吳忠市PM2.5關(guān)聯(lián)特征及防治對策分析

文_哈聰娣 寧夏環(huán)境科學(xué)研究院（有限責(zé)任公司）

當(dāng)前，國內(nèi)學(xué)者對PM2.5大多從環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）角度進(jìn)行研究，對溫濕度、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象因素考慮較少；制定防治措施，多從定性角度出發(fā)，較少建立數(shù)學(xué)模型定量研究。本文以吳忠市2019年環(huán)境空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)為樣本，對PM2.5的關(guān)聯(lián)特征和防治措施展開研究，為有關(guān)部門做好PM2.5防治工作提供一些有益探索。

1 PM2.5關(guān)聯(lián)特征分析

1.1 PM2.5與AQI基本監(jiān)測指標(biāo)的關(guān)聯(lián)特征

選取吳忠市2019.1.1～2019.12.31空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)作為樣本，使用SPSS19.0軟件，采取秩和檢驗方法，對PM2.5濃度與SO2、NO2、PM10、CO、O3等5種AQI基本監(jiān)測指標(biāo)相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。檢驗結(jié)果如表1所示。

表1 吳忠市AQI基本監(jiān)測指標(biāo)相關(guān)系數(shù)

由于AQI基本監(jiān)測指標(biāo)之間具有相關(guān)性，設(shè)Y為因變量（PM2.5濃度），自變量為X1（SO2）、X2（NO2）、X3（PM10）、X4（CO）、X5（O3），建立多元逐步回歸模型驗證6個基本指標(biāo)函數(shù)關(guān)系。結(jié)果如表2所示。

表2 吳忠市PM2.5濃度逐步回歸模型

則最優(yōu)回歸方程為：

多元回歸方程的統(tǒng)計量滿足，其在顯著水平上具有顯著性。PM2.5觀測值、預(yù)測值的相對平均誤差為13.2%，擬合效果較好。

1.2 PM2.5與氣象因素的關(guān)聯(lián)特征

選取吳忠市2019.1.1～2019.12.31氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，利用秩和檢驗對PM2.5濃度與相對溫度、最低氣溫、最高氣溫、風(fēng)速和風(fēng)向等氣象因素相關(guān)關(guān)系進(jìn)行分析。檢驗結(jié)果如表3所示。

表3 吳忠市PM2.5與氣象因素相關(guān)系數(shù)

設(shè)Y為因變量（PM2.5濃度），自變量為X6（相對濕度）、X7（最低氣溫）、X8（最高氣溫）、X9（風(fēng)速）、X10（風(fēng)向），建立回歸模型驗證函數(shù)關(guān)系。結(jié)果如表4所示。

表4 吳忠市PM2.5濃度的回歸模型

最優(yōu)回歸方程為：

多元回歸方程的統(tǒng)計量滿足，具有顯著性。PM2.5觀測值、預(yù)測值的相對平均誤差為14.6%，擬合效果較好。

2 PM2.5防治對策分析

2019年吳忠市PM2.5平均濃度為28，2020年為34，增長率為21.4%。政府計劃采取專項治理與綜合治理相結(jié)合的方式，在未來10年內(nèi)（2021～2030年）將PM2.5年平均濃度降低到25。本文以政府減排計劃實施滿意度最大和投入總費用最小為目標(biāo)，建立多目標(biāo)數(shù)學(xué)模型，為政府制訂PM2.5減排計劃和逐年經(jīng)費投入計劃提供依據(jù)。

2.1 投入總費用模型

據(jù)估算，專項治理費用是當(dāng)年減少PM2.5濃度平方的0.005倍（百萬元），綜合治理費用是當(dāng)年減少PM2.5濃度的1倍（百萬元）。設(shè) 為投入的總費用，為綜合治理投入費用，為專項治理投入費用，則投入的總費用最少為：

2.2 PM2.5減排計劃實施滿意度最大模型

假設(shè)綜合治理和專項治理下的總滿意度為，未來10年P(guān)M2.5減排計劃實施滿意度最大可表示為：

表示未來10年綜合治理和專項治理下的滿意度。

2.3 模型約束條件

2.3.1 10年內(nèi)PM2.5需減少的年平均濃度總和約束

考慮到2020年P(guān)M2.5年平均濃度比2019年增加了24.1%，假設(shè)未來10年該增長率保持不變，則約束條件為：

2.3.2 經(jīng)費逐年投入約束

治理過程中政府將逐年投入經(jīng)費，假設(shè)其每年經(jīng)費以一個等比數(shù)列的方式“逐年”投入，設(shè)等比數(shù)列的公比為，則有約束：

2.3.3 每年綜合治理、專項治理的效用函數(shù)約束

每年綜合治理和專項治理的效用函數(shù)隨該年P(guān)M2.5年平均濃度減少量而決定，利用模糊數(shù)學(xué)理論，則約束為：

對于參數(shù)，利用“高通濾波系統(tǒng)中下限截止頻率”的方法可以確定為 。

運用LINGO11.0軟件對上述模型進(jìn)行求解，最大滿意度 為0.97，最小投入總費用為103.39（百萬元），為1.26，未來10年P(guān)M2.5減排計劃如表5所示。

表5 吳忠市PM2.5濃度未來10年減排計劃

由表5可知：①吳忠市PM2.5年平均濃度逐年減少，到2030年達(dá)到預(yù)定指標(biāo)25，表明可以采用漸進(jìn)性治理計劃，一方面繼續(xù)運轉(zhuǎn)已投產(chǎn)的大型項目，另一方面加快經(jīng)濟轉(zhuǎn)型，產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級，充分發(fā)揮技術(shù)開發(fā)區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)等輻射帶動作用和新興產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，減少污染物排放。②吳忠市PM2.5年平均濃度在前3～4年變化比較平穩(wěn)，但在以后6～7年的中長期發(fā)展中變化幅度逐漸增加。這是由于一般經(jīng)濟轉(zhuǎn)型期約為3～4年時間，這種“治根”的方法在短時間內(nèi)可能對PM2.5污染防治效果不明顯，但一旦經(jīng)濟發(fā)展從整體向第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，第二產(chǎn)業(yè)逐漸萎縮，那么該區(qū)域內(nèi)PM2.5值將會快速下降。

3 結(jié)語

吳忠市應(yīng)立足資源和環(huán)境特點，以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、加強清潔能源利用以及提高產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入門檻為手段，努力解決以PM10和PM2.5為重點的大氣污染問題，逐步改善空氣質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，推動經(jīng)濟、社會、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，開創(chuàng)吳忠市生態(tài)文明建設(shè)的新時代。