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[博士论文] 原玉静
计算数学 山东大学 2017(学位年度)
摘要:伴随着工业和社会的迅速发展,环境遭到了严重的破坏,水污染问题越来越严重.为了有效的改善环境质量,合理安排工业生产,必须确定污染源的信息,对污染过程进行控制和治理.近年来,涌现了大量水污染问题的研究工作.地下水模拟模型被用来结合最优化模型来识别未知的地下水源[10,13,14,16,20,26,35,36,54,55,67,69,70],从而实现地下水最优化管理的目标.文章[35,36]考虑农业生产对地下水的污染,目标函数是确定最优的化肥使用效率,从而使得农业净收益最大,并且要求在特定的区域,地下水质量满足特定的要求.而[7,8,57,58]研究的是污水处理厂,即工业生产对水域的影响,其中[57,58]旨在确定最优的排放强度从而使得水域中的化学需氧量和可溶解氧量同时满足环境需求,并且全局的净化费用最小;而[7,8]的主要工作是确定污水排放口的位置,使得在满足水质量要求的同时费用最小.所有这些最优化问题都需要求解耦合的偏微分方程或者方程组,数值算法直接影响计算的时间和效率,再加上实际计算区域通常比较大也比较复杂,快速的计算方法是非常有必要的.
  无论是地下水溶质运移耦合模型还是对流扩散反应方程,都同时含有对流项和扩散项.在污染过程中,扩散系数通常要比水流速度小很多,解决对流为主的问题将会遇到很多困难.如果用一般的有限差分或有限元方法来计算,会给数值算法引入非物理的震荡,所以很多人[39,76]提出了使用迎风格式来处理这类问题,但是标准的迎风格式在空间上只有一阶精度.为了获得高精度的数值算法,文献[27,47,49]提出了改进的迎风格式,不仅把精度提高到了二阶,还能避免非物理的数值震荡.更进一步,分裂技术[22,27,42,64]在每一个时间步上,可以将高维问题分解为一系列一维问题求解,从而节约内存和CPU时间,而求解一维问题可以用快速算法去实现,这将大大节省计算时间.
  目标函数的选择直接影响最优控制问题的结果.在最优控制问题中,应该根据不同的现实目的选择目标函数.污染控制的多目标函数是重要的研究方向,合理有效的研究污染环境的优化、减排费用和其他费用最小化是当前需要的研究工作.在本文中研究开发了环境污染新的最优控制模型及其算法.所开发的优化控制模型对实际应用具有重要的指导意义.
  全文分为四章,其内容如下:
  在第一章中,提出了对流扩散污染问题的最优控制模型.不同于参考文献[54,55,67,69],我们的目标函数包含两项,第一项旨在最小化观测位置所有时间点的模拟浓度和环境最优允许浓度的加权偏差,第二项要求污染源在整个时间区域内减排费用和其他费用也相应的最小.其中对流扩散反应方程作为一个约束条件(称为状态约束),而且最优控制模型还必须满足其他两个约束条件(称为控制约束):一个是要求在整个观测时间段内观测点浓度不能超过最大环境可允许浓度;另一个是对排放强度或者排放浓度有一个限制,使得这些值满足一定的现实条件,具有现实意义.
  研究了最优控制问题解的存在性,通过分析控制方程弱形式意义下解的存在性和唯一性,得到观测区域内整个观测时间段内浓度解的连续性和有界性.并通过验证目标函数的凸性和连续性,得到它是弱下半连续的结论,从而证明了最优控制问题解的存在性.
  作为一个重要示例,研究了河流污染源的最优识别问题.数值算例首先考虑不包含抽水井、注水率为常数的情形,研究污染源从一个变化到三个时模型的识别效果;然后给出具有抽水井、注水率仍为常数的数值算例;最后考虑了只有一个污染源,且注入率随时间变化的情形.延伸到二维问题中,假设有四个污染源和四个观测点,且污染源位置分为对称和不对称两种情形,给观测值不同量级的噪声扰动,分别得到了最优识别结果.数值结果表明所提方法在反演识别中是有效的,且这种方法可以被延伸到多维或者更复杂的情形.
  在第二章中,建立了约束于对流扩散方程、观测点水质和污染排放强度及排放浓度的最优控制模型的离散形式,它是一个耦合的模拟-优化模型,这个数值优化模型的优点是:外在地联系对流扩散方程的数值模拟结果和优化模型.控制方程采用分裂技术结合改进迎风有限差分的数值算法,既能避免非物理震荡,还大大降低了计算量,提高了计算精度.优化算法采用约束的差分进化算法,这种方法具有操作简单,搜索能力强大,易编程实现,格式紧致和收敛快等优点.目标函数不仅要使得观测点模拟浓度和环境最优浓度尽可能的匹配,而且要使污染物减排的费用和管道铺设费用尽量小.
  数值算例首先从数值的角度验证了改进迎风有限差分的二阶收敛精度,然后给出了污染最优控制的一些模拟试验.这些数值算例分为两类:第一类是寻找最优的排放通量使得所提的目标函数最小,目标函数包括浓度偏差和减排费用;在这类算例中,首先假设污染源对称的分布于模拟区域内,考虑每个污染源的减排费用相同和各自不同时,减排通量的最优控制结果,然后讨论了在不同的观测点位置下,不同水流速度下,最优控制量和减排率的变化趋势.结果显示,每个污染源的最优控制量和减排率都依赖于观测点的位置和水流速度,且下游工厂的最优污水排放量比上游工厂的大.
