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空气中 PM2.5 问题的研究1

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杨利霞        

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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

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    群组2019年 数学中国站长建

    群组2019年数据分析师课程

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    发表于 2019-10-7 12:12 |显示全部楼层
    |招呼Ta 关注Ta
    空气中 PM2.5 问题的研究1
    1 q: g8 h. f! s6 v3 A

    2 l+ p1 d# b- T6 t& W: k1 k' d! ~
    本文主要研究空气污染中的, \" s( Y3 ]( ^3 Z
    PM2.5 与 SO2,NO2,CO,PM10
    % P8 w& T# M' ?: B9 G建立一维的反应扩散方程,预测了
    3 A  s4 }8 F% f; l7 d市的空气污染状况;接着建立高斯烟羽模型0 z1 f  b" h& b& x
    情形,预测了污染物扩散的范围  X# O) w$ q  d# ?# W% t
    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
    $ O/ S! b4 r( n& f/ z# M检验,结果得到模型是合理的
    $ D0 F; p" ]; x5 |! W问题一主要探讨 PM2.5 与
    / E, ^  [, Q5 }) J  _7 a先使用相关分析,结果表明,- k- f2 x: u& V7 n" i
    关性逐步减弱,PM2.5 与 O3 呈负相关# U' z) {) \' ]9 S$ e: M6 q
    与季节、降雨有关。然后,使用线性回归方程分析2 g8 ^6 b  Y, L1 s" A0 J
    结果得到
    & h: M" A9 ?( w& J; h6 H& w  ^2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +2 f0 c, M4 p. m4 v3 N* E8 p' g% n/ w
    问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理
      @4 M2 N* @, I& }3 {6 H$ [1 X通过空气质量分指数时序图和/ }2 G( Q' p  p2 J3 N3 {
    空分布规律是:PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
    / D+ i# b8 A1 J/ _  ^! W& |峰期,随后转入低谷区,13 个分区的变化趋势一致
    2 z7 Z8 h% d) a8 ^4 `1 n  Z, }, ^潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域% j- F& Y3 P- g2 e8 ]) w
    度较低的区域。接着分区进行污染评估
    ; T3 J. Y; {3 a* _/ |  R( L相对较优,在该部分有小寨、
    " m( m. v; M4 c  D! v$ O" I区或者写字楼,因此污染相对较少' y& E: h0 `3 N( f( I. A; Q
    心,PM2.5 的浓度较高,而且持续时间也较长
    / B: }2 ^! L" Z! R对于第二个子问题,在考虑风力$ B7 e- ~4 T: J$ y* n! I
    应扩散方程,研究下风向方向的9 b( e6 t( u# `
    - 1 -
    6 z% I/ P# A) S  T" a/ R参赛密码
    ( D+ z0 {* ^& Z* L- p- P(由组委会填写)
    ; Q) C# W2 Z& E; l# s. L杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛+ \$ S; D1 P6 a8 p+ z! ~
    空气中 PM2.5 问题的研究
    - d" H! z0 y. @2 O0 d; C摘 要:* s9 `4 {8 r' l  o0 m
    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2 K+ E$ R2 ]2 J: q* R- k
    PM10,O3 的相关性,并建立了回归方程;然后通过
    $ D2 R" U4 O: g. o- ?: p& Z预测了 PM2.5 的浓度变化,定量与定性分析了西安* }8 T$ q4 A7 s: B" e; I& g3 O+ D
    接着建立高斯烟羽模型,拟合了持续高浓度 PM2.5
    - y7 U: P, f% p: q8 D6 U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
    ! i+ b. Y9 h& T  k. U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9 Q3 k5 l; O8 l% ~2 @: F- q
    结果得到模型是合理的。% p1 d1 q  z& Y
    与 SO2,NO2,CO,PM10,O3 的相关性和关系- O( Q9 F& z: N( D
    ,PM2.5 与 PM10,CO,SO2,NO2 呈正相关$ w2 o5 L6 J) \# \3 u
    呈负相关,同时通过相关资料,发现了 PM2.5; w+ m$ v# {% I) Y8 \& J" H, x' y
    使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系
    , a( b) u6 y3 R2 U/ M/ k2 2 2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +* Z$ i" Y5 ?$ ]8 z
    的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题,8 R1 N. l3 B( w7 }" p  y" H
    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 PM2.56 p( e! G1 Z- K2 T
    浓度随时间的推移呈下降趋势,1 月和 2 月份是浓度的高
    # P1 j5 i2 `  r* J7 r+ V8 I& H) S个分区的变化趋势一致,而且,高压开关厂和广运; A- S. p/ |" c% v( W5 d
    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: \+ `6 x& S- z
    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. I6 m* F8 T: A2 s, g2 K
    、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区,这些都是生活
    / v+ R* q* b7 p" X- 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2 E' Y# S; ?1 W9 H+ g) U
    而且持续时间也较长,这应该是未来治理的重点0 I" u  b; n" _' e1 ^8 k
