空气中PM2.5问题的研究
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PM2.5对人体健康影响研究概述PM2.5对人体健康影响研究概述随着工业化和城市化进程的加快,大气污染成为了一个严峻的问题。
其中,细颗粒物(如直径小于等于2.5微米的颗粒物,即PM2.5)的污染对人体健康造成的影响日益引起关注。
本文将对PM2.5对人体健康的影响进行简要概述。
首先,PM2.5对呼吸系统的影响已经有了充分的研究。
多项研究表明,长期暴露于高浓度的PM2.5之下,会导致慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘、气管炎和支气管炎等呼吸系统疾病的风险增加。
通过进一步分析发现,PM2.5中的有害物质和化学物质,例如重金属、硫化物、氮化物和多环芳香烃等,能够直接引起细胞损伤、炎症反应和肺组织纤维化,从而导致呼吸系统疾病的发生。
除了呼吸系统,PM2.5对心血管系统的影响也备受关注。
研究表明,暴露于高浓度的PM2.5环境中,会增加心脏病发作和中风的风险。
与细颗粒物暴露相关的心血管疾病包括冠心病、心肌梗死、心律失常和动脉硬化等。
这些影响可能与PM2.5中的有害物质促进内皮功能受损、血管炎症反应和血小板活性增加有关。
此外,研究还发现,PM2.5中的有害物质能够进入血液循环,并通过血液系统传播到其他器官,如脑部和肝脏,进一步加剧全身炎症反应和器官损伤。
另外,PM2.5也与一些代谢性疾病的发生有关。
大量研究表明,长期接触高浓度的PM2.5与糖尿病、肥胖症和代谢综合征存在显著相关性。
这些影响可能与PM2.5中的有害物质干扰机体内分泌系统、诱发慢性炎症反应和氧化应激反应有关。
此外,一些研究还发现,孕期妇女长期接触PM2.5可能增加妊娠并发症和出生缺陷的风险。
除了上述几个主要的系统性影响之外,PM2.5也对免疫系统和神经系统产生了负面影响。
研究表明,PM2.5的污染能够抑制免疫系统的功能,增加感染疾病的风险。
此外,PM2.5还能够通过氧化应激和炎症反应的介导,进一步诱导神经系统的损伤和疾病的发生。
综上所述,PM2.5作为一种重要的大气污染物质,对人体健康造成了严重影响。
影响环境空气中细颗粒物(PM2.5)浓度变化的研究摘要本文从水蒸气对环境空气中细颗粒物(PM2.5)浓度变化的影响进行了研究,水蒸汽是影响环境空气中细颗粒物(PM2.5)浓度变化产生雾霾的载体并起着决定性的因素。
关键词细颗粒物(PM2.5)水蒸汽影响因素细颗粒物又称PM2.5,指环境空气中空气动力学当量直径小于2.5微米的颗粒物。
由于PM2.5粒径小,活性强,能较长时间悬浮于空气中,其在空气中含量浓度越高,环境空气污染就越严重。
易附带有毒有害物质(如:重金属,微生物等),并且在空气中停留时间较长,传播远,所以对人体健康和环境空气质量的影响较大。
1 成因分析PM2.5的主要成分有三大类:水源性阴离子,碳质组分,无机元素。
主要有自然源和人为源。
危害较大的是人为源。
在学术界分为一次气溶胶和二次气溶胶两种。
自然界中的火山爆发,沙尘暴,森林火灾等会将大量的细小颗粒物扩散到大气层中。
工业生产、汽车尾气、居民生活使用的煤或其它燃料在使用时的排放二次生成PM2.5和大气氧化性气态颗粒物等各种因素影响造成颗粒物的高增长。
2 影响因素通过某城市环境空气质量的春夏秋冬各季节PM2.5浓度变化趋势图(见图1- 4),有针对性的对大气降水前后PM2.5浓度变化研究分析发现,在大气降水初期一段时间PM2.5浓度会升高,随着降水过程呈现前高后低,待降水结束天气转晴,随气温升高,PM2.5又会有小幅度升高波动。
在对有降水和无降水全年PM2.5浓度平均值变化趋势图(见图5-8)研究分析中发现有降水期间PM2.5浓度值比无降水期间Pm2.5浓度值相对高。
从中发现二次生成的PM2.5用排除法除去空气中既有的气态前体物、大气氧化性等各种因素后,可以很直观的得出:环境空气中的湿度对二次生成的PM2.5浓度变化起着较大的影响,也就是说空气中的水蒸汽含量直接影响PM2.5浓度变化。
通过对照全年降水和湿度关联图和有降水和无降水全年PM2.5浓度日平均值变化趋势图(见图9)研究分析,可以看出当空气相对湿度约大于50%时PM2.5浓度会有个明显升高过程,随着降水的冲刷PM2.5浓度也会有个下降过程。
