关于北京市气候变化与大气污染的研究_22398.docVIP

关于北京市气候变化与大气污染的研究 中央民族大学 马越龙、姚琨、朱爱丽 摘 要 本文建立了一个关于分析北京市气候变化趋势和大气污染情况的统计模型。本文主要研究以下三个问题：北京市气候变化的趋势，验证北京市是否存在气候变暖现象；大气污染情况及变化趋势；大气污染和气候变化之间的关系。 首先就问题一，根据主成分分析思想，我们选用降水量、气温和风速来表征北京市气候变化，并从《北京市统计年鉴2010》获得了1978——2009年的相关数据，利用Matlab、Excel对这些数据进行时间序列分析并根据最小二乘法原理将散点图拟合成趋势曲线，又根据问题实际需要和判定系数等对其进行筛选，得到我们需要的最优回归方程及曲线。据此验证北京市存在气候变暖现象，并选取气温的气候倾向率SO浓度、NO浓度、可吸入颗粒物含量来表征北京市大气污染状况，并从《北京市统计年鉴2010》获得了2000——2009年的相关数据。利用内地空气污染指数的计算方法，计算出大气污染的评价度量指标API。并利用问题一中的方法分析各数据，得到SO浓度、NO浓度、可吸入颗粒物含量及API的回归模型，从而分析度量大气污染情况的变化趋势。 然后就问题三，利用SPSS软件计算分析API与温度、降水量、风速的相关性。通过分析比较相关系数得出大气污染与气候变化之间的关系。 最后我们利用F检验来判断以上所建立回归模型的回归效果。 综上，我们利用SPSS、Excel 、Matlab等数学软件很好地实现了数据统计分析，并结合主成分分析及时间序列分析思想给出了北京市气候变化和大气污染变化趋势的分析。将数据图形，充分发挥图形的功能，数据相关分析，排除经验的干扰，，气候变暖成为当今人类社会亟待解决的问题，是人类必须面对的严峻挑战。气候是地球上某一地区多年时段大气的一般状态，是该时段各种天气过程的综合表现。要素(温度、降水、风等)的各种统计量(均值、极值 、概率等)是气候的基本依据。大气污染自然或人为原因使大气中某些成分超过正常含量或排入有毒有害的物质，对人类、生物和物体造成危害的现象。按中国《大气环境质量标准》规定的常规分析指标有总悬浮微粒、二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳和光化学氧化剂。 二、基本假设 1.温度、降水量、风力可以完全表征北京市气候 2.假设北京市每个区的气候差异不大，北京市气象站的所测得的数据可以代表北京市整体的气候状况 3.在回归模型中，拟合的二次多项式可以较好模拟出数据的变化趋势 4.在变暖程度分析中，拟合的一次多项式系数可以作为气温的气候倾向率来进行变暖程度的度量 5.可吸入颗粒物、SO和NO可完全代表北京市大气污染的污染物 6.API指标能正确评价和度量大气污染情况 7.假设气温和API都是正态分布，或接近正态的单峰分API:空气污染指数，具体分级标准见附录五 2.I：某污染物的污染指数C：该污染物的浓度 与：在API分级限值表（）中最贴近C值的两个值，为于C的限值，为小于C的限值与：在API分级限值表）中最贴近I值的两个值，为大于I的值，为小于I的值API＝max(I1,I2，…，In)：回归模型的判定系数 8.x:气候特征值 9.a:气候倾向率 四、模型的建立与求解 4.1利用实际数据分析北京市气候变化趋势，验证北京市存在气候变暖现象，并给出变暖程度的度量 4.1.1数据总体分析，并画出散点图 经查阅《北京市统计年鉴2010》，我们得到了1978——2009年的气候数据（见附录一），由模型假定，我们选取温度、降水量、风速表征气候情况，并给出了对应的描述统计量（见表1）及散点图（见附录二）。 1978年-2009年气候数据描述统计量 统计量 降水量（mm） 平均气温 最高气温 最低气温 平均风速（m/s） 平均 537.615625 12.753125 37.4625 -13.44375 2.334375 标准误差 26.17769 00.2981715 0.3489598 0.051118414 中位数 498.3 12.9 37.3 -14 2.4 众数 12.8 37.5 -15.4 2.4 标准差 148.0833769 01.6867128 1.9740147 0.289169417 方差 21928.68652 02.845 3.8967339 0.083618952 峰度 -1.1541088 00.4220035 0.0681798 10 偏度 0.089242538 -0.935646 0.7219566 0.7196512 -2.748726014 区域 546.3 3 6.9 8.3 1.5 最小值 266.9 11 35 -17