基於灰色關聯分析法的大氣環境質量評估

2023-01-15 00:42:01 字數 3577 閱讀 3394

2011高教社杯全國大學生數學建模競賽

承諾書我們仔細閱讀了中國大學生數學建模競賽的競賽規則.

我們完全明白,在競賽開始後參賽隊員不能以任何方式(包括**、電子郵件、網上諮詢等)與隊外的任何人(包括指導教師)研究、討論與賽題有關的問題。

我們知道,抄襲別人的成果是違反競賽規則的, 如果引用別人的成果或其他公開的資料(包括網上查到的資料),必須按照規定的參考文獻的表述方式在正文引用處和參考文獻中明確列出。

我們鄭重承諾,嚴格遵守競賽規則,以保證競賽的公正、公平性。如有違反競賽規則的行為,我們將受到嚴肅處理。

我們參賽選擇的題號是(從a/b/c/d中選擇一項填寫): a

我們的參賽報名號為(如果賽區設定報名號的話

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日期: 2023年 8 月18日

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本文針對全國31個省會的大氣環境質量進行建模研究,從分析附錄中資料著手,蒐集每一年各個城市的汙染物濃度。進而求得空氣質素指標。在合理假設的基礎上,對各個問題進行求解。

最後根據**和實際情況,提出合理建議。

針對對大氣質量的綜合評價,根據所查資料,建立空氣質素指數評價模型,實現31個城市空氣質素指數排名;得出海口,拉薩,南寧,福州空氣質素較好,蘭州,烏魯木齊等空氣質素較差。針對2023年環境質量的**,根據各個城市地理位置加以分類,進行相關度及殘差檢驗,利用gm(1,1)灰色系統**2023年汙染物濃度。結果顯示,顆粒物為主要汙染物,華中和華北地區汙染狀況依最為嚴重,華南地區較輕。

針對不採取節能減排的**,基於gm(1,1)灰色系統**分析2006以後十年間的、粉塵、煙塵含量。根據資料顯示:2023年的含量高達5275萬噸,環境形勢嚴峻。

在問題二的基礎上加以研究,將2023年以後問題二所得資料與附件中的資料進行差值分析得知:節能減排之前2007-2023年的總排放量為21838.6萬噸,而節能減排後的總排放量為9188.

8萬噸,在這四年期間的排放總量減少了%,節能減排效果明顯。

對於節能減排實施前後各省會城市大氣環境質量改善情況的分析,我們仍選用問題二中的灰色**模型,對2007~2023年未節能減排的空氣質素指數進行**,再與問題一中所求出的節能減排後的2007~2023年各省會城市的空氣質素指數做差值分析。可看出北京,烏魯木齊,呼和浩特,成都改善比高達79.93%,81.

54%,45.50%,38.16%,海口,南寧,福州等環境較好城市基本無改變。

其它城市的改善量都在20%以下。因此節能減排後各省會城市大氣環境比減排前環境狀況有了明顯的改善。

關鍵詞: 指數評價模型灰色模型節能減排關聯度

近年來,隨著社會的不斷發展,人們對周圍環境重視程度也隨之加深。據世界衛生組織和聯合國環境組織發表的乙份報告報道:空氣汙染已成為全世界城市居民生活中乙個無法逃避的現實。

專家們呼籲:「以人為本,建設文明和諧社會,改善人與自然的環境,減少汙染。」

在當今社會,經濟飛速發展的同時消耗了能源資源,造成了生態環境的日益惡化。我國國情和國力的限制以及生態環境十分脆弱的現實情況,我們已經沒有「先汙染後治理的」資本。因此,我國從2023年8月起,**財政開始實施節能減排工作,既是對人類社會發展規律認識的不斷深化,也是積極應對全球氣候變化的迫切需要,取得了顯著的成果。

試根據我國近年汙染物總量減排和大氣環境相關資料,並結合經濟發展情況,根據附錄中的資料,結合你們收集到的相關資料,建立數學模型,完成以下問題:

1、建立模型對全國各省會城市的大氣環境質量做出定量的綜合評價,並對2023年各地區大氣的汙染狀況進行分析比較。

2、假如不採取節能減排,依照過去幾年的主要統計資料,對我國大氣環境的發展趨勢做出**分析,

3、分析討論節能減排對大氣環境質量改善所起作用。

4、對節能減排實施前後各省會城市大氣環境質量改善情況進行科學分析。

5、對下一步實施節能減排提出建議。

根據附表中的含義,分別求出2003-2023年各個城市的空氣質素指標數,求其均值。依據附錄中汙染物濃度的不同可對城市的汙染狀況做出判斷。用灰色模型**發展趨勢。

最後,根據所得的資料,對節能減排提出合理化建議。

要想對各省會的大氣環境質量做出定量的綜合評價,我們需要首先根據所查得的2003-2023年各個省市的、以及可吸入顆粒物濃度,利用附件中的公式計算,再根據的計算公式確定的值。對2023年大氣汙染,狀況的分析,由於資料較多,須首先對其進行分類,根據地理位置的不同,將其分為華北地區、東北地區、華中地區、華東地區、華南地區、西南地區和西北地區,再採用灰色模型進行**。

我國從2023年8月開始實施節能減排工作,通過觀察附件中的資料,我們利用附件中各汙染物排放值,建立灰色理論模型,通過殘差分析對**結果進行檢驗,對模型的準確度加以評價,合格後即可進行**。對於問題三,需要在問題二的基礎上,將其所得資料與附件中已知資料進行對比分析,使用excel做出相應圖形,形象直觀的反映出節能減排對大氣環境質量改善所起的作用。

對於節能減排實施前後各省會城市大氣環境質量改善情況的分析。首先,要將31個省會城市在沒有實施節能減排時的根據2023年以前的資料進行**,得出2007~2010的空氣汙染指數,我們利用灰色**模型以某乙個城市為例,**出2007~2023年節能減排實施前的城市空氣汙染指數,再和已知的2023年以後資料進行分析比較。

1)假設從官方獲取的各個省會城市的大氣環境質量的相關資料真實可靠。

2)假設影響空氣質素的因素只有,其他影響因素忽略掉。

3)假設相關資料具有獨立性,各個指標也不相互影響

4)假設城鄉布局不會發生明顯變化。

5)假設植被、樹木等不會遭到刻意的破壞。

6)假設各個工業汙染源正常排放汙染物。

對空氣質素指數進行程式設計處理大量資料,利用國家標準《hj633-2012環境空氣質素指數(aqi)技術規定(試行)》中的計算公式算出各個省會城市各個年份的各個指標的laqi值。

空氣質素指數(aqi)技術規定中的公式

根據這些公式建立所需的模型

由此,通過查詢資料,可獲得2003-2023年的各個省會城市的空氣質素指標資料。

1.空氣質素分指法:

空氣質素分指法:進行單項汙染物評價所採用的方法;

計算公式:

本文在此用空氣質素分指數法來計算各個汙染物空氣質素指數。

根據所給附件中表1:《空氣質素分指數及對應的汙染物濃度限值》和根據《中國統計年鑑》所查得的2003~2010各省會城市的空氣質素指標資料,用matlab軟體程式設計(附錄1)進行資料處理得到結果見(附錄2)。

2.環境空氣質素指數法

3.環境空氣質素指數:定量描述空氣質素狀況的無量綱指數。它能夠突出高濃度汙染物對大氣環境的影響作用,本文根據該指數來作為評判大氣汙染的程度。

4.環境空氣質素指數按式

計算:由公式得到中國各省會城市年平均的空氣質素指數,進行排序表 1結果如下表所示

表 1 中國各省會城市年平均的空氣質素指數

圖 1 2003-2010各個省會城市的均值

表 2 空氣環境指數等級標準

由表 1和

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