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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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    发表于 2019-10-7 12:12 |只看该作者 |倒序浏览
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    空气中 PM2.5 问题的研究1
    8 P: Y5 z0 h/ m* p& U4 X

    2 v3 I9 B2 i( k# I' q2 {. a
    + j) Q) Y" I$ C8 v2 V4 k本文主要研究空气污染中的
    - p) Y6 h) @# q: YPM2.5 与 SO2,NO2,CO,PM10, v: x+ {- ~% `& y3 J, s
    建立一维的反应扩散方程,预测了
    ) N. a3 X+ A8 B1 h市的空气污染状况;接着建立高斯烟羽模型5 D# \# {2 W' a" |
    情形,预测了污染物扩散的范围- y- ?3 |7 t! s3 b
    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0 D. r$ N4 v& d) f) W
    检验,结果得到模型是合理的
    * P% o( d; }  N) V+ e问题一主要探讨 PM2.5 与( b1 q. g5 `) B: U- M3 z# r! @3 C
    先使用相关分析,结果表明,0 p' o! `. Z2 N  x/ q( w
    关性逐步减弱,PM2.5 与 O3 呈负相关
    ) V. A" J% m7 V+ R0 H+ S* D与季节、降雨有关。然后,使用线性回归方程分析
    $ B% i3 {! a2 Y' \结果得到" w' l$ h: o: T: D/ z. r" k0 {
    2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +# ]7 _% O- X0 d1 ]- M
    问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理7 e$ m  v# R6 U, t3 w' c
    通过空气质量分指数时序图和
    9 U' Y7 n9 X( g0 Z1 ]0 b: r% V" J# W空分布规律是:PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势
    4 K3 f4 W0 R, u3 }4 O. s( U# p: l' v峰期,随后转入低谷区,13 个分区的变化趋势一致  U# [# g2 ~/ V0 A+ h
    潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域
    9 E& T( Q' G* @+ t8 l' f度较低的区域。接着分区进行污染评估% c; P1 _( j- w; g0 t. A
    相对较优,在该部分有小寨、4 ~5 k7 N4 ?. B( L
    区或者写字楼,因此污染相对较少
    $ u( p6 r0 n1 [; k) U心,PM2.5 的浓度较高,而且持续时间也较长; ]( s& j4 T$ S( T
    对于第二个子问题,在考虑风力
    2 X4 A+ K9 o4 B" V' D应扩散方程,研究下风向方向的% N+ H1 u, E  v5 @) X6 J( v
    - 1 -, T+ _; O) M2 C7 c5 u2 p5 _- d) P
    参赛密码" q* w1 t8 @; O) ~+ f6 k' b8 Z  }
    (由组委会填写) 9 X7 }! R+ ^9 T: I
    杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛/ Z0 v2 {3 f2 C9 E4 }! Z2 }- w5 ^/ S
    空气中 PM2.5 问题的研究
    # z+ Z; i8 R+ H1 \1 @8 m$ J9 ?* W摘 要:7 m0 w# n2 ]$ @9 W2 |! q& g
    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
    ; t* F6 m3 u- o  z) PPM10,O3 的相关性,并建立了回归方程;然后通过
    6 |3 k+ `7 k% e. x, u预测了 PM2.5 的浓度变化,定量与定性分析了西安6 i& l- x5 _8 r3 @# L
    接着建立高斯烟羽模型,拟合了持续高浓度 PM2.5
      z: R, S& t: K6 g5 @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
    ; w' g) `; C6 a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
    % j2 {" e; ^0 C2 f0 @: O结果得到模型是合理的。  o2 P- D) C& M, a9 `8 x( }
    与 SO2,NO2,CO,PM10,O3 的相关性和关系
    & P, C9 C& |; J,PM2.5 与 PM10,CO,SO2,NO2 呈正相关
    2 H+ ^, z6 L2 A. B2 D* S) P呈负相关,同时通过相关资料,发现了 PM2.5
    1 F$ A0 m) z5 v; ?  N& y6 B; O使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系6 {8 ~  w" F+ [. }9 k: f% s
    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 = - + + + +
    % L2 C: C* u5 ^3 M8 B( ]$ D) o的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题,
    # B2 U0 q( g, k0 a5 e0 l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
    : M; m4 b: k! l# k5 Q浓度随时间的推移呈下降趋势,1 月和 2 月份是浓度的高  Q0 J( J0 P0 V; V8 b- G' Q
    个分区的变化趋势一致,而且,高压开关厂和广运
    # d* f% w# p1 R' n! Z4 r: k- a; ]1 U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
    * ^+ ]8 m' P1 ^9 s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5 D# R5 y* a! h
    、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区,这些都是生活4 X6 p( x1 ]9 s5 }1 H6 G3 v
    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
    4 [3 h8 Z& r+ D) _' ?3 O而且持续时间也较长,这应该是未来治理的重点# b& y# ~, J4 w1 F* M
    在考虑风力、气温、压强的自然条件下,建立一维的反
      ~6 u0 z8 d* R7 m7 Q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
