北京氣候變化與大氣污染的研究論文

1、北京市氣候變化與大氣污染的研究摘要:本文是通過(guò)處理大批的數(shù)據(jù)對(duì)北京市氣候的變化和大氣的污染做出評(píng)價(jià)并對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，既比較合理的解決了問(wèn)題，又為以后的北京市氣候的變化和大氣污染的治理提供一個(gè)參考。關(guān)鍵字：氣候變化、大氣污染、時(shí)間序列、模糊模型一、問(wèn)題的提出：目前，環(huán)境污染的日趨嚴(yán)重已構(gòu)成一全球性重大問(wèn)題，同時(shí)也是導(dǎo)致氣候變暖的主要因素之一。近年來(lái)，隨著大規(guī)模的城市建設(shè)以及迅猛增加的機(jī)動(dòng)車輛，北京大氣環(huán)境質(zhì)量發(fā)生了改變，北京大氣污染已由煤煙型污染轉(zhuǎn)為混合型污染。大氣污染直接危害居民身體健康，破壞生態(tài)環(huán)境，不利于城市的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展.為了改善大氣環(huán)境質(zhì)量，北京市采取了一系列措施控制大氣污染問(wèn)題，取得了

2、一定成效。我們所要做的是結(jié)合北京近十年的氣候變化數(shù)據(jù)和大氣中主要的幾種污染物含量來(lái)完成以下任務(wù)：第一，利用實(shí)際數(shù)據(jù)分析北京市氣候變化趨勢(shì)，驗(yàn)證北京市是否存在氣候變暖現(xiàn)象，如果存在，請(qǐng)給出變暖程度的度量。第二，分析北京市大氣污染情況，請(qǐng)選取適當(dāng)?shù)闹笜?biāo)評(píng)價(jià)和度量大氣污染情況及其變化趨勢(shì)。第三，研究大氣污染和氣候變化之間的關(guān)系。二、問(wèn)題的分析：根據(jù)問(wèn)題的要求，分三步來(lái)進(jìn)行分析：(1)、北京氣候變化的分析；(2)、北京大氣污染情況的評(píng)價(jià)、度量及發(fā)展趨勢(shì)；(3)、將北京氣候變化和大氣污染聯(lián)系起來(lái)，研究它們之間的關(guān)系；其中給出了大量的數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)的分析，了解數(shù)據(jù)的實(shí)際意義和預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)。北京氣候

3、變化的分析：我們根據(jù)北京市近十二年每年的氣溫、降水量、氣壓，來(lái)分析氣候變化和發(fā)展趨勢(shì)，主要采用時(shí)間序列分析法得到每項(xiàng)指標(biāo)十二年的平均值，并與每年的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行總體對(duì)比，從而可以得出北京氣候的變化趨勢(shì)，并驗(yàn)證北京是否會(huì)出現(xiàn)氣候變暖。北京大氣污染情況的評(píng)價(jià)、度量及發(fā)展趨勢(shì)：給出的數(shù)據(jù)主要是從1998年到2009年大氣中二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、總懸浮顆粒的含量，來(lái)度量大氣的污染情況，以及預(yù)測(cè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，主要采用模糊單因素評(píng)價(jià)、綜合評(píng)價(jià)，就可以求得判定單因素的評(píng)價(jià)等級(jí)和空氣質(zhì)量級(jí)，因此就可以得到大氣污染的情況，并根據(jù)歷年來(lái)的空氣質(zhì)量級(jí)別來(lái)得到大氣污染的變化趨勢(shì)。三、模型的建立和求解：1北

4、京氣候變化的分析：數(shù)據(jù)分析：對(duì)北京氣候變化的分析，主要是分析1998年2009年北京氣溫、降水量、氣壓的數(shù)據(jù)。1999-2009年北京市氣候變化數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表8991216/21643333221111111上平_1999-2009平均氣溫00O204份2年O201年份平均氣溫最低平均氣溫日照時(shí)數(shù)平均風(fēng)速平均氣壓降水量（mm最高平均氣溫199913.1-12.225942.41012.5266.941.9200012.8-152667.22.51012.7371.139.4200112.9-172611.72.41012.9338.939.6200213.2-12.82588.42.31012.7

