B題：西安市環(huán)境空氣質(zhì)量問題(DOC)

1、西安市環(huán)境空氣質(zhì)量問題摘要本文對(duì)西安市環(huán)境空氣質(zhì)量污染的程度進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，并對(duì)影響空氣質(zhì)量的主要因素以及對(duì)西安市未來(lái)一周空氣污染情況的預(yù)測(cè)進(jìn)行了分析研究。文章根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的方法，借助Excel數(shù)據(jù)分析、作圖和統(tǒng)計(jì)工具， 采用指數(shù)平滑法對(duì)西安市空氣污染進(jìn)行了預(yù)測(cè)，最后通過對(duì)前三題的總結(jié)歸納， 并進(jìn)行相關(guān)資料收集，對(duì)西安市環(huán)保部門提出相關(guān)的環(huán)境改善措施與方法。針對(duì)問題一：根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）技術(shù)規(guī)定已經(jīng)建立好的算法， 用Excel將空氣污染指數(shù)的舊標(biāo)準(zhǔn)（API）和新標(biāo)準(zhǔn)（AQI）西安市的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)求 出，再對(duì)其進(jìn)行作圖對(duì)比分析，來(lái)研究分析新舊評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的相同點(diǎn)和差異。針

2、對(duì)問題二：通過對(duì)附件中西安的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、 大氣污染物濃度監(jiān)測(cè) 數(shù)據(jù)、西安各區(qū)規(guī)模以上工業(yè)增加值以及西安氣象數(shù)據(jù)分析，并對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行 單獨(dú)與聯(lián)合對(duì)比的分析，以及空氣質(zhì)量指數(shù)以及分指數(shù)，日平均濃度等對(duì)西安的 空氣質(zhì)量進(jìn)行分析，得到影響西安空氣質(zhì)量的主要因素包括地理位置，氣象條件和季節(jié)性等自然因素，以及工業(yè)發(fā)展，汽車尾氣和人們生活習(xí)慣的人為因素， 和 一些不可預(yù)知的因素。針對(duì)問題三：為了找到了影響質(zhì)量的根本原因以及相關(guān)因素。對(duì)西安空氣質(zhì) 量進(jìn)行評(píng)估，通過對(duì)問題的分析，考慮多種預(yù)測(cè)方法，但因?yàn)閷?duì)空氣質(zhì)量的預(yù)測(cè) 問題是一個(gè)針對(duì)環(huán)境系統(tǒng)的預(yù)測(cè)問題，而環(huán)境系統(tǒng)具有系統(tǒng)內(nèi)部作用因素較多， 又由于所給原

3、數(shù)據(jù)具有較大的波動(dòng)性， 無(wú)法用一個(gè)既定的函數(shù)去描述。在了解構(gòu) 建的模型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，參照相關(guān)知識(shí)，我們主要采用指數(shù)平滑法來(lái)進(jìn)行處理， 對(duì) 問題進(jìn)行預(yù)測(cè)。得知，西安市在未來(lái)一周，空氣質(zhì)量有惡化的跡像。AQI值基本平緩。最后本文根據(jù)以上研究分析得出的各問題結(jié)論，集合西安市具體情況、主要 環(huán)境污染因子等，在查閱參看相關(guān)環(huán)保類的資料書籍，對(duì)西安市環(huán)保部門提出有 關(guān)環(huán)境保護(hù)環(huán)境空氣質(zhì)量檢測(cè)與控制方面的合理性建議。并也根據(jù)現(xiàn)在的環(huán)保要求，和當(dāng)下的建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)，對(duì)政府有關(guān)部門提出一些必要的意見和建議。關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量指數(shù)AQI,空氣質(zhì)量污染指數(shù)API, Excel應(yīng)用，對(duì)比, 指數(shù)平滑法，一.問題重述1

4、.1問題背景近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，以煤炭為主的能源消耗大幅攀升， 機(jī)動(dòng)車保有量急劇增加，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)氮氧化物（NOx）和揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs） 排放量顯著增長(zhǎng)，臭氧（03）和細(xì)顆粒物（PM2.5）污染加劇，在可吸入顆粒物（PM10）和總懸浮顆粒物（TSP）污染還未全面解決的情況下，京津冀、長(zhǎng)江 三角洲、珠江三角洲等區(qū)域PM2.5和03污染加重，灰霾現(xiàn)象頻繁發(fā)生，能見度 降低，環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)以及污染治理等問題再一次引起大眾的關(guān)注。為了提高環(huán)境空氣質(zhì)量，創(chuàng)造宜居的環(huán)境，保護(hù)美麗家園，呵護(hù)人體健康， 國(guó)家根據(jù)中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)法和中華人民共和國(guó)大氣污染防治法 制定了環(huán)境空氣質(zhì)量

5、標(biāo)準(zhǔn)。研究表明，城市環(huán)境空氣質(zhì)量好壞與季節(jié)、城 市能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)等因素具有十分密切的關(guān)系。根據(jù)已有的數(shù)據(jù)，運(yùn)用數(shù)學(xué)建模的 方法，對(duì)環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)與分析是一個(gè)很具有實(shí)用價(jià)值 的問題。1.2問題提出（1）請(qǐng)分別使用使用空氣污染指數(shù)（API）（舊標(biāo)準(zhǔn)）和環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI） 對(duì)西安市的空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)（新標(biāo)準(zhǔn)），并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析；（2）分析影響西安市空氣質(zhì)量的原因；（3）對(duì)未來(lái)一周（取2013年4月30日至5月6日）西安市空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行預(yù) 測(cè)；（4）試就環(huán)境空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與控制對(duì)西安市環(huán)保部門提出建議。.基本假設(shè)（1）假設(shè)表格中所有的數(shù)據(jù)都是用標(biāo)準(zhǔn)方法求出，具有