  第二类是在排放通量固定的情形下,求最优的排放浓度,目标函数只考虑三个经济因子.讨论了不同的水流速度、污水排放强度和观测区域面积,以及观测点和污染源的距离不同时对最优数值结果的影响.得到了如下结论:随着水流速度的逐渐增大污水排放浓度的最优值也在逐渐增大;污水处理工厂的最优排放浓度随其排放强度的增大而减小,随观测区域面积的增大而减小;工厂距离观测点越远,可以排出的污水浓度越大.
  在第三章中,发展了一个新的地下水污染控制模型来寻找最优的污染排放通量.最主要的特点是:地下水水头和溶质运移耦合系统模型作为约束条件,且目标函数不仅考虑浓度偏差,减排费用,而且考虑工厂排放污染物应向政府缴纳的污染税.我们的目标是确定最优的污染排放通量使得观测浓度和模拟浓度的偏差最小,同时使得污染减排的费用和税收都达到最小.最优控制模型不仅以多孔介质中地下水流溶质运移模型这个PDE方程组作为状态约束,而且要保证观测点污染物的浓度和工厂排放通量满足一定的约束条件.
  对于数值模拟,采用分裂格式和二阶迎风差分方法相结合,去求解描述多孔介质地下水流动输运过程的蓄水层模拟模型,约束差分进化算法作为优化算法.数值算例首先验证了数值格式的可行性和收敛性,分别给出了水头和浓度在不同时刻的等高线图,然后给出两个数值模拟测验提出的地下水污染最优控制模型.第一个模拟建立在简单的几何区域上且排放通量是常数,算例比较了化工厂和造纸厂在不同的目标函数下,排放强度的数值模拟结果和减排率,发现上游污染源的减排率比下游污染源的减排率高,观测点受上游污染源的影响比下游更厉害,且税收对造纸厂收益的影响比对化工厂的影响更大.从经济费用的比较表格可以得出,在做建设规划时,下游建厂要比上游建厂有更好的经济效益.进一步的,通过比较不同的左边界水头值,研究了水流速度对化工厂最优控制的影响,随着左边界水头值增加,水流速度增大,减排率在逐渐减小.
  第二个模拟的区域更实际一些,形状更复杂,且排放通量是变化的,采用分片常数.模拟中,假设只在前5个月排放污染物,且污染源在每个月内的排放通量是相同的.得出在前三个月,最优排放通量随着时间的推移逐渐增大,从第四个月开始逐渐减少,且上游工厂的排放通量都比下游小,具有较大的减排率.算例最后,为了更直观的观测减排效果,比较了优化前和优化后在不同时刻污染物的浓度分布图.
  第四章给出了本文的工作小结和对未来研究工作的展望.
[硕士论文] 杨蕊菲
统计学 江西财经大学 2017(学位年度)
摘要:由于我们的身边雾霾天气越来越多,使得大家都很关注雾霾这个问题。日常生活中遇到雾霾这一问题不仅会非常威胁生命健康,也会损失经济。如果治理解决雾霾问题光靠局部地区的努力不行,还必须考虑与其周边地区的空间依赖性。因此本文在分析雾霾问题的时候运用的是空间统计学的方法。
  本文主要结合我国2014年中部六省的各省份以及中部六省周边主要城市的雾霾的实际情况来进行研究。
  首先介绍了中部六省的地形地貌、工业发展现状、能源利用状况等基本信息,然后运用空间统计分析软件得知我国的主要城市之间存在着正的空间自相关特点,并且这个特点是显著存在的。中国南方地区的雾霾天数要少于北方地区的雾霾天数,沿海地区的雾霾天数少于内陆地区。中部六省局部区域与其周边地区的雾霾天数值之间形成了较大的高值聚集区,这说明中部六省局部区域的有着很高的雾霾天数值,而且这些局部地区被周边一些雾霾天数值高的地区所包围在一起。
  接着分析了中部六省各市县之间的雾霾天数情况,利用相关分析和回归分析将雾霾天数这一变量选取为因变量,而将城市化水平、规模以上工业总产值、人均GDP、规模以上工业增加值、霍夫曼系数、能源消费总量和工业废气排放量这七个变量选取为自变量进入模型,数据的结果说明城市的工业化结构如果偏向于轻工业,那么该城市雾霾天数就越少。规模以上工业总产值、人均GDP、能源消费总量和工业废气排放量都会显著地影响中部六省的雾霾天数情况,其中人均GDP、工业废气排放量等与雾霾天数是显著的正相关关系。
  然后利用空间统计学的方法得出中部六省各市县之间的雾霾天数值存在正的空间自相关性,从中部六省全年Moran散点图可以看出,全年对空间联系的局部指标(LISA)有重要影响的城市是平顶山、安阳、九江、大同、南昌和武汉。平顶山和安阳这两个城市具有极高的雾霾指数值,与这两个城市相连的周边城市就也具有较高的雾霾指数值。九江和大同这两个城市具有较低的雾霾指数值,而被周边较高的雾霾指数值的地区所包围,即低值被高值包围。南昌的雾霾指数较低,其周边地区的雾霾指数也较低,即低值被低值包围。空间联系的局部指标有重要影响的地区为平顶山、安阳、大同、九江、南昌和武汉,大部分地区是处于第一象限和第二象限的,说明中部六省大部分地区属于高值—高值和低值—高值的分布特点。