空气中PM2.5问题的研究数学建模论文2014高教社杯全国大学生数学建模竞赛承诺书我们仔细阅读了《全国大学生数学建模竞赛章程》和《全国大学生数学建模竞赛规则》(一下简称为“竞赛章程和参赛规则”,可从全国大学生数学建模竞赛网站下载)。
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日期: 2014年 9 月 2 日赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):2014高教社杯全国大学生数学建模竞赛编号专用页赛区评阅编号(由赛区组委会评阅前进行编号):评阅人评分备注全国统一编号(由赛区组委会送交全国前编号):全国评阅编号(由全国组委会评阅前进行编号):空气中PM2.5问题的研究摘要 新鲜的空气是生命繁衍和人类发展的理想环境,因此,空气质量的监测对地球村民的生活与发展具有重要的意义.本文采用相关系数分析法和多元回归分析法,建立微分方程扩散模型和费用最小化模型对空气中PM2.5浓度进行了一系列的研究.对于问题(1),应用相关系数分析法和逐步回归分析法,对AQI 中6个基本监测指标的相关与独立性进行定量分析,可得出大气中的臭氧与其它检测指标之间的相关系数较低,具有较强的独立性,CO 的含量对PM2.5含量具有较大的影响,并采用逐步回归法分析与其它指标之间的相关关系.对于问题(2),利用Matlab2012a 软件,可得出该地区内PM2.5的时空分布及规律。
现代商贸工业2018年第17期185㊀空气中P M 2.5问题的研究以蚌埠市为例邵晴晴(安徽财经大学,安徽蚌埠233030)摘㊀要:空气质量问题越来越引起各界关注,依据蚌埠市P M 2.5的各项监测数据,参照我国新修订的«环境空气质量标准»的标准和要求,对蚌埠市对空气中各污染物的相关性进行定性和定量分析,并对P M 2.5与P M 10,氮氧化物等因素进行相关性分析和检验,建立P M 2.5与C O ㊁S O 2㊁N O 2㊁P M 10等因素之间的多元线性回归模型,并建立高斯扩散模型,刻画出蚌埠市空气中P M 2.5的时空分布规律,并对该地区进行污染的评估,最终得出含有风力㊁湿度等因素的多元线性回归模型.最后运用对比法,将实际检测出来的数据与模型计算出来的模拟值进行比较与检验,并对模型的优缺点进行了评价.关键词:A Q I ;P e a r s o n 相关系数;多元线性回归中图分类号:T B ㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀d o i :10.19311/j.c n k i .1672G3198.2018.17.0911㊀引言随着我国G D P 保持着高速稳定的增长,另一方面,环境污染问题也逐渐引人关注.这主要是因为经济增长方式出现问题,传统工业发展方式较为守旧落后,主要能源消费以煤炭石油等为主,必然导致大量的废气污染物排放.这对建设绿色循环经济产生了一定破坏作用,不利于生态良好发展,不利于建设环境友好型社会.废气排放,管控不当使空气污染的问题更加突出,尤其是近几年频繁出现的雾霾天气,在一定程度上对居民身体健康也造成了一定威胁.通过对P M 2.5的相关影响因素分析和分布与演变规律分析可以找到治理P M 2.5的更科学便捷的方式,从而对其他地区的空气污染治理有前车之鉴,提供了应用范例.除此之外,社会各界对空气检测监管也十分关注,相应的政策也得到出台建立,相关的法律法规及污染管理方式也已明文规定,特别是2012年新修订的«环境空气质量标准»,首次采用空气质量指数这个概念,将其作为污染治理中空气检测的指标,主要包括对空气中的颗粒物㊁臭氧O 3和一氧化碳CO 等6项的检测.因此,本文在政策及标准建立的基础上,从监测指标角度着手进行分析.传统空气环境污染物问题治理对策有:植树种草㊁火电厂污染源控制㊁农作物的控制燃烧处理㊁工业排放污染的控制㊁汽车污染源的控制等.三线城市在我国比重占多数,蚌埠市作为安徽省这个人口大省的第三城市,其污染雾霾等问题具有代表性㊁典型性,对该地区的治理,对其他三线城市有很好的应用和借鉴效果,给同类城市提供了预防和处理环境问题的方式该地区空气中P M 2.5问题的研究具有重要意义.2㊀主要指标符号说明x i :表示第i 个污染物指标的含量;y :P M 2.5含量模拟值;b i :第i 个污染物的线性相关系数;R 2:拟合优度系数;F :F 检验值;σx :x 轴方向扩散系数;σy :y 轴方向扩散系数;u :平均风速.3㊀模型的构建3.1㊀相关性模型我们收集到蚌埠市空气质量指数A Q I 中6个基本监测指标,得到一天内各个时刻的平均值,利用S P S S 软件对数据进行相关性处理,得到各指标因素之间的相关性成都,并根据相关性分析结果选取对应指标建立多元线性回归模型.