6、真實(shí)性，權(quán)威性，可 使用性。（2）每一天的數(shù)據(jù)是獨(dú)立不相互影響的。（3）考慮季度，氣候?qū)諝赓|(zhì)量的影響。（4）不考慮人為因素（如工業(yè)事故）和非常規(guī)自然因素（如火山爆發(fā)）對(duì)空氣 質(zhì)量的突變影響。（5）假設(shè)該市各種影響空氣質(zhì)量的軟因素 （如工業(yè)發(fā)展，天氣轉(zhuǎn)變）保持平穩(wěn)變化。(6) 假設(shè)各種因素對(duì)環(huán)境的影響最終主要表現(xiàn)在二氧化硫、二氧化氮、可吸 入顆粒PM10細(xì)顆粒物PM2.5上，其他影響因素忽略掉。三. 符號(hào)說(shuō)明API空氣污染指數(shù)AQI空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI污染項(xiàng)目的空氣質(zhì)量分指數(shù)St1)第t期的一次指數(shù)平滑值a平滑系數(shù)第t期的觀察值CP污染物項(xiàng)目P的質(zhì)量濃度值BPhi國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中與CP相近的污染物

7、濃度限 值的高位值BPio國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中中與CP相近的污染物濃度 限值的低位值IAQIhi國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中中與BPHi對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量 分指數(shù)IAQIlo國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中中與BPLo對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量 分指數(shù)四、問題分析4.1問題一的分析第一問中要求分別用空氣污染指數(shù)的舊標(biāo)準(zhǔn)(API)和新標(biāo)準(zhǔn)(AQI)西安市的空氣質(zhì)量進(jìn)行分析，并且對(duì)于結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，因此，這里需要應(yīng)用控制變量的思 想，即所取得樣本數(shù)據(jù)必須同時(shí)對(duì)于API和AQI有效，由于2013年1月1日之前并未測(cè)量PM2.5等因素的數(shù)據(jù)，所以2013年1月1日之前的數(shù)據(jù)對(duì)于AQI而言是無(wú)效的數(shù)據(jù)。因此，我們選取了2013年1月1日到2013年4月28日間 的污染物

8、數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，通過應(yīng)用Excel程序來(lái)計(jì)算出這段時(shí)間西安13個(gè)地區(qū)及全市平均的API和AQI值，應(yīng)用Excel繪制同一地區(qū)的API及AQI隨時(shí) 間變化的折線圖，通過對(duì)于計(jì)算程序模型的設(shè)計(jì)和圖像的研究來(lái)分析新舊評(píng)價(jià)標(biāo) 準(zhǔn)的相同點(diǎn)和差異。4.2問題二的分析（5）問題二要求分別使用空氣污染指數(shù)（API）和環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）對(duì)西安 市的空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析。本文結(jié)合氣象數(shù)據(jù)，首 先通過各區(qū)縣API指數(shù)趨勢(shì)、西安市API指數(shù)因素趨勢(shì)、API與生產(chǎn)總值相關(guān)性 分析對(duì)西安市空氣質(zhì)量從API指數(shù)角度進(jìn)行觀察對(duì)比，然后通過各區(qū)縣AQI指數(shù)趨勢(shì)、西安市AQI指數(shù)因素趨勢(shì)對(duì)西安市

9、空氣質(zhì)量從AQI指數(shù)角度進(jìn)行評(píng)價(jià)， 最后對(duì)API指數(shù)與AQI指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析。用Excel對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn) 行統(tǒng)計(jì)繪圖整理，在對(duì)各圖片進(jìn)行觀察、對(duì)比，并從工業(yè)發(fā)展程度，交通，城市 生活用煤氣電總量，綠化覆蓋率，天氣氣候等多方面對(duì)影響西安市空氣質(zhì)量的原 因進(jìn)行分析。4.3問題三的分析問題三要求對(duì)西安市未來(lái)一周空氣質(zhì)量做出預(yù)測(cè)分析。本文參看附件中西安 的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、大氣污染物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、西安各區(qū)規(guī)模以上工業(yè)增加值 以及西安氣象數(shù)據(jù)，采用指滑法進(jìn)行分析預(yù)測(cè)，建立合適的模型，對(duì)西安市未來(lái) 一周空氣質(zhì)量做出預(yù)測(cè)分析。指數(shù)平滑法是在移動(dòng)平均法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種 時(shí)間序列分析預(yù)測(cè)法，它是通過

10、計(jì)算指數(shù)平滑值，配合一定的時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型 對(duì)現(xiàn)象的未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。其原理是任一期的指數(shù)平滑值都是本期實(shí)際觀察值與前4.4問題四的分析結(jié)合影響西安空氣質(zhì)量的原因，以及空氣質(zhì)量對(duì)人們身體健康和生活的影響 等多方面因素，向西安環(huán)保部門提出關(guān)于西安空氣質(zhì)量檢測(cè)和控制的合理化建 議。五、模型建立與求解5 .1問題一模型建立與求解5.1.1冋題分析第一問中要求分別用空氣污染指數(shù)的舊標(biāo)準(zhǔn)(API)和新標(biāo)準(zhǔn)(AQI)西安市的空 氣質(zhì)量進(jìn)行分析，并且對(duì)于結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，因此，這里需要應(yīng)用控制變量的思想， 即所取得樣本數(shù)據(jù)必須同時(shí)對(duì)于API和AQI有效，由于2013年1月1日之前并 未測(cè)量PM2.5等因素的數(shù)一期指