  最后通过分析中部六省雾霾的影响因素以及利用空间统计的分析结果,提出了改善中部六省雾霾状况的建议。第一,为改善中部六省雾霾天气状况,必须同时改善中部六省及周边地区的雾霾天气状况。第二,增加空气质量的监测点,结合联动机制。第三,产业结构需要进行进一步的调整。第四,增加环保经费投入,促进全民参与环保。
[硕士论文] 任雪
统计学 重庆工商大学 2017(学位年度)
摘要:“依托黄金水道,建设长江经济带”在2014年《政府工作报告》中明确指出,标志着建设长江经济带上升为国家战略。十八届五中全会中,“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念的提出,明确指出了长江经济带发展方向。然而,日益严重的雾霾污染对这一区域的生态安全、公共健康、国际形象等方面形成重要挑战,随着长江经济带雾霾污染态势日益严峻,如何突破雾霾污染所形成的发展瓶颈,成为全社会高度关注和普遍忧虑的问题。
  雾霾污染问题的出现也绝非是个别区域造成,而是出于成片集中的聚集效应,这也说明了雾霾污染问题具有很强的空间依赖性。那么,这种空间依赖性多大程度影响着雾霾污染?是否存在着某个经济拐点,当跨越了该点之后雾霾污染呈现出显著性突变?为此,着力研究长江经济带雾霾污染的省域异质性与空间溢出效应,在雾霾污染治理目标下研究长江经济带绿色经济增长的路径和对策,这对缓解和治理长江经济带雾霾污染,优化产业结构和空间布局具有决策参考价值,对长江经济带践行创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念具有示范意义。
  本文以长江经济带雾霾污染的异质性和空间溢出效应为研究目标,结合2000-2012年长江经济带省际面板数据,一方面从空间相关性出发,结合经济对环境的“倒U型”假说理论,建立空间杜宾模型,探讨经济增长对长江经济带雾霾污染的空间溢出效应,验证倒U型假说的是否成立;另一方面从异质性角度出发,建立面板门槛回归模型,讨论在不同门槛变量影响下,经济增长与雾霾污染之间的非线性关系,分析研究长江经济带不同省市雾霾污染的经济拐点。
  研究结果表明,一方面长江经济带雾霾污染省域间存在显著的空间溢出效应,经济增长对雾霾污染亦存在显著的空间溢出效应;另一方面在不同影响因素的作用下,人均GDP对长江经济带雾霾的污染均具有显著的单门槛特征,且当人均GDP和工业增加值作为门槛变量时,经济增长在门槛变量跨越门槛值后对环境负效应有所放缓,当在不同人口聚集和对外开放程度下,经济增长对雾霾污染程度出现明显的加剧。最后,立足于长江经济带发展的现实条件,提出长江经济带雾霾治理与绿色经济增长的方向和出路,从而为政府决策提供参考。
[硕士论文] 郭益敏
统计学 重庆工商大学 2017(学位年度)
摘要:随着研究问题的复杂化和全面化,空间统计分析技术目前已成为理论研究的热点,其主要原因是该方法融入了研究主体的空间信息,较好地反映出了空间因素的影响作用,因此,它被广泛应用到经济、水文等领域。空间数据结构的日益丰富使描述空间依赖性关系变得愈加复杂,如何利用空间数据构造空间联合分布模型并准确估计参数以达到空间插值预测的目的仍是一大难点。
  空间数据分析中,大多数研究文献仍是利用变差函数描述观测变量的空间相依结构、利用Kriging插值法或其派生出的多种方法进行空间预测。Bárdossy(2006)指出,这两种方法对异常值比较敏感且易受到边缘分布的影响,并首次利用Copula函数描述空间数据的空间相关结构。Copula函数本质上是边缘分布函数对联合分布的映射,它能够将相关结构和边缘分布这两种信息“隔离”,在有效克服上述问题基础上也为构造联合分布提供了一种有效的方法。考虑到两两变量间不一定服从同一分布的情况,本文利用Pair-copula结构将不同的边缘分布函数连接起来,避免了传统多元Copula函数一致性的限制,使所建模型更加灵活和多元化,能更好地反映多变量之间的相关关系。
  另外,对模型中参数的估计问题,通常采用极大似然估计(MLE)法,即把参数看做一个确定的数值,所得估计结果为点估计,无法反映多变量间的相依关系和结构,同时,在高维数据或参数过多情况下计算繁杂,即使使用数值方法也会在计算方面花费过多时间。因此,本文利用贝叶斯估计法,它能够充分利用样本信息和参数的先验信息,在对模型参数进行估计时,通常贝叶斯估计量能够得到更小的方差或平方误差,不仅可以构造较高精度的置信区间,而且具有稳健性。
  本文将空间Pair-copula模型及其参数估计纳入到一个完整的理论框架中,着力于利用Pair-copula函数结合研究变量的空间位置信息和空间相关性构建多变量联合分布,通过贝叶斯估计法得到有效的参数估计值,利用交叉验证法将空间Pair-copula模型的预测结果与传统Kriging插值方法的结果进行对比验证模型具有更高的预测精度,最后结合重庆市主城区雾霾监测站的PM2.5浓度数据对研究区域中任意位置的数据进行空间插值预测。