5、370.441.1200312.9-152260.22.51013.3444.937.6200413.5-12.92515.42.41012.6483.538.9200513.2-11.52576.12.41012.8410.738.9200613.4-14.72192.72.21012.531837.3200714-11.72351.12.21012.6483.937.3200813.4-13.52391.42.21012.6626.336.3200913.3-12.22511.82.21012.9480.639.6圖1-11999-2009年平均氣溫0,1999-2009平均值最低平均氣溫

6、圖1-21999-2009最低平均氣溫3240987644443333度氏攝1溫氣均平高最200020022004200620082010年份圖1-31999-2009最高平均氣溫1999-2009平均值-一降水量OOOOOOOOooooooO7654321量水降08O206O20042什02O200O2圖1-41999-2009降水量1013.41013.3)1013.2帕1013.1百10131012.91012.81012.71012.61012.51012.4壓氣均平1998200020022004200620082010年份1999-2009平均值T平均氣壓圖1-51999-2009

7、平均氣壓模型的建立:時(shí)間序列分析是一種廣泛應(yīng)用的數(shù)據(jù)分析方法，它研究的是代表某一現(xiàn)象的一串隨時(shí)間變化而又相關(guān)聯(lián)的數(shù)字系列（動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)），從而描述和探索該現(xiàn)象隨時(shí)間發(fā)展變化的規(guī)律性。時(shí)間序列的分析利用的手段可以通過(guò)直觀簡(jiǎn)便的數(shù)據(jù)圖法、指標(biāo)法、模型法等來(lái)分析，而模型法應(yīng)用更確切和適用也比較前兩種方法復(fù)雜，能更本質(zhì)地了解數(shù)據(jù)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和復(fù)雜特征，以達(dá)到控制與預(yù)測(cè)的目的。時(shí)間序列分析方法包括：（1）確定性時(shí)序分析：它是暫時(shí)過(guò)濾掉隨機(jī)性因素（如季節(jié)因素、趨勢(shì)變動(dòng)）進(jìn)行確定性分析方法，其基本思想是用一個(gè)確定的時(shí)間函數(shù)y=fa）來(lái)擬合時(shí)間序列，不同的變化采取不同的函數(shù)形式來(lái)描述，不同變化的疊加采用不同的函數(shù)疊

8、加來(lái)描述。具體可分為趨勢(shì)預(yù)測(cè)法（最小二乘）、平滑預(yù)測(cè)法、分解分析法等；（2）隨機(jī)性時(shí)序分析：其基本思想是通過(guò)分析不同時(shí)刻變量的相關(guān)關(guān)系，揭示其相關(guān)結(jié)構(gòu),利用這種相關(guān)結(jié)構(gòu)建立自回歸、滑動(dòng)平均、自回歸滑動(dòng)平均混合模型來(lái)來(lái)對(duì)時(shí)間序列進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)時(shí)序分析的方法，我們將對(duì)1999-2009年北京市氣候參數(shù)（年平均氣溫及年平均降水量等參數(shù)）為時(shí)序數(shù)據(jù)，進(jìn)行建模并預(yù)測(cè)。我們從畫出的走勢(shì)圖所示我們將選取移動(dòng)平均法、指數(shù)平滑法、線性回歸法對(duì)北京市氣候變化參數(shù)進(jìn)行分析。模型的求解與數(shù)據(jù)的處理：1、移動(dòng)平均法：根據(jù)19982009年北京市氣候變化數(shù)據(jù)分析及移動(dòng)平均法的理解，在此我們選擇2005-2009五年的只進(jìn)