11、數(shù)平滑值的加權(quán)平均?；灸Ｐ腿缦?s(1)= Yt十(1)St-1據(jù)， 所以2013年1月1日之前的數(shù)據(jù)對(duì)于AQI而言是 無(wú)效的數(shù)據(jù)。 因此， 我們選取了2013年1月1日到2013年4月28日間的污染 物數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)，通過Excel應(yīng)用來(lái)計(jì)算出這段時(shí)間西安13個(gè)地區(qū)及全市 平均的API和AQI值，應(yīng)用Excel繪制同一地區(qū)的API及AQI隨時(shí)間變化的折 線圖，通過對(duì)于計(jì)算程序模型的設(shè)計(jì)和圖像的研究來(lái)分析新舊評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的相同點(diǎn) 和差異。5 .1.2模型建立根據(jù)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定已經(jīng)建立好的算法式中：IAQIP=IAQIIAQI lo(CP- BPlo) IAQIloBPhi-

12、 BPloIAQIP污染物項(xiàng)目p的空氣質(zhì)量分指數(shù)；Cp污染物項(xiàng)目P的質(zhì)量濃度值；BPhi國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中與CP相近的污染物濃度限值的高位值；Bpl。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中中與CP相近的污染物濃度限值的低位值；IAQIhi國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中中與BPHi對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)；IAQI” 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中中與BPLo對(duì)應(yīng)的空氣質(zhì)量分指數(shù)。注：API相關(guān)數(shù)據(jù)可同理推知API基本計(jì)算式與AQI大致相同從附件中提取所需數(shù)據(jù)，使用Excel計(jì)算出所需的API與AQI數(shù)據(jù)。在Excel中我們將計(jì)算出來(lái)的API和AQI制成表格， 用Excel統(tǒng)計(jì)出2012年1月1日到2012年4月26日之間的API和AQI值所對(duì)應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的分布情況，分 析

13、出相同的數(shù)據(jù)在兩種不同評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下的差異。5 .1.3模型求解根據(jù)公式，計(jì)算出201 3年1月1日到2013年4月26日西安市全市平均 的API和AQI值，并將其各級(jí)別出現(xiàn)次數(shù)做統(tǒng)計(jì)，如下ifX級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí).五級(jí)：六級(jí)API05651054AQI091803-158分析上表，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)相同的樣本數(shù)據(jù)，在AQI的測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)下其污染指 數(shù)基本都分布于三級(jí)以上，而在API的測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)下其污染指數(shù)大量分布于三級(jí) 以下，因此，這說(shuō)明新標(biāo)準(zhǔn)(AQI)的測(cè)算和分級(jí)方式更加嚴(yán)格，也說(shuō)明這種新標(biāo) 準(zhǔn)對(duì)空氣質(zhì)量污染因子有著更強(qiáng)的約束力。 這種情況在圖像中也能夠更加直觀地 反映出來(lái)，見下圖m西安市全市平均空氣質(zhì)量圖(A

14、PI&AQI)高壓開關(guān)廠空氣質(zhì)量圖（API&AQI）如上圖，黑色虛線代表AQI的數(shù)值紅色實(shí)線代表API的數(shù)值，橫軸是時(shí)間 軸，可以看出在同一時(shí)間上，虛線的縱軸高度明顯高于實(shí)線的縱軸高度，即AQI的數(shù)值明顯高與API的數(shù)值。而三個(gè)圖像分別反映出不同地點(diǎn)的API與AQI關(guān)系圖像，其中草灘代表污染較少的自然區(qū)，高壓開關(guān)廠代表污染較大的工業(yè)區(qū)， 而全市平均則代表了整個(gè)顯示的平均情況，這樣三個(gè)圖像可以排除地理環(huán)境對(duì)API和AQI數(shù)值的影響，即在任何地理人文環(huán)境下，同時(shí)間下AQI的數(shù)值都大致高于API的數(shù)值。除了規(guī)定了更多的空氣污染因子例如PMIO，從上述的分析可以看出，AQI對(duì)待單一空氣

15、污染因子的分級(jí)制度更加嚴(yán)格。由資料顯示，PM2.5對(duì)人體的呼吸系統(tǒng)有著極大的損害，AQI評(píng)價(jià)法的這種 改進(jìn)，是空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)很大的提升， 只有監(jiān)控和減少各種污染因子，才能真 正提升我們的空氣質(zhì)量。結(jié)論概括：通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，圖像分析和對(duì)各污染物在數(shù)據(jù)樣本中所占的 比重分析，我們可以得出以下結(jié)論：最簡(jiǎn)單得分析，AQI這種測(cè)算方法比API增加了PM2.5等污染因子，并且 將分級(jí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)值劃分得更加詳細(xì)。調(diào)節(jié)了環(huán)境功能區(qū)的分類，將三類區(qū)并入了二類區(qū)，增加了臭氧的8小時(shí)平均濃度限值，調(diào)整了顆粒物PM10，二氧化氮， 鉛和苯并a芘的濃度限值，調(diào)整了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的有效性規(guī)定。通過數(shù)據(jù)可以看出API是日?qǐng)?bào)，有

16、效時(shí)間是當(dāng)日零點(diǎn)至二十四時(shí)，日?qǐng)?bào)的指標(biāo)包括二氧化硫（S02）、 二氧化氮（N02）、可吸入顆粒物（PM10，粒子直徑小于等于10ym）以及細(xì)顆 粒物（PM2.5,粒子直徑小于等于2.5ym）、一氧化碳（CO）的24小時(shí)平均、臭 氧（O3）的日最大一小時(shí)平均以及臭氧（O3）的日最大八小時(shí)滑動(dòng)指標(biāo)，共七 個(gè)指標(biāo)。實(shí)時(shí)報(bào)的時(shí)間周期為一小時(shí)，每一整點(diǎn)時(shí)刻后即可發(fā)布各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)草灘空氣質(zhì)量圖（API&AQI）報(bào)。實(shí)時(shí)報(bào)的指標(biāo)包括二氧化硫（S02）、二氧化氮（N02）、一氧化碳（CO）、 臭氧（03）、可吸入顆粒物（PM10，粒子直徑小于等于10叩）以及細(xì)顆粒物（PM2.5，粒子直徑小于等于2.

