吳忠市PM2.5關聯特征及防治對策分析

文_哈聰娣 寧夏環境科學研究院（有限責任公司）

當前，國內學者對PM2.5大多從環境空氣質量指數（AQI）角度進行研究，對溫濕度、風速、風向等氣象因素考慮較少；制定防治措施，多從定性角度出發，較少建立數學模型定量研究。本文以吳忠市2019年環境空氣質量數據為樣本，對PM2.5的關聯特征和防治措施展開研究，為有關部門做好PM2.5防治工作提供一些有益探索。

1 PM2.5關聯特征分析

1.1 PM2.5與AQI基本監測指標的關聯特征

選取吳忠市2019.1.1～2019.12.31空氣質量數據作為樣本，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基本監測指標相關關系進行分析。檢驗結果如表1所示。

表1 吳忠市AQI基本監測指標相關系數

由于AQI基本監測指標之間具有相關性，設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個基本指標函數關系。結果如表2所示。

表2 吳忠市PM2.5濃度逐步回歸模型

則最優回歸方程為：

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

1.2 PM2.5與氣象因素的關聯特征

選取吳忠市2019.1.1～2019.12.31氣象數據進行研究，利用秩和檢驗對PM2.5濃度與相對溫度、最低氣溫、最高氣溫、風速和風向等氣象因素相關關系進行分析。檢驗結果如表3所示。

表3 吳忠市PM2.5與氣象因素相關系數

設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（風速）、X10（風向），建立回歸模型驗證函數關系。結果如表4所示。

表4 吳忠市PM2.5濃度的回歸模型

最優回歸方程為：

多元回歸方程的統計量滿足，具有顯著性。PM2.5觀測值、預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合的方式，在未來10年內（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，建立多目標數學模型，為政府制訂PM2.5減排計劃和逐年經費投入計劃提供依據。

2.1 投入總費用模型

據估算，專項治理費用是當年減少PM2.5濃度平方的0.005倍（百萬元），綜合治理費用是當年減少PM2.5濃度的1倍（百萬元）。設 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

假設綜合治理和專項治理下的總滿意度為，未來10年PM2.5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PM2.5需減少的年平均濃度總和約束

考慮到2020年PM2.5年平均濃度比2019年增加了24.1%，假設未來10年該增長率保持不變，則約束條件為：

2.3.2 經費逐年投入約束

治理過程中政府將逐年投入經費，假設其每年經費以一個等比數列的方式“逐年”投入，設等比數列的公比為，則有約束：

2.3.3 每年綜合治理、專項治理的效用函數約束

每年綜合治理和專項治理的效用函數隨該年PM2.5年平均濃度減少量而決定，利用模糊數學理論，則約束為：

對于參數，利用“高通濾波系統中下限截止頻率”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PM2.5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年達到預定指標25，表明可以采用漸進性治理計劃，一方面繼續運轉已投產的大型項目，另一方面加快經濟轉型，產業優化升級，充分發揮技術開發區、產業園區等輻射帶動作用和新興產業優勢，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，但在以后6～7年的中長期發展中變化幅度逐漸增加。這是由于一般經濟轉型期約為3～4年時間，這種“治根”的方法在短時間內可能對PM2.5污染防治效果不明顯，但一旦經濟發展從整體向第三產業轉移，第二產業逐漸萎縮，那么該區域內PM2.5值將會快速下降。

3 結語

吳忠市應立足資源和環境特點，以促進產業結構調整、加強清潔能源利用以及提高產業準入門檻為手段，努力解決以PM10和PM2.5為重點的大氣污染問題，逐步改善空氣質量和生態環境，推動經濟、社會、環境的協調發展，開創吳忠市生態文明建設的新時代。