[硕士论文] 李梦
应用统计 重庆大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,雾霾污染已成为全国性问题。河南省雾霾天气频发,对人们的身体健康、日常生活等多方面造成了严重的影响。雾霾污染形势严峻且其产生是由多种因素共同作用的结果。由于河南省地理环境、自然资源以及经济水平具有特殊性,因此,分析河南省雾霾污染的时空分布特征和影响因素,对改善空气质量有着重要意义。
  本文首先对河南省的地理位置、能源结构、经济水平等因素进行概括分析;其次,利用河南省2015年至2016年大气环境监测数据,从时间和空间两个维度对雾霾污染的分布特征进行分析;最后,在国内外学者研究的基础之上,从五个方面选取了代表城市发展的20项指标,采用灰色关联分析法分别对空气质量指数、细颗粒物和可吸入颗粒物的影响因素进行分析。本文主要结论如下:
  (1)在时间维度上,河南省雾霾污染有明显的季节性变化趋势,冬季污染物浓度较高,雾霾发生频数多于夏季,同时存在日周期性变化规律。
  (2)在空间维度上,河南省雾霾污染存在地域性分布特征,豫北地区污染最严重,中部地区次之。全省雾霾污染呈现出北高于南,西高于东的特征。利用系统聚类进行分析,河南省地市被划分为中度污染、轻度污染、良三类。
  (3)从城市发展的角度选取五类指标,利用灰色关联分析法,研究河南省雾霾污染的影响因素,研究表明废气排放、第二产业的发展、能源消耗量、民用汽车数量以及绿化面积等因素对空气质量指数和两种主要污染物的影响较大。
[硕士论文] 孙文
统计学 太原理工大学 2016(学位年度)
摘要:建筑业是我国各行业发展的基础性先导产业,但其伴随的高耗能、高碳排放特征已经成为阻碍行业健康发展的桎梏。在当前碳减排背景下,减排责任的划分最终将落实到行业和区域层面,而建筑业作为碳排放的重要来源,针对其开展减排行动计划是当前碳减排工作的一项研究重点和难点。因而,掌握建筑业碳排放强度的地区分布差异和发展变动规律,对于提供科学的碳减排决策依据具有重要的理论和现实意义。
  鉴于此,本文针对建筑业碳排放强度核算框架不完善、缺乏对建筑业碳排放强度的时空差异研究、影响因素分解相对单一且未能结合行业自身特征等不足之处,利用低碳经济理论、空间自相关性理论、收敛性理论和指数分解理论展开研究。首先,界定了区域建筑业碳排放强度的内涵,从化石燃料、电力和建筑材料三方面确定了二氧化碳排放量核算框架,并考虑到区域输配电差异和建筑材料的回收效应,改进了区域建筑业碳排放强度的核算方法。其次,利用ArcGIS、Geoda等地统计学软件和Eviews等计量经济学软件,选取2004-2013年省际面板数据,分别从空间格局分布特征和其在时间轴上的发展演变趋势特征两方面测算、比较建筑业碳排放强度的时空特征差异。最后,在改进LMDI指数分解模型的基础上,构建区域建筑业碳排放强度LMDI指数分解模型,通过将碳排放强度值分解为:结构效应、强度效应和碳排放系数效应三大类别共11项驱动因素,解析不同区域、不同阶段碳排放强度的正、负关键驱动因素及贡献率,并分析其变化轨迹,探究导致区域建筑业碳排放特征差异的关键所在。
  本文主要研究结论如下:
  (1)空间格局分布特征。①观测期内,全国建筑业碳排放强度存在显著的全局和局域空间正自相关性特征,其中,建筑材料和电力碳排放强度两项特征均显著存在,而化石燃料碳排放强度仅存在局域空间正自相关性;②Moran散点图将各省建筑业碳排放强度均值分布在H-H、L-H和L-L三个象限内,并据此划分出建筑业“碳集聚区”。
  (2)区域收敛性特征。①从全国角度分析,各省建筑业碳排放强度差距不会自动消除,其在2004-2007、2007-2010和2010-2013三个连续观测期内持续增加,但是当假设各省具有相同的外部条件时,其将趋于同一稳态水平;同时,全国建筑业相对碳强度变化是一个平稳过程,其将自动趋于补偿差异均衡水平;②从碳集聚区角度分析,各集聚区均存在绝对收敛,但是仅L-L集聚区总体分解差距持续缩小;同时,各碳集聚区的建筑业相对碳强度变化均为平稳过程;③从八大综合经济区角度分析,仅长江中游和大西北地区存在绝对收敛,二者及南部沿海地区建筑业相对碳强度的变化是确定的平稳过程;而各经济区建筑业碳排放强度差异均总体拉大,其中,北部沿海、东部沿海、南部沿海和大西南地区碳排放强度分解差距持续增加,东北和长江中游地区先减后增,黄河中游和大西北地区先增后减。
  (3)特征差异的驱动因素。①劳动生产率、施工强度和人口密度是全国建筑业碳排放强度三个观测阶段的关键驱动因素,其中,前两者产生正向驱动效应,人口密度产生负向驱动效应;②施工强度、行业需求水平和能源消耗强度是H-H集聚区观测阶段内共同的关键正向驱动因素;劳动生产率是L-H和L-L集聚区共同的关键正向驱动因素;人口密度是各碳集聚区共同的关键负向驱动因素;③人口密度是八大经济区在三个阶段内共同的关键负向驱动因素,而其余驱动因素的增减或正负变动,则进一步引起了各区域在不同阶段建筑业碳排放强度值的变化。
