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硕士论文:大气污染物时空关联特征分析与污染源量化评估方法研究

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  • 论文编号:el2018061522135417182
  • 日期:2018-06-14
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本文是一篇硕士论文,硕士学位论文是学术作品,因此其表述要严谨简明,重点突出,专业常识应简写或不写,做到层次分明、数据可靠、文字凝练、说明透彻、推理严谨、立论正确,避免使用文学性质的或带感情色彩的非学术性语言。论文中如出现一个非通用性的新名词、新术语或新概念,需随即解释清楚。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇硕士论文,供大家参考。
 
第 1 章 绪论
 
1.1 研究的背景
随着现代经济社会发展的进程不断加快,城市工业化和城镇化的脚步逐渐加速,人们的收入水平也得到了很大的提高,一定程度上改善了生活的状态和质量。伴随着经济的快速增长,环境污染现象日趋严重,由此给人类的生活和健康带来了很多负面影响,大气污染开始成为人们关注的焦点。大气污染的产生,不仅使生态环境的平衡受到冲击,还给人类造成了巨大的损失,很多国家尤其是发达国家都爆发过严重的大气污染。美国曾受到过两次世界有名的大气污染的毒害,分别为在洛杉矶爆发的光化学烟雾和在多诺拉镇爆发的烟雾事件,还有英国的伦敦烟雾事件、日本的四日市哮喘事件等都使当地居民受到了不可挽回的伤害。大气污染会对人类健康产生危害,严重的可能导致人类中毒或致癌。人体处于被污染的大气中,会导致很多疾病的患病率升高,肺癌就是其中最易发生的一种疾病。近年来,大气污染导致中国大部分城市的居民肺癌发病率显著升高,并且主城区比郊区的居民更容易发生呼吸系统疾病。在例如工厂在生产过程中操作不当导致大量有害气体泄露等特殊条件下,大气污染会造成大范围中毒。在印度的帕博尔农药厂,曾经发生过甲基异氰酸酯的泄露,该事件造成了十多万人受害,丧生人数更是高达 2500 人。大气污染物如果长期作用于人的肌体,还会对人体内的遗传物质产生危害,严重的甚至将引起遗传物质的突变,从而有致癌的危险。大气污染会对工农业产生危害。大气中的二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)等有害物质不仅对人类生活的设施、设备和其他工业材料会有直接的腐蚀作用,而且大气中高浓度的 SO2、NO2甚至会和其他物质进行化学反应从而发生酸雨现象。另外,大气颗粒物的增多对仪器、设备的生产和使用也产生了很多不利影响,不仅会导致生产成本的增加,还会缩短产品的使用寿命。
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1.2 研究的意义
大气环境监测与公共健康风险问题已经引起了国家、地方和学术界的高度重视。2006 年 2 月,国务院发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020 年)》中,将开发区域环境质量监测预警技术列入社会发展重点领域优先主题,其在 2013 年发布的《大气污染防治行动计划》中更为我国当前和今后的大气污染防治工作提供了行动指南。2014 年,环保部发布了《2015 年度国家环境保护公益性行业科研专项项目申报指南》,该指南中确立了 35 个重点研究内容,其中21 个涉及大气污染监测和综合治理[1-8],其在 2015 年 8 月发布的《生态环境监测网络建设方案》中进一步划分了各级政府和企业在生态环境监测中所具有的权利与责任。2015 年,《中华人民共和国大气污染防治法》完成第二次修订,从污染源控制、污染量控制、违法处罚和政府的公共事务职能四个方面制定了详细的法律约束条款。2016 年,科技部发布的《十三五国家科技创新规划》中的“生态环保技术”专题的 8 个技术专栏项中,“大气污染防治”排在第 1 位,并突出强调了“建设大气污染排放控制及空气质量技术体系”等重点突破的关键技术[32-36]。
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第 2 章 数据来源和分析工具
 
