节能减排论文.doc
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1、摘要本文主要探讨我国实施节能减排对大气环境改变所产生的影响。在对我国主要城市空气质量指标进行统计分析,采用LOG模型对各省会城市的大气环境质量进行综合评价,利用建立GM(1,1)模型,依据收集的数据对我国大气环境的发展趋势做出预测,利用预测值与真实值之间进行比较分析,得出节能减排对我国各省会城市大气质量改变产生的影响。问题一,搜集到的数据,我国重要城市空气质量指标主要:可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮,由于三种因素对我国空气质量均产生较大影响,确定三项指标的权重均为1/3,建立LOG模型,得出我国主要城市中大部分城市历年大气环境质量接近1级或在1级标准以内,只有少数城市大气综合环境质量略差接近
2、2级,这表明全国大多数城市大气环境质量较好。由于实施节能减排,从2007年到2010年大气环境质量呈总体好转的趋势,估计出2012年我国大气污染状况明显改善。问题二,对我国主要城市空气质量指标各项数据进行年均值处理,利用2003-2006年我国重要城市的空气质量指标,鉴于数据较少,故利用灰色系统分析方法建立GM(1,1)模型预测出如果不实施节能减排2007-2010年我国重要城市的空气质量影响因素的指标,利用Matlab软件对预测值和真实值作图并分析图形走势,即我国大气环境的发展趋势,直观反映出实施节能减排的作用。问题三,在问题二已得预测数据及节能减排后所得数据的基础上,通过对两组数据的分析,
3、计算真实值与预测值减小的百分比,得出节能减排后我国重要城市各项空气质量指标明显减小,且减小趋势逐渐减弱,趋于平稳,空气质量明显改善。问题四,单独分析每座省会城市实施节能减排前后的大气环境质量,然后以各省会城市为横坐标、以大气环境质量综合评价值为纵坐标绘图,比较节能减排前、后省会城市大气环境综合评价值。先对图像进行总体分析,得出各省会城市节能减排后大气环境明显改善;再以各城市为对象进行单独分析,求出节能减排前后的差值,得出各城市大气环境均有改善。从整体与个体两方面反映了节能减排对大气的改善具有明显作用。关键词:LOG模型、灰色系统分析方法、GM(1,1)模型一、问题重述环境保护是重大民生问题,随
4、着社会对环境保护的日益重视,人们越来越重视环境的改善,工业革命以来,世界各国尤其是西方国家经济的飞速发展是以大量消耗能源资源为代价的,并且造成了生态环境的日益恶化。节约能源资源,保护生态环境,已成为世界人民的广泛共识。我国从2007年8月起,中央财政开始实施节能减排工作,既是对人类社会发展规律认识的不断深化,也是积极应对全球气候变化的迫切需要。国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要提出了“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右,主要污染物排放总量减少10%的约束性指标。根据这两个指标,如中国GDP年均增长一成,五年内就需要节能六亿吨标准煤,减排二氧化硫六百二十多万吨、化学需氧量五百七十
5、多万吨。试根据我国近年污染物总量减排和大气环境相关数据,并结合经济发展情况,根据附录中的数据,结合你们收集到的相关资料,建立数学模型,完成以下问题:1、建立模型对全国各省会城市的大气环境质量做出定量的综合评价,并对2012年各地区大气的污染状况进行分析比较。2、假如不采取节能减排,依照过去几年的主要统计数据,对我国大气环境的发展趋势做出预测分析,3、建立模型分析讨论节能减排对大气环境质量改善所起作用。4、建立模型对节能减排实施前后各省会城市大气环境质量改善情况进行科学分析。二、问题分析2.1问题背景分析 在建设创新型国家的背景下,在“节能减排”逐步融入经济发展主旋律的今天,为了节 约能源,推动
6、科技成果转化,提升我国经济中的科技含量。 “节能减排”顺应了我国经济发展的方向,体现了党和国家领导人对工作的节能减排 高度重视。节能减排不单纯是一个环境问题,而且关系到我国经济可持续发展的未来。在我国建 设创新型国家的道路上,节能减排成为科技推动经济增长的重要领域。2.2对问题一分析 对于全国重点城市的综合评价,应综合分析各个指标对该城市大气环境质量的影响。本题关键在于得出全国重点环境保护城市综合评价的定量值, 对此,可以建立综合评价与空气质量影响因素的综合关系模型。可以根据标准值得出很多组随机样本,建立函数关系式,进而评价各个城市的环境综合评价数值,对其定量评价。当指标值超过某门限值时就判定