同时,在对空气质量指数基本监测指标的分析基础上,对于P M 2.5具有高度相关的检测指标进一步做定量分析.由于选取的指标变量数据较少,我们明显发现,P M 2.5与相应的5个指之间含量的变化态势相似,存在一定的线性变化关系.将原始数据进行标准归一化处理,用P e a r s o n 相关系数来衡量A Q I 中6个基本检测指标的相关性.通过软件运行得到结果,得到P M 2.5含量与P M 10㊁N O 2㊁S O 2㊁C O 相关系数均大于0.8,具有高度的相关关系,P M 2.5与臭氧相关系数极弱,因此本文将不考虑臭氧对P M 2.5的影响,在建立模型的过程中忽略臭氧因素对模型结果的影响.3.2㊀多元线性回归模型多元线性回归模形即含有多个变量的线性回归模型.在理论形式下,可以认为因变量Y 与自变量x 1,x 2, x k 得到多组观测值中的数据满足:y j =b 0+b 1x 1j+b 2x 2j + +b p x p j +εj (j =1,2,3, ,n ),式中的εj 为相互独立且都服零均值同方差的正态分布随机变量.由P M 2.5与其他因子的相关性分析结果得到的结果,利用MA T L A B 软件进行多元线性回归拟合,其中自变量为x 1,x 2, ,x 4(P M 10,N O 2,S O 2,C O ),因变量为y ,对剔除异常预处理后的数据进行回归拟合,可以得出:R 2=0.9602㊁F =42.2231㊁p =0.0001.本文用复相关系数R 2来衡量回归方程与观测值拟合的优良程度,结果中R 2>0.85,F 的值较大,p =0.0001<0.05,以上三点的结果说明该曲线的线性关系显著,该回归模型具有统计学意义,模型成立.得到该多元线性回归模型的结果如下,从模型中可以看出P M 2.5与其他四个变量之间的定量分析结果为:每增加1单位的P M 10,P M 2.5增加0.7627个单位;每增加1单位的二氧化氮,P M 2.5增加0.0819个单位;每增加1单位的二氧化硫,P M 2.5减少0.8173个单位;每增加1单位的C O ,P M 2.5减少45.8211个单位.y =27.8126+0.7627x 1+0.0819x 2-0.8173x 3-45.8211x 4工程管理与技术现代商贸工业2018年第17期186㊀㊀3.3㊀高斯扩散模型该理论假定污染物是从某区域附近泄漏,且泄露的排放量Q (单位u g/s ),风速大小u 不随时间㊁地点和高度的变化而变化.由气体扩散空间任意一点(x ,y,0),得到污染源扩散气体的浓度.结合实际,在风力㊁湿度等天气条件下,合理考虑这些因素对蚌埠市P M 2.5成因等规律的影响.查阅资料可得,蚌埠市的共6个监测点(蚌埠学院㊁淮上区政府㊁百货大楼㊁工人疗养院㊁高新区㊁二水厂),监测搜集到每天4个不同时段(上午㊁中午㊁晚上㊁凌晨)的P M 2.5日均含量分布数据.分别得到蚌埠P M 2.5的时空分布和规律图,蚌埠市平均湿度㊁风力和P M 2.5分别随时间变化规律图,见图1㊁图2.图1㊀P M 2.5时空分布图图2㊀平均湿度、风力随时间变化规律通过蚌埠市P M 2.5时空分布图可见,蚌埠市6个环境监测点P M 2.5含量有基本一致的变化幅度和趋势,随着时间的推移变化(上午 中午 晚上 凌晨),蚌埠市P M 2.5的时空分布呈现波动下降趋势,从上午至晚上期间,6个环境监测点的P M 2.5浓度逐渐降低,至晚上是达到该日最低含量,随后空气中P M 2.5浓度开始上升.其中,百货大楼㊁二水厂㊁高新区的P M 2.5浓度总体较高,工人疗养院的P M 2.5浓度变化范围最广,波动最高和最低浓度值也是最显著地,淮上区政府和蚌埠学院的两个监测点P M 2.5浓度整体较低,每天的波动范围相对较小.结合«环境空气质量标准»,根据环境空气功能区质量要求得到环境空气污染基本项目浓度限值,可以推断出蚌埠市6个监测点24小时平均P M 2.5浓度都属于二类区,均在35-75u g/m 3内分布,满足二级空气质量要求.综合来看,时间和天气情况的变化也会对P M 2.5浓度产生一定程度的影响,以此类推,季节变化也应是影响空气质量的重要因素,也就是说风力㊁湿度成为影响P M 2.5含量的不可忽略因素.在主要考虑风力和湿度的影响下,本文继续对蚌埠市的P M 2.5浓度进行双因素分析.