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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

8 F5 y+ z2 ~  P3 w! |
7 U1 W& r  V; f* s! h
* ?7 T7 j: q/ i3 U6 K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* g1 r9 e3 G8 q' ?0 w
评估及污染治理等相关问题进行了研究,取得了以下成果。2 t, O" }$ J5 ^, Z9 H
问题一:
* B( i6 e2 V) n6 U9 L  G$ E# ~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、* C0 A/ v. I- b2 k% j
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
% n! f7 ^' H5 |! x0 n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
( N! [" \% a* V% b5 T& s2 y: l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
5 n- {, [$ a/ X& E5 I' S相关。最终给出 PM2.5 与其他 5 个物质 IAQI 值的拟合函数为:
2 r6 k* H* {- {# m) Q2、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7 `+ C9 Y# H4 m  Q: {: Z
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、1 j5 r0 x; o+ s
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# E3 o; s$ n2 |; S7 |) O9 p8 u9 l
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:
# |, q* x3 d. V5 c9 TLnY = 2.3975Ln𝑋6 − 14.903𝐿𝑛𝑋7 + 19.4621Ln𝑋8 − 44.323𝐿𝑛𝑋9 − 21.929𝐿𝑛𝑋10 −! C) U7 h8 R, q# [& s2 ]7 R1 Y
45.905𝐿𝑛𝑋11 − 85.10322 H# }, X/ U  I2 k9 k
问题二:  _2 w" G; K- z/ R
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, N: p4 Q) Z0 l. r5 G: N
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
: J( J% W' d2 X6 U1 ]7 I. u2 p) w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0 j0 C4 Y3 G0 B7 L5 c) L5 l$ W
染情况下,污染源上风和下风 公里处的浓度。* n' p+ B, i" ]* x* l
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 X% a/ K$ i9 {/ x4 z
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 -
, Y$ d' p8 f- s. j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
; e+ O& {+ h/ y# l% M  ^4 V, |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2 c1 V) p3 S! h3 W$ p
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
( ^6 P( U. G' {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,
% }( K& U) ^. u( N" n4 l0 e扩散与稀释速度加快,污染浓度最大值明显降低。; h! w3 \; n# T7 E/ k1 r3 x( {
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$ }* u  q; Y' D3 K  R
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
! D- i' y2 `* b6 e7 C" j* {区。
0 p  A% j9 C9 a/ Q4、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9 Q# C5 |6 K2 g' L" z
过 Matlab 实现了对 PM2.5 值的预测,预测拟合度较高。, R1 Z' D# k. L, @
问题三:+ x5 x0 B7 Q2 Y" I# \9 u2 d
1、提出三种治理方案:长期治理、快速治理、全面治理。6 R8 d' V9 {" c6 r4 ?3 b) e
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:. O; h, W- x) x( ]+ d( ]4 Q
年份 第一年 第二年 第三年 第四年 第五年
/ |$ i, \' ^# z+ {PM2.5 值变化额 2.3 7.3 18.3 61.3 155.9+ A, j+ T7 H1 K% B! a2 r
快速治理考虑治理成效,其每年的治理计划为:  x! v; G% L1 K: O* d
年份 第一年 第二年 第三年 第四年 第五年! O# d8 [% Q" ?8 b  ~
PM2.5 值变化额 36.75 36.75 73.50 49.00 49.00
" {0 \3 |) V& ~; K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 / H* ~" ]4 Z7 w
个指标浓度达到对 PM2.5 的治理,其每年的治理计划为:
9 Z- D' P: E5 I0 D4 P  E9 o) U名称
/ _7 U0 f% K- V! ~. y4 D二氧" ^. u0 t% O" m* @/ F
化硫& d) u" z) S' p8 \
二氧9 z3 B, ~3 E7 P; g2 ?. M
化氮  U$ c1 c' T+ {" L1 V
可吸入颗& S" {' d- k3 H0 F/ |2 b! o9 \
粒物
* c+ ?5 {8 W. S* y* Q: m一氧3 U' [8 A/ I5 y$ I5 D- x
化碳
4 `; G6 o( d" e5 S. c$ w2 t+ b臭氧 PM2.5
2 U8 W% P: U- K9 J/ ePM2.5 的
8 H9 L5 \: k4 \1 p8 `; N% i减少幅度
( B. ]1 W: _6 j. v一年后终值 47.88 74.76 121.80 50.02 14.10 220.77 18%
* `& T  [* A/ v, f5 [二年后终值 38.76 60.52 98.60 39.04 13.20 172.44 36%* N% }$ C; C% u2 b* ?, ^& T: v
三年后终值 29.64 46.28 75.40 28.06 12.30 124.97 54%
/ J# V2 i# \  k; V: U/ x& |四年后终值 20.52 32.04 52.20 17.08 11.40 78.79 74%
/ z$ _/ z& X. U五年后终值 11.40 17.80 29.00 6.10 10.50 34.37 87%
4 F) c3 t$ o- `* _+ O2、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
: e2 @+ G* I8 ]; pPM2.5 浓度减少的关系,建立最优化方程。 " v3 z) g9 _, D7 H8 v7 ~- _
+ O% a1 c! T3 g* u2 v7 t/ @4 \/ M

1 Y5 p# Y! W$ b0 F1 j% C3 J+ k) X

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