沈阳市PM2.5浓度变化及其成因分析 ---“波动”模型(A题)

论文题目：沈阳市PM2.5浓度变化及其成因分析

---“波动”模型(A题）参赛队员信息(必填)：

姓名专业班级及学号联系电话

参赛队员1 王朦朦

参赛队员2 卫冬梅

参赛队员3 杨静

参赛学院：数学与系统科学学院

沈阳市PM2.5浓度变化及其成因分析

---“波动”模型

摘要

沈阳以其优越的地理位置，雄厚的工业基础及科技实力，完善的市场体系和发达的交通网络，成为中国最具吸引力的投资地区之一。近几年来，人们的物质生活，经济生活也取得了长足发展，形成了较好的监测站及拥有较好的精准的设备。较好的解决了目前沈阳市的PM2.5浓度给人们带来的影响。本次建模利用2013年3月空气质量监测资料，采用期望方差法和画折线图比较沈阳市PM2.5各站点的差异性以及浓度变化特征与因素的相关性进行分析。为正确认识沈阳市大气污染状况提供重要基础数据和以后的对

监测站点间PM2.5的日变比研究和制定相应的污染控制措施提供参考数据。结果表明

：

化趋势保持一致，个别站点出现微小差别；是可吸入颗粒物的主要来源；地理位置、生活群体、地区繁华程度、工业发展程度、检测日期的不同是影响PM2.5的重要因素。沈阳市北部地区的PM2.5的浓度明显高于南部；学校密集的地区PM2.5近似比非学校密集区的PM2.5浓度低；繁华地区市中心车辆人群较多PM2.5明显比较偏远地区PM2.5高；重工业发展好的浑南地区明显较其他地区PM2.5高；地区PM2.5浓度呈波动变化趋势，较高点并未集中分布，3月8日、3月18日浓度都较高。此外温度、风速、气压、相对湿度等气象因素也是是影响PM2.5的因素。但由于这些气象数据不容易得到，题目中没给足够数据我们把气象因素的影响化小。只是PM2.5质量浓度与温度、风速、相对湿度呈正相关，与气压呈负相关。PM2.5最主要的来源是人为产生的，由煤炭、石油及其它矿物燃烧产生的工业废气，以及机动车产生的尾气排放，工业扬尘以及建筑工程都会造成PM2.5污染。针对PM2.5的治理，必须从污染来源和污染路径入手，双效治理。

关键词：PM2.5；期望方差法；重要因素；对策

一、问题的提出

随着社会的迅猛发展，各行各业也随之兴起，在科学技术发展的同时，人们只注重经济的快速发展却忽略了对环境造成的破坏，由此带来的环境问题日益明显，空气质量下降也日益突出，正如近日沈阳雾霾天气频繁出现，研究表明其主要元凶是PM2.5的浓度。PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。与较粗的大气颗粒物相比，PM2.5粒径小，富含大量的有毒、有害物质且在大气中的停留时间长、输送距离远，因而对人体健康和大气环境质量的影响更大。

PM2.5主要对呼吸系统和心血管系统造成伤害，包括呼吸道受刺激、咳嗽、呼吸困难、降低肺功能、加重哮喘、导致慢性支气管炎、心律失常、非致命性的心脏病、心肺病患者的过早死。老人、小孩以及心肺疾病患者是PM2.5污染的敏感人群。所以我们利用数学建模思想回答以下问题：

