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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
2 O3 r9 j* w7 T
6 ]7 U5 F' z! i# f  e- T4 L

# `8 ]( h. C1 N' R# M# K1 s- S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
+ @/ y* C# w% q# D# _! h( c0 [$ u评估及污染治理等相关问题进行了研究，取得了以下成果。. M8 E$ t, A/ @
问题一：) X1 @5 V% B8 O4 `9 w
1、研究二氧化硫X1、二氧化氮X2、可吸入颗粒物 PM10X3、一氧化碳X4、- b' H& [7 T8 M  S
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
5 X2 d" |' o7 Q/ B, b: d; |+ E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
6 c9 b; Z! K3 I* d; J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1 a% c+ O8 ?5 [* g- q
相关。最终给出 PM2.5 与其他 5 个物质 IAQI 值的拟合函数为： ! K2 P; e, \0 Y" q" }$ L, a
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
9 M2 P- V& _: I; G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、
# h% s  S: w5 L! R0 Z# d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
6 o- e* b: ]- T: F8 m* K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：
# X0 @0 K# ^, L/ c0 `LnY = 2.3975Ln𝑋6 − 14.903𝐿𝑛𝑋7 + 19.4621Ln𝑋8 − 44.323𝐿𝑛𝑋9 − 21.929𝐿𝑛𝑋10 −
; y4 G; o8 ?3 Y& y, Q- e0 E45.905𝐿𝑛𝑋11 − 85.1032
% @# ]8 h! \8 i& G/ Y4 J$ D问题二：: {# y' i" i6 }9 u+ X! M# a
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
. e: E# U( w* {8 Z: c% q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
' B4 a1 b2 w1 N% d1 r- Y0 l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
5 n# z8 ?3 y, ~# a  Z染情况下，污染源上风和下风 公里处的浓度。% l6 B) n( \9 H- I" [
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. e0 K# T/ |0 H2 Y0 E" g
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 -
! V9 R/ ]7 E) y1 O4 `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
& k% G0 `( R* [  @% r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
  m! A2 D2 @. l8 @. E$ w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7 o, X- d( c( S) l# N8 B% a6 p' W
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，* I# p5 K+ }) w1 l0 ?9 s
扩散与稀释速度加快，污染浓度最大值明显降低。, \7 z( O9 s/ U1 e" q
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, M' Z1 T" g% [, {* s( {( M- o: m
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0 A3 n1 {( W1 _  `9 m
区。" i4 ~; r6 K$ {0 W9 g1 l% [
4、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& v% ^) f4 M" @2 j7 k* M' b9 u
过 Matlab 实现了对 PM2.5 值的预测，预测拟合度较高。
' ]9 }) A6 y7 Q# x& D( |问题三：
9 O) _! p- M# V: @) S1、提出三种治理方案：长期治理、快速治理、全面治理。4 d) J2 F* F/ J  x  Z( B
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：
( p2 H! [8 U5 z3 X$ c年份 第一年 第二年 第三年 第四年 第五年/ K6 r+ f7 z4 K2 n
PM2.5 值变化额 2.3 7.3 18.3 61.3 155.95 h0 Y$ j, }1 e8 j
快速治理考虑治理成效，其每年的治理计划为：
" I+ H( ]6 C: f/ d) t5 \- u/ X年份 第一年 第二年 第三年 第四年 第五年) z2 _+ Y- e  |/ v6 E% [2 Q
PM2.5 值变化额 36.75 36.75 73.50 49.00 49.00* J& I7 J& Q- E
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
9 v) a3 T! W: Y3 Q( n7 C, R个指标浓度达到对 PM2.5 的治理，其每年的治理计划为：
- X% W$ p+ z& f. N0 R+ v名称 - e6 ~7 {& s' X' o
二氧! L+ [* j, ~1 R( ?' U3 X5 n+ V
化硫
$ `' U& D$ s0 |% |, B) `二氧6 v" f9 j3 s/ M' _- R% [
化氮7 ?3 k" \4 r2 l9 k  ~$ q
可吸入颗* ]' X1 {- M3 Z2 H4 {. p
粒物* o, Z% E9 [7 A0 b* |  K7 B! D
一氧- K5 h3 r8 ?6 [# G7 U+ u1 q  P
化碳
4 e6 J) T4 {* C- o" _: X) ?$ e臭氧 PM2.5
: L& \5 F5 X: {& fPM2.5 的
/ x. _, q$ g& t% N4 }. e* n减少幅度
) x$ T$ F  V- X% m5 a% X: N一年后终值 47.88 74.76 121.80 50.02 14.10 220.77 18%
$ u2 r4 Z- s4 ?$ N8 I$ m二年后终值 38.76 60.52 98.60 39.04 13.20 172.44 36%# s! S9 t6 U- g2 s
三年后终值 29.64 46.28 75.40 28.06 12.30 124.97 54%, a1 f& j+ U, R- A; |5 g
四年后终值 20.52 32.04 52.20 17.08 11.40 78.79 74%* S& d; n, _! i$ U: [' d
五年后终值 11.40 17.80 29.00 6.10 10.50 34.37 87%
' ~, V3 i0 x1 X" C+ [# M& {2 i0 D2、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 * H+ J# U) P- n8 t+ q% A" u
PM2.5 浓度减少的关系，建立最优化方程。
+ A" T0 ^+ v$ p% U0 j  _5 s
3 x, C6 k% T5 N7 @0 e
9 B6 E" `% [5 W2 @( m- ?2 K

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