PM2.5的扩散模型

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1、摘要随着中国经济的发展，国内出现了一系列的环境问题，其中雾霾现象引起了人们的广泛注意，以PM2.5为标志的空气质量问题也随之上升到了国家战略问题的高度。为了更好的治理环境问题，我们需要对其有更多的认识。本文分析了PM2.5与AQI各项指数之间的相关性，做了一元和多元回归分析，描述了PM2.5在时空上的分布和演变规律，并基于topsis方法给出了污染评价，最后建立了PM2.5的扩散与衰减模型。对于问题一，文章首先定性分析了PM2.5与AQI指数之间的相关关系，发现PM2.5和二氧化硫、二氧化氮、可吸入颗粒物、一氧化碳、空气污染指数之间呈正相关关系，同臭氧呈负相关关系。然后通过皮尔斯相关

2、矩阵分析了二元相性，并进一步做了多元复相关分析。结果表明二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳与PM2.5的相关系数较大，可以验证这三种气体是主要产生PM2.5的气体。回归分析得到了相似的结论。对于问题二，本文首先绘制了时间变化曲线，发现PM2.5的数值呈波浪形发展，在二月的中旬和下旬达到了最大值。这与西安市冬天空气流通降低，供暖使用燃料增多有密切的关系。而空间分布是由西南向东北先增大后减少的，峰值出现在西安市的西南郊，相对而言东南郊PM2.5值较低。这个情况与西安的工业分布情况相同，重污染工业大多分布在西安的西南，东南郊主要作为居住、教育区。基于topsis的方法排序给出了污染地区的排序。在

3、不考虑湿度等天气和季节对PM2.5浓度的影响时，建立了PM2.5的扩散模型。若发生PM2.5剧增现象后的模型则是扩充了原有的模型，推导出将一个地区作为连续面源的数学模型，并使用数据验证，具有较强的实用性。关键词：PM2.5扩散模型相关性分析AQI时空分布TOPSIS23目录摘要1第一章问题重述31.1.问题背景31.2.问题提出3第二章模型假设4第三章符号说明4第四章问题一模型的建立与求解54.1问题一的分析54.2问题一的相关性分析64.2.1相关性因素的定性分析64.2.2二元相关分析74.2.3复相关分析94.3问题一的回归分析104.3.1一元回归分析104.3.2多元回归分

4、析11第五章问题二模型的建立与求解125.1PM2.5的时空分布及其规律125.1.1PM2.5时间上的变化规律125.1.2PM2.5空间上的分布规律135.2基于topsis方法的污染评估145.3PM2.5的发生和演变规律的数学模型175.3.1模型分析175.3.2模型建立175.4污染扩散预测与评估185.4.1模型分析185.4.2模型建立195.5模型检验20第六章模型的评价206.1模型的优缺点206.2模型的推广21第七章参考文献21第八章附录2123第一章问题重述1.1.问题背景大气为地球上生命的繁衍与人类的发展提供了理想的环境。它的状态和变化直接影响人类的生存和

5、生产活动。随着人类工业的发展，地球的生态环境不断受到破坏，大气中的污染种类和数量持续增长，严重威胁人类的身体健康和自然生态环境。为了治理大气污染，我国新修订了《环境空气质量标准》，启用空气质量指数AQI作为空气质量监测指标，首次将产生灰霾的主要因素——对人类健康危害极大的细颗粒物PM2.5的浓度指标作为空气质量监测指标。1.2.问题提出问题一：探究PM2.5的相关因素。PM2.5的形成机理和过程比较复杂，主要来源有自然源和人为源。利用给定的数据和自行搜集的数据，建立适当的数学模型，对AQI中的6个指标进行相关与独立性的定量分析，重点研究PM2.5和其它指标的相关性和关系。如果在研究过

6、程中发现有其它要素与PM2.5是强相关的，可陈述数据来源，研究方法和结论。问题二：探究PM2.5的分布与演变及应急处理。1、描述该地区内PM2.5的时空分布及其规律，并结合环境保护部新修订的《环境空气质量标准》分区进行污染评估。2、建立能够刻画该地区PM2.5的发生和演变（扩散与衰减等）规律的数学模型，合理考虑风力、湿度等天气和季节因素的影响，并利用该地区的数据进行定量与定性分析。3、假设该地区某监测点处的PM2.5的浓度突然增至数倍，且延续数小时，请建立针对这种突发情形的污染扩散预测与评估方法。并以该地区PM2.5监测数据最高的一天为例，在全地区PM2.5浓度最高点处的浓度增至2倍

7、，持续2小时，利用你们的模型进行预测评估，给出重度污染和可能安全区域。234、采用适当方法检验你们模型和方法的合理性，并根据已有研究成果探索PM2.5的成因、演变等一般性规律。第一章模型假设(1)PM2.5的浓度在y、z轴上的分布是高斯分布（正态分布）的，污染源的源强是连续且均匀的，初始时刻产生PM2.5的云团内部的浓度、温度呈均匀分布；(2)扩散过程中不考虑温度的变化，忽略热传递、热对流及热辐射，气体是理想气体，遵守理想气体状态方程，在水平方向，大气扩散