结合前面建立的多元线性回归模型,增加变量x 5,x 6(湿度,风力),利用MA T L A B 软件求解得到新的多元线性回归模型.得到多元回归曲线的拟合结果:b 0=38.1092,b 1=0.6498,b 2=0.1842,b 3=-0.8166,b 4=-0.0307,b 5=-0.1443,b 6=-2.0151,R 2=0.9641,F =22.3930,p =0.0018.可见,蚌埠市空气中P M 2.5浓度与N O 2㊁P M 10浓度有正比关系,与空气中C O ㊁S O 2含量以及风力㊁湿度大小成反比,且风力对P M 2.5的含量影响比湿度的影响大.因此,本文建立的多元线性回归模型符合统计学规律,综合最终的模型为:y =38.1092+0.6498x 1+0.1842x 2-0.8166x 3-0.0307x 4-0.1443x 5-2.0151x 64㊀模型的检验为了检验所建立的模型和运用方法的合理性与科学性,本文运用对比法,将实际检测出来的数据与模型计算出来的模拟值进行比较.得到以下是重新随机采取的多组实际数据,以及对应实际值与模拟值.由于篇幅限制本文仅给出4组随机实验数据,具体见表1.表1㊀模拟值与实际值x 1x 2x 3x 4x 5x 6模拟值实际值25221045060223.73742432231047071128.284308022766075351.2996537129666096148.557349........................㊀㊀通过与实际值进行比较发现,这四组数据的模拟值与实际值在一定程度上是高度拟合的,拟合精度分别为99%㊁94%㊁97%㊁99%,均保持在94%以上的准确率,具有较高的拟合精度,因此该模型是合理的.5㊀模型的评价(1)优点:利用相关数据软件对数据进行处理并作出各种平面图,使相关描述结果更加直观,更易于理解,运用MA T L A B ㊁S P S S 等数学软件依据模型进行计算,提高工作效率.(2)缺点:数据选取相对较少,代表性不够强烈,误差大,对于污染物的选取只选择了6项主要的污染因子,对于其他部分(季节因素等)的污染物采取了忽略处理,对最后的模型建立结果有一定的影响因素.在模型的建立中,我们的考虑并不全面,这样无疑会造成计算结果不准确.对于问题一,我们针对蚌埠市P M 2 5的含量以及其他5个因素建立了多元线性回归模型,得出了P M 2.5的含量与主要指标因素的线性关系,过程中我们并没有考虑到各指标因素之间的内部的相关影响,因此所得到的模型也不够精确,需要进一步改进.参考文献[1]张恒斌,杨敏,魏换其.空气中P M 2.5问题的研究[J ].广西师范学院学报:自然科学报,2014,31(4):97G99.[2]李勇,宋慧,李玉珍,丁伟利.西安市空气P M 2.5问题研究[J ].黑龙江大学自然科学学报,2014,31(2):236G237.[3]王玮,汤大钢,刘红杰.中国P M 2.5污染状况和污染特征的研究[J ].环境科学研究,2000,13(1):1G5.。
参赛密码(由组委会填写)第十届华为杯全国研究生数学建模竞赛学校参赛队号队员姓名参赛密码(由组委会填写)第十届华为杯全国研究生数学建模竞赛题目空气中PM2.5问题的研究摘要:本文主要研究空气中PM2.5的相关问题。
针对问题一,本文利用MATLAB软件绘制了PM2.5(含量)与其他五项指标(含量)关系的散点图,并利用SPSS软件分析了PM2.5(含量)与其他五项指标(含量)的相关性。
根据不同依据建立了三个数学模型,然后分析了每个模型的优缺点,选择了一个最优的模型作为PM2.5(含量)与其它5项分指标(含量)之间关系数学模型。
针对问题二,本文绘制了西安市13个监测点的PM2.5含量随时间变化图,并选取两组方差最大的地区绘制了它们的PM2.5含量随时间变化图。
根据这两图分析了该地区内PM2.5的时空分布及其规律,并分区进行了污染评估。
根据问题一所建的模型,结合风力与温度的影响,建立了该地区PM2.5的发生和演变规律的数学模型,并根据所建的模型进行了分析。
并将西安市的监测值与用建立的模型计算出的模拟值进行了比较,证明了模型建立正确。
针对问题三,本文根据前面建的模型和分析结果,给出了该地区未来五年内,综合治理和专项治理相结合的逐年达到治理目标的方案。
关键词:PM2.5,相关性,演变,治理方案1.问题重述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,直接影响着人类的生产、生活和生存。