9、行預(yù)測(cè)，即n=5,并對(duì)平均氣溫和降水量進(jìn)行分析，則分析預(yù)測(cè)結(jié)果如下：平均氣溫預(yù)測(cè)值（攝氏度）平均氣溫實(shí)際值（攝氏度）降水量預(yù)測(cè)值降水量實(shí)際值1413.53333404.2483.913.413.6476.0667626.313.313.56667530.2667480.61000值500,01降水量移動(dòng)平均jI1I一實(shí)際值一預(yù)測(cè)值2341數(shù)據(jù)點(diǎn)14.514值13.513'12.51平均氣溫移動(dòng)平均;j11一實(shí)際值.預(yù)測(cè)值234(數(shù)據(jù)點(diǎn)結(jié)果分析：由移動(dòng)平均法預(yù)測(cè)得到的數(shù)據(jù)和圖象所得結(jié)果可知近五年北京市的降水量和平均氣溫呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明近五年北京氣溫存在變暖現(xiàn)象。2、 指數(shù)平滑法：為了進(jìn)一

10、步觀察北京市氣候變化情況，在移動(dòng)平均法的基礎(chǔ)上我們運(yùn)用指數(shù)平滑法對(duì)北京市氣候變化做進(jìn)一步預(yù)測(cè)。根據(jù)1998-2009年北京市氣候變化數(shù)據(jù)分析和移動(dòng)平均法中取值n=5,我們選擇久=0.3即阻尼系數(shù)1-3=0.7則可得預(yù)測(cè)值為：年份降水量（mmrr、，.、j.均力左平均氣溫（攝氏度）rr、，.、j.均力左預(yù)測(cè)值實(shí)際值實(shí)際值預(yù)測(cè)值1999266.913.12000371.1266.912.813.12001338.9298.1612.913.012002370.4310.38213.212.9772003444.9328.387473.30212.913.04390.2249662004483.53

11、63.341279.2403413.513.000730.1658682005410.7399.3888102.657213.213.150510.3264492006318402.782296.8525913.413.165360.3013452007483.9377.347585.154961413.235750.3197792008626.3409.313378.8868213.413.465030.4624512009480.6474.4093147.901613.313.445520.463092平均氣溫指數(shù)平滑14.51413.51312.5121357911實(shí)際值T-預(yù)測(cè)值數(shù)據(jù)點(diǎn)

12、模型分析：由指數(shù)平滑預(yù)測(cè)得到的數(shù)據(jù)和圖像所得結(jié)果可知近十年北京市的降水量和平均氣溫呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明北京氣溫存在變暖現(xiàn)象。3、 線性回歸模型：3.1 最高平均氣溫線性回歸分析：年份LineFitPlot最高平均氣溫預(yù)測(cè)最高平均氣溫505443溫氣均平高最59915O份。年002OTO2結(jié)果分析：最高氣溫的回歸性不時(shí)很好，說(shuō)明每年的最高氣溫是有較大的波動(dòng)的MultipleRRSquare不是很接近1,很明顯線性度不是很好，可知F值等都很小，所以更進(jìn)一步說(shuō)明了線性度不好，從圖中我們可以判斷出未來(lái)的每年的最高溫度是和預(yù)測(cè)值有偏差的而且很有可能高于預(yù)測(cè)值3.2 最低平均氣溫線性回歸分析：年份LineFi

13、tPlot59-9<o1OO-1-2溫氣均平低最200020052c10最低平均氣溫預(yù)測(cè)最低平均氣溫3.3平均氣溫線性回歸分析:年份LineFitPlot14.51413.51312.5平均氣溫預(yù)測(cè)平均氣溫1995200020052010年份結(jié)果分析：很明顯圖中表明每年的平均氣溫是分布是非線性的，2005年以后開始上升既而有下降可知未來(lái)的年平均氣溫是有上升趨勢(shì)的，但是也會(huì)有下降但是總體是上升的。3.4降水量線性回歸分析：年份LineFitPlot10005000199520002005年份降水量(mm預(yù)測(cè)降水量2010|(mm-結(jié)果分析：有上面綜合分析可知；年最低溫度的變化是非線性的，它