7、为最高等级;当指标值低于另门限值时就判定为最低等级; 当指标值介于这两门限值之间时则为中等等级。这是一种上下段有限,中间段变化迅速而复杂的函数关系。而这正符合LOG曲线模型的特点针对上述问题,本文研究提出了大气环境质量评价的方法LOG曲线模型,建立LOG模型,对全国各省会城市的大气环境质量做出定量的综合评价,求出综合评价值,综合评价值位于0.5-1.5之间,大气环境质量属于一级标准;评价值位于1.5-2.5之间,大气环境质量属于二级标准,;评价值位于2.5-3.5之间,大气环境质量属于三级标准;评价值大于3.5,大气环境质量属于劣三级标准。由于从2007年开始实施节能减排,没有搜集到2012年
8、个省会城市大气环境质量指标,只能对2012年大气环境质量各项指标进行统计估计,综合评价出2012年大气环境质量,并对其比较分析。2.3对问题二分析由于节能减排从2007年开始实施,若不采取节能减排则只能依据我国主要城市2003-2006年空气质量指标的各项数据对2007-2010年各项数据进行预测。抽取各城市某年的大气环境质量单项指标为依据对节能减排后的大气环境质量指标进行预测。首先将各城市数据进行年均值处理,由于每个指标方面只有4个数据,所以利用灰色系统分析理论,建立GM(1,1)模型,从可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮三个指标分别预测节能减排后各项指标的年均值。2.4对问题三分析问题二已经
9、解答出对如果不试试节能减排我国各省会城市2007-2010年的大气环境质量指标,对实施节能减排后的数据与问题二中所预测不实施节能减排的数据进行整体年均值的比较,为了能够对节能减排对大气环境的改善作用进行数据量化,建立差值计算模型,对预测值和真实值之间进行比较,定量分析节能减排的改善作用,并用Matlab做出预测值和真实值之间趋势走向图像。比较出节能减排对大气环境质量改善所产生的影响。2.5对问题四分析观察节能减排前后我国各省会城市大气环境质量指标产生的改变,对各个省会城市进行单独分析,计算出节能减排前后的差值,观察差值数据特点,得出实施节能减排后各项指标改善情况。通过各项指标改善情况,对我国各
10、省会城市大气环境质量进行综合评价,比较大气环境质量的改善情况。在问题一LOG模型得出的各城市大气环境的综合评价指标数据的基础上,将综合评价指标数据按是否实施节能减排划分为两组,节能减排前2003-2006年与节能减排后2007-2010年,采用Excel表格,以各省会城市为横坐标、以大气环境质量综合评价值为纵坐标进行绘图,依据图表分别对其进行整体、单独分析节能减排前后各省会城市大气环境质量改善情况。三、模型假设与约定(1)我国各省会城市近年来没有大气污染物泄露事故的发生。(2)影响我国城市环境质量指标:可吸入颗粒、二氧化硫、二氧化氮。(3)可吸入颗粒参照我国PM10指标进行监测。四、符号说明
11、大气环境质量等级实值 大气环境质量等级模型的计算值第个城市的第项指标模型参数发展灰度 内生成控制灰度五、模型建立与求解5.1 数据收集及其分析为了有针对性的收集一些数据,本文首先研究分析了影响我国主要城市空气质量因素,本文认为影响我国城市空气质量的因素主要有:可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮等。为了能够较合理并准确的综合评价我国城市空气质量,本文收集了2003-2010年8年的数据进行探究。查阅资料显示数据,造成我国环境问题的主要因素:烟尘排放、酸雨。据统计我国造成酸雨的因素分为硫化物、氮化物的排放,硫化物中二氧化硫占绝大部分,氮化物中二氧化氮占主要部分,本文主要研究二氧化硫、二氧化氮、可吸入
12、颗粒物对我国城市空气质量造成的影响。5.2 LOG曲线模型建立5.2.1模型准备由于题目所提供的数据不足,于是收集到全国各个重点环境保护城市2003-2010年大气环境中的、NOX 、TSP 浓度(mg/m3)作为大气环境质量指标,以及大气环境质量评价标准,见表1。表 1 大气环境质量评价标准 (mg/m3)大气环境质量级别1级2级3级4级SO20.050.150.250.85NOX0.050.100.150.50TSP0.150.300.501.705.2.2模型建立与求解5.2.2.1LOG曲线样本数据样本的产生由于该曲线是对等级与个城市各年监测数据之间的准确的函数关系,且拟合函数需要的样
13、本量极大因此直接使用Mat lab随机产生数量相当大的样本,在表一大气质量评价指标取值范围内随机产生400个指标值,与对应的大气环境质量等级标准值一起组成样本系列,详见附表表1 所示。5.2.2.2模型参数估计LOG曲线作为大气环境质量评价模型即:对模型变形: 使用Mat lab使用随机生成的400组数据经计算机估计参数得: 既得到大气环境质量评价得LOG曲线模型:5.2.2.3LOG曲线模型的检验 将随机样本数据代入LOG曲线模型后,得出大气环境质量等级模型的计算值,并将其与数据样本所属级别实值进行统计学分析,得出结果如下:模型的相关系数(双侧),模型的平均相对误差为,说明模型的拟合精度很高
