空氣中PM2.5的動態擴散及宏觀預測探討

摘 要：PM2.5是近年來比較熱門的詞匯，其中文名為細顆粒物。尤其隨著人們環保意識的增強，M2.5已被列為評定空氣質量優劣的重要指標，因此，加強對PM2.5的研究具有重要的現實意義。文章對PM2.5擴散規律進行探討，并提出針對性治理措施，以期為減少空氣中PM2.5含量，改善空氣質量提供參考。

關鍵詞：PM2.5；擴散；預測；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量造成較大影響。同時，因其具有易附帶有毒物、活性強、粒徑小等特點，往往給人們的身體健康構成較大威脅，因此，加強PM2.5的治理深受國家環保部門的重視。

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擴散規律，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動態擴散之間有什么關系呢？

通過對空氣中不同成分進行相關性分析發現，空氣中SO2給PM2.5動態擴散產生的影響較為顯著，對PM2.5的貢獻較大，其次為NO2、PM10、CO等。為進一步研究空氣成分給PM2.5的影響，在這里利用PM2.5與空氣中的相關成分進行Pearson相關性分析，并在此基礎之上構建多元非線性對數模型進行驗證，其中Pearson相關性分析過程中使用|r|評價兩者之間相關性好壞，當|r|的值與1之間的差距越小，表明相關性越強。具體數據如表1所示。

表1 空氣成分Pearson相關性分析

由表1中數據不難看出，CO與PM2.5相關性較強。為避免因變量給研究結果造成的不良影響，取研究對象的對數，并將新變量間的平方項與交叉項考慮在內構件如下的多元非線性對數模型：

為系數

利用收集到的數據對模型進行擬合度驗證，結果表明除個別數據的點脫離模型圖像，其他數據均落在了圖像上，表明構建的模型準確性較好。

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量產生直接影響，例如空氣濕度較大時空氣質量一般較低。那么空氣濕度與PM2.5之間有什么關系呢？以某地為例分別監測陰天與晴天狀態下的PM2.5的值，結果發現陰天PM2.5的值高于晴天。之所以會出現這種情況，說明空氣中濕度較大時，污染物不易擴散，而且污染物顆粒之間影響程度加大。以此為基礎構建濕度的多元非線性對數模型：

其中ai、bi、ci，j為系數，d為濕度變量系數，H為濕度變量

根據收集到的信息對模型進行優化，進一步提高了模型質量。另外，也充分證明了空氣濕度會給PM2.5濃度產生較大影響。

2 PM2.5時空分布

分析PM2.5的時空分布特點，有助于掌握PM2.5分布規律，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作為對象進行研究：地點A、地點B、地點C，其中地點A處于工業重工業區，附近具有較大車流量，污染較為嚴重，經監測該區域的PM2.5均值為214.05。地點B位于郊區，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。經監測該地點的PM2.5平均值為210.05。地點C距離城市較遠，幾乎沒有工廠，空氣質量較好，該地的PM2.5的平均值為68.02。分析監測結果不難發現，空氣污染嚴重地區的PM2.5的值相對較高，表明污染嚴重的空氣中含有較多顆粒物質。

3 PM2.5的擴散分析

經研究發現PM2.5擴散由污染物點源擴散與面源擴散之分，為準確掌握兩種擴散規律接下來對其進行簡單分析：分析PM2.5污染物點源擴散實質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。為能夠定量的對擴散過程中污染物時空分布情況進行分析應構建相關模型，并通過實際情況對模型加以驗證，文章研究構建的模型為：

其中μ為顆粒速度，He點源的平均高度，Q為點源的初始濃度。另外，受空氣濕度、風力等因素的綜合影響，PM2.5中的污染物會進行面源擴散。同時，考慮到面源高度及平面分布并不均勻，應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根據研究空間大小及面源分布而定。于是構建如下的污染物面源擴散模型：

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、空間分布以及擴散的研究可為準確掌握PM2.5發生規律，提出治理策略提供理論參考。PM2.5治理是一個系統工程，為獲得滿意的治理效果尤其應注重綜合治理與專項治理。其中在尋找綜合治理策略時應避免宏觀基本面數據出現較大幅度的震蕩，這就需要通過構建相關模型進行分析，以保持治理工作的穩定性與持續性。同時，人與社會關系密切，PM2.5的產生并非偶然，因此研究與PM2.5出現的間接或直接因素，理清其中間的關系構建合理模型，在此基礎之上制定綜合治理策略才更具針對性。經研究表明PM2.5的綜合治理可從以下內容入手：首先，加大環境治理工作中基礎設施的投入，尤其應做好對外綠化工作，及時清理綠化帶，以改善綠色植物對粉塵的吸收效果；其次，節能減排。加大對車輛的管理力度，改善城市公交系統，減少污染物的排放；最后，積極鼓勵應用環保車輛，減少碳的排放量等。同時，為進一步增強PM2.5治理效果，還應開展使用專項治理工作。專項治理時應把握以下內容：首先，制定明確的專項治理目標。一方面明確PM2.5專項治理的內容，并對具體的實施流程進行科學規劃，確保專項治理工作的可行性。另一方面，在滿足治理目標要求下，制定科學、合理的治理方案，力爭將治理費用降到最低；其次，鼓勵更多的人參與PM2.5專項治理活動中。既要積極協調政府相關部門，為PM2.5治理提供必要的幫助，又要積極發動群眾，齊心協力保證PM2.5專項治理工作的圓滿完成。

5 結束語

PM2.5不僅危害人們的身體健康，而且引起霧霾天氣的出現，大大降低空氣能見度，給人們的出行帶來諸多不便，因此國家相關部門應重視PM2.5內容的研究，通過構建相關模型，準確預測PM2.5擴散規律，以做好綜合與專項治理工作，改善空氣質量，給人們的生產生活營造良好的環境。

參考文獻

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作者簡介：閆家鵬，工作單位：撫順市環境監測中心站，學歷本科，研究方向：環境監測及管理。