杭州市空气质量评价与预测论文

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1、2013第四届浙江中医药大学数学建模竞赛题目杭州市空气污染问题摘要近年来，随着工业生产的发展和城市人口的迅速增长，城市大气污染日趋严重，这使人民的生命和财产受到了严重的威胁，因此我们在生产力发展的同时迫切需要保护和改善环境，尤其是空气环境，空气质量的好坏严重影响了人民的日常生活，为此研究不同时空的空气质量的变化，对于改善空气环境、防治空气污染具有重要的意义。对于问题(1)，我们查找了相关的资料，解释了API值的定义、分级、计算方法以及不同程度的空气污染对健康的影响。对于问题(2)，由于已给的数据存在缺失和重复现象，我们查找资料对已给数据进行补全和删除处理，

2、利用SPSS软件对相应数据进行正态性检验、方差齐次性检验、多独立样本K检验得出杭州市不同年份的空气质量具有显著差异，而后利用excel表格分析12年来API值的变化，可以发现在过去的12年间杭州空气质量徘徊于60～100之间，杭州空气质量良好，且呈缓慢下降的趋势。对于问题(3)，方法同问题(2)，得出杭州市不同季节的空气质量具有显著差异，而且杭州四个季节的空气质量徘徊于79-80之间，杭州空气质量良好，且春季的API值相对较高，空气质量比其他三个季节差。对于问题(4)，方法同问题(2)，得出杭州市不同月份的空气质量具有显著差异，而且杭州12个月份的空气质量

3、徘徊于79-80之间，杭州空气质量良好，2、3月份的API值相对较高，空气质量比其他月份差。对于问题(5)，运用SPSS软件我们对杭州市不同年份、季节、月份的空气污染指数的平均值进行回归分析中的多种模型拟合分析，发现三次曲线模型的相关系数最接近1，曲线模型拟合度较高，因此我们运用三次曲线模型进行预测分析，运用下面式子我们得到了未来时间内杭州市空气污染指数的预测值，再根据这些值来分析与评价未来时间内的空气质量。对于问题（6），查找补充数据资料，选取了五个影响空气质量的因素：人均GDP、汽车总量、绿地覆盖率、能源消费总量、单位GDP能耗，运用回归模型得出城市绿

4、地覆盖率对于空气质量的改善有明显作用，单位GDP能耗对于空气质量的影响并不显著。对于问题（7），查找补充数据资料，选取了四个关于市民健康水平的因素：人均期望寿命、婴儿死亡率、孕妇死亡率、医疗病床数，采用了主成分分析的方法，利用SPSS软件剔除了相关系数小于1的因素，然后采用灰色关联分析法，得到各因素的关联度图，得出杭州市空气质量影响了市民的健康水平。对于问题（8），我们根据上述分析的结果，提出了治理杭州市空气污染的合理建议。最后，我们对模型进行了优缺点的评价。关键词：多独立样本K检验三次曲线模型回归模型主成分分析灰色关联1.问题重述近年来，随着工业生产的发

5、展和城市人口的迅速增长，城市大气污染日趋严重，这使人民的生命和财产受到了严重的威胁，因此我们在生产力发展的同时迫切需要保护和改善环境，尤其是空气环境，空气质量的好坏严重影响了人民的日常生活，为此研究不同时空的空气质量的变化，对于改善空气环境、防治空气污染具有重要的意义。因此，要求我们：1.查找资料，解释空气污染指数的定义、分级、计算方法以及不同程度的空气污染对健康的影响；2～4.分析杭州市不同年份、季节、月份的空气质量是否有显著差异，如有，分析其趋势和特点；5.分析杭州市空气质量随时间变化的趋势特点；6.查找补充数据资料，找出影响杭州市空气质量的因素，说明

6、这些因素是如何影响杭州市空气质量的；7.查找补充数据资料，说明杭州市空气质量是否影响了杭州市民的健康；8.针对上述分析结果，提出治理杭州市空气污染的建议。2.模型假设1.查找到的数据都是准确无误的。2.以部分几年的数据代表14年的数据。3.符号说明空气污染指数值年份的编号4.问题的分析及模型的建立、求解4.1问题(1)的分析求解过程4.1.1问题(1)的分析该题要求我们查找相关资料，解释了空气污染指数的定义、分级、计算方法以及不同程度的空气污染对健康的影响。4.1.2问题(1)的求解空气污染指数的定义：AirpollutionIndex，简称API，就是将

7、常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况，适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。空气污染指数的分级以及不同程度的空气污染对健康的影响：空气污染指数划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201－250、251－300和大于300七档，对应于空气质量的七个级别，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。具体详见下表1。表1：空气污染指数范围及相应的空气质量级别空气污染指数API空气质量级别空气质量状况对健康的影响0-50I级优对公众的健康没有任何危害51－

8、100Ⅱ级良除极少数对某种污染物特别敏感的人以外，对公众健康没有危