[硕士论文] 万莉鑫
应用统计 首都经济贸易大学 2016(学位年度)
摘要:本文以全国大气污染问题作为研究背景,以2014年日度AQI数据作为因变量,气象数据(温度,湿度,压强,风速)作为自变量,采用函数数据回归分析的方法,对全国省会城市及个别非省会城市共29个城市的AQI数据和气象数据之间的关系进行分析和研究。本文所用的主要分析工具有R软件和EXCEL。首先本文先将所调查的城市按照地理自然划分为六个区域,包括华北地区,东北地区,华东地区,中南地区,西南地区,西北地区。然后再对六个区域的AQI数据进行汇总,进行描述性统计分析,结果表明全年各区域空气质量大多达到了良性指标,达到优的天数很少,轻微污染的天数也比较多,对应空气污染等级划分,达到二级指标及以上的天数居多,达到一级指标的天数很少。最后,进入本文核心部分,利用全年AQI数据和气象数据做拟合回归,对回归结果进行客观分析。判断空气质量与各气象因素之间到底是否存在相互影响的关系。本文研究结果得出空气质量对气象因素有影响,并且气象因素也能反作用于AQI。文章最后,针对全国各区域空气质量情况,进行了原因分析。并提出相应的解决空气质量问题的办法,主要从减少燃煤,强化工业企业管理,减少废旧汽车出行,运用大数据技术等几个方面进行综合治理。并着重介绍了如何将大数据技术利用到大气污染的治理上。
[硕士论文] 张宁
应用统计 首都经济贸易大学 2016(学位年度)
摘要:气候是人们生活在地球上的重要条件,气候的改变会影响我们每一个人的正常生活,但是目前我们却追求高速度的经济增长并以牺牲环境为代价。根据相关的国际部门公布的研究数据发现就目前来讲全球气候变暖问题非常值得我们担忧,在本世纪全球气温很可能会上升1.1-6.4摄氏度,这样的温度上升会给动植物带来严重的灾难。数据的直观性刺激着我们每一个人的神经,我们不能再片面的只追求经济利益同时更重要的环境问题需要引起我们的关注。
  本文在借鉴国内外研究的基础之上,对京津冀地区的碳排放与经济增长的关系问题进行了研究和探讨,主要运用的研究方法包括描述性统计、时间序列以及空间统计的方法。主要的研究内容包括三个部分:第一部分是对京津冀地区碳排放与经济增长的现状分析,在此部分对京津冀整体以及各地区的碳排放情况、经济增长情况以及碳排放强度状况进行研究,结果发现北京市在京津冀地区的优势明显,河北省和天津市可以根据自身特点在本地区选取与朝阳和海淀发展模式较为相似的地区对北京城中心区的发展模式进行借鉴;第二部分是对京津冀地区碳排放与经济增长关系的实证研究,结果发现京津冀地区的碳排放与经济增长之间存在着长期的均衡关系,并且经济增长是碳排放量的格兰杰原因,而碳排放对经济增长的影响并不显著,根据脱钩研究发现京津冀整体上碳排放与经济增长之间呈现弱脱钩的状态;第三部分是对京津冀地区的三产布局与碳排放关系的研究,在此部分发现河北省的第一产业碳排放强度较低,北京市的第二产业的碳排放强度较低而天津市的第三产业碳排放强度较低,京津冀整体的第二产业和第三产业碳排放量在缓慢的增加,三地的第三产业均有不同程度的发展,利用空间统计的方法发现,京津冀地区各区县的第三产业的发展具有空间集聚效应。在文章的最后提出了优化产业结构、大力发展第三产业、不断地创新和京津冀三地要加强沟通的建议。
[硕士论文] 龚鹏鹏
应用统计学 首都经济贸易大学 2016(学位年度)
摘要:随着2015年的结束,“十二五”规划落下帷幕,十二五期间北京市政府就空气污染问题不断进行防治,2013年率全国之县完成“十二五”减排任务,2015年超额完成SO2和NO2均削减6%的计划目标,北京市空气中的污染物浓度相比2014年有大幅下降。但是北京市空气污染问题仍旧是个严峻的问题,雾霾依旧危害了北京市的生产和生活。一方面北京市自身的生产和生活活动会造成一定程度的污染,另一方面北京周边城市空气污染对北京市空气具有传输和传导效应,使得北京市周边城市的空气质量一定程度上影响了北京市空气质量。
  本文旨在揭示北京市周围城市空气污染情况对北京市空气质量的具体的、动态的影响。首先对空气质量指数(AQI)进行了介绍,然后介绍了北京市的空气污染现状以及北京市的自然、社会、经济、能源利用情况。之后对北京市以及北京周边城市的大气污染物浓度进行了分析比较,并运用空间统计学原理将全国空气质量指数进行自相关分析与热点分析,目的是在于找出北京市周边城市中污染比较高且周围城市污染也比较高的热点城市,发现位于北京市南部的周边城市保定市、廊坊市、衡州市空气污染程度较高,且与周边城市空气污染程度呈现高值-高值的聚集。进一步假设北京市受这些高污染的周边城市影响比较严重,那么北京市南部区县的空气污染应该比较严重,且呈现高值-高值聚集。然后对北京市各区县空气质量进行空间自相关和热点分析,用于检验上述假设,发现北京市南部区县的大兴区、房山区和通州区空气污染比较严重且与周围区县形成污染的高值-高值聚集。结合全国空气质量热点分析结果以及北京市空气质量热点分析,得出北京市除了自身的污染还受保定和廊坊污染传输且比较严重。文章倒数第二部分对北京市南部城市的保定市、廊坊市、北京市空气污染指数影响情况进行了实例分析。文章的最后结合了本文对北京市及周边城市空气质量研究内容,提出了结论和部分可行性建议。
