定明确的专项治理目标。一方面明确PM2.5专项治理的内容，并对具体的实施流程进行科学规划，确保专项治理工作的可行性。另一方面，在满足治理目标要求下，制定科学、合理的治理方案，力争将治理费用降到最低；其次，鼓励更多的人参与PM2.5专项治理活动中。既要积极协调政府相关部门，为PM2.5治理提供必要的帮助，又要积极发动群众，齐心协力保证PM2.5专项治理工作的圆满完成。

5 结束语

PM2.5不仅危害人们的身体健康，而且引起雾霾天气的出现，大大降低空气能见度，给人们的出行带来诸多不便，因此国家相关部门应重视PM2.5内容的研究，通过构建相关模型，准确预测PM2.5扩散规律，以做好综合与专项治理工作，改善空气质量，给人们的生产生活营造良好的环境。

参考文献

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[3]陈军，高岩，张烨培，等.PM2.5扩散模型及预测研究[J].数学的实践与认识，2014，15：16-27.

作者简介：闫家鹏，工作单位：抚顺市环境监测中心站，学历本科，研究方向：环境监测及管理。