空气质量问题始终是政府、环境保护部门和全国人民关注的热点问题。
2012年2月29日,环境保护部公布了新修订的《环境空气质量标准》(GB3095—2012)。
在新标准中,启用空气质量指数AQI作为空气质量监测指标,以代替原来的空气质量监测指标――空气污染指数API。
原监测指标API为无量纲指数,它的分项监测指标为3个基本指标(二氧化硫SO2、二氧化氮NO2和PM10PM10)。
AQI也是无量纲指数,它的分项监测指标为6个基本监测指标(二氧化硫SO2、二氧化氮NO2、PM10PM10、细颗粒物PM2.5、臭氧O3和一氧化碳CO等6 项)。
城市环境空气中PM2.5的成因分析及控制方法随着经济的快速发展和工业化的进程,城市环境污染问题日益突出,其中空气质量受到了广泛关注。
PM2.5是空气中颗粒物的一种,其直径小于等于2.5微米,足以渗入人体肺部,对健康产生严重影响。
研究城市环境空气中PM2.5的成因分析及控制方法具有重要意义。
一、PM2.5的成因分析1. 工业排放工业生产是城市环境中PM2.5的主要来源之一。
在工业生产过程中,燃煤、燃油等化石能源的燃烧会产生大量的颗粒物,其中包括PM2.5。
特别是一些重工业和化工企业,其工艺过程中会产生大量的废气,排放的超标会直接导致PM2.5浓度升高。
2. 交通排放机动车尾气是城市空气中PM2.5的另一个主要来源。
随着汽车数量的不断增加,尾气排放成为了城市空气质量的主要污染源之一。
特别是柴油车的排放,其中含有大量的颗粒物,直接导致了PM2.5的浓度上升。
3. 生活燃烧生活燃烧也是城市环境中PM2.5的来源之一。
如家庭烹饪、取暖、焚烧垃圾等活动都会产生大量的烟尘,其中包括PM2.5颗粒物。
特别是一些地区由于缺乏清洁能源,依然采用煤、柴油等传统能源,生活燃烧排放的颗粒物含量较高。
4. 天气条件天气条件也会影响城市环境中PM2.5的浓度。
如低温、高湿度等气象条件会导致颗粒物的滞留和聚集,使PM2.5的浓度升高,而风速越大、降水越多则有利于净化大气中的PM2.5。
二、PM2.5的控制方法1. 加强环保法规加强环保法规的实施和执行可以有效控制工业企业等大气污染源排放。
在法规的约束下,企业需要加大环保设施的建设和投入,对废气进行净化处理,降低污染物排放。
对于超标排放的企业进行处罚和取缔,减少环境污染。
2. 提倡清洁能源提倡清洁能源的使用是减少空气污染的有效途径。
通过鼓励采用清洁能源,如天然气、风能、太阳能等,减少对化石燃料的依赖,降低工业生产和生活燃烧排放的污染物含量,有助于减少PM2.5的生成和浓度。
3. 改善交通状况改善交通状况是控制城市空气污染的重要举措之一。
pm2.5调研报告
《pm2.5调研报告》
随着工业化和城市化的发展,大气污染成为了人们生活中不可忽视的问题,其中pm2.5是目前环境颗粒物中最为关键的一种。
研究pm2.5的来源、分布和影响,对于减少大气污染、保护人们健康具有重要意义。
本次调研报告针对pm2.5进行了深入的研究和分析。
首先,我们调查了pm2.5的主要来源,发现工业排放、机动车尾气和生活废气是主要贡献因素。
其次,我们调查了pm2.5的分布情况,发现城市中心和工业区受到污染最严重,而郊区和乡村地区相对较少。
最后,我们对pm2.5对健康的影响进行了调查,发现长期暴露在pm2.5中会导致呼吸系统疾病、心血管疾病以及某些癌症的风险增加。
基于以上调研结果,我们提出了一些建议:一是加强大气污染治理,尤其是对工业企业和车辆的排放进行严格监管;二是增加绿色植被覆盖,以吸收并减少pm2.5的释放;三是提倡绿色出行和生活方式,减少污染源的产生。
通过本次调研报告,我们深刻认识到pm2.5对环境和人类健康的危害,也明确了治理大气污染的紧迫性和必要性。
希望政府、企业和个人能够共同努力,减少pm2.5的排放,改善环境质量,为人民提供更健康的生活环境。
城市环境空气中PM2.5的成因分析及控制方法在现代城市生活中,空气质量是一个严重的问题。
其中,PM2.5是最为关注的污染物之一。
它来源于许多因素,如车辆尾气、工厂排放、建筑物灰尘等。
本文将探讨PM2.5的成因分析及控制方法。
PM2.5是指直径小于2.5微米的颗粒物。
这种颗粒物非常危险,因为它们可以穿透肺泡进入血液中,对健康造成伤害。
以下是PM2.5的来源:1. 交通污染:车辆的尾气是城市PM2.5的主要来源之一。
汽车排放氮氧化物、碳氢化合物、二氧化硫等化学物质,这些化学物质在大气中相互作用形成PM2.5。
2. 工业排放:工业活动是PM2.5的主要来源之一。