    # A. V2 p( A4 `" \+ I' Z& X8 g0 M/ V1 X6 I& ?9 F
    赛赛2 ]9 l0 i* s* O$ w! r$ G
    首先使用相关分析探讨了$ X. U! U: W  |$ R. g
    然后通过
    * J& ]# M* I' I% T, [定量与定性分析了西安
    8 |$ y- i4 ^% w6 [& l0 sPM2.5 扩散的
    ! j4 d! b9 ^8 G, ~, h最后通过% f5 k* W. c7 i4 r2 v1 `  e$ ?' X
    同时对模型的
      v0 o7 P8 o" J& _' d( L- r的相关性和关系。首
    " Y  q  f& z+ K& x# _呈正相关,且相/ m8 j5 U( @; A; j+ c5 K/ g6 x2 x
    PM2.5 还会' r+ x( |1 R" N1 t. D
    与其他污染物的关系,
    0 B1 b* X8 _; d8 R7 E: R7 ^129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x; R8 g/ D7 [' q& l. P1 N( _
    ,首先,
    " l: f" i+ Y* ~& G8 k  c9 ?PM2.5 的时3 @  G( k! s, m9 `8 N
    月份是浓度的高- c/ l/ Z$ r+ I# e; l
    高压开关厂和广运' v* x; e, X* I4 G: {, H/ g; @% c! e7 A
    PM2.5 浓3 k( d- X9 y2 w! y) u
    西安市的东南部的空气质量' I# [4 |1 I# l2 B/ ?0 F6 J2 Q' m7 X
    这些都是生活
    ( G! y# c* j1 ]* [" J3 ~" e; k( n而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中5 r1 q4 X2 N6 T# @7 m& Q! v
    这应该是未来治理的重点。- ]% y( p: ]: Z% i" F8 e  o' T7 n
    建立一维的反
    ! s4 @2 Y+ I4 ]; ~3 Q( W+ B2 P的发生与演变规- 2 -0 n# a% {/ V5 [: [% B
    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
    2 B6 m' w$ U6 ~7 f) B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
    4 H8 _8 [: {& b5 q4 n$ c3 P+ I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6 V4 \& ]# d. \0 G
    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 g4 ?9 L/ q9 g1 `7 V: D; t; g: ]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
    8 `" z: ]; F: D# R# s0 a) r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;* z/ s) u5 a( b" o. p
    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
    4 C9 l3 Y% K9 ?4 C% m' B域,空气质量指数类别为优。
    + x2 h! F2 F( c) G+ C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3 O$ x( ?2 H; q$ u5 e4 A- Y
    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
    7 _& C5 G9 F- B10 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' C/ `. n# Z4 W8 L" D3 x
    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: @$ |5 S5 V8 Y# k8 \3 E# l
    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
    # ?" L7 v! c( o  v  q9 q# M9 L" l5 C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。; x! c1 }  G; r1 n" B; e3 i2 d) c
    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
    0 q( i& B  Z  [! B9 s于安全地带。
    8 _7 t% K  U% a5 |) q  s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$ j: n: o* h# p
    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
    . S! s( \' M. d5 H. L. Q4 N7 Q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! l7 ^9 O1 Q) y: H
    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* p9 W, U$ k( ]
    地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。- g6 E, G# ?% E5 _. h) z
    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
    / g0 E  E! x( M3 i5 P: Img m/ 降到 35
    * {# b9 U$ S4 z4 a3
    1 }6 Q! q& H" _- r" cmg m/ 的治理计划:逐步提升空气质量指数级别法,总投入经费) F. S3 f% A$ i# v
    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+ X2 i& Q1 ?. u) |' Z9 @( E
    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# x# X5 |( y7 O) m7 L2 Y5 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
    ( ?' J" Y$ W% C8 h0 d. x  |3 5 O+ `/ h$ z2 {! u$ c9 F& V9 z3 T8 L
    mg m/ ,五年需  P& v8 h" N0 X1 ]# E1 p
    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8 L4 C3 e- w. P! P' W8 }/ T
    了一份治理空气污染的建议。1 K1 p4 M3 X% H2 u; i

    * |; r5 P0 j$ S, I4 d. ?/ D$ \4 `5 F- W+ e1 g

    D题华南农业大学10564001队.pdf

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