数学建模社区-数学中国

标题: PM2.5 扩散预测模型及相关问题研究 上海理工大学 10252094队 [打印本页]
作者: 杨利霞    时间: 2019-10-8 11:26
标题: PM2.5 扩散预测模型及相关问题研究 上海理工大学 10252094队
PM2.5 扩散预测模型及相关问题研究 上海理工大学 10252094队
0 K; Y( f3 I1 i; ]
# H$ y* `: |0 O

1 `) E$ O3 ~# k7 k2 P+ o8 g本文以武汉为例，就 PM2.5 污染物的影响因素、扩散与衰减规律、预测与0 T2 N3 _1 H5 V" n$ z& x  B
评估及污染治理等相关问题进行了研究，取得了以下成果。
, _7 {% N+ s& m0 Y问题一：
. j5 V8 Z+ j+ S% I6 P1、研究二氧化硫X1、二氧化氮X2、可吸入颗粒物 PM10X3、一氧化碳X4、9 p) J& b' K7 f: u# [1 A1 J. t
臭氧X5和细颗粒物 PM2.5Y这 6 个基本监测指标之间的相关性及独立性，并对影2 F; S5 t) k8 M* {7 E) S0 I- }2 f
响 PM2.5 的其它 5 项分指标做出主成分分析及回归分析，得出二氧化硫、二氧7 C6 ?+ _5 `, L5 t  S
化氮 、可吸入颗粒物 PM10、和一氧化碳与 PM2.5 正相关，而臭氧与 PM2.5 负. J! O7 V2 z. H- O- u* y1 u
相关。最终给出 PM2.5 与其他 5 个物质 IAQI 值的拟合函数为： % ^- a* t6 s2 H  l( ~. f8 M
2、探求其他影响 PM2.5 的因素，分析得出，气象的变化对 PM2.5 值得影响非常
- k# o$ U- k- N! C  s9 _剧烈，其中 PM2.5 值与湿度X6、气压X8成正相关，与大型蒸发量X7、风速X9、
: j# ?. M) O/ C气温X10、水汽压X11则负相关，并且在所有影响因素中，风速和水汽压对 PM2.5' O. I* @, n+ H5 m' }2 `4 J
值的影响相对较大。最终给出 PM2.5 与其他 7 个大气因素之间的拟合函数：4 f+ y3 c  V1 N/ `# K/ t
LnY = 2.3975Ln𝑋6 − 14.903𝐿𝑛𝑋7 + 19.4621Ln𝑋8 − 44.323𝐿𝑛𝑋9 − 21.929𝐿𝑛𝑋10 −/ P& @" M9 `% r" q" l6 J  V
45.905𝐿𝑛𝑋11 − 85.1032* Z6 |# C( v$ T! `( n
问题二：  r( B. x. G6 `& |
1、客观描述武汉地区 PM2.5 的时空分布规律，以高斯扩散模型为基础，充% i2 O8 k6 Q' Q0 j+ W
分考虑影响 PM2.5 扩散的因素，分析地面与建筑物边界反射、干沉积、雨洗湿. Q& ~* w& z8 W) e- X
沉积及湿度的影响，逐步改进高斯扩散模型，并引入时间 ，计算当点源持续污$ f8 J1 Z% H& f! u* l* M0 x
染情况下，污染源上风和下风 公里处的浓度。! h; f* o* |" `5 i- Y( G
2、通过数值仿真，得到距污染源下风向距离一定条件下污染扩散浓度的分
6 q3 u' ~) Y% H/ {" \- v0 |0 W8 f布规律：1）在恒定条件下，PM2.5 扩散浓度呈正态分布，扩散浓度逐渐达到最- 3 -% j: S; t, `1 J( f
大，在横向距离增大到一定值以后，扩散浓度逐渐降低，直至为零；2）随着距
$ D! ?& u/ L' @! z7 y) t& U污染源下风向距离的增大，扩散浓度的变化渐趋平缓，但污染扩散所能影响的$ H# x) ^9 {" k/ Z& R5 z* U5 G
范围有所增加；3）随着风速逐渐增大，PM2.5 浓度最大值变小，下降速率逐渐# _* O' d  B! |  r9 R
变大，扩散速度增加；4）源高的增大将导致污染物浓度最大值向下风向偏移，/ e9 n" D& @8 o# ~" y1 K