[硕士论文] 苏文力
应用统计 湖南大学 2015(学位年度)
摘要:人类将资源作为各种经济活动产出的投入,在产出结构以及生产方式不变的条件下,环境恶化不可避免地与所有的经济活动密切相关。20世纪下半叶以来,大规模的工业活动已经逼近资源和环境的承载极限,威胁到全球人类生存。我国当前既存在早期工业化国家环境污染、资源耗竭的问题,又存在后工业化国家资源浪费、消费过度的问题,经济与环境资源之间的矛盾日益突出,资源环境的承载力面临着前所未有的严峻考验。能源环境效率是我国当前值得研究的一个重要课题。
  现阶段如何客观评价目前我国能源环境效率?我国全要素能源环境效率是否存在改善空间与潜力?我国经济、能源与环境协调发展路在何方?本文将SBM模型与四阶段DEA方法结合,对以上问题进行了探讨。科学地评价了我国30个省市地区2004-2012年间省际全要素能源环境效率,基于非角度非径向的方法,考察了各地区投入与产出松弛量,并对我国能源环境效率的影响因素进行了深入分析。研究发现:(1)环境约束对能源效率有显著影响,科学评价全要素能源效率必须把能源利用过程中的环境污染引入到全要素能效测度之中。(2)随着时间发展,各省的能源环境效率存在“优者越优、劣者愈劣”的趋势,“马太效应”明显。(3)对松弛量的Tobit回归实证结果显示:GDP是改善能源环境效率的有利因素,外商直接投资、产业结构以及能源消费是其不利因素,技术改进和环境治理则对提高能源环境效率无显著影响。(4)四阶段 DEA结果表明,外部因素对能源环境效率有显著地影响,如果我们能剔除外部因素的影响,使各地处在相对公平的外部条件下,那么效率能得到有效改善。在此基础上本文探讨了中国省际能源环境效率优化空间与途径。
[硕士论文] 叶鹏
统计学 南京师范大学 2015(学位年度)
摘要:同删失数据一样,在实际工作中经常会遇到一些关于污染数据的统计分析问题.1952年Davis[1]首次提出污染数据和污染系数的概念.所谓的“污染”模型即为观察值的分布未知或至少部分观察值的分布未知的模型,并且它是由污染源的干扰所致,而这种污染源有别于模型本身,通过观察污染数据得到的(这些数据假设分布已知).1996年,郑祖康等[2]提出了两类污染数据回归模型,并且在回归误差和污染源均服从正态分布假设条件下利用最小二乘法给出了模型参数和污染系数的估计.1998年,陈明华[3]在去掉正态假设条件,利用最小二乘法给出了回归参数和污染系数的估计,并且证明了这些估计量的强相合性.
  本文的主要工作分为两个方面:首先,本文考虑污染数据的线性回归模型,在回归误差和污染源均服从Laplace分布下,给出了回归参数的最小一乘估计,并证明它的相合性和渐近正态性;同时使用模拟对估计方法的小样本性质进行了分析.模拟结果显示,本文所提方法在小样本情况下表现良好.其次,结合最小一乘估计和经验似然的思想得到回归参数的置信区间.
[硕士论文] 赵明玲
数量经济学 华中科技大学 2015(学位年度)
摘要:近年来,中国反复、多次出现大范围持续性雾霾天气,环境承载能力及达到或接近上限,粗放发展模式已经难以为继,使碳排放与经济增长问题成为理论界研究的热点。在此背景下,本文首先选取1978-2013年中国历年相关统计数据,将其纳入一个模型建立VAR和VEC模型,研究变量间的长期均衡关系和短期动态影响,发现经济增长与二氧化碳排放之间倒U型结构并不明显,基本呈现线性关系。然后考虑到结构突变的影响,运用LM单位根检验和Gregory-Hansen变结构协整检验方法,重新研究我国二氧化碳排放与经济增长、能源利用效率、产业结构之间存在可能的结构突变时的长期均衡关系以及该关系的短期调整过程,同时验证二氧化碳环境库兹涅茨曲线的存在性,得出如下结论:
  (1)LM单位根检验结果表明,即使考虑结构突变,单位根检验仍不能拒绝非平稳的原假设,所有变量均是带有结构突变的I(1)过程。
  (2)Gregory-Hansen变结构协整结果显示,当存在一个结构突变点时,二氧化碳排放与经济增长、能源利用效率、产业结构之间存在长期协整关系,且协整关系在1997年发生突变。我国经济增长与二氧化碳排放呈现出倒U型的环境库兹涅茨曲线,且二氧化碳排放的拐点发生在实际GDP为992157亿元左右。能源效率的提高以及产业结构的优化调整都可以有效降低二氧化碳排放。
