PM2.5的成因、传播及控制摘要.docVIP

题目： PM2.5的成因、传播及控制 摘要 本文围绕PM2.5的问题展开，涵盖了PM2.5的形成因素，在大气运动下扩散，PM2.5防治以及治理等问题。对当今雾霾严重的情况下研究PM2.5的成因以及防治有些重要的意义。 问题一针对PM2.5的形成，通过查询文献资料，得到了北京一年中PM2.5中所包含的主要物质以及其来源，因为其所包含的变量较多，若对其一一分析则显得费时费力，而主成分分析可以通过减少变量的数目，因此选择主成分模型对数据进行分析，运用了Matlab以及Spss的因子分析，最终得出了PM2.5主要来自生活中的建筑尘，土壤尘，冶金尘。 问题二控制了变量，要求只在考虑大气运动的影响下，求PM2.5扩散传播的数学模型。由此想到应该通过高斯扩散模型，对各类污染源进行扩散分析，得到结果。 问题三要求利用问题一二已有的PM2.5的形因模型及传播模型，综合和考虑防治成本和治理效果两方面因素，针对PM2.5提出最优的控制方案：根据无机化学的零能耗以及稀有金属的污染性，工厂应当在不牺牲环境效益的基础上最大限度的保有经济效益，重金属铁钙铜鎳的回收循环利用。 关键词 主成分模型 因子分析 冶金尘 高斯扩散模型 一、问题背景和重述 1.1问题背景 PM2.5指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。虽然PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。 与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，面积大，活性强，易附带有毒、有害物质，例如，重金属、微生物等，且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。 1.2问题重述 为更加有效的治理PM2.5，试建立数学模型，分析我国的PM2.5环境问题的现状，问题如下： 1、试通过查阅资料，分析出PM2.5的形成因素，并建立数学模型进行定量描述； 2、试建立仅考虑大气运动影响下，PM2.5扩散传播的数学模型； 3、通过PM2.5的形因模型及传播模型，综合防治成本和治理效果两方面因素，提出最优的控制方案。 二、问题分析 2.1问题一的分析 PM2.5污染成因复杂，与多种大气污染物排放和大气化学过程相关，要控制PM2.5的污染，首先要科学地确定PM2.5的来源，识别重点污染源，有针对性地采取控制措施。 根据国内其他城市PM2.5源解析的结果可以看出，城市中的各种扬尘、机动车尾气排放、民用生活和餐饮源，以及水泥、钢铁炼焦、火电等工业源直接排放的颗粒物等等，这些 一次颗粒物都是PM2.5的组成部分。 而二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机污染物与氨等气体排放经大气转化形成的二次颗粒物及其区域输送也是PM2.5的重要组成部分。 在徐州市环境监测中心站在前期开展PM10水平、组成与来源研究的基础上，对武汉市环境空气中PM2.5来源进行了预测，初步排序结果为：二次颗粒物、机动车排放、建筑源地面扬尘、燃煤和钢铁制造及冶炼。 从这个研究结果来看，二次颗粒物是PM2.5污染中最重要的组成部分。PM2.5污染中最重要的组成部分是二次颗粒物，而二次颗粒物是二氧化硫、氮氧化物、挥发性有机污染物与氨等气体排放经大气转化形成的。 二氧化硫等气体也是空气质量指数的分指标，也就是说，AQI监测指标中的二氧化硫()，二氧化氮()，一氧化碳()等等是在一定环境条件下形成PM2.5前的主要气态物体，因此，我们可以通过PM2.5与空气质量指数的其余指标之间的关系来分析PM2.5的污染成因。 2.2问题二的分析 在不考虑湿度等天气和季节对PM2.5浓度的影响时，当PM2.5以某一点源为中心向四周迅速扩散，形成一个近似于圆形的不透光区域，最初这个区域逐渐增大，后来它的边界变得明亮起来，不透光区域渐渐变小，最后PM2.5完全消失。 现假设有沿X轴正方向的风，且无其他方向的风，则与上述模型相比，在Y、Z轴完全一致，在X轴将发生偏移。服从高斯烟羽模型，满足高斯烟羽模型的基本假设。本模型将在该假设的前提下，考虑风力影响，并将给出的十三个点作为PM2.5的点源，由高斯烟羽模型求解点源放出PM2.5并扩散，直到达到平衡的过程。 2.3问题三的分析 本文的模型是在一系列假设的基础上建 立的，然而在实际生活中这些假设都是存在的，所以当发生异常事件时，考虑 PM2.5 浓度剧烈变化。同时不能忽略从综合防治成本和治理效果的方面进行考虑。 三、模型假设 综合本题的实际，为了确保模型求解的准确性和合理性，排除一些因素的干扰，提出以下几点假设： 1、PM2.5的浓度在y、z轴上的分布是高斯分布（正态分布）的，污染源的源强是连续且均匀的，初始时刻产生P