17、5m）的一小時(shí)平均以及臭氧（03）的日最大八 小時(shí)滑動(dòng)指標(biāo)，可吸入顆粒物（PM10，粒子直徑小于等于10ym）以及細(xì)顆粒物（PM2.5,粒子直徑小于等于2.5ym）的24小時(shí)滑動(dòng)平均值共九個(gè)指標(biāo)。繼續(xù)分析我們可以發(fā)現(xiàn)，AQI的數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)更加科學(xué)，尤其是更加嚴(yán)格，對(duì)污染物的允 許范圍更低，同時(shí)，通過權(quán)重分析，對(duì)于工業(yè)重要污染物S02，N02權(quán)重基本不變的前提下，大大增加了PM2.5等的權(quán)重，這對(duì)于未來(lái)控制這些污染物起到了 至關(guān)重要的作用。5 .2問題二模型建立與求解5.2.1問題分析分別使用空氣污染指數(shù)（API）（舊標(biāo)準(zhǔn)）和環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）對(duì)西安市 的空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)（新標(biāo)準(zhǔn)），并對(duì)評(píng)價(jià)

18、結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、分析。用Excel對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)繪圖整理，在對(duì)各圖片進(jìn)行觀察、對(duì)比、分析有 以下結(jié)論：5 .2.2.使用環(huán)境空氣污染指數(shù)（API）進(jìn)行評(píng)價(jià)1）對(duì)西安市20102012年API指數(shù)趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)如下圖:根據(jù)西安市近幾年的氣象數(shù)據(jù)，從如上西安市2010-2012年的API趨勢(shì)圖可一高壓開關(guān)廠-興慶小區(qū) 紡織城r-小寨一一市人民體育場(chǎng)*咼新西區(qū)-經(jīng)開區(qū)亠長(zhǎng)安區(qū)一-閻良區(qū)臨潼區(qū)草灘150100西安市 2010-2012 年 API 指數(shù)趨勢(shì) U0一季度二季度三季度四季度西一季度 1 二季度三季度 1 四季度 1 一季度二季度g 安市 2010-2012 年 AP 指數(shù)趨勢(shì)圖三季度四季度

19、高壓開關(guān)廠958884101100786786977468117興慶小區(qū)93877893108746585887164111紡織城87787593115796683917063108小寨977774106110796987927365115市人民體育場(chǎng)977774106110796987927365115高新西區(qū)96847395108807484937264112經(jīng)開區(qū)889170104110796382897565116長(zhǎng)安區(qū)889177103107796579927565106閻良區(qū)918870101106837179917068110得，由于每年1 1月至次年3月為中國(guó)傳統(tǒng)的春節(jié)，各種用

20、電量急劇增加，導(dǎo)致 發(fā)電廠廢氣排放量增多；又由于西安為北方城市，每年1 1月至次年3月，大量的供暖鍋爐向空氣中排放廢氣；再者西安的冬季干燥少雨雪，風(fēng)沙比較大，無(wú)法 及時(shí)消除空氣中的可吸入顆粒物，造成每年的第一季度API季度平均值徘徊在1 00左右，空氣質(zhì)量狀況為U或川級(jí)。而后，隨著用電量減少，供暖停止，氣溫 回升，綠被植物的長(zhǎng)出，API指數(shù)逐漸回落，空氣質(zhì)量狀況維持在U級(jí)。但2013年冬季的西安，由于長(zhǎng)時(shí)間沒有降雨，API的平均指數(shù)創(chuàng)下了3年最高，接近120的值是西安一直處于輕微污染的情況下。 由各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，以 圍繞西安市市中心的幾個(gè)區(qū)的API值較高，然后逐漸向郊區(qū)遞減。2)對(duì)檢

21、測(cè)API指數(shù)時(shí)所監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)分析西安空氣質(zhì)量。西安市AP脂數(shù)各項(xiàng)因素趨勢(shì)40035030025020015010050(1)對(duì)于S02:其主要來(lái)源是集中供暖產(chǎn)生的廢氣。根據(jù)S02的趨勢(shì)線分析 可知，每年第一季度其濃度最高，第四季度次之，第三季度最低，這與采暖期污染源增加和非采暖期污染源減少相對(duì)應(yīng)， 還與中國(guó)傳統(tǒng)春節(jié)放煙花產(chǎn)生大量的SO2有著直接關(guān)系。每年的S02污染濃度最大值與當(dāng)年的最冷月相對(duì)應(yīng)。(2)對(duì)于N02:其主要來(lái)源是汽車尾氣的排放。 分析N02的趨勢(shì)線可知，每年 第一季度其濃度最高，第四季度次之，第三季度最低。其隨著西安市車輛密度的 增加而增加，呈正相關(guān)。(3)對(duì)于PM10

