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空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学10564001队

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杨利霞        

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    开心
    2021-8-11 17:59
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    [LV.4]偶尔看看III

    网络挑战赛参赛者

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    自我介绍
    本人女,毕业于内蒙古科技大学,担任文职专业,毕业专业英语。

    群组2018美赛大象算法课程

    群组2018美赛护航培训课程

    群组2019年 数学中国站长建

    群组2019年数据分析师课程

    群组2018年大象老师国赛优

    发表于 2019-10-8 11:03 |显示全部楼层
    |招呼Ta 关注Ta
    空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学
    1 \5 ^- Z+ y: f+ |5 z0 d; A$ v3 z

    8 P: O9 ^" h: ~3 B5 ?, i; r9 k6 N! t- X( {+ _* I- u8 m; |+ [" A
    本文主要研究空气污染中的
    4 {- L" _0 z) Z5 u6 FPM2.5 与 SO2,NO2,CO,PM10
    ! U! o( t" H/ ?/ k& q建立一维的反应扩散方程,预测了4 I  H8 b) j% c2 r& `& C  i1 r9 u
    市的空气污染状况;接着建立高斯烟羽模型4 i2 W! W5 ^' B6 t1 s# r6 h, R. A
    情形,预测了污染物扩散的范围
    & }; k% f: a5 O: x7 b) o5 B- o2 G; w建立了规划模型,得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案
    # p, Z' z& \8 Z# t: s检验,结果得到模型是合理的* a2 H6 f7 n* K0 a5 d
    问题一主要探讨 PM2.5 与
    - k% ]# T4 b9 s0 v先使用相关分析,结果表明,
    + u8 N( C; A+ N关性逐步减弱,PM2.5 与 O3 呈负相关. h) f1 W; n2 G$ v2 G
    与季节、降雨有关。然后,使用线性回归方程分析
    2 g% c) }, f+ P# P; L8 l结果得到
    . J+ w* e' Y" Z, h/ c2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +% ]- j2 u2 m, |! Y- ~' O8 |1 m/ t. ^
    问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理& W" g: S# o, H1 {8 H/ c
    通过空气质量分指数时序图和. q6 Z8 l2 t0 i8 ~1 d+ ^/ Q& m
    空分布规律是:PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
    ! D7 Y) _8 Z/ v峰期,随后转入低谷区,13 个分区的变化趋势一致
    ! A9 j& j% K1 {+ x# f3 O8 U潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域; q9 C  ]# ]4 I* m
    度较低的区域。接着分区进行污染评估8 h0 L3 L& i3 }7 _
    相对较优,在该部分有小寨、6 a1 ?" V* Y+ O
    区或者写字楼,因此污染相对较少6 n& k6 y# S' K) p4 e
    心,PM2.5 的浓度较高,而且持续时间也较长# _0 ]! C& ?0 x5 v2 L, V
    对于第二个子问题,在考虑风力8 w: ]7 n: {8 h0 T" _7 l
    应扩散方程,研究下风向方向的: \* Q: F3 w4 X( q7 X* G: l  a0 L* n- }
    - 1 -9 c  N. O- o7 m* m
    参赛密码. s8 y0 V* I2 e1 E' B
    (由组委会填写)
    6 f" r, E5 N$ Y/ A( G杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛9 w. ~1 G2 f9 \8 p
    空气中 PM2.5 问题的研究