  (3)通过脉冲响应函数分析结果显示,经济增长、第二产业占比对二氧化碳排放存在正向影响,能源利用效率对二氧化碳排放短期内存在负向影响,但是随着能源回弹效应的出现,会使能源消费总量增长从而增加二氧化碳排放。
  根据以上分析结论,建议通过提高能源利用效率同时控制能源消费总量、推进产业结构高级化调整等有效措施来降低二氧化碳排放,使“APEC”蓝能够成为一种“新常态”。
[硕士论文] 高利
统计学专业 中国科学技术大学 2015(学位年度)
摘要:空气的恶化以及雾霾的频繁出现引起了人们对PM2.5的持续关注。文章从时间序列分析角度入手,对各城市全年的PM2.5数据进行分析,包括平稳性、随机性、异方差性。先对PM2.5序列拟合ARMA模型,再根据序列异方差性对拟合ARMA-GARCH模型来描述序列性质。考虑到ARMA线性函数的局限性,文章再对序列进行神经网络模型拟合,并对残差进行GARCH拟合,收到不错的效果。最后根据分析的结果以及在分析过程中收到的启发,对PM2.5序列进行了按城市和按时间两种分类,从而更好的描述仅从数据角度分析得出PM2.5序列的性质。
[硕士论文] 沈加超
计算数学 武汉理工大学 2015(学位年度)
摘要:结合计算流体力学、大气环境科学和城市交通工程规划等学科,运用计算流体力学的流场数值模拟方法研究城市街道峡谷空腔内风场和机动车排放 PM2.5的扩散和分布情况。针对城市街道峡谷微尺度大气环境的研究,对于城市建设规划、道路交通控制以及城市空气质量控制等领域具有非常重要的借鉴意义。
  运用标准k?ε湍流模型和空间组分输运模型相耦合的方法,研究不同类型街道峡谷内部大气流场和污染场的分布情况。应用有限体积法离散化流体控制微分方程,应用预估-校正方法求解流体控制代数方程组。对计算区域采用网格划分,将非结构化网格转化为结构化网格。结合气象学知识和流体力学,在保证计算精度前提下,对街谷模型来流边界,壁面边界和出流边界进行设置。
  以理想型对称街谷模型为基础,考虑特殊几何结构因素对该模型进行推广,构建递升型和递减型街谷模型;考虑屋顶形状因素,而构建尖顶型和流线型屋顶街谷模型。主要结论:
  (1)针对不同高宽比H W街道峡谷模型,对街道内部气流场和PM2.5浓度场进行模拟分析,当街道峡谷高宽比较大时,在窄峡谷内部垂直方向上出现两个方向相反,且湍流动能大小差异很大的两个涡旋。建筑物墙角是风速死角,形成较弱的次生涡旋,导致街道底部机动车排放的PM2.5扩散困难。
  (2)针对不同屋顶结构(平顶、尖顶和流线型屋顶)的街道峡谷模型,对街道内气流场和PM2.5浓度场进行模拟分析,尖顶结构模型在屋檐上方较宽广区域产生一个湍动能较大的涡旋,然而能量逐级递减,街道底部的涡旋湍动能较小,对于内部污染物的输运扩散作用有限。流线型街道峡谷,更有利于来流风吹入街道底部输运和稀释污染物,PM2.5浓度最小。
  (3)下风向建筑高于上风向时,更有利于污染物扩散。将各类型街道峡谷PM2.5的扩散水平由强到弱排序:递升型街谷>递减型街谷>对称型街谷。
  街道峡谷地面源污染物扩散过程与街道建筑物的几何形状有很大关系,且污染物的分布和扩散规律主要依赖于风场的动量输运。上述结论可用于指导建立街道峡谷模式,改善城市道路大气环境质量。
  
[硕士论文] 崔巍
环境工程 东华大学 2015(学位年度)
摘要:大气污染已成为当今社会的头号污染,严重威胁环境和影响人类的健康。我国大气污染治理的目标是在未来五年里改善全国空气总体质量,这充分表明政府对大气污染防治的决心。随着我国工业的快速发展,大气污染中PM2.5问题已逐渐凸显。PM2.5治理已成为防治大气污染中的重点内容。VOCs在PM2.5的来源中占较大比例,所以大气污染物中的VOCs有机物已成为治理的关键。VOCs有机物主要来源于喷漆作业中挥发的有机废气。
  文中介绍了现阶段漆雾有机废气处理方法以及其缺陷。现阶段,漆雾有机废气处理的方法主要有物理方法、化学方法、生物方法和新技术等。随着研究的深入与实践应用的不断发展,将这些方法综合起来运用将是今后漆雾有机废气处理方法的发展方向。漆雾有机废气处理装置就是根据以上处理方法原理制造的。文中列举了七种常见的漆雾废气处理装置。如何科学评价这些漆雾废气处理装置的优缺点是本文研究目的。传统的评判方法存在评价结果单一,不能全面评价对象的缺点。为了克服以上问题,文中引入模糊数学的综合评判方法来评价这些装置的优缺点。
  模糊数学综合评价方法是客观、公正、科学的评价方法。模糊数学综合评价方法对漆雾废气处理装置进行了评价并列出其优缺点,这为工程技术人员提供技术支持和决策参考,取得研究主要成果如下:
  (1)在漆雾有机废气处理技术评价方法调研的基础上,采用专业人士打分方法,确定了漆雾有机废气装置的净化效率,运转费用,投资性,可操作性,安全性,可靠性,回收利用率和维修难度角度的影响因素并建立了技术评价指标体系。