22、:其主要來(lái)源是汽車尾氣的排放、不合格煙塵排放及北方干燥 風(fēng)沙。每年第一季度其濃度最高，第四季度次之，第三季度最低。由于可吸入顆 粒物的濃度與綠化植被覆蓋率、最近降雨量相關(guān)，所以在降雨量最大的夏天，季度季度季度季度201_ F度1年四季度季度季度201季度2年四季度季度013$937695106866773967663103191-242039392718204425172485+SO2291849712717276231233366APM10值最低，在春秋季較高。每年的PM10最大值與當(dāng)年的降雨量相對(duì)應(yīng)。比較三者數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，在用API指數(shù)評(píng)價(jià)西安空氣質(zhì)量時(shí)，PM10,N02,S02是相互影響的

23、，三者同起同落，其決定因素與供暖量、用電量、傳統(tǒng)節(jié)日和 天氣氣候直接相關(guān)，總體來(lái)說(shuō)每年的API指數(shù)第一季度其濃度最高，第四季度 次之，第三季度最低。3）現(xiàn)結(jié)合西安市各區(qū)縣生產(chǎn)總值與API指數(shù)的比較，分析API指數(shù)與生產(chǎn)總 值的關(guān)系。生產(chǎn)總值于API的比較結(jié)合西安各區(qū)縣生產(chǎn)總值分布圖與西安各區(qū)縣API指數(shù)趁勢(shì)圖分析可得, 在以設(shè)備制造、紡織、石化、電力等污 染較重的工業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)的地區(qū)，如 蓮湖區(qū)等，其API指數(shù)明顯高于相對(duì)于經(jīng)濟(jì)較落后、產(chǎn)業(yè)規(guī)模小的地區(qū)，如灞 橋區(qū)等，說(shuō)明在API指數(shù)往往隨著當(dāng)?shù)毓I(yè)化程度變化，呈正相關(guān)。新城區(qū)1 碑林區(qū)-I蓮湖區(qū)I-灞橋區(qū) 未央?yún)^(qū) 雁塔區(qū) !閻良區(qū) 臨潼區(qū)

24、長(zhǎng)安區(qū) 藍(lán)田縣-I周至縣 戶縣|高陵縣結(jié)合生成總值與API的比較圖分析可得， 工業(yè)化程度是API指數(shù)的一個(gè)關(guān) 鍵因素之一，但不是唯一決定因素。在每年供暖期間的API指數(shù)，由供暖、工 業(yè)、車輛等因素共同決定。隨著西安產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與管理，第三服務(wù)業(yè)的產(chǎn)各區(qū)縣規(guī)模以上工業(yè)總值 絕對(duì)額（億元）_:生產(chǎn)總值A(chǔ)PI 指數(shù)4%9%12%4%14%11%8%16%10%7%4%1%。%值增長(zhǎng)，其在生產(chǎn)總值中所占的比例越來(lái)越多，工業(yè)生產(chǎn)總值在總生產(chǎn)總值中所 占比重減少，這導(dǎo)致生產(chǎn)總值的增長(zhǎng)與API指數(shù)的關(guān)系逐漸變小，兩者之間的 相關(guān)性逐漸減低。5 .22使用環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)（AQI）進(jìn)行評(píng)價(jià)。1）由于我國(guó)是從

25、2013年起開始正式檢測(cè)AQI，所以結(jié)合西安地區(qū)201 3年來(lái)的氣象數(shù)據(jù)與西安市2013年的AQI趨勢(shì)圖可得，由于西安作為一供暖城市， 大量的供暖鍋爐向空氣中排放廢氣，又由于西安的201 3年后干燥少雨雪，導(dǎo)致西安的PMI0與PM2.5值居高不下，使AQI指數(shù)在1、2月份保持在200以上， 空氣質(zhì)量狀況為五級(jí)重度污染，長(zhǎng)期的霧霾天氣不宜出門，醫(yī)院患者明顯增多。 而后，隨著3月的幾場(chǎng)降雨，西安的AQI指數(shù)逐漸好轉(zhuǎn)，空氣質(zhì)量狀況有一定 改善。隨著供暖期的結(jié)束，西安的AQI指數(shù)出現(xiàn)明顯下降，空氣質(zhì)量以改善為四級(jí)輕度污染。西安市AQI指數(shù)各項(xiàng)因素趨勢(shì)2007丄月2月201m 月3 年4月2322582

26、05148-*-038小時(shí)17223336小時(shí)2318272979966263170189210139-NO260S2S2S7-450270735839100800700500600400300西安市大氣污染濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)含量濃度S02N02PM10CO 031小時(shí) 038小時(shí)PM2.5o o o o o o O o o o o o O6 5 4 3 2 15 1 AOAU2 0Z1-1 -3A0 91 -162-1 -3A0 2 2-3ON9 2-C3ON61-2 -3A0 002-2 -OOA0 2 3 Om29 3 Om2 61-3 -3A0 002-3 -3A0 03-3 -3A0 6-

27、4 O1nu2 001-4 -3A0 02-4 -3A0間時(shí)西安市2013年AQI指數(shù)趨勢(shì)圖300250200150100501月份2月份m 月份2013年4月份平均T高壓開關(guān)廠蓮湖區(qū)246252180129221-興慶小區(qū)碑林區(qū)246252180129202T-紡織城髓橋區(qū)21722S203120191小寨雁塔區(qū)224236205125198T市人民體育場(chǎng)新城區(qū)258225232122209髙新西區(qū)哥新區(qū)261267222136221經(jīng)開區(qū)經(jīng)開區(qū)283194180108191長(zhǎng)安區(qū)長(zhǎng)安區(qū)195241211113190- 閻良區(qū)閻良區(qū)227251183135199臨潼區(qū)臨潼區(qū)237180136

