PM2.5 扩散预测模型及相关问题研究

madio

摘 要：
* r; l  G; {3 B9 N! L) W$ ]4 k+ k4 A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
评估及污染治理等相关问题进行了研究，取得了以下成果。
: `. ?! `* Q9 g- m* p; s) p问题一：
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、
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
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
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
相关。最终给出PM2.5 与其他5 个物质IAQI 值的拟合函数为：
0 \. I- K/ E3 H; I2 [9 u2 t" C! H0.2262 0.2416LnX 0.3526LnX 0.3546LnX - 0.2154LnX 0.969 1 2 3 4 5 LnY  LnX    
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
% z+ f5 A/ o& E+ H$ |1 U6 x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、
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
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：
) e5 L$ T+ ?1 {2 A9 s8 u" OLnY = 2.3975Ln𝑋6 − 14.903𝐿𝑛𝑋7 + 19.4621Ln𝑋8 − 44.323𝐿𝑛𝑋9 − 21.929𝐿𝑛𝑋10 −
/ }) `& E* t/ m$ o1 q6 e% Y45.905𝐿𝑛𝑋11 − 85.1032
问题二：
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
7 h' e" J4 w, q* B6 @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
沉积及湿度的影响，逐步改进高斯扩散模型，并引入时间t ，计算当点源持续污
) W6 _1 p8 H. K/ L染情况下，污染源上风和下风L公里处的浓度。
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
0 p0 d9 o/ T" m* `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
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大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 大，在横向距离增到一定值以后扩散浓度逐渐降低直至为零； 2）随着距 ）随着距 ）随着距 污染源下风向距离的 增大，扩散浓度变化渐趋平缓但所能影响污染源下风向距离的 增大，扩散浓度变化渐趋平缓但所能影响范围有所增加； 3）随着风速逐渐增大， PM2.5 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 浓度最大值变小，下降速率逐渐 变大，扩散速度增加； 4）源高的增大将导致污染物浓度最值向下风偏移， ）源高的增大将导致污染物浓度最值向下风偏移， 扩散与稀释速度加快，污染浓最大值明显降低。
: ?4 Z7 M2 W) ]3 F5 k1 K3、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 的扩散距离及安全区域，以武汉为例浓度值突 的扩散距离及安全区域，以武汉为例浓度值突 增至 300mg/𝑚3并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 并持续两小时情况下，结合三维图及平面分析危险区安全 区。
4、结合小波理论及神经网络，提出的构算法并通 结合小波理论及神经网络，提出的构算法并通 结合小波理论及神经网络，提出的构算法并通 过 Matlab 实现了对 PM2.5 值的预测，拟合度较高。
, A1 d" Z6 e8 F4 ?0 L, Y, U# ^问题三：
1、提出三种治理 方案：长期、快速全面。
: F; H, q% `. e- z, |5 ~/ h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/ t# O  \% ?) e8 u) {年份
第一年
第二年
3 T/ J1 R0 R& Z第三年
第四年
第五年
, ~9 }7 b! c+ k# x; GPM2.5 PM2.5PM2.5PM2.5值变化额
' z2 I% W+ |, J9 G8 t; ~2.32.32.3
7.37.37.3
$ T) S" x9 T' C, e2 T* `8 i6 K18.318.318.318.3
61.361.361.361.3
155.9155.9155.9155.9155.9
快速 治理 考虑 治理 成效 ，其每年 的治理 计划 为：
% x5 t+ p' ~! b年份
2 \/ \' V4 M- x9 S) o) l8 Z  T" N  s第一年
第二年
第三年
第四年
第五年
1 E4 S$ @7 K+ Y  J0 k* zPM2.5 PM2.5PM2.5PM2.5值变化 额
36.7536.7536.7536.7536.75
36.7536.7536.7536.7536.75
  n1 E5 h6 H1 t& W- y73.5073.5073.5073.5073.50
3 U0 v" R) ?6 r$ e$ V$ {7 |49.0049.0049.0049.0049.00
49.0049.0049.0049.0049.00
/ c, _0 n0 R  [全面 治理 根据 第一问 中得出 的 PM 2.5 与其他 5个指标 的关系 ，通过 降低 其他 5个指标 浓度 达到 对 PM 2.5 的治理 ，其每年 的治理 计划 为：
+ o/ ]3 D" `5 d1 w0 P. _# u名称
/ v0 v3 o" J3 f8 y二氧
  D9 h, z; h, J, S. C  V0 h化硫
4 o/ x6 \  i5 Y% r- V! U9 ?二氧
! Z( S3 D+ B. [+ K% K化氮
0 Z; @7 d- b! f$ m, ^% Z可吸入颗 粒物
! @5 \7 w1 q" K1 s& W一氧化碳
臭氧
5 B8 ]7 P3 }- W  oPM2.5
0 k1 r# ~3 ~3 jPM2.5 的 减少幅度
0 _2 e( w; w# Y1 a; `; I7 L一年后 终值
5 d9 R8 y/ v/ v% O. ~" I47.88
6 S. l7 [5 n4 p  p0 H3 A/ Z74.76
/ y% u8 b2 E& b& Q! ^( n121.80
50.02
14.10
' N' M7 }" z" B- G! J220.77
5 `+ K' k/ p( y0 }9 Z* |9 I1 C18%
二年后终值
38.76
" }+ F: z* v4 Q( U2 K& P60.52
98.60
39.04
  ?  e4 C8 ?7 G/ f13.20
172.44
36%
8 z- d- [. {2 V: S& x: N" w- S三年后终值
29.64
46.28
75.40
1 z" h# p+ u6 V& e$ L6 E  t28.06
7 l$ X3 p, y  z( U12.30
124.97
0 t4 T% q9 m5 m54%
, k4 S5 r/ v/ a0 _四年后终值
20.52
' v, e' Z4 v0 j* R+ j# G! G32.04
52.20
17.08
11.40
78.79
0 a6 Z5 S0 @6 A( u74%
五年后终值
11.40
5 N, ^% V0 U5 a! k& D3 V17.80
, _- B& E! y/ R29.00
! t: }3 b5 X$ J7 c) Y6.10
# \6 M, h9 l2 [+ v% F: h1 G" B3 B1 U& q10.50
34.37
5 Z& T3 z" Z2 q) s% r8 Q87%
2、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 PM2.5 浓度 减少 的关系 ，建立 最优化方程 。
: O! V6 i( X+ F; b- V关键词：主成分析，多元回归改进高斯模型小波神经网络最优化 关键词：主成分析，多元回归改进高斯模型小波神经网络最优化
1 d  T, M2 i$ Q3 Q- h  x) x

shadow猫猫

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anjofan910

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sytuljs

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模天大楼

还不错诶O(∩_∩)O~

奥霸马2014

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