14、,可以用作综合评价各城市大气环境质量。5.2.2.4模型求解 将附表二中历年全国重点环境保护城市各项环境指标代入LOG曲线模型得出全国各重点环境保护城市的综合评价指标,如下表 表2 全国重点环境保护城市综合评价结果20032004200520062007200820092010北 京1.37241.34751.56851.32521.27621.09591.1031.1129天 津1.31991.27931.48681.23171.15021.12641.11621.1239石 家 庄1.79111.31891.49721.11331.06871.04671.0441.1071太 原1.403
15、71.29451.63531.2221.18431.09491.12711.0591呼和浩特1.08561.02451.28351.14781.18041.06221.0440.994沈 阳1.12711.12511.41051.16491.11321.14121.12931.1013长 春0.83611.86541.15960.96920.98250.97851.00440.9963哈 尔 滨1.2081.16521.30151.05911.17861.12861.13691.1023注:由于城市过多只列出部分城市详见附表三 由表可以看出全国大多数城市历年大气环境质量接近1级或在1级标准以内
16、,只有少数城市大气综合环境质量略差接近2级,这表明全国大多数城市大气环境质量较好。以及总体上看从2003年到2010年大气环境质量呈总体好转的趋势,但趋势并不明显。5.3灰色预测模型的建立5.3.1模型准备 由于搜集的数据涉及城市较多,为了减小偶然因素对空气质量造成的影响,使其预测结果更加合理、准确,对指标各项数据进行年均值处理。5.3.2模型建立 由已知数据,对于2003-2006年某项指标记为矩阵,计算每年的年平均值,记为对做一次累加,则记取加权均值,记,GM(1,1)的白化微分方程模型为:由灰微分方程得出矩阵用最小二乘法求得参数的估计值为 由上式可以得到 2007年的平均值为,则预测 2
17、007年的总值为 3.根据历史数据,可以统计计算出 2007 年第个因素的指标值占全年总值的比例为,即。则,于是可得 2007年每个因素的指标值为。5.3.3模型求解对我国主要城市空气质量指标各项数据进行年均值处理,利用2003-2006年我国重要城市的空气质量指标,利用灰色预测模型预测出如果不实施节能减排2007-2010年我国重要城市的空气质量影响因素的指标,计算出实施节能减后大气污染物减小百分比,利用Matlab软件对预测值和真实值进行绘图比较,直观反映出实施节能减排的作用,对两者进行综合分析节能减排对空气质量的影响。 表3 实施节能减后大气污染物减小百分比可吸入颗粒物二氧化硫二氧化氮2
18、007年13.98762%9.63246%2.108321%2008年19.79655%17.8436%7.95893%2009年22.76901%27.64747%10.97058%2010年24.39037%33.54314%13.09789%结果分析:自从2007年开始实施节能减排,利用2003年-2006年空气污染物真实值,对2007-2010年如果不实施节能减排各项污染物的预测值,对预测值和真实值进行比较,发现真实值远远小于预测值,并对真实值和预测值计算百分比的比较,如上表所示。从图中明显可知,自从2007年实施节能后,我国重点国家保护城市空气质量指标:可吸入颗粒物明显减小,且实施节
19、能减排后2009-2010年可吸入颗粒物趋于稳态,2007-2010年实施节能减排后可吸入颗粒物真实值比预测值减小的百分数分别为13.98762%、19.79655%、22.76901%、24.39037%。 从图中可知,自从2007年实施节能后,我国重点国家保护城市空气质量指标:二氧化硫量各城市年均量明显减小,2007-2010年实施节能减排后二氧化硫量真实值比预测值减小的百分数分别为9.63246%、17.8436%27.64747%、33.54314%。 从图中可知,自从2007年实施节能后,我国重点国家保护城市空气质量指标:二氧化氮各城市年均量明显减小,2007-2010年实施节能减排
20、后二氧化氮量真实值比预测值减小的百分数分别为2.108321%、7.95893%、10.97058%、13.09789%。 综合表3和各项指标预测值和真实值之间的比较图,得出实施节能减排后我国重要城市空气质量指标明显减小,且减小趋势逐渐减小,趋于平稳。综合空气质量指标的三项数据,得出实施节能减排后,空气质量明显改善。5.4LOG模型应用利用LOG模型得出的各城市大气环境的综合评价指标数据的基础上,将综合评价指标数据按是否实施节能减排划分为两组:2003-2006年、2007-2010年。Excel绘图表如下通过两曲线可以看出节能减排后所有点的纵坐标皆小于实施节能减排后的纵坐标,即实施节能减排后
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