28、104164-曲江文化集團(tuán)曲江新區(qū)2522Q7181119190廣運(yùn)潭瀘議區(qū)231262219130210草濰未央宦2522612081322132）現(xiàn)就檢測(cè)AQI指數(shù)時(shí)所監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢(shì)分析西安空氣質(zhì)量。（1） 對(duì)于SO2:主要來(lái)源是集中供暖產(chǎn)生的廢氣。分析SO2的趨勢(shì)線可 知，本年1月份至4月份，SO2污染濃度逐漸降低，尤其是3月份停止供暖之 后，西安四月份的SO2污染濃度下降了35%。這與采暖期污染源增加和非采暖 期污染源減少相對(duì)應(yīng)。預(yù)計(jì)，每年的SO2污染濃度最大值與當(dāng)年的最冷月相對(duì) 應(yīng)。（2） 對(duì)于NO2:主要來(lái)源是汽車尾氣的排放。 分析NO2的趨勢(shì)線可知， 本年1月份至4月份，

29、N02污染濃度逐漸降低。 其隨著西安市車輛密度的增加 而增加，呈正相關(guān)。（3） 對(duì)于PMI0:主要來(lái)源是汽車尾氣的排放、不合格煙塵排放。本年1月份至4月份，PMI0污染濃度逐漸降低。由于可吸入顆粒物的濃度與綠化植被覆蓋率、最近降雨量相關(guān)，所以在4月幾場(chǎng)大的降雨量后，PMI0值降低了43%。 預(yù)計(jì)，每年的PMI0最小值與當(dāng)年的降雨量相對(duì)應(yīng)。（4）對(duì)于CO:主要來(lái)源是汽車尾氣的排放、集中供暖產(chǎn)生的廢氣。本年1月份至4月份，CO污染濃度逐漸降低。在車流量大、住宅區(qū)密集的地方，CO污染濃度明顯高于其他地區(qū)。（5） 對(duì)于03:主要來(lái)源是汽車尾氣的排放、不合格廢氣排放。本年1月份 至4月份，隨著溫度的不斷

30、升高，03污染濃度逐漸上升。汽車廢氣和工業(yè)排放 物會(huì)釋放出一系列氮氧化物氣體和揮發(fā)性有機(jī)化合物。在春末、夏季和初秋陽(yáng)光 燦爛的高溫天氣條件下，NOX和VOC與氧發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成臭氧。與溫度和 日照存在正相關(guān)，濕度存在負(fù)相關(guān)。（6） 對(duì)于PM2.5:主要來(lái)源是汽車尾氣的排放、集中供暖產(chǎn)生的廢氣。判 斷霧霾天氣的主要指標(biāo)。由于可吸入顆粒物的濃度與綠化植被覆蓋率、最近降雨 量相關(guān)，所以在4月幾場(chǎng)大的降雨量后，PM2.5值降低了25%。預(yù)計(jì)，每年的PM2.5最小值與當(dāng)年的降雨量相對(duì)應(yīng)。3）API、AQI評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比分析：由于AQI參與評(píng)價(jià)的污染物為細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PMIO）、二

31、氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）、 一氧化碳（CO）6項(xiàng)，每小時(shí)發(fā)布一次；而API評(píng)價(jià)的污染物僅為SO2、NO2和PM103項(xiàng)，每天發(fā)布一次，而霧霾的主因PM2.5并未納入其中。觀察API與AQI的趨勢(shì)圖可以明顯看到，因?yàn)殛P(guān)注到了細(xì)顆粒物，在供暖 期1-2月份內(nèi)，AQI數(shù)要么比API高，要么等于API;在非供暖期3、4月份后，AQI與API指數(shù)一般相同。就數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性而言，由于AQI采用的標(biāo)準(zhǔn)更嚴(yán)、污染物指標(biāo)更多、發(fā)布 頻次更高，其評(píng)價(jià)結(jié)果也更加接近公眾的真實(shí)感受、更準(zhǔn)確。5.3問題三 用指數(shù)平滑法進(jìn)行預(yù)測(cè)5.3.1指數(shù)平滑法指數(shù)平滑法是在移動(dòng)平均法基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種時(shí)間序

32、列分析預(yù)測(cè)法，它是通過計(jì)算指數(shù)平滑值，配合一定的時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型，對(duì)現(xiàn)象的未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)。簡(jiǎn)單的全期平滑法是對(duì)時(shí)間數(shù)列的過去數(shù)據(jù)一個(gè)不漏的全部加以平等利 用，；移動(dòng)平均法則不考慮較遠(yuǎn)期的數(shù)據(jù)并在加權(quán)移動(dòng)中給予更大的權(quán)重；而指 數(shù)平滑則兼容了全期平滑法與移動(dòng)平均的所長(zhǎng)， 不舍去過去的數(shù)據(jù)，而是盡給予 逐漸減弱的影響程度，即隨著數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)離，富裕逐漸衰減成零的權(quán)數(shù)，也就是活指數(shù)平滑法是移動(dòng)平均法基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種時(shí)間序列分析法法，它是通過計(jì)算指數(shù)平滑值，配合一定的時(shí)間序列預(yù)測(cè)模型對(duì)現(xiàn)象的未來(lái)進(jìn)項(xiàng)預(yù)測(cè)。其原理是任一期的指數(shù)平滑值都是本期實(shí)際觀察值與前一期的指數(shù)平滑值的加權(quán)平均 值。在實(shí)際變動(dòng)預(yù)測(cè)中，根

