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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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    [LV.4]偶尔看看III

    网络挑战赛参赛者

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    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 2019-10-8 11:03 |只看该作者 |倒序浏览
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    空气中 PM2.5 问题的研究-D题华南农业大学

    & z0 o& Q- `  s' Y+ C/ h% p5 f# G0 g0 d, M! @) ]2 W

    * }6 L, T# m7 W, O; t( o8 d) x本文主要研究空气污染中的
    0 ]" p2 [$ P: xPM2.5 与 SO2,NO2,CO,PM10
    3 ^" S. p3 B* t( x建立一维的反应扩散方程,预测了
    / f* i) L; D- r& T# z: Q市的空气污染状况;接着建立高斯烟羽模型) R6 @* {; E+ `# ^
    情形,预测了污染物扩散的范围6 ]+ u- p, `4 {" Q6 A9 x
    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6 C( N- I" y# E- |- O( V! u
    检验,结果得到模型是合理的
    & o- {+ R2 y* }1 L7 {8 B! ~/ A$ {问题一主要探讨 PM2.5 与
    ; O' G  r* \& |先使用相关分析,结果表明,- I  W. m. S6 f4 y
    关性逐步减弱,PM2.5 与 O3 呈负相关
    " s4 @  a! e; _+ k" P与季节、降雨有关。然后,使用线性回归方程分析! d. k& V, D; h
    结果得到
    0 S5 Q' W" {3 V( _2.5 10 129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x = - + + + +
    + A1 t4 C! x% m; v2 \问题二主要探讨 PM2.5 的扩散规律与应急处理  D# {& k/ [" X& B
    通过空气质量分指数时序图和
    1 U; h. a' D! X空分布规律是:PM2.5 浓度随时间的推移呈下降趋势  k0 x9 \' r' D& `2 b3 }3 _$ ^
    峰期,随后转入低谷区,13 个分区的变化趋势一致/ V7 f' r) y! o3 `- v9 Y
    潭是 PM2.5 浓度较高的两个区域
    - ]" C+ k; g2 r; g; f度较低的区域。接着分区进行污染评估0 X: i9 |) T+ `" y# m% Y
    相对较优,在该部分有小寨、2 }9 i" w4 t  a0 I. X' [6 w
    区或者写字楼,因此污染相对较少5 g4 T$ E0 |6 f9 `3 ?
    心,PM2.5 的浓度较高,而且持续时间也较长
    * y$ s- Z& ?+ |! B2 D2 A对于第二个子问题,在考虑风力7 ]  y. J; T5 {. V5 z8 q+ B
    应扩散方程,研究下风向方向的9 G; c9 }4 a. p
    - 1 -
    + Q2 P" u, o2 r& j4 N参赛密码* m: Y/ |8 V5 _  C0 y7 Y$ D
    (由组委会填写) 0 p9 K; t; i7 N
    杯杯全全国国研研究究生生数数学学建建模模竞竞赛赛
    + ~- \; S3 k2 T! R$ l) S空气中 PM2.5 问题的研究9 Y: e# @- f1 L  e5 `
    摘 要:1 C" w3 Q5 E& Z" J
    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
    # b1 v) A* m9 A$ K4 G/ @PM10,O3 的相关性,并建立了回归方程;然后通过! c# C: Y2 c' n) L
    预测了 PM2.5 的浓度变化,定量与定性分析了西安
    6 S% T3 B% k# J& z接着建立高斯烟羽模型,拟合了持续高浓度 PM2.5% E! m2 T) M  Y
    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
    $ Z. @( M9 [$ b) E) S" X+ z+ x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 r3 @# q; s$ F) u* O
    结果得到模型是合理的。9 ]# [- t' ^& `: U
    与 SO2,NO2,CO,PM10,O3 的相关性和关系3 ?/ e. X' U3 @/ b: k7 D6 l
    ,PM2.5 与 PM10,CO,SO2,NO2 呈正相关
    : B& L  ~4 M; t3 c1 Q/ P3 s呈负相关,同时通过相关资料,发现了 PM2.5
    0 B$ M3 X3 n/ Z使用线性回归方程分析 PM2.5 与其他污染物的关系( s8 ~  t% ]/ X* h% S% P4 x7 n
    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 = - + + + +
    # @% E. p9 O5 Q* Z" c* g" i的扩散规律与应急处理。对于第一个子问题,/ @1 \: e# ~9 k4 E  E  J* W* 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 PM2.56 f$ P4 U* W0 h, `  Z/ j
    浓度随时间的推移呈下降趋势,1 月和 2 月份是浓度的高/ y3 @+ ^& [6 i9 n; m7 f) d
    个分区的变化趋势一致,而且,高压开关厂和广运1 l9 M$ X9 A+ S
    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  L: l8 i* }* ?
    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
    / h+ J7 o7 U$ R+ s0 @、纺织厂、曲江文化集团、兴庆小区,这些都是生活: G1 ~- n4 l0 G( O% J9 a9 \
    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
    ! F  M: ?. K2 C: m9 ?2 p. ]而且持续时间也较长,这应该是未来治理的重点1 m( [# J5 k- r" f1 L! M$ R
    在考虑风力、气温、压强的自然条件下,建立一维的反
    " C; v" ?0 t  L: }' 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( `2 K6 u$ d# |; a; ~

