北京市空气质量评价与预测.doc

北京市空气质量评价与预测 赵羽嘉 张逸帆 刘文远 摘要 本文对北京市区的空气质量进行了评价，并选出了主要的污染物进行研究分析，运用综合指数评价法和回归分析等方法对其空气质量进行分析，综合各种因素我们建立了如下模型。 1、我们对-2011年的空气污染指数和空气质量状况进行了，； 2、运用Excel、MATLAB软件我们运用三次曲线模型进行预测分析，运用下面的式子得到了未来几年主要污染物的预测值，预测SO2）、二氧化氮（NO2）、可吸入悬浮颗粒物\浮尘（PM10）等等。 目前，城市空气质量污染指数的分级标准是根据空气污染指数（API）的取值界定的，空气污染指数指常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况。 需要解决的问题： （1）根据所掌握的数据资料、选出影响空气质量的主要污染物、建立适当的数学模型对北京市空气质量进行综合评价； （2）对北京市未来几年空气质量及未来某段时间的主要污染物浓度进行预测； 二、问题分析 空气是地球上的生物赖以生存的物质，空气中含有很多物质，这些物质对生物本身是有益而无害的。但是随着工业和汽车的增多，中各种污染物的含量也大幅增加，特别是首都北京，空气污染问题尤为突出。 符号 符号意义 Ii 第i种污染物的污染指数 Ci 第i种污染物的浓度(mg/m3) Co 标准限度的上限 Cu 标准限度的下限 Io 标准污染指数的上限(mg/m3) Iu 标准污染指数的下限(mg/m3) A 常数 2.名词解释 （1）空气污染指数(Air pollution index ,简称API)，就是将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数值形式，并分级表征孔子去染程度和空气质量状况，适合于表示城市的短期空气质量状况和变化趋势。中国计入空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、氮氧化物、总悬浮颗粒物。 （2）拟合度：拟合度检验是对已制作好的预测模型进行检验，比较它们的预测结果与实际发生情况的吻合程度。 五、模型的建立与求解 首先，我们对数据进行预处理，根据数据的顺序分别对每一年的各种污染物进行污染指数计算： （5-1-1） 且同年的空气污染指数API=max（I1，I2，I3）。 （5-1-2） 表5.1.1.空气污染指数对应的污染物浓度限值污染指数 污染物浓度（） API SO2 NO2 PM10 （均值） （均值） （均值） 50 0.050 0.080 0.050 100 0.150 0.120 0.150 200 0.800 0.280 0.350 300 1.600 0.565 0.420 400 2.100 0.750 0.500 500 2.620 0.940 0.600 （） PM10 SO2 NO2 2004 0.149 0.055 0.071 2005 0.156 0.05 0.066 2006 0.162 0.052 0.066 2007 0.148 0.047 0.066 2008 0.123 0.036 0.049 2009 0.121 0.034 0.053 2010 0.121 0.032 0.057 2011 0.113 0.028 0.056 据表5.1.2的实际值，结合表5.1.1的标准值，找出每一年的每一种污染物介于的标准限度的上限Co与下限Cu，及标准污染指数的上、下限（Io、Iu）；再将数值带入（5-1-1）和（5-1-2）中进行计算；计算可得到如下表结果： 表5.1.3. 北京市各种污染物的污染指数及API值 年份 PM10 SO2 NO2 API 2004 99.500 52.5 44.375 99.500 2005 103.090 50.000 41.250 103.090 2006 106.000 51.000 41.250 106.000 2007 99.000 47.000 41.250 99.000 2008 86.500 36.000 30.625 86.500 2009 85.500 34.000 33.125 85.500 2010 85.500 32.000 35.625 85.500 2011 81.500 28.000 35.000 81.500 从表中可分析得出，从2004年到2011年，污染物指数最大的都为PM10，及可吸入悬浮颗粒物\浮尘，则根据空气污染指数的定义可确认PM10是最主要的污染物。 为了更好的评价北京市空气质量，我们查得空气污染指数范围及相应的空气质量类别，表5.1.4，另外运用了EXCEL对2004-2011年的API画图进行了分析，为图5