1、分析沈阳各个监测点PM2.5浓度的变化规律，并分析其成因。

2、给政府相关部门提出一些合理化建议。

二、问题的分析

1、根据沈阳三月份各个监测点PM2.5浓度统计结果，我们认为影响PM2.5有以下几点原因：

（1）地理位置的不同。分属沈阳南北不同地区的各个监测点PM2.5浓度有差异。

（2）生活群体的不同。像炮兵学院和辽大这样的学校监测点与其他非学校监测点PM2.5浓度有差异。

（3）地区繁华程度的不同。人口流动大、交通繁忙的商业区与非商业区PM2.5浓度有差异。

（4）工业发展程度的不同。工厂集中、工业迅猛发展的地区与其他地区PM2.5浓度有差异。

（5）监测日期的不同。在整个三月不同日期同一地区的PM2.5会有波动有所变化。

2、根据上述分析的原因，我们将相对应的给出合理化建议以求有效降低PM2.5浓度，让我们生活的环境更为美好。

三、基本假设

1、假设附表给的数据都是准确无误的；

2、假设附表所给各地区足够具有代表性;

3、假设依据我们的分类标准，得到的地区分类是足够鲜明的，界限是足够清晰的。

4、假设东西方位对PM2.5没有影响。

5、假设一段时间之内学校不会迁移、工厂没有变动。

6、假设在不同监测点所涉及的地区范围是相同的。

四、定义符号说明

X----表示在同一时间，不同监测点所给出的PM2.5浓度和同一地点，不同时间所给i

的PM2.5浓度。

N-----表示监测点的个数和三月的天数。

i=1----表示监测点的个数和三月的天数都从第一个开始。

五、模型的分析与建立

沈阳三月份各个监测点PM2.5浓度情况：

1、地理位置不同。

分属沈阳南北不同地区的各个监测点PM2.5浓度有差异。

南—浑南二三月每一天的PM2.5浓度分别为：18、17、16、17、18、18、19、17、16、18、16、17、19、17、15、19、15、18、20、16、17、18、18、15、18、19、20、16、16、18、18.

北—北陵三月每一天的PM2.5浓度分别为：17、16、18、16、19、15、18、19、16、17、18、18、19、16、15、18、19、18、19、18、16、16、20、18、19、18、17、15、19、20、18.

2、生活群体的不同。

像炮兵学院和辽大这样的学校监测点与其他非学校监测点PM2.5浓度有差异。

炮兵学院三月每一天的PM2.5浓度分别为：9、10、9、7、8、6、8、8、9、8、7、7、6、10、9、9、9、10、10、11、9、10、11、10、8、9、8、10、10、9、8。

辽大三月每一天的PM2.5浓度分别为：19、17、19、17、18、19、17、17、19、18、18、17、19、17、16、20、21、21、19、17、19、18、19、21、20、18、18、20、19、18、19.

3、地区繁华程度的不同。

人口流动大、交通繁忙的商业区与非商业区PM2.5浓度有差异。

商业区—太原街三月每一天的PM2.5浓度分别为：22、23、24、26、26、25、23、21、24、23、25、24、27、24、24、26、25、22、24、24、26、23、24、23、25、24、23、23、22、21、24.

非商业区—辉山三月每一天的PM2.5浓度分别为：15、14、16、15、16、14、17、

14、16、15、13、17、15、15、16、14、17、14、15、16、15、13、12、16、14、13、

15、13、17、16、13.

4、工业发展程度的不同。

工厂集中、工业迅猛发展的地区与其他地区PM2.5浓度有差异。

工厂集中、工业迅猛发展的地区—浑南三月每一天的PM2.5浓度分别为：18、17、16、17、18、18、19、17、16、18、16、17、19、17、15、19、15、18、20、16、17、18、18、15、18、19、20、16、16、18、18.

工厂不集中、工业发展缓慢的地区—炮兵学院三月每一天的PM2.5浓度分别为：9、10、9、7、8、6、8、8、9、8、7、7、6、10、9、9、9、10、10、11、9、10、11、10、8、9、8、10、10、9、8。

5、监测日期的不同。

在整个三月不同日期同一地区的PM2.5会有波动有所变化。

同一地区—二毛三月每一天的PM2.5浓度分别为：21、22、22、21、22、20、19、24、22、24、22、22、23、23、21、20、19、15、23、23、21、19、23、21、22、