毕业设计-关于PM2.5和雾霾问题的探究

数学建模模拟题——胡良组

题 目 关于PM2.5和雾霾问题的探究

关 键 词 雾霾 PM2.5 空气质量指数 主成分分析法

摘 要

PM2.5即直径小于2.5微米的细小颗粒悬浮物,作为影响雾霾天气的主要因素,一直以来是环保部门研究雾霾天气的重要指标。本篇文章着重探讨了北京地区雾霾天气与PM2.5之间的关系。

对于问题一, 在研究PM2.5与雾霾的关系中，我们找到了2012年8月份空气质量状况的具体数据,运用EXCEL ,对数据进行分析。同时我们应用空气质量指数将两者联系起来，将PM2.5在决定雾霾形成过程中起到的作用程度用PM2.5/AQI来衡量，依此对应的雾霾天气的可能性用高、中、低三个等级进行划分，而最终结果显示PM2.5/AQI的小于0.5765时不会出现雾霾天气，其值在0.5765-0.6702时,天气状况良好,不会出现雾霾天气,或者出现雾霾天气的可能性很小，其值大于0.6702时，会出现雾霾天气，在同一区间PM2.5/AQI越大，则说明出现雾霾天气的可能性同比增大。在辨别图片真假这一问题上，我们通过2012年8月13日这一张较为清晰的图片,找出该月的图片序列，在结合在天气网中我们查找的2012年8月13日该区的天气情况做出分析，再与该月空气质量（是否出现雾霾天气）的符合程度判断出该图片的真假,并依此为依据,得出照片是真实的。

对于问题二,影响北京地区PM2.5指标的因素有:气温,气压,风速,相对湿度,降雨等，通过查阅资料[1]，我们忽略了与温度有关的气压和与降雨有关的相对湿度，着重考虑了降雨、风速和气温,通过查找相关数据,我们应用主成分分析法法对这三个影响因素进行了分析，其各因素在影响PM2.5中所占的比例为：风速占62.36%,降雨占22.98%,气温14.66%，因此我们得出结论为：影响PM2.5的主要因素为风速，其次是降雨。

对于问题三,通过对有关问题的学习和对雾霾天气北京雾霾天气实际情况的了解，我们针对此问题，论述了相关当前雾霾天气的状况和看法，提出了相关的具有参考价值。

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Abstract

PM2.5 is tiny particles suspended matter is less than 2.5 microns in diameter, as the main factors influencing the fog weather, has been one of the important indices for environmental protection departments to study the fog haze weather. This article emphatically discusses the fog haze weather and the relationship between PM2.5 in Beijing.

For question one, in the study of the relationship between PM2.5 and haze, we find the

specific data of air quality in October of 2012, by use of EXCEL, to analyze the data. Both at the same time, we applied the air quality index, to PM2.5 in determining the haze formation play a role in the process of level measured by PM2.5 / AQI, according to the possibility of the corresponding haze weather with high, medium and low three grades, and the final results show that the PM2.5 / AQI is less than 0.5765 when there will be no haze weather, its value in 0.5765 to 0.6702, the weather is good, there will be no haze weather, or the possibility of haze weather is small, its value is greater than 0.6702, there will be fog weather, at the same interval PM2.5 / AQI is larger, shows the possibility of haze weather year-on-year increase. Pictures in identifying true and false, on the issue of us through August 13, 2012, this one more clear picture, find out the image sequence of the month, in combination with the weather we find in the net on August 13, 2012, the region's weather conditions to make analysis of air quality and the month again (whether any fog haze weather) to determine the image of the true and false, and as the basis, in accordance with this picture is real.

For question 2, the influencing factors of PM2.5 in Beijing indicators are: air temperature, air pressure, wind speed, relative humidity, rainfall, etc., through access to information [1], we ignore the pressure associated with temperature and relative humidity, related to the rainfall mainly considering the rainfall, wind speed and temperature, by looking up the related data, we applied principal component analysis (pca) method to these three influence factors are analyzed, and the various factors in influencing PM2.5 and the proportion of: wind accounted for 62.36%, accounted for 22.98% of rainfall, air temperature is 14.66%, so we come to the conclusion as follows: the main factors influencing the PM2.5 as wind speed, followed by the rain.

For question 3, through the study of related issues and the haze weather Beijing haze weather the understanding of the actual situation, we solve this problem, this paper discusses the related current haze weather conditions and views, put forward relevant proposals and Suggestions with reference.

KEY WORDS: Fog pm2.5 the air quality index principal component analysis (pca)

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目 录

1 问题重述 ..................................................... 4 2 问题分析 ..................................................... 4 3 符号说明 ..................................................... 5 4 模型假设 ..................................................... 5 5模型建立与求解 ............................................... 6

5.1.PM2.5与雾霾天气的关系划分模型 ...................................... 6 5.2.影响北京PM2.5指标的主要因素分析 .................................. 10 5.3. 对雾霾天气的看法及减少PM2.5的改进方案 ............................ 11 5.3.1. 对雾霾天气的看法 ............................................. 11 5.3.2.减少PM2.5的改进方案 .......................................... 11

6.模型评价 .................................................... 12 参考文献 ...................................................... 13 附录 .......................................................... 13

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1 问题重述

进入2013年以来，雾霾天气一直影响着北方地区，给人们的生活与出行带来诸多不便，报纸、广播、电视则呼吁市民尽量减少外出，以减轻雾霾天气对人们的影响，“雾霾”也成为近期出现频率最高的词汇。

北京某网友从2012年3月1日至2013年 3月6日的370天中（除去放假、出差）每天早晨对着办公室的窗外拍摄一张北京天空的照片，一共225张。

为了便于分析数据，提供更加清晰的照片，它拍摄于2012年8月13日上午9时29分。

请你查找相关时间段内的PM2.5数据，分别建立相应的数学模型： 1、分析PM2.5与雾霾天气之间的关系，并说明图1中照片的真实性； 2、分析影响北京PM2.5指标的主要因素。

3、请给有关部门写一封信，在信中阐述你的观点，提出你的建议或者是减少PM2.5的改进方案等。

2 问题分析

大气问题的好坏严重关系到居民的身体健康，甚至影响到社会的和谐发展，大气问题日益受到居民的广泛关注，问题所涉及到的雾霾就是其中的天气问题之一。

如今衡量大气质量的一个重要的综合的指标就是空气质量指数(AQI),其主要囊括了有害氧化物、细微颗粒以及臭氧这三类成分，其中PM2.5即大气中直径小于或等于2.5微米的颗粒物,也称为可入肺颗粒物,是空气污染的一个主要来源。在自然灾害中，雾霾天气的形成取决于PM2.5在空气中的含量。在研究PM2.5与雾霾的关系中，我们应用空气质量指数将两者联系起来，将PM2.5在决定雾霾形成过程中起到的作用程度用PM2.5/AQI来衡量，而雾霾天气的发生的可能性从高，中，低三个等级进行划分，其中低这一等级代表的范围较广，若PM2.5/AQI的值处于低这一等级范围内，其值越大则表

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