33、據(jù)平滑次數(shù)不同，指數(shù)平滑法又可分為一次指數(shù)平滑 法、二次指數(shù)平滑法、三次指數(shù)平滑法。一次平滑法一次指數(shù)平滑法，是指根據(jù)本期觀察和上期一次指數(shù)平滑值， 計(jì)算其加權(quán)平均值，并將其作為下期預(yù)測(cè)值的方法。它僅適用于各期數(shù)據(jù)大體 呈水平趨勢(shì)變動(dòng)的時(shí)間序列的分析預(yù)測(cè)，并且僅能向下作一期預(yù)測(cè)。二次平滑法，三次平滑法是在一次平滑法的基礎(chǔ)上進(jìn)一步再做一次平滑，并對(duì)求得各期的指數(shù)平滑值取平均值。 一次平滑法的公式為st1)Yt(1)s(1其中式中：叩為第t期的一次指數(shù)平滑值；a為平滑系數(shù)，且OVaV1；Yt為第t期的觀察值在以本期的預(yù)測(cè)值作為下一期的指數(shù)平滑值參與下一期的預(yù)測(cè)QO* 廠八(1- )jYt-j最終可

34、得jt二（1 -a）j=1由于 宀，各期權(quán)數(shù)由近及遠(yuǎn)依指數(shù)規(guī)律變化，且又具有平滑數(shù)據(jù)功能，指數(shù)平滑法由此而得名。532平滑系數(shù)a的確定平滑系數(shù)a反映了歷史各期數(shù)據(jù)對(duì)預(yù)測(cè)值影響作用大小。a值愈大，各期歷史數(shù)據(jù)的影響作用由近及遠(yuǎn)愈迅速衰減；a值愈小，各期歷史數(shù)據(jù)的影響作用由 近及遠(yuǎn)愈緩慢減弱。第t+1期的預(yù)測(cè)值等于第t期的預(yù)測(cè)值加上該期的修正預(yù)測(cè)誤差。a值決定修正預(yù)測(cè)誤差的幅度。a值愈大，修正幅度愈大；a值愈小，修正幅度愈小?；谏鲜龇治觯交禂?shù)可根據(jù)時(shí)間序列數(shù)據(jù)的波動(dòng)狀況作如下選擇：第一，若時(shí)間序列數(shù)據(jù)不規(guī)則波動(dòng)較大，a宜取較大值（如0.60.9），以加大近期數(shù)據(jù)的比重，提高修正誤差的幅度，使

35、預(yù)測(cè)模型能迅速跟上實(shí)際觀察值的 變化。第二，若時(shí)間序列數(shù)據(jù)不規(guī)則變動(dòng)較小，a宜取較小值（如0.10.3），使各期數(shù)據(jù)權(quán)數(shù)由近 及遠(yuǎn)緩慢變小， 減小修正誤差的幅度， 預(yù)測(cè)模型不易受不規(guī)則 變動(dòng)的影響。在實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)于特定的時(shí)間序列，往往同時(shí)選用n個(gè)不同的a值進(jìn)行試 算，最終選擇使均方誤差（MSE）較小的哪個(gè)a值用于預(yù)測(cè)。本題中由于下圖中AQI值隨時(shí)間變化曲線所示，AQI的值基本呈水平變化， 但由于考慮到數(shù)據(jù)中誤差引起的過大的起伏變化，此處使用a=0.9。5.3.3使用指數(shù)平滑法對(duì)AQI進(jìn)行預(yù)測(cè)對(duì)未來(lái)一周 （取2013年4月30日至5月6日） 西安市空氣質(zhì)量狀況進(jìn)行預(yù) 測(cè)對(duì)2013年1月5日至4

36、月27日AQII進(jìn)行量化取中間值，利用excel處理數(shù) 據(jù)，做指數(shù)平滑預(yù)測(cè)， 經(jīng)過去掉一些壞值， 可得指數(shù)平滑曲線經(jīng)過分析可預(yù)測(cè)今 后一周內(nèi)的AQI指數(shù)如下表。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷法，西安市AQI時(shí)間序列波動(dòng)很大，長(zhǎng)期趨勢(shì)變化幅度較大，呈 現(xiàn)明顯且迅速的下降趨勢(shì)，宜選擇較大的a值，可在0.50.8間選值，以使預(yù)測(cè)將第t期的一次指數(shù)平滑值sd）St作為第t+1期的預(yù)測(cè)值模型靈敏度高些， 結(jié)合試算法取0.5,0.6,0.8分別測(cè)試。 經(jīng)過不同的a值最終確 定了a=0.8。經(jīng)過第一次指數(shù)平滑后，數(shù)列散點(diǎn)圖呈現(xiàn)直線趨勢(shì)，故選用二次指 數(shù)平滑法即可。將1月5日至4月27日做指數(shù)平滑法分析，并延長(zhǎng)時(shí)間即可預(yù)測(cè)接下

37、來(lái)一周的AQI值。接下來(lái)的一周中，若無(wú)其他因素干擾，西安市aqi值總體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，空氣質(zhì)量逐漸得到改善。aqi指數(shù)平滑除去一些偶然誤差，以及一些其他壞值不予考慮，即可的出相應(yīng)的指數(shù)曲線 從上圖可以較為直觀地看出，通過所建模型計(jì)算預(yù)測(cè)出所得的預(yù)測(cè)值在較大程度 上與實(shí)際值吻合，故所建模型是正確可行的。2013-4-28131.89112013-4-29118.7022013-4-30106.83182013/5/196.14859實(shí)際值預(yù)測(cè)值gEvmrrEvETOr OYEsritrtmTOE蟲0EgmmIUE5 呻窗晶A驚庭cnE.EUJfSN 蟲 orTUETOEETOCNIOETmmrgr