14、和預(yù)測(cè)值有偏差其大多數(shù)低于預(yù)測(cè)，所以未來(lái)走向也會(huì)這樣。2北京大氣污染情況的評(píng)價(jià)、度量及發(fā)展趨勢(shì)：數(shù)據(jù)分析:北京大氣污染情況的分析，只要是分析1998年2009年北京大氣中二氧化硫、氧化氮、一氧化碳、總懸浮顆粒這四項(xiàng)污染物的含量。19982009年北京市大氣污染指標(biāo)12年份二氧化硫二氧化氮一氧化碳總懸浮顆粒物單位19980.120.0743.30.378量克/立方米19990.08P0.07712.90.36420000.0710.0712.70.35420010.0640.0712.60.3720020.067P0.07612.50.37320030.0610.0722.40.25220040

15、.0550.0712.20.14920050.050.06620.14220060.0530.0662.10.16120070.0470.06620.14820080.0360.04911.40.12220090.034P0.0531.60.121模型的建立：確定評(píng)價(jià)因素：根據(jù)北京市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的觀測(cè)資料，選取二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、總懸浮顆粒四項(xiàng)污染物作為評(píng)價(jià)因素。0.120.110.10.090.080.070.060.050.040.031998二氧化硫1200(2002200年4200620082010數(shù)據(jù)處理：以下是19982009年四種主要大氣污染物變化曲線：米方立0.08米

16、方立、克毫二氧化氮0.0750.070.0650.060.0550.050.045200020022004年20062008201019983.52米方立克毫119980.450.43一氧化碳520002002200420062008年2010.35米方立克毫0.11998200020022004年200620082010總懸浮顆粒物分析：由以上四幅圖可以看出來(lái)二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、總懸浮顆粒的含量在逐年下降。根據(jù)北京市環(huán)保局公布的關(guān)于空氣污染物的級(jí)別和專家評(píng)分，利用上述模糊綜合評(píng)價(jià)方法，計(jì)算得北京市各項(xiàng)大氣污染物的單因素評(píng)價(jià)結(jié)果（僅列出1998年），以及考慮三項(xiàng)污染物權(quán)重的綜合評(píng)價(jià)結(jié)

17、果見下表:1998年北京空氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)結(jié)果9982009年北京市空污染物名稱個(gè)級(jí)別隸屬度一級(jí)二級(jí)三級(jí)四級(jí)單因素總評(píng)二氧化硫0.330.67001.67二氧化氮0.8400.150.061.31一氧化碳0.5200.270.021.88總懸浮顆粒000.230.0242.42總評(píng)價(jià)結(jié)果0.290.210.230.251.761998年北京空氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)表1氣環(huán)境綜合評(píng)價(jià)表:北京市空氣環(huán)境綜合評(píng)價(jià)表綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)H二氧化硫二氧化氮一氧化碳總懸浮顆粒三項(xiàng)總評(píng)總評(píng)等級(jí)19981.671.311.882.421.76二級(jí)19991.651.111.842.441.79二級(jí)20001.631.211.832.432.31二級(jí)20011.621.11.832.411.76二級(jí)20021.621.121.822.391.74二級(jí)20031.611.11.742.41.7二級(jí)20041.61.141.732.231.69二級(jí)20051.591.151.722.241.69二級(jí)20061.581.131.712.231.7二級(jí)20071.5811.732.191.69二級(jí)20081.1511.692.111.56二級(jí)20091.5411.671.131.51二級(jí)結(jié)論：北京市空氣環(huán)境質(zhì)量狀況呈逐年提高趨勢(shì)，總的來(lái)看空氣環(huán)境質(zhì)量基本達(dá)到二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)環(huán)