许多工业进程会产生废气和废水,其中包括PM2.5。
这些污染物经常通过烟囱、通风设施和废水处理设施排放到大气中。
3. 燃煤和石油:燃煤和石油是PM2.5的另一个主要来源。
煤矿和石油钻探、开采、加工以及燃烧等过程都会产生颗粒物和有害气体,并引起空气污染。
4. 室内活动:除了室外活动外,室内活动也会产生PM2.5。
这些活动包括烹饪、清洁、燃烧蜡烛、香薰等。
这些活动会释放有害物质,如烟雾、甲醛以及其他揮發性有机化合物,这些物质对人体健康产生负面影响。
1. 改善交通状况:政府可以采取多种措施来改善交通状况,以减少车辆尾气对空气质量的影响。
其中包括加强交通管理、提高公共交通的便利性、推广清洁能源车辆等。
2. 控制工业排放:政府可以规定工业排放标准、建立环保税收体系,以促进企业采取新技术、新设备降低污染物排放。
3. 促进清洁能源发展:大力推广清洁能源,如太阳能、风能、水能等,较少污染,不产生PM2.5等有害物质,对环境保护有显著的促进作用。
4. 加强城市绿化:植被可以有效降低PM2.5的浓度。
政府需要加强城市绿化,奖励个人和企业植树、绿化,以提高城市空气质量。
5. 促进室内通风:对于室内污染,我们也可以采取多种措施来缓解。
包括增加室内空气污染物的过滤和清洁设备,要求室内装修材料、家具等低挥发性有害物质排放,注意日常通风。
大气环境中PM2.5的研究进展与展望大气环境中PM2.5的研究进展与展望一、前言随着城市化进程的加快和工业化的快速发展,大气污染问题日益引起人们的关注。
其中,PM2.5(可吸入颗粒物,直径小于等于2.5微米的颗粒物)被认为是对人类健康影响最大的空气污染物之一。
由于其粒径小、含有大量有害物质,PM2.5可以深入到呼吸系统的细胞层,对人体的呼吸系统、心血管系统、免疫系统等造成严重危害。
因此,研究PM2.5的形成机制、传输规律以及对环境和人类健康的影响具有重要意义。
二、PM2.5的形成机制PM2.5主要来源于工业排放、交通尾气、燃煤等。
在大气中,这些物质经过一系列化学和物理过程形成PM2.5。
首先,排放物质中的气态化合物会在大气中氧化或负离子反应得到亚微米颗粒。
其次,这些亚微米颗粒通过成核、碰撞、凝聚等过程增长,形成成熟的PM2.5颗粒。
最后,这些颗粒会被湿降、干降或气溶胶沉降到地面,对空气质量和环境造成影响。
三、PM2.5的传输规律PM2.5颗粒在大气中的传输过程受到地形、气象条件和大气层结等多种因素的共同影响。
地形对大气的稳定层和湍流运动产生重要影响,从而影响PM2.5的传输规律。
例如,在山脉区域,山体对气流的阻挡和抬升会导致PM2.5积聚在山谷地带,形成严重的空气污染。
气象条件,如风速、风向和温度,也会影响PM2.5的传输。
当风速较小、风向稳定时,PM2.5易积聚在城市区域,导致空气质量下降。
此外,大气层结对PM2.5的传输也有影响。
例如,当存在逆温层时,PM2.5易积聚在逆温层下方,形成“霾”。
四、PM2.5对环境的影响PM2.5不仅对人体健康造成危害,同时也对环境产生一系列影响。
首先,PM2.5对能见度产生负面影响,导致城市的大气透明度下降。
其次,PM2.5还会引起酸雨的形成,对土壤和水源造成污染。
此外,PM2.5在大气中的存在还会导致光学反射率降低,致使地球辐射收支失衡,给地球气候系统带来不稳定因素。
参赛密码(由组委会填写)“华为杯”第十三届全国研究生数学建模竞赛学校参赛队号队员姓名1.2.3.参赛密码(由组委会填写)题 目 空气中PM2.5问题的研究摘 要:本文主要是分析空气中PM2.5的污染问题,建立了Pearson 相关分析、多元线性回归模型、模糊综合评价模型、改进柯西分布函数模型、双目标非线性规划模型等,通过定性定量分析,从与PM2.5相关因素分析、分布与演变以及空气质量控制管理等方面进行研究与分析。
问题一:1、针对第一问,主要定性定量分析PM2.5余其它5项指标的相关性与独立性。
首先,对附件1数据进行初筛和归一化处理,剔除缺失值。
其次,建立Pearson 相关分析模型,分析了各个AQI 指标之间的相关性,发现PM2.5与其它除3O 分指标的相关系数均大于0.7,线性相关程度较高;3O 与各个分指标均呈负相关。
然后,根据正态性原则,选出不满足统计学规律的点,由上述相关性结论检验这些异常点。
2、针对第二问,建立了PM2.5与其它5项分指标之间的多元线性回归模型,并根据剔除缺失值和异常数据求解多元回归方程后,结果为:123450.0330.0160.037 1.0780.4390.160y x x x x x =---++- 问题二: 1、针对第一小问,本文将时空分布规律分别建立时间模型与空间模型进行求解。