2.1 数据来源
本文的研究工作中涉及的沈阳市空气质量监测数据,主要来源于“辽宁省空气质量实时发布系统”网站、“全国城市空气质量实时发布平台”网站和“PM25.com”网站,如图 2.1-2.3 所示。其中,“PM25.com”属于公益性网站,正在为超过 40家科研院校的学术研究,无偿开放国家环保部空气质量实时数据查询 API 接口,但只提供小时数据更新,不提供历史数据查询。本文涉及的数据包括沈阳市 8 个环境空气质量监测站(国控点)的冬夏两季大气污染监测数据,供暖期与定义依据为沈阳市供热管理办公室发布的供暖时间表。数据内容具体为:2016 年 11 月 1 日至 2017 年 11 月 1 日,8 个国控监测点(东陵路、浑南东路、京沈街、陵东街、小河沿、文化路、新秀街、太原街)的空气质量指数(Air Quality Index,AQI)以及细颗粒物 PM2.5(浓度单位:ug/m3)、颗粒物 PM10(浓度单位:ug/m3)、二氧化硫(SO2,浓度单位:ug/m3)、二氧化氮(NO2,浓度单位:ug/m3)、一氧化碳(CO,单位:mg/m3)和臭氧(O3,浓度单位:ug/m3),共计 6 种主要大气污染物的小时均值浓度值。
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2.2 数据采集方法
由于“PM25.com”网站不提供历史数据查询,只提供最近 24 小时的数据,为了实现数据的自动采集和历史数据的积累,本研究中应用 Python 语言编写了脚本程序”datacollection.py”,以实现数据的自动采集。该脚本程序利用“PM25.com”网站提供的 API 接口,可实现本文中涉及的沈阳市 8 个自动监测站点(国控)24 小时空气质量监测数据的定时自动采集与存储。采集到的数据以 txt 文本文件格式,按照指定路径自动存入本地硬盘,如图 2.4 所示。为了保证数据的准确性,采用人工方式对自动采集的空气质量数据,与“沈阳市环境空气质量实时发布系统”网站和“全国城市空气质量实时发布平台”网站的发布数据,进行对比校验,确认数据的有效性和一致性后,对本地的 txt 文本数据文件和数据库的数据表,进行修改、记录和管理。
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第 3 章 多时空尺度的沈阳市主要大气污染物特征分析.............13
3.1 年度分布特征.......14
3.2 供暖期与非供暖期的首要大气污染物占比分析...........20
3.3 供暖期与非供暖期的主要大气污染物 24 小时分布特征.......26
3.4 本章小节.....29第 4 章 沈阳市大气污染物关联特征分析.......31
4.1 关联规则分析与 R 语言实现.............31
4.1.1 基本原理..............31
4.1.2 R 语言实现...........32
4.2 供暖期大气污染物关联特征分析.....33
4.2.1 Apriori 算法基本原理............. 33
4.2.2 供暖期大气污染物不同污染程度规则......34
4.2.3 供暖期不同城市区域大气污染物不同污染程度规则............38
4.3 非供暖期大气污染物关联特征分析...........49
4.3.1 非供暖期大气污染物不同污染程度规则............49
4.3.2 非供暖期不同城市区域大气污染物不同污染程度规则........55
4.4 本章小结.....64
第 5 章 冬季供暖燃煤污染贡献率的量化评估方法...........66
5.1 工业城市的主要大气污染排放源类别.......66
5.2 量化评估的目标排放源选择.............67
5.3 量化评估的目标污染物选择.............69
5.4 冬季供暖贡献率的量化评估方法.....70
5.5 本章小结.....75
 
第 5 章 冬季供暖燃煤污染贡献率的量化评估方法
 
5.1 工业城市的主要大气污染排放源类别
沈阳市大气污染物不仅来源广泛,而且各种排放源排放的污染物种类也多种多样。目前,国内外关于大气污染源分类的方式有很多种。根据按污染物排放空间,可将污染源分为高架源、低架源;按不同污染物的空间分布状况,又可将污染源分为点源、线源和面源[64-65]。结合沈阳市大气污染物的排放现状,将沈阳市大气污染的排放源分为点源、线源和面源,详见表 5.1。其中,点源包括沈阳市范围内工业源,例如电力、热力的生产供应业和采矿业、食品业、制造业及其他各工业部门等;线源主要是机动车尾气排放源;面源则分为居民生活面源、生产工艺过程面源、秸秆燃烧面源、无组织建筑扬尘面源等。已有的研究成果表明,沈阳市大气污染呈现煤烟型与机动车尾气污染并存的复合型污染特征。由第 3 章第 3 节中的沈阳市供暖期与非供暖期的主要大气污染物 24 小时分布特征分析可知,冬季供暖期和夏季非供暖期的主要大气污染物PM2.5、PM10、SO2、NO2与 CO 分布特征较为相似,主要差别在于这 5 种主要大气污染物的浓度存在较大差异,供暖期与非供暖期 6 种大气污染物的小时平均浓度对比统计见表 5.2。
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结论#p#分页标题#e#
 
本文对 2016 年 11 月至 2017 年 10 月沈阳市 8 个国家环境监测站点 6 种大气污染(PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO、O3)的小时浓度数据进行了整理和分析,分别对供暖期和非供暖期大气污染物的总体特征(包括首要大气污染物、大气污染物的月变化、24 小时变化)以及大气污染物不同污染指标间的关联特征进行了分析,并围绕沈阳市冬季供暖燃煤污染的贡献率,开展基于数据分析的量化评估方法研究。研究结果表明:
(1)沈阳市大气污染物的月变化特征较为明显。PM2.5、PM10、SO2、NO2和CO 五种大气污染物的月变化趋势较为相似,但冬季供暖期的 PM2.5、PM10、SO2、NO2、CO 的浓度明显比在非供暖期高。O3浓度在一年中的变化则明显与其他五种污染的变化相反,整体变化呈倒“U”形趋势。从空间分布可以看出,供暖期主城区 SO2浓度较周边城区高,在供暖期与非供暖期 NO2的浓度总是主城区比周边城区高,其他污染物在空间分布上无明显差异。
(2)分析沈阳市供暖期与非供暖期不同城市区域的首要大气污染物及其占比。发现在供暖期,沈阳市的首要大气污染物为 PM10与 SO2,且主城区的 SO2作为首要大气污染物出现的占比明显远远高于周边城区;在非供暖期,首要大气污染物则为 O3和 PM10,且各类污染物在不同的城市区域的占比相对稳定;在非供暖期,首要大气污染物主要为 O3和 PM10,且各类污染物在不同的城市区域的占比相对稳定;PM10在全年的浓度都相对较高,是大气污染物中含量最高的成分。
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参考文献(略)
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