扩散与稀释速度加快，污染浓度最大值明显降低。! V# V% l- p7 E5 z/ D8 K! U
3、预估突发情形下 PM2.5 的扩散距离及安全区域，以武汉为例，浓度值突
2 C7 R) Q2 d) @增至300mg/𝑚3并持续两小时情况下，结合三维图及平面图分析危险区及安全
- C. B0 e  L1 @, ^区。
, T$ ]2 i% [( U+ y+ g4、结合小波理论及神经网络理论，提出小波神经网络的结构及算法，并通0 G1 z7 x! t& ?  G
过 Matlab 实现了对 PM2.5 值的预测，预测拟合度较高。
$ h, G& e0 ]& W1 t$ V问题三：& V) h3 m4 O% o: c( M
1、提出三种治理方案：长期治理、快速治理、全面治理。2 W5 h" S5 q% _  a* R" f
长期治理方案着眼于经济的可持续发展，其每年完成计划为：
, p$ c3 o: a3 j年份 第一年 第二年 第三年 第四年 第五年8 U, ?5 V  c5 M* a1 g" K
PM2.5 值变化额 2.3 7.3 18.3 61.3 155.9
4 U$ o0 |# Q# ~0 x' v8 k: w快速治理考虑治理成效，其每年的治理计划为：
! d  L( a4 S9 A6 @2 u  D年份 第一年 第二年 第三年 第四年 第五年
6 i& ]2 V& \5 l, C. ]& `PM2.5 值变化额 36.75 36.75 73.50 49.00 49.00
7 |/ L& h, h2 S; u全面治理根据第一问中得出的 PM2.5 与其他 5 个指标的关系，通过降低其他 5 - l. }9 G) a$ y, ?9 m6 ]8 `$ m
个指标浓度达到对 PM2.5 的治理，其每年的治理计划为：
4 u' ?5 X, P3 ?  ^名称 , p* ?4 N. F9 B& i2 H
二氧
" Q$ U/ g8 X8 a  b8 |. E化硫
0 S5 p  |  X! ?! m$ ]- a4 Q二氧
( I0 Q1 u0 z, ?化氮
* _" v; I  w% O# y) M8 @. `1 \可吸入颗, D4 U; l) g3 t: D# S( P
粒物
# }; u1 _" T1 Y$ c一氧2 Q3 H3 u8 g" w+ ]
化碳 5 ]! }) R+ ~5 U) l. z' K9 V- I
臭氧 PM2.5 8 Z( P  `/ V( g) s3 R* \" ]
PM2.5 的
/ G( c8 H+ G  Z+ ^) G3 s减少幅度
, A; m0 S$ w6 i1 s一年后终值 47.88 74.76 121.80 50.02 14.10 220.77 18%
" [# s3 K* o+ E, P( p9 H6 |二年后终值 38.76 60.52 98.60 39.04 13.20 172.44 36%
1 `7 Y" g- c0 ]/ T8 E三年后终值 29.64 46.28 75.40 28.06 12.30 124.97 54%
. L, J) `! F( h4 D( ?四年后终值 20.52 32.04 52.20 17.08 11.40 78.79 74%& Q8 ~" `2 v1 E; ~9 M( f# x
五年后终值 11.40 17.80 29.00 6.10 10.50 34.37 87%
% e' x  C9 S* _/ C2、以全面治理计划作为治污方案，根据本文提供的综合治理与专项治理费用与 7 K+ `2 M1 x7 V
PM2.5 浓度减少的关系，建立最优化方程。 : g( M+ U$ t# B1 Q: W. g) ]
; J6 H6 M% T5 t2 E; {

$ V0 D! s& }: N

D题上海理工大学10252094队.pdf

2.88 MB, 下载次数: 1, 下载积分: 体力 -2 点

售价: 2 点体力  [记录]





欢迎光临 数学建模社区-数学中国 (http://www.madio.net/) Powered by Discuz! X2.5