38、slTEnJfAmonJ DOpmonJtnvmmDOOOOODOOOO0505050505S4433zllszmozIN0S 9&冷-lofNwsozR二rngzSTHS匚二蟲s 5丄品00IqcnTom-TTrcLfES&蟲sSG也sS.VETSIs.trmsz5s.TmmIllif寸器HEsrnmarsl lllllBrrrlmLofIlliTrrlmLN”aonhnnLfEooooooooooo2013/5/286.533732013/5/377.880352013/5/470.092322013/5/563.08309而考慮到天氣對(duì)空氣質(zhì)量的影響，下表為4.28至5.

39、4的天氣情況：大多數(shù)為 多云，天氣變化不大，氣溫變化不大，并且自然降雨對(duì)空氣中的污染物具有沖刷 作用，故接下來(lái)的一周AQI呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且主要污染物為pm2.5。從今后幾天的天氣情況看來(lái)， 今后幾天的風(fēng)力相對(duì)較小， 而且空氣質(zhì)量通常 與風(fēng)力的大小有關(guān)。通常風(fēng)速越大越有利于空氣中污染物質(zhì)的稀釋擴(kuò)散。 而長(zhǎng)時(shí) 間的微風(fēng)或靜風(fēng)則會(huì)抑制污染物質(zhì)的擴(kuò)散，使近地面層的污染物質(zhì)成倍地增 加。風(fēng)向?qū)τ谝粋€(gè)城市來(lái)說(shuō)也是影響空氣質(zhì)量的重要因素，每個(gè)城市都有很多 的廠礦企業(yè)，也就存在著許許多多的污染源，當(dāng)城市處于重污染企業(yè)下風(fēng)方向時(shí) 會(huì)出現(xiàn)較重的污染；當(dāng)城市處于其上風(fēng)方向時(shí)就不會(huì)受到其污染。 而工業(yè)區(qū)集中 于東部。

40、故西風(fēng)對(duì)空氣影響較小。此外自然降雨對(duì)空氣中的污染物具有沖刷作用， 故接下來(lái)的一周在雨雪作用 下，大氣中的一些污染氣體能夠溶解在水中， 降低空氣中污染氣體的濃度，較大 的雨雪對(duì)空氣污染物粉塵顆粒也起著有效的清除作用。同時(shí)降水過后往往伴有冷 空氣過境，風(fēng)力大且地面沒有揚(yáng)沙、浮塵，非常有利于空氣中污染物的擴(kuò)散，空 氣質(zhì)量非常好，因此降水是空氣的清新劑。2011/4/28多云/多云32 C / 18 C無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)/無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)2011/4/29陰/多云33C/15C無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)/西北風(fēng) 3-4 級(jí)2011/4/30多云/陰28C/18C無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)/無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)2011

41、/5/1陣雨/小雨27C/9C無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)/無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)2011/5/2多云/晴22C/10C無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)/無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)2011/5/3多云/陰26C/13C無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)/無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)2011/5/4晴/晴29C/15C無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)/無(wú)持續(xù)風(fēng)向 3 級(jí)根據(jù)圖中反映的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，西安這樣的傳統(tǒng)工業(yè)城市的空氣污染程度均 處于較高的水平，這說(shuō)明這些城市對(duì)環(huán)境污染在一定程度上缺乏控制力，今后應(yīng) 該加強(qiáng)對(duì)空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)，采取有效措施，降低空氣污染水平。否則環(huán)境負(fù)擔(dān)大 大加重，最終會(huì)制約城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。5.4對(duì)西安市環(huán)保部門提出建議根據(jù)前三年空氣質(zhì)量歷史數(shù)據(jù)，結(jié)

42、合問題一、二、三的模型所得結(jié)果，就西 安市環(huán)境空氣質(zhì)量的監(jiān)測(cè)與控制對(duì)西安市環(huán)保部門提出幾條建議。一、加大環(huán)境治理與整改力度，完善環(huán)境監(jiān)督管理制度A.要綜合采取全防全控、聯(lián)防聯(lián)控、群防群控措施，實(shí)施多種污染物協(xié)同減 排。要統(tǒng)籌協(xié)調(diào)好總量削減、質(zhì)量改善和風(fēng)險(xiǎn)防范的關(guān)系，把大氣污染治理和污 染物總量減排工作結(jié)合起來(lái)。B.嚴(yán)禁在市區(qū)內(nèi)進(jìn)行煙花爆竹的燃放和對(duì)有毒有害物質(zhì)的燃燒。C.加強(qiáng)退耕還林，植樹造林，擴(kuò)大城市綠化覆蓋率，提高人民生活水平。D淘汰落后生產(chǎn)工藝。淘汰嚴(yán)重污染環(huán)境的落后工藝和設(shè)備，采用技術(shù)起 點(diǎn)高的清潔工藝，最大限度地減少能源和資源的浪費(fèi)，從根本上減少污染物的產(chǎn) 生和排放，減少末端污染治理所需的資金投入。二、節(jié)能減排，加大清潔能源的研究發(fā)展清潔能源，改善能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。逐步減少直接消費(fèi)煤炭，提高使用燃?xì)狻?電力等清潔能源的消費(fèi)比例。提倡自行車、公交車外出，減少尾氣排放。推行煤 炭洗選加工，控制咼硫份、咼