    + M9 I! f- Q+ W! H+ a摘 要:
    0 M# d9 m+ Q9 M4 r2 d5 f% C* B本文主要研究空气污染中的 PM2.5 扩散问题,首先使用相关分析探讨了
    ; C9 n( M# r$ f5 ]1 fPM10,O3 的相关性,并建立了回归方程;然后通过
    4 y" _/ W; r, e( }. [预测了 PM2.5 的浓度变化,定量与定性分析了西安
    / |+ \: [6 n3 E, I6 A& p: y: M接着建立高斯烟羽模型,拟合了持续高浓度 PM2.5
    5 Z. H" ^, [% {& w0 F预测了污染物扩散的范围,得到了重度污染和可能安全的区域;最后通过
    , @9 @9 _- T0 M  \  b得到了经费较为合理而又有效的空气治理方案。同时对模型的
    + R2 l9 n: g( m, Q* n: E+ G4 ]结果得到模型是合理的。
    1 a! V+ G6 X1 O与 SO2,NO2,CO,PM10,O3 的相关性和关系' E; E& V3 R6 }# p
    ,PM2.5 与 PM10,CO,SO2,NO2 呈正相关' t/ N1 N. ^4 R* L
    呈负相关,同时通过相关资料,发现了 PM2.5
      C; U8 k: i% B2 O使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系. S1 p% [# }3 l
    2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +8 T3 b- `  G, q
    的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题,$ Y* Q/ v  x5 V: \
    空气质量分指数时序图和 13 个分区的 PM2.5 空间分布图,得到 PM2.5
    ' Z4 _* |7 ?6 ]: o8 [浓度随时间的推移呈下降趋势,1 月和 2 月份是浓度的高
    % N3 Z4 y3 ?" v5 U个分区的变化趋势一致,而且,高压开关厂和广运
    . g7 S- I) V0 @" ~3 o; n& T浓度较高的两个区域,小寨、高新西区和曲江文化集团是 PM2.5
    3 ~, L8 U* p/ [6 }. f接着分区进行污染评估,结果发现,西安市的东南部的空气质量/ u3 H0 {9 y3 U4 U0 S+ o
    、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区,这些都是生活
    ) A4 M. Q5 q; d! U& C0 V4 P) D因此污染相对较少;而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中
    " K5 X$ c0 f3 R: z: O+ d而且持续时间也较长,这应该是未来治理的重点
    3 m7 q: y& _% v- Y在考虑风力、气温、压强的自然条件下,建立一维的反
    9 c1 w9 ]' [5 n& @6 |: v研究下风向方向的 PM2.5 扩散规律。得到 PM2.5 的发生与演变规
    + b' k0 A0 \" ?* n2 e9 d
    * V, T" T0 o4 V2 @赛赛
    9 U$ T0 a' H/ ^9 d7 B5 r首先使用相关分析探讨了
    2 z: p  Q' |9 ?% C& ]2 @4 U3 P7 l然后通过
    ' R, Z5 l5 Y3 U, v定量与定性分析了西安2 @% z0 d4 s( p# m1 u8 r- b0 x, t
    PM2.5 扩散的6 ?# H/ Z. I1 {( _
    最后通过' h: y' x% p; f6 z, u) I
    同时对模型的$ r6 u' B: c' t( j" i2 n2 W% [" a
    的相关性和关系。首
    / E/ K/ L) K  a, n( d4 `+ ]呈正相关,且相
    ) q- t9 s  b; aPM2.5 还会+ ~% j: n1 w/ o1 C! O6 F6 ?2 \
    与其他污染物的关系,
      n' [0 U2 I9 P: G129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
    : y+ f! J0 ]' G. F* R,首先,# o. L( f+ r  o8 P1 R
    PM2.5 的时0 ^" t+ E' Q- F; ~' L
    月份是浓度的高' d4 R9 |; m; }& @
    高压开关厂和广运
    % T/ i2 C3 C( s' m) e' \9 OPM2.5 浓$ P- o. k' W6 u: h# `& I+ \
    西安市的东南部的空气质量: f: ]! {) n6 U  @; Q% ?
    这些都是生活8 r7 j# z1 ~  B6 a0 E
    而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中+ O: M5 y/ ]9 [- l