    : y" [8 d( l; ~# J$ P, r赛赛  B( i) z6 V+ n- c# V
    首先使用相关分析探讨了! `( V! Y6 d' ^9 ?. `5 m6 ]
    然后通过
    $ `8 r$ z4 X6 N1 ^定量与定性分析了西安
    ; b( A9 r+ L  Z  ]PM2.5 扩散的) E; X) L/ G& s' M5 h! Y& l
    最后通过) {+ L( m( ~+ X- x- \7 h- Y
    同时对模型的( K, U# A: Z& b6 j6 F
    的相关性和关系。首2 Y3 p! j. h: V& _' R
    呈正相关,且相9 n1 O, M+ Z  e1 H& o
    PM2.5 还会
    5 M# S1 ?2 m# ^8 b与其他污染物的关系,+ ~, \; U; r$ A0 o
    129.7536 0.5845 0.3854 0.5548 2.2064 PM SO NO PM CO y x x x x
    8 a- R8 i$ v) j; F" },首先,
    6 a( p2 w" Z7 M5 w9 H" X3 lPM2.5 的时
    1 w4 _" a& E7 i8 M/ I3 q4 ~: y' D4 o$ V月份是浓度的高
    4 m) B. {5 x5 I: J高压开关厂和广运+ |8 I. w! E% u  R1 ?, }6 I
    PM2.5 浓5 e/ l0 [* U: E' @
    西安市的东南部的空气质量
    , _6 w  L) [) n这些都是生活
    $ S& ^/ \9 w  u% H6 j而广运潭和高压开关厂是城市的两大污染中4 ^7 A7 ]+ ~; q; n2 D. n" R
    这应该是未来治理的重点。6 `* ]9 d, N& s! X3 r
    建立一维的反
    $ H4 V. s6 A% v. m8 L3 ?& X的发生与演变规- 2 -- ]: c+ K2 `8 T1 E8 D; V
    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
      E& N3 W/ W4 _9 w8 `& g* @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) f% m7 Y8 I9 z- \6 j7 z
    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
    ! q/ S6 @+ X8 D% u5 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+ y: V' K7 v9 {% y3 J" z; @1 I
    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$ u+ u" S. f2 N  M4 b" i
    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;( ], R# ]/ \- O- _3 Z. r
    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
    " F; i$ e* ]' U域,空气质量指数类别为优。9 O8 j1 J0 C1 ]! Y  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
    * q9 l4 _& J  jPM2.5 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* F8 Z# ^% a: r8 `+ a: B
    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) N: J8 |/ s* G+ ~
    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
    ( m3 s! F1 o+ D8 _9 M5 R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
      \# x7 L; A) 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。
    ) `: z7 H! e/ Z1 j6 ]5 _: s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
    # V' b% I  I( s2 `6 e于安全地带。# u* Y5 q- V" 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
    - p9 g* L0 \- n" n5 v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
    6 I4 ~0 G( [% J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
    7 K% ]# |: `7 A; [7 @. E5 R+ O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4 [. x5 h; U% A" v* m+ t/ q
    地区一般 5 天左右可以将污染物的浓度降至无危害水平。, F$ A5 @' u# S* I% R
    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 & P2 T+ C- L" P3 ^
    mg m/ 降到 35
    9 s* |) V/ c! O- U% a+ J3
    6 T+ H/ S0 M. M; E- B; [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) F& L; E- D9 Q# |% D4 t& J0 Z! C
    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8 B$ y6 N& \$ y: H2 k0 x2 H* x
    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. z9 Z0 q( r( U
    法所需经费最少,该方案是:每年使 PM2.5 的浓度平均下降 49
    ; {! ^! {4 U- K) u3 ; M4 T3 q, M: m; r
    mg m/ ,五年需% o1 x: N; G7 R: e* j
    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# Y: q4 I/ }1 G! U4 \% W
    了一份治理空气污染的建议。
    5 Z. J6 |( z' h- J$ \% b5 u; ?6 f! l
    . n* e/ @7 t/ O+ C- `; O

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