首先,建立PM2.5与SO 2、NO 2、PM10的三元线性回归方程来估计数据2中PM2.5中缺失的2010年1月到2012年12月的数据得到PM2.5的时间分布图,然后建立关于PM2.5的二维插值模型得到了关于各地区的空间分布图。
最后根据《环境空气质量标准》建立了模糊综合评价模型,并根据最大隶属度原则将13个地区的污染程度进行评估,模型结果表明:13个监测点污染程度为轻度污染的有:小寨、长安区、临潼区、曲江文化集团和纺织城,中度污染的有:阎良区、兴庆小区、经开区、广运潭、市人民体育场、草滩、高新西区和高压开关厂。
2、针对第二小问,本文建立了不同季节下关于风力、湿度、温度的三元线性回归模型,并利用该地的数据对PM2.5的分指标进行定性与定量的分析,针对第三小问,建立了高斯点源扩散模型,分析扩散与衰减现象。
3、针对第三小问,本文建立了PM2.5的浓度扩散模型PM2.5;然后,对PM2.5 污染扩散预测模型进行了参数估计;最后,代入实例得到了各个监测点PM2.5 浓度的预测评估结果,如高新西区为重度污染区域,广运潭为安全区域。
4、针对第四小问,用残差检验与稳定性检验了模型合理性,并总结已有研究成果给出了PM2.5 的成因、演变等一般性规律。
问题三:1、针对问题一,给出合理的PM2.5治理计划:考虑到实际环境治理过程中,往往是分期进行治理工作的,而且治理进度是先慢变快,再由快变慢(这种变化规律与柯西分布函数的变化规律很相似)。
因此可以将PM2.5的治理计划分为前期(准备期),中期(治理期),后期(稳固期)三个时期,并由改进的柯西分布规划模型,既使得五年投入的总经费较少,又使决策部门对投入金额造成的结果满意度较高。
在求解过程中,通过将满意度作为约束条件,将双目标规划转化为单目标规划求解,通过不断改变满意度得出4中不同方案,将4种方案合理对比得到了最后的方案为:五年投入总费用为8.59(百万元),每年综合治理量为1.393/g m μ,专项治理量为8.013/g m μ,此时的满意度为90% 。
一、问题重述1.1 问题背景空气,我们每天都呼吸着的“生命气体”,它的质量直接关乎着人类的生产、生活和生存。
因此,空气质量问题的监测、预报和控制等问题是全国人民关注的重点。
2012年环境保护部公布的《环境空气质量标准》,增设了PM2.5和臭氧8小时平均浓度限值;调整了原有指标的浓度限值;并试行了AQI 作为空气质量监测指标的规定。
该规定中,首次将产生灰霾的主要因素PM2.5的浓度指标列入空气质量监测指标中。
1.2 问题重述PM2.5的来源有自然源和人为源,主要成分由水溶性离子、颗粒有机物和微量元素等组成。
其形成机理和过程比较复杂,而且进入公众视线的时间很短,所以关于细颗粒物PM2.5的数据相对较少,对于细颗粒物PM2.5的客观规律也了解不够。
因此,我们利用现有数据研究以下问题。
1.2.1 PM2.5的相关因素分析AQI 监测指标为:二氧化硫2SO 、二氧化氮2NO 、可吸入颗粒物PM10、细颗粒物PM2.5、臭氧3O 和一氧化碳CO 等6 项。
有研究表明,二氧化硫2SO 、二氧化氮2NO 和一氧化碳CO 是可能形成PM2.5的气态物体,请根据附件1或附件2中数据或自行采集数据,利用或建立适当的数学模型对AQI 中的6个基本监测指标的相关与独立性进行定量分析,尤其是对其中PM2.5(含量)与其它5项分指标及其对应污染物(含量)之间的相关性及其关系进行分析。
如果你们进而发现AQI 基本监测指标以外的、与PM2.5强相关的(可监测的)成分要素,请陈述你们的方法、定量分析结果、数据及来源。
1.2.2 PM2.5的分布与演变及应急处理请依据附件2、附件3中的数据或自行采集某地区的数据,通过数学建模探索完成以下研究: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,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。
4、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。
1.2.3 空气质量的控制管理数据1所在地区的环境保护部门考虑治污达标的紧迫性和可行性,在未来五年内,拟采取综合治理和专项治理相结合的逐年达到治理目标的方案。
