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中国环境科学 2022年第2期42卷 550-556页

作者：尹浩胡冬梅闫雨龙彭林王凯张可可邓萌杰华北电力大学环境科学与工程学院资源环境系统优化教育部重点实验室北京102206

基于数据驱动思想,以城市内部环境空气质量监测站点为研究对象,建立了目标站点与周边站点间PM_(2.5)浓度、风向、风速、欧几里得距离等参数的多元线性关联回归模型,使用梯度下降算法学习得到各参数权重系数,计算得出周边站点对目标站点P... 详细信息

基于数据驱动思想,以城市内部环境空气质量监测站点为研究对象,建立了目标站点与周边站点间PM_(2.5)浓度、风向、风速、欧几里得距离等参数的多元线性关联回归模型,使用梯度下降算法学习得到各参数权重系数,计算得出周边站点对目标站点PM_(2.5)传输贡献,并评估了模型的可行性.以北京市丰台花园(FT)为目标站点的应用研究结果显示,2016年FT站点PM_(2.5)浓度为82μg/m^(3),周边站点大兴(DX)、房山(FS)、亦庄(YZ)、东四环(DS)、古城(GC)和万柳(WL)浓度分别为93,82,80,79,77,71μg/m^(3);FT站点PM_(2.5)浓度与上一时刻周边站点WL、GC、DX、YZ的相关性分别为0.634、0.631、0.608和0.601,显示其对FT站点PM_(2.5)污染传输显著;建立的4个季节关联回归模型RMSE值分别为13.22、11.74、12.51和13.22,PM_(2.5)模拟浓度与监测浓度变化趋势一致,验证了模型的可行性;WL、DX、YZ、GC分别是对应春、夏、秋、冬4个季节对FT站点PM_(2.5)污染传输贡献较大的站点,其贡献值分别为1.61%、1.71%、2.20%和8.57%.该模型解析的结果可为北京市未来城市规划、建设提供依据,提出的PM_(2.5)传输多元线性关联回归方法同样可用来解析其他城市内部尺度PM_(2.5)传输关联,为挖掘城市内部PM_(2.5)传输路径、精准溯源提供基础.

关键词：城市内部尺度 PM_(2.5) 多元线性关联回归传输贡献

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基于图模型的北京市空气污染传输路径挖掘与分析

基于图模型的北京市空气污染传输路径挖掘与分析

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作者：尹浩华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

大气污染是城市建设和经济发展中凸显的重要问题之一,对城市环境空气质量、城市形象及人体健康均有一定影响。区域间大气污染物的传输在城市规划建设中至关重要,而此类传输不仅发生在大区域之间,也存在于城市内部尺度,但目前研究大多集... 详细信息

大气污染是城市建设和经济发展中凸显的重要问题之一,对城市环境空气质量、城市形象及人体健康均有一定影响。区域间大气污染物的传输在城市规划建设中至关重要,而此类传输不仅发生在大区域之间,也存在于城市内部尺度,但目前研究大多集中在大尺度区域的污染传输,鲜有文献专门报道城市内部尺度的污染传输关系。因此,本研究基于环境大数据分析,深入挖掘城市内部区域大气污染物传输路径并定量解析站点间传输贡献,为城市内部尺度精准治污和科学规划提供可靠依据。首先,本文基于大气污染物浓度及气象数据,分析了北京市大气污染物时空分布特征、重污染期间站点浓度变化规律。建立了污染物浓度与气象因素、城市建设水平等因素的关联关系,以及各空气质量监测站点间污染物浓度的最大信息关联矩阵。结果显示,北京市冬季PM2.5污染较重,夏季O3浓度偏高,空间上呈现PM2.5浓度南高北低,O3浓度南北较高、中间偏低的分布特征;当风向为南风、东南风和西南风时,PM2.5和O3浓度较高;PM2.5关联程度较大站点对有AT-DSH、AT-YDM、FT-YDM等,O3关联程度较大的站点对有DX-YZ、YZ-AT、FT-AT等。其次,提出了定性挖掘城市内部尺度PM2.5和O3常规路径、次常规传输路径的方法。构建了 2016、2018和2020三年各季节的PM2.5污染环境图模型数据集和夏季O3污染环境图模型,并利用频繁子图算法得到城市内部PM2.5和O3的常规和次常规传输路径。出现频次较高PM2.5常规传输路径有LLH—FS—FT—AT—SY和YF—DX—YZ—TZ,起点为北京南部的LLH和YF站点;夏季O3路径均为次常规路径,起点既有南部的YF站点,也有北部的MY、PG、HR等站点;2016至2020年间,常规污染传输路径长度逐渐变短、区域跨度也逐渐变小,且逐渐变成次常规传输路径。最后,提出了定量解析城市内部尺度PM2.5和O3传输贡献的方法。以传输路径中出现频次较高的空气质量监测站点为研究对象,建立与其关联站点间污染物浓度、风向、风速、欧几里得距离等多参数的定量传输贡献模型,并以北京市2016年PM2.5为例,利用梯度下降算法计算得到不同季节关联站点对目标站点的传输贡献值。春季WL、YZ对FT的传输贡献分别为1.61%和0.81%;夏季DX、WL对FT的传输贡献分别1.71%和1.69%;秋季YZ、WL对FT的传输贡献分别为2.2%和1.77%;冬季GC对FT的传输贡献为8.98%;DS全年对FT均无传输贡献。

关键词：城市内部尺度空气污染图模型传输路径

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