吴忠市PM2.5关联特征及防治对策分析

文_哈聪娣 宁夏环境科学研究院（有限责任公司）

当前，国内学者对PM2.5大多从环境空气质量指数（AQI）角度进行研究，对温湿度、风速、风向等气象因素考虑较少；制定防治措施，多从定性角度出发，较少建立数学模型定量研究。本文以吴忠市2019年环境空气质量数据为样本，对PM2.5的关联特征和防治措施展开研究，为有关部门做好PM2.5防治工作提供一些有益探索。

1 PM2.5关联特征分析

1.1 PM2.5与AQI基本监测指标的关联特征

选取吴忠市2019.1.1～2019.12.31空气质量数据作为样本，使用SPSS19.0软件，采取秩和检验方法，对PM2.5浓度与SO2、NO2、PM10、CO、O3等5种AQI基本监测指标相关关系进行分析。检验结果如表1所示。

表1 吴忠市AQI基本监测指标相关系数

由于AQI基本监测指标之间具有相关性，设Y为因变量（PM2.5浓度），自变量为X1（SO2）、X2（NO2）、X3（PM10）、X4（CO）、X5（O3），建立多元逐步回归模型验证6个基本指标函数关系。结果如表2所示。

表2 吴忠市PM2.5浓度逐步回归模型

则最优回归方程为：

多元回归方程的统计量满足，其在显著水平上具有显著性。PM2.5观测值、预测值的相对平均误差为13.2%，拟合效果较好。

1.2 PM2.5与气象因素的关联特征

选取吴忠市2019.1.1～2019.12.31气象数据进行研究，利用秩和检验对PM2.5浓度与相对温度、最低气温、最高气温、风速和风向等气象因素相关关系进行分析。检验结果如表3所示。

表3 吴忠市PM2.5与气象因素相关系数

设Y为因变量（PM2.5浓度），自变量为X6（相对湿度）、X7（最低气温）、X8（最高气温）、X9（风速）、X10（风向），建立回归模型验证函数关系。结果如表4所示。

表4 吴忠市PM2.5浓度的回归模型

最优回归方程为：

多元回归方程的统计量满足，具有显著性。PM2.5观测值、预测值的相对平均误差为14.6%，拟合效果较好。

2 PM2.5防治对策分析

2019年吴忠市PM2.5平均浓度为28，2020年为34，增长率为21.4%。政府计划采取专项治理与综合治理相结合的方式，在未来10年内（2021～2030年）将PM2.5年平均浓度降低到25。本文以政府减排计划实施满意度最大和投入总费用最小为目标，建立多目标数学模型，为政府制订PM2.5减排计划和逐年经费投入计划提供依据。

2.1 投入总费用模型

据估算，专项治理费用是当年减少PM2.5浓度平方的0.005倍（百万元），综合治理费用是当年减少PM2.5浓度的1倍（百万元）。设 为投入的总费用，为综合治理投入费用，为专项治理投入费用，则投入的总费用最少为：

2.2 PM2.5减排计划实施满意度最大模型

假设综合治理和专项治理下的总满意度为，未来10年PM2.5减排计划实施满意度最大可表示为：

表示未来10年综合治理和专项治理下的满意度。

2.3 模型约束条件

2.3.1 10年内PM2.5需减少的年平均浓度总和约束

考虑到2020年PM2.5年平均浓度比2019年增加了24.1%，假设未来10年该增长率保持不变，则约束条件为：

2.3.2 经费逐年投入约束

治理过程中政府将逐年投入经费，假设其每年经费以一个等比数列的方式“逐年”投入，设等比数列的公比为，则有约束：

2.3.3 每年综合治理、专项治理的效用函数约束

每年综合治理和专项治理的效用函数随该年PM2.5年平均浓度减少量而决定，利用模糊数学理论，则约束为：

对于参数，利用“高通滤波系统中下限截止频率”的方法可以确定为 。

运用LINGO11.0软件对上述模型进行求解，最大满意度 为0.97，最小投入总费用为103.39（百万元），为1.26，未来10年PM2.5减排计划如表5所示。

表5 吴忠市PM2.5浓度未来10年减排计划

由表5可知：①吴忠市PM2.5年平均浓度逐年减少，到2030年达到预定指标25，表明可以采用渐进性治理计划，一方面继续运转已投产的大型项目，另一方面加快经济转型，产业优化升级，充分发挥技术开发区、产业园区等辐射带动作用和新兴产业优势，减少污染物排放。②吴忠市PM2.5年平均浓度在前3～4年变化比较平稳，但在以后6～7年的中长期发展中变化幅度逐渐增加。这是由于一般经济转型期约为3～4年时间，这种“治根”的方法在短时间内可能对PM2.5污染防治效果不明显，但一旦经济发展从整体向第三产业转移，第二产业逐渐萎缩，那么该区域内PM2.5值将会快速下降。

3 结语

吴忠市应立足资源和环境特点，以促进产业结构调整、加强清洁能源利用以及提高产业准入门槛为手段，努力解决以PM10和PM2.5为重点的大气污染问题，逐步改善空气质量和生态环境，推动经济、社会、环境的协调发展，开创吴忠市生态文明建设的新时代。