    这应该是未来治理的重点。! x: }) }6 G% u9 X& c
    建立一维的反
    ' }, q+ A% N- q' ]! Y; @0 a的发生与演变规- 2 -; B6 g3 `9 _6 t/ |
    律是:在污染源中心的浓度并不是最高,而是在大约 300 米处 PM2.5 的浓度才8 t$ X* B  A( R2 g( C) h. F  R  K
    达到最大值,随后开始衰减。通过该模型,可以对西安市的高压开关厂附近地区% G) t! u4 N, m* g
    的空气质量进行定量与定性分析,结果表明,在下风向方向,距离高压开关厂中
    0 p1 z# X+ J6 k2 T; a. |心 272 米处浓度达到峰值,在该厂 1 公里之内 PM2.5 的浓度很高,空气质量指
    2 Q: y8 K2 i1 i( A9 d0 l# t数类别属于重度污染;在该厂约 1 公里到 2 公里的地带,空气质量指数类别属于$ w0 U+ R8 d7 D" N
    中度污染;在该厂约 2 公里到 3 公里的地带,空气质量指数类别属于轻度污染;. I; W' `7 q9 C1 d5 Z3 f% m
    在该厂约 3 公里到 6 公里的地带,空气质量指数类别属于良;在 6 公里以外的地3 V9 O) w4 V+ O) D
    域,空气质量指数类别为优。
    ) j1 L& ?! e# k" q+ M, g) ^  u对于第三个子问题,在考虑污染源海拔的情况下,使用高斯烟羽模型,分析9 ]) A' T# m, u2 l, @; s
    PM2.5 持续高浓度情况下的扩散规律,并对污染扩散进行预测。在 2013 年 2 月
    & e5 f+ j3 V5 ?; e! Z. O10 日,市人民体育场 PM2.5 的浓度最高,模型的仿真结果表明,在 PM2.5 的浓
    " Y6 u1 \4 r9 s2 i5 w* B) `/ T! H/ f度值升高两倍后,西安市中心区几乎都处在重度污染(包括严重污染)的区域,这
    ) A: r) n8 H6 d0 j( E2 o时段几乎没有安全区域。两天后,PM2.5 的浓度得到降低,重度污染(包括严重* R' D1 D) ]1 ?; r6 e+ I
    污染)的区域仅包括市体育场附近的街区,西安市的周边县城已处于安全区域。
    8 K- y- K2 g6 g( u  B五天后,市中心的重度污染区域已经消失,西安市的部分郊区及其外围地带也属! l' f- _" j1 [  x" q
    于安全地带。
    0 L/ E8 L9 b( W对于第四个子问题,通过与现实情况进行比对检验模型的合理性,上述两个
    4 p$ C8 a( Y3 [( O, X; {) x模型的预测结果和实际较为吻合,说明模型是合理的。根据以上两个模型的仿真
    * ]% H. D. A, c- U- H) c结果,可以得知 PM2.5 的一般性规律为:在下风向方向,PM2.5 的浓度下降得
    - \4 Z' w: t6 `+ s% j3 J1 T8 `6 Y1 E较快,在无持续风向的情况下呈辐射状扩散,若出现持续高浓度的污染物,周边( ]- n4 c+ g. x# p& u
    地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。+ w' W" P, B6 `1 Y2 O
    问题三探讨 PM2.5 的治理方案。子问题一提出了三个使 PM2.5 浓度从 2803
    , E' N. }, c+ b# U. Q+ a9 n: tmg m/ 降到 35
    3 Z% Z' c6 ]& U" [8 {2 A( E4 @3 & S1 h1 G: }& H: e
    mg m/ 的治理计划:逐步提升空气质量指数级别法,总投入经费4 i, Z0 x# M6 Q% I6 ~
    最优化法,等差下降 PM2.5 浓度最优化法,并分析这三种方法的优劣性。在子
    4 Z+ A$ u! ~. P% }3 k( _问题二中,在考虑经费的约束下,建立优化模型。结果表明,总投入经费最优化1 \& h5 ?; \5 p5 K+ f
    法所需经费最少,该方案是:每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
    : H. n+ v/ k$ A- o2 X( |' u" E' I) T$ G3 ' l$ m+ `  @. S# u
    mg m/ ,五年需
    + ~7 a  `  `8 B1 l! u要投入总经费为 3.0503 亿元,每年投入经费约 6 千万元。最后给相关部门提出
    7 ^/ Y* b0 E" D0 o/ c  J了一份治理空气污染的建议。! D+ n1 U& C; G+ u
    ) Z, k4 H6 ]9 T# b9 N
    - W% v4 j9 R$ ]8 d8 |! e$ `- E( N

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