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PM2.5预测与预防

PM2.5预测与预防

 

一、问题重述与分析

什么是PM2.5?

所谓的细颗粒物PM2.5就是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于 2.5 微米的颗粒物。它能较长时间悬浮于空气中,其在空气中含量浓度越高,就代表空气污染越严重。虽然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,面积大,活性强,易附带有毒、有害物质(例如,重金属、微生物等),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。为此,我们针对秦皇岛主要污染物之一PM2.5来研究空气的污染情况。

对于问题一,我们需要查询秦皇岛在今年三月份的PM2.5的实时数据,拟合出相应的曲线,分析其变化。

对于问题二,为了深入获得秦皇岛PM2.5的变化趋势,我们需要建立每年3月份秦皇岛PM2.5环比和同比模型,根据增长率曲线说明其具体变化趋势。

对于问题三,查找相关指标的中国标准,说明一辆1.0排量的轿车每行驶100公里产生的尾气,对秦皇岛PM2.5有多少影响。

 

二、模型假设

1.   不同款的1.0排量轿车耗油量、排气量等是相同的;

2.   污染物只有细颗粒物PM2.5,PM10、CO等其他污染物暂不考虑。

三、定义与符号说明

    :第i个月环比增长率

    :第i个月PM2.5浓度

四、模型的建立与求解

问题一

    经查询,秦皇岛大气主要污染物之一PM2.5在三月份每天的实时数据如下:


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通过查询,得到相关数据中的PM2.5值随时间的变化关系绘成曲线如下:

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图一 秦皇岛三月份PM2.5变化曲线

通过观察图像,可以大致看到近期秦皇岛市PM2.5浓度的变化:这一个月每天的PM2.5浓度大致在75 左右波动,波动幅度较大。

问题二

    经查询得到从2013年10月到2014年3月每天的PM2.5,将每月的PM2.5求平均值,即可得到将计算可得秦皇岛2013年10月到2014年3月的每个月PM2.5浓度如下:

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    根据环比计算公式,本期环比增长率=(本期PM2.5浓度-上期PM2.5)/上期PM2.5,即

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可得如下表格:

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由图二可知1,2月份秦皇岛 PM2.5环比增长率上升,可能是由于春节期间,汽车活动量增大,导致pm2.5浓度有所增加。

 

问题三

    经查资料可得,1.0排量汽车总体质量大概为1200kg左右为M1类汽车,根据《轻型汽车(点燃式)污染物排放限值及测量方法(京Ⅴ阶段)》中M1类汽车产生PM2.5限制为0.0045g/km。

100km*0.0045g/km=0.45g

因此,1.0排量汽车每行驶100km产生pm2.5为0.45g,秦皇岛面积大概为7812.4平方公里,查资料可知雾霾高度大概为1000m,故秦皇岛pm2.5气体活动体积为7812.4e6*1000=7.8124e12 m^3

0.45g/7.8124e12m^3=576e-4μg/m^3

 可得一辆1.0的轿车,每行驶100公里,将会秦皇岛大气增加0.0576μg/m^3的PM2.5。

以下是一些针对PM2.5的预防措施:

1.拒绝高污染工业

  禁止新建、扩建炼油、石化、水泥、钢铁、铸造、建材等高污染、高耗能产业。

 2.增绿扩水提高自净力

  增加平原林地,提高林木绿化率。   

 3.重污染天部分公车停驶

  遇重污染天气,暂停施工工地土石方作业和渣土运输,部分企业停产、减产,部分公车停驶。 

 4.治理污染齐参与    

  转变生活方式,在绿色出行和节能环保方面率先垂范,践行绿色生活和消费模式。