西安市大氣污染與空氣質(zhì)量研究

1、西安市大氣污染與空氣質(zhì)量研究姓名： 學號：摘要本文利用2014年西安市區(qū)PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2五種污染物的濃度資料,并使用MATLAB軟件對其進行數(shù)據(jù)分析，主要研究了污染物每月的均值隨月份的變化，摸清了五種污染物每年的變化規(guī)律、對顆粒物進行統(tǒng)計檢驗，以此得出顆粒物每月的濃度是否有統(tǒng)計上的異同、利用回歸分析等方法對顆粒物進行預測等。隨后，還通過對所對應的溫度因素進行數(shù)據(jù)分析，對細顆粒物的治理提供一些行之有效的策略。1. 研究背景當前，我國經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境保護之間的矛盾日益突出，環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境容量等因素已經(jīng)嚴重影響到社會經(jīng)濟的發(fā)展。隨著城市化進程的加快和大型工業(yè)開發(fā)區(qū)的建設，環(huán)境

2、污染物的排放量不斷增加，污染范圍也不斷擴大，以顆粒污染物、二氧化硫、氮氧化物等為主要污染物的城市大氣環(huán)境污染問題日趨嚴重。因此，研究和解決城市環(huán)境問題、改善城市環(huán)境質(zhì)量、實現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展已備受人們所關(guān)注。西安，作為中國典型的內(nèi)陸城市，其特殊的地理位置和悠久的歷史文化奠定了研究其環(huán)境問題的重要意義。然而，在加快城市建設和促進經(jīng)濟發(fā)展的同時，環(huán)境問題特別是環(huán)境空氣質(zhì)量問題卻日益為人們所擔心。因此，研究西安市環(huán)境空氣質(zhì)量問題，加強對空氣污染的防治，減少空氣污染對人體健康及周圍環(huán)境造成的危害已迫在眉睫。2. 特征分析表1 PM2.5統(tǒng)計特征均值方差最大最小中位數(shù)下四分位數(shù)上四分位數(shù)偏度峰度1

3、月143.2333310173.252734124.519081282月170.714287083.62395601572341070.73.33月86.483871365.66199268111163.30.94.34月63.38709204.5128934647653.5-02.35月54.81818269.52811225536147.81.26.16月45.54838280.523103204251.835.31.55.87月34.96875249.1936911314625.50.42.28月43.82758346.71986203752.527.80.82.79月38.266663

4、58.06486113844220.73.110月77.870961541.78201187295.354.51.35.111月81.419351882.92188247111845.50.72.512月66.093751050.613720648640.50.52.4表2 PM10統(tǒng)計特征均值方差最大最小中位數(shù)下四分位數(shù)上四分位數(shù)偏度峰度1月240.4313113.165996213.52891711.772月237.3511415.350887216.53181660.733月189.324271.09381981722031501.54.84月152.224392.58312591371

5、771081.13.75月148.183273.47364661501631151.67.66月95.61966.51201529211776.31.25.37月86.53845.411452687.510766.5-02.48月94.581293.04161408712068.80.52.29月75.11494.511621770.594490.52.510月151.513517.19322431501781120.94.811月151.963400.3285551441971040.42.412月150.812784.5425969148.51841190.32.4表3 NO2統(tǒng)計特征均值

6、方差最大最小中位數(shù)下四分位數(shù)上四分位數(shù)偏度峰度1月71.93202.1310141738363-02.42月52.10170.54872952.561430.40.23月50.4171.85164315156.844.8-12.84月44.5896.2562224550.83702.65月32.2166.9845173340.325-01.86月32.9390.9950173439.825.5-02.17月33.0385.8349143339.526.502.28月39.17119.9363253749300.52.29月37.8696.60552335.546290.31.910月47.38

7、104.5168254855.343-02.711月46.4882.6566314551.8400.32.512月47.12130.82842345.55442.50.75表4 CO統(tǒng)計特征均值方差最大最小中位數(shù)下四分位數(shù)上四分位數(shù)偏度峰度1月3.030.374.21.972.953.422.650.32.22月2.490.304.341.852.42.712.091.66.33月2.260.233.191.532.252.551.820.32.14月1.660.132.250.921.731.891.33-02.15月1.550.021.911.241.571.671.430.22.16月1

8、.410.031.891.081.381.561.270.62.77月1.050.021.630.81.0651.130.951.46.78月1.230.021.580.941.241.341.130.32.59月1.370.051.81.011.341.561.160.3210月1.500.092.020.751.51.751.39-13.411月1.850.192.811.011.872.131.53-02.612月2.050.353.070.92.1052.521.5202表5 SO2統(tǒng)計特征均值方差最大最小中位數(shù)下四分位數(shù)上四分位數(shù)偏度峰度1月85.83590.621454682.59

9、9670.52.82月63.96354.77100295877770.32.23月37.12115.2455183544.829.3024月16.6151.243281622.5110.52.25月15.2118.672471618.312-02.36月12.6420.56258111491.33.77月8.9610.9917391160.22.48月11.1325.402631114.370.83.79月10.4317.212049.51370.52.210月2029.5332102024.815.30.12.311月36194.685193542.326.31.5612月52.81537.

