大氣污染預(yù)報問題(已修改)
2025-04-06 12:52 本頁面
【正文】 摘要本題是研究大氣污染預(yù)報問題，根據(jù)科學(xué)方法監(jiān)測出六個城市的SONOPM10三種污染物的濃度值以及一組氣象參數(shù)值，分析得出大氣污染物的特點并對大氣質(zhì)量作出預(yù)測，根據(jù)其特點得到對于大氣治理的建議。問題一：利用EXCEL求出各城市的API（空氣污染指數(shù)）月平均值并畫出折線圖，分析圖表得到三種污染物的特點。再利用層次分析法得到六個城市大氣質(zhì)量的排名，建立層次模型時，根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)對空氣質(zhì)量進行了五個檔次的劃分作為因素層，要排名的城市作為對象層，計算出因素層的權(quán)重比例，質(zhì)量越差得到權(quán)重越大，接著按因素層的分類分別對對象層進行權(quán)值計算，最后得出總排名。問題二：由于污染物濃度變化波動比較大，所以采用自適應(yīng)濾波法進行預(yù)測，得到2010915至2010921各城市SONOPM10的值，對于各氣象參數(shù)的值，先畫出其隨時間的變化圖，看出其數(shù)值大概在某條線左右變化，所以采用移動平均法對其進行了預(yù)測。問題三：利用典型相關(guān)性分析，得到所給氣象參數(shù)數(shù)據(jù)來源于C城市，采用多元線性回歸模型并考慮到季節(jié)對于大氣質(zhì)量的影響，分別得到春季、冬季的SONOPM10與氣象參數(shù)之間的關(guān)系。問題四：在前幾問的基礎(chǔ)上，總結(jié)得出大氣治理的一些方法，給相關(guān)部門以建議。關(guān)鍵詞：層次分析法 典型相關(guān)性 多元線性回歸一、 問題重述眾所周知，潔凈的空氣是人類生存的必要條件之一。世界衛(wèi)生組織和聯(lián)合國環(huán)境組織發(fā)表的一份報告說：“空氣污染已成為全世界城市居民生活中一個無法逃避的現(xiàn)實。”工業(yè)文明和城市發(fā)展，在為人類創(chuàng)造巨大財富的同時，也把數(shù)十億噸計的廢氣和廢物排入大氣之中，人類賴以生存的大氣圈卻成了空中垃圾庫和毒氣庫。因此，對于大氣污染物的檢測預(yù)報以及防治是我們目前的重要任務(wù)。目前對大氣質(zhì)量的監(jiān)測主要是監(jiān)測大氣中、懸浮顆粒物（主要為PM10）等的濃度，在解決大氣污染物的防治問題中，我們要考慮一下兩點：（1）、三種污染物、的特點；（2）、空氣質(zhì)量與氣象參數(shù)以及季節(jié)之間的關(guān)系。通過已經(jīng)觀測得到的數(shù)據(jù)，我們可以預(yù)測之后的大氣，并且通過一定的分析，對于我國的大氣防治提出一些建議。二、模型基本假設(shè)本題中假設(shè)如下：題目所給的六個城市的污染物含量及各城市的氣象參數(shù)等數(shù)據(jù)都準(zhǔn)確可靠；API指標(biāo)真實可靠，所給數(shù)據(jù)具有參考統(tǒng)計意義；API的月平均值能較好的代表該月空氣質(zhì)量，具有比較意義。三、符號說明空氣污染指數(shù)某污染物的污染指數(shù)該污染物的濃度在API分區(qū)表中最接近C值得兩個值在API 分區(qū)表中最接近I值得兩個值CI層次模型的一致性指標(biāo)RI隨即一致性指標(biāo)CR一次性比率p大氣壓力t溫度w濕度v風(fēng)速四、問題分析第一問是找出A至F城市、之間的特點，并將幾個城市的空氣質(zhì)量進行排序。在分析三種污染物之間的特點時，通過查閱資料，找到API（空氣質(zhì)量污染指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)）,由此計算出每個城市各項指標(biāo)的API月平均值，再利用EXCEL進行統(tǒng)計分析，得出各個城市三種污染物的特點。在進行幾個城市空氣質(zhì)量的排序時，考慮采用層次分析法進行求解。第二問是預(yù)測未來一周即2010915至2010921各城市、以及各象參數(shù)的值。考慮采用自適應(yīng)濾波法進行預(yù)測。自適應(yīng)濾波法與移動平均法、指數(shù)平滑法一樣，也是以時間序列的歷史觀測值進行某種加權(quán)平均來預(yù)測的，但是移動平均和指數(shù)平滑法預(yù)測的數(shù)據(jù)列要求具有較為平穩(wěn)的趨勢變化，而利用excel對所給數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)隨著時間的變化呈現(xiàn)波動變化，雖然各年之間數(shù)據(jù)呈現(xiàn)隨年份增加而下降的趨勢，但是本文只要預(yù)測最后一年7天的數(shù)據(jù)，由于前幾年的歷史數(shù)據(jù)對最后7天的預(yù)測沒任何意義，因此也就不用考慮數(shù)據(jù)的趨勢項，只需根據(jù)最后三個月數(shù)據(jù)的波動變化來建立模型即可。它要尋找一組“最佳”的權(quán)數(shù)，其辦法是先用一組給定的權(quán)數(shù)來計算一個預(yù)測值，然后計算預(yù)測誤差，再根據(jù)預(yù)測誤差調(diào)整權(quán)數(shù)以減少誤差。這樣反復(fù)進行，直至找出一組“最佳”權(quán)數(shù)，使誤差減少到最低限度。第三問是分析空氣質(zhì)量與氣象參數(shù)之間的關(guān)系。由于所給氣象參數(shù)數(shù)據(jù)只有一組，所以首先應(yīng)進行典型相關(guān)性分析，得出所給數(shù)據(jù)來源于哪個城市。在研究空氣質(zhì)量與氣象參數(shù)之間的關(guān)系時，由于氣象參數(shù)有四個，所以考慮采用多元回歸線性模型找出各個空氣質(zhì)量與氣象參數(shù)之間的關(guān)系。近一步考慮，空氣質(zhì)量與季節(jié)有關(guān)，所以分別建立春季和冬季的多元線性回歸模型。第四問是就空氣質(zhì)量的控制對相關(guān)部門提出建議。該問題是要在前三問的基礎(chǔ)上，找出污染物的影響因素，針對其影響因素提出合理的建議。五、模型建立及求解 問題一的求解、的特點分析在解決A至F城市、間的特點這部分問題是，通過查閱資料，可以找到API（空氣質(zhì)量污染指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)），由此計算每個城市各項指標(biāo)的API月平均值，對各項數(shù)值進行比較，從而可分析得出各個城市三項指標(biāo)的特點。表1 空氣污染指數(shù)對應(yīng)的污染物濃度限值污染指數(shù)污染物濃度（毫克/立方米）APISO2（日均值）NO2（日均值）PM10（日均值）CO（小時均值）O3（小時均值）50 5100102006030090400120500150設(shè)I為某污染物的污染指數(shù)，C為該污染物的濃度。則： （1）由表一及（1）式可計算出各城市各
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