    在考虑风力、气温、压强的自然条件下,建立一维的反  Y. Q& a6 d7 L8 Z
    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
    0 c/ K1 Z$ {( [& ?0 Y2 s; d" J+ s( G- e! f* s$ |7 x) s3 L
    赛赛& A! e3 h/ S, l+ `  ]( B2 |9 _
    首先使用相关分析探讨了
    9 t9 ^2 D, T  ?! q# |2 G8 X然后通过
    8 a4 ~9 I% O5 @定量与定性分析了西安# Q4 [6 |  s, V5 T
    PM2.5 扩散的
    & e% b" `. k" b最后通过
      d2 [. k) ], X6 T- Z同时对模型的% [/ i: [; V4 v; {0 a
    的相关性和关系。首3 _1 _3 M5 h  V0 H. I) \3 D- q
    呈正相关,且相6 t; h# z' Q" W0 P8 Z& r
    PM2.5 还会! X6 m6 d3 ?+ d  E
    与其他污染物的关系,7 d. i* g% r- w; `7 @! G" N
    129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x4 N7 N: H1 F. w$ k$ r9 T
    ,首先,
    + ]" S) g& W! D0 f$ fPM2.5 的时
      x" h4 v! a" P月份是浓度的高
    8 k8 [+ \2 s9 s% Q& l0 I& o( X高压开关厂和广运) \3 ]  B  u3 |, D" T
    PM2.5 浓
    $ U, D" D: m' N; J" {" Q. X$ L( w9 G西安市的东南部的空气质量7 w* g3 r" a1 h
    这些都是生活
    ' X. |4 H8 K6 `. T, ~而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中1 f% d6 J3 T! B- |! n; o! ^
    这应该是未来治理的重点。9 n4 I2 A) J7 B) G" _: B
    建立一维的反
    * W7 b" h# j/ f5 B& r9 y的发生与演变规- 2 -
    1 r5 }& ~: w  K( O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9 i7 A2 U+ k0 u/ S$ a- `
    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: H% @  e6 e# M
    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, z, n) v3 e+ _8 W
    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) G  N' M4 [; A4 s6 ^
    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6 S7 ]6 R% z  A
    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;
      L" W9 |! y6 b$ o4 k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 h! u5 J! P, B+ H6 U
    域,空气质量指数类别为优。6 V2 R+ D& Y  U7 n
    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: S9 m) o* W4 x/ [
    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' u& \6 b+ |% k+ k& M
    10 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
    0 u0 _* h- q8 n6 S$ L+ Y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4 k* o2 ]3 ~7 @; m6 [+ m
    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
    & a9 t! a9 M& b. z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。$ F$ u; B5 `$ C9 S* X4 R4 t
    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3 y$ W' M7 P) ~3 U, F
    于安全地带。
    2 O9 k" w0 L; F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
    ; ^& P  j6 t  I9 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
    ( ^7 n* C( w8 S  ^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2 p6 i8 X0 J. {" S
    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
    6 M' b: M. L, X" H: l7 r地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。: r4 U. r% N2 f% z( M
    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 6 t. B9 I/ N2 h! r+ e1 ]& ]5 G
    mg m/ 降到 35 4 `5 }; v. d" N% l- Z
    3
    & ~3 r6 L1 I3 J. X, zmg m/ 的治理计划:逐步提升空气质量指数级别法,总投入经费
    7 r$ e; g8 c& f' P/ `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
    $ T! q, V( I/ K) @. F& Y. v( }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
    / S* I9 T+ \6 u# X. B法所需经费最少,该方案是:每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
    9 y0 m/ [9 T$ A) Q6 Y: N& u; T# S5 J* \! }3 . y2 ~  C1 M' h# L6 q8 [; U8 e5 b
    mg m/ ,五年需* b* ^' y/ X. a% ?/ @6 c- W
    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
    & }' t0 k. W5 \* ]' K! w( p( E" E了一份治理空气污染的建议。
    6 Y% U- b) ]+ \& n" J7 r8 u
    ! U! p0 Z; {6 s9 F+ I* K; t2 I8 v# {: C, i1 e

    D题华南农业大学10564001队.pdf

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