请考虑以下问题:μ),要求未来1、该地区目前PM2.5的年平均浓度估计为280(单位为3g/m五年内逐年减少PM2.5的年平均浓度,最终达到年终平均浓度统计指标35(单位μ),请给出合理的治理计划,即给出每年的全年年终平均治理指标。
为3g/m2、据估算,综合治理费用,每减少一个PM2.5浓度单位,当年需投入一个费用单位(百万元),专项治理投入费用是当年所减少PM2.5浓度平方的0.005倍(百万元)。
请你为数据1所在地区设计有效的专项治理计划,使得既达到预定PM2.5减排计划,同时使经费投入较为合理,要求你给出五年投入总经费和逐年经费投入预算计划,并论述该方案的合理性。
二、问题分析2.1 问题一的分析对于问题一,可以分为两个小问:首先要定量分析AQI中6个检测指标之间的相关性和独立性;其次主要分析PM2.5的浓度指标与另外5个分指标之间的相关性。
针对第一小问,附件1给出的大量数据,不可避免的会出现数据缺失和异常值,数据缺失会对相关性分析有一定影响,所以首先需要对数据进行预处理,剔除缺失值。
在分析各指标相关性时,个别异常值对于相关性分析影响不大,所以暂时不作剔除。
第一小问,定量分析6项指标之间相关性时。
由于各个指标的标准不同,首先利用MATLAB对数据进行归一化处理,然后再利用SPSS处理得到Pearson相关系数来衡量各个指标之间的关系强度。
然后根据大样本数据需要满足正态性原则,即剔除不满足统计学规律,远离数据正态分布所对应的位置的点和浮动范围脱离总体的点。
最后根据第一小问得出的相关性定量关系,检验由于不满足正态原则而剔除的数据是否合理。
针对第二小问,要求建立分析PM2.5和其5项指标的相关性模型,本文将PM2.5作为因变量,其它指标作为自变量,利用第一小问预处理后的数据,建立多元线性回归方程,从而得到PM2.5值与其余5项分指标的相关方程。
2.2 问题二的分析针对问题二第一小问,需要综合时间和空间分析PM2.5的分布状况,而时空分布图是一个四维图,不便于绘制,所以本文将时空分布图分为时间分布图和空间分布图分别建立模型进行分析。
首先建立PM2.5与SO2、NO2、PM10的三元线性回归方程来估计数据2中PM2.5中缺失的2010年1月到2012年12月的数据得到PM2.5的时间分布图,然后建立关于PM2.5的二维插值模型得到了关于各地区的空间分布图。
最后根据《环境空气质量标准》建立了模糊综合评价模型,并根据最大隶属度原则对13个地区的污染程度进行评估。
针对问题二第二小问,够刻画该地区PM2.5的发生和演变的数学模型并考虑风力、湿度等天气和季节因素,并利用该地的数据进行定性与定量的分析。
因此本文建立了不同季节下关于风力、湿度、温度的三元线性回归模型,并建立高斯点源扩散模型分析其扩散与衰减现象。
针对问题二第三小题,在第二小问的基础,建立了针对此突发情况的基于高斯点源函数的污染扩散预测二维插值模型,并找出了全地区最高浓度PM2.5的一天,使其浓度增至两倍并持续两小时,并用所建立的模型进行预测,根据MATLAB 的仿真结果得到了重度污染与可能污染的区域。
2.3 问题三的分析针对问题三第一小问需要给出一份合理的治理计划。
本文考虑到实际环境治理过程中,往往是分期进行治理工作的,而且治理进度是先慢变快,再由快变慢。
这种情况与可惜分布函数较为类似。
因此可以将PM2.5的治理计划分为前期(准备期),中期(治理期),后期(稳固期)三个时期,并使用改进柯西分布函数对治理情况加以模拟,得出与实际情况相符合的分期治理计划。
针对问题三第二小问需要给出五年投入总经费和逐年经费投入预算计划,本文考虑经济投入与决策部门满意度两个因素,建立双目标规划模型,既使得五年投入的总经费较少,又使决策部门对投入金额造成的结果满意度较高。
三、模型假设与符号说明3.1 模型假设1、假设测量仪器没有损坏,异常数据为不可避免的人为统计;2、假设全市天气处于均一的条件下;3、假设风向流动稳定,风速不会变;4、假设排放源是连续且均匀的,不会受其他因素影响;5、假设不用考虑PM2.5治理的其他可能情况,只考虑综合治理和专项治理。
3.2 符号说明W数据点与选定点的加权平均值kan四、问题一的模型建立与求解4.1 数据的初筛观察附件1给出的1422个样本数据,发现个别样本的数据值缺失以及可能的异常值,例如,2013年4月29日以及6月7日的PM10数据缺失。
由于这些缺失值会对相关性和独立性分析过程中有一定影响,所以本文首先对数据进行预处理,减小在分析过程中产生的误差,因此,将2013年4月29日以及6月7日的数据舍去。