10、06136255062331.56.4各污染物每月的均值隨月份變化圖：圖1 2014年P(guān)M2.5變化趨勢圖圖2 2014年P(guān)M10變化趨勢圖圖3 2014年CO變化趨勢圖圖4 2014年SO2變化趨勢圖圖5 2014年NO2變化趨勢圖對PM2.5每月濃度進行t檢驗對2014年每相鄰兩個月的PM2.5進行t檢驗，顯著水平默認為0.05，使用的是函數(shù)ttest2進行檢驗，計算x和y在5%的顯著水平下是否來自同一分布，原假設為二者來自同一分布。首先對1、2月的PM2.5進行t檢驗：H=0P=0.2665CI= -76.5329 21.5709接受原假設，即x，y是來自同一分布的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概

11、率為0.2665.均值的0.95置信區(qū)間-76.5329 21.5709對2、3月份的檢驗：H=1P= 5.1813CI= -118.9881 -51.3070拒絕原假設，即x，y是來自同一分布的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概率為5.1813。均值的0.95置信區(qū)間-118.9881 -51.3070對3、4月份的檢驗：H=1P=0.0028CI=8.1334 37.2665拒絕原假設，即x，y是來自不同分布的數(shù)據(jù)。對4、5月份的檢驗：H=1P= 0.0391CI= -16.3357 -0.4298拒絕原假設，即x，y是來自不同分布的數(shù)據(jù)。對5、6月份的檢驗：H=0P= 0.0526CI= -0.09

12、96 17.0673接受原假設，即x，y是來自同一分布的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概率為0.0526，均值的0.95置信區(qū)間-0.0996 17.0673.對6、7月份的檢驗：H=1P= 0.0131CI= -19.1462 -2.3375拒絕原假設，即x，y是來自不同分布的數(shù)據(jù)。對7、8月份的檢驗：H=0P= 0.0600CI= -17.5135 0.3745接受原假設，即x，y是來自同一分布的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概率為0.0600，均值的0.95置信區(qū)間-17.5135 0.3745.對8、9月份的檢驗：H=0P=0.2601CI=-15.3514 4.2295接受原假設，即x，y是來自同一分布

13、的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概率為0.2601，均值的0.95置信區(qū)間-15.3514 4.2295。對9、10月份的檢驗：H=1P=5.6284CI=-55.4822 -23.7263拒絕原假設，即x，y是來自同一分布的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概率為0.5.6284，均值的0.95置信區(qū)間-55.4822 -23.7263對10、11月份的檢驗：H=0P=0.6243CI= -15.9253 26.3167接受原假設，即x，y是來自同一分布的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概率為0.6243，均值的0.95置信區(qū)間-15.9253 26.3167.對11、12月份的檢驗：H=0P= 0.0888CI=-2.656

14、1 36.5959接受原假設，即x，y是來自同一分布的數(shù)據(jù)。得到的觀察值的概率為0.0888，均值的0.95置信區(qū)間-2.6561 36.5959.3.相關(guān)分析表6 2014年各污染物之間的相關(guān)系數(shù)矩陣相關(guān)系數(shù)PM2.5PM10CONO2SO2PM2.51.00000.90550.75490.69080.7071PM101.00000.72550.71380.6726CO1.00000.76720.8486NO21.00000.7838SO21.0000各污染物彼此之間的散點圖：圖6 PM2.5與CO散點圖圖7 PM2.5與NO2散點圖圖8 PM2.5與PM10散點圖圖9 PM2.5與SO2散

15、點圖圖10 PM10與CO散點圖圖11 PM10與NO2散點圖圖12 PM10與SO2散點圖圖13 CO與NO2散點圖圖14 CO與SO2散點圖圖15 NO2與SO2散點圖4.回歸分析利用回歸分析對顆粒物進行預測選擇含常數(shù)項的一元回歸模型：y=A+B*x1+C*x2+D*x3y：表示PM.5x1：表示COx2：表示NO2X3：表示SO2b= -46.83527 38.28172 0.95286 0.35340參數(shù)回歸結(jié)果為 =-46.83527 38.28172 0.95286 0.35340圖16 殘差圖表6 對2015年一月份前十天的PM2.5進行預測日期PM2.5PM10CONO2SO2

16、PM2.5預測值PM2.5實際值2015/1/1751652.62487040.57752015/1/21112273.366293123.931112015/1/31623083.7584106173.731622015/1/4411321.933639214.22412015/1/527791.57303575.13272015/1/6621282.11403954.22622015/1/7661422.35454285.83662015/1/8741722.665652100.84742015/1/91212403.226562126.731212015/1/101542893.7766

17、9160.27154比較2015年1月份前十天的PM2.5的觀測值與預測值，畫出散點圖如下：圖17 PM2.5觀測值與預測值間散點圖觀測值與預測值有些月份近乎在一條直線上，有些月份的差值較大，說明預測還不是那么準確。5、其他因素搜集了2014年全年的天氣狀況、氣溫情況及風力風向狀況，詳細數(shù)據(jù)見Excel表格。分析溫度與PM2.5、PM10的變化關(guān)系。每月的平均溫度如下：表7 每月的平均溫度月份123456789101112平均溫度0.53.514152025.5272620.514.57.51.5圖18 每月平均溫度、PM2.5、PM10三者的均值隨月份變化圖從圖中可以大致看出，顆粒物濃度與溫

18、度成反比。當溫度較低時，PM2.5與PM10的濃度較高，當溫度較高時，PM2.5與PM10的濃度較低。其中的原因可能是溫度較低時，人們大量燃燒煤炭所致。6、 治理霧霾天氣采取的措施及存在的問題（1）西安市環(huán)境標準改設在年月日發(fā)布的新修訂的環(huán)境空氣質(zhì)量標準中，增設了細顆粒物（）濃度限值，細顆粒物（）一級和二級小時平均濃度限值分別是5和；并調(diào)整了顆粒物（）濃度限值，顆粒物（）一級和二級小時平均濃度限值調(diào)整為和。但是此標準只是與國際最低標準接軌，且要到年全國才開始執(zhí)行，從時間上和標準上都與國際標準有差距。（2）控制機動車污染排放隨著機動車數(shù)量的不斷增加，汽車尾氣已成為城市灰霾的首要因素。特別是“黃標車”，其污染重、危害大，加快對高污染汽車的淘汰，