  (2)通过专业人士咨询,确定了漆雾有机废气装置评价指标体系的权重值分别为0.280.180.030.050.070.090.260.04。采用模糊综合评价法建立各评价指标的隶属函数,实现指标的定量化,从而构建漆雾有机废气装置评价模型。
  (3)利用建立的评估方法和评价模型,对七种漆雾有机废气装置进行评价,得出这些装置的优缺点。
  (4)基于模糊数学综合评判的结论得出SGJX公司现有的油漆废气处理装置不符合环境的需要。根据SGJX公司现场油漆作业的实际情况设计出一台油漆废气处理装置。利用模糊数学综合评价的方法对其进行评价。这个实例说明模糊综合评判方法可操作性较强。
[硕士论文] 范慧群
环境工程 东华大学 2014(学位年度)
摘要:水是人类社会赖以生存和发展的物质基础,是生产生活的必须要素,所以饮用水及其安全是目前社会面临的最大问题。近些年来,由于我国社会主义经济的快速发展,随之而来的是人口迅速的膨胀,人类生产和生活对水资源的需求量急速增长,导致水环境系统发生巨大的改变,水质明显下降。
  上海市松江区水源保护区是上海饮用水的主要取水区域。近几年松江区水源保护地出现了多次污染事故,如苯酚泄漏、死猪事件、水葫芦事件等,以及周边太湖事件等频发,使得对该区域的水质评价及预测到了迫在眉睫的时刻。
  同时,松江区是一个快速发展起来的新城,随着人口快速增长,工业飞速发展,经济快步提升,随之带来了环境负荷紧张,区域内水源保护形势日趋严重等问题。此前,还没有人对上海市松江区水源保护区的水质进行过评价及对周边污染源进行过分析。而政府决策层急需要一套能够对该区域的水质进行评估并预测的体系,以便为对该区域更好的进行管理提供依据。
  本课题主要以上海市松江区饮用水保护区作为研究对象,利用其2010年的监测数据,采用模糊数学评价的方法对该区域的水质进行了评价。通过对几种水质评价方法进行归纳和总结,最终选择应用模糊数学对本课题的研究对象进行分析。通过对国内外利用模糊数学评价水质的各种方法介绍,总结前人的经验,建立了一个适合于评价松江区水质的评价模型并得到了一套评价数据。
  本文-通过对已有的监测结果进行分析和论述,并结合模糊评价方法对松江区的水质进行了评估,得出松江水源保护区的环境保护存在的问题,并在得到的评估结果基础上给出相应的结论和建议。
[硕士论文] 姚鹏辉
流体力学 天津大学 2014(学位年度)
摘要:近岸海域水体富营养化是目前许多沿海区域面临的一个重要问题。对水体富营养化状况进行准确的评价和预测,并对其规律及影响因素做出合理的分析,可为治理和改善海岸带生态环境提供科学的依据。作为环渤海经济圈中的特大型城市之一,天津经济的快速发展致使其毗邻的渤海湾的生态环境面临着日益增大的压力,海域水体富营养化问题突出。本文选择天津海域为背景,开展水体富营养化的研究。
  本文建立了沿水深积分的水动力模型和水质模型,模拟了天津海域的余流场和天津海域沿岸陆源排放污染物的迁移路径。结果表明:天津海域四季的余流场的总体特性基本一致——在天津海域存在一对南北双向环流,以大沽口为界,南部环流为顺时针,北部环流为逆时针;天津海域沿岸九个排污口释放污染物的迁移路径受南北双向环流的影响显著,并表现出明显的沿岸线输移趋势。
  用综合污染指数法和富营养化指数法分析了天津海域水体主要污染因子和富营养化程度,结果表明:DIN、3-4PO-P、BOD和Pb为主要污染物,富营养化随季节变化显著。用主成分分析法提取了影响该海域水体富营养化的主要影响因子,并用空间插值法对三个主成分中的主要影响因子DIN、PO3-4-P和COD的空间分布趋势进行了分析。结果表明:富营养化因子的浓度分布基本上呈现近海高远海低,北高南低的特征;DIN、PO3-4-P北高南低的带状分布特性显著,说明陆源污染物的排放是天津海域水体污染的重要原因。
  基于天津海域的现场监测数据,结合已有的知识,用结构方程模型(SEM)对天津海域水体富营养化因子与叶绿素a之间的因果关系进行了识别和验证。根据SEM提供的因果关系,建立了基于贝叶斯网络(BN)模型的天津海域赤潮监控区海域水体的富营养化模型,并用监测数据对BN模型进行了检验和性能评价。研究结果表明:与物理因子相比,营养物质对天津海域富营养化的影响较大;近年来无机磷一直为天津海域浮游植物生长的限制因子,但是硅酸盐对浮游植物生长的影响程度越来越大。
[硕士论文] 刘倩
通信与信息系统 东北大学 2014(学位年度)
摘要:由于多智能体系统与单个智能体相比,有很多优点,因此对多智能体的协同合作的研究在近年来受到学术界与工业界的广泛重视。其中基于多智能体群集的环境场探测具有很好的现实意义。多个智能体通过协同合作来对某环境区域(如核污染环境、赤潮(水华)环境、有毒气体泄漏区域等)进行梯度跟踪找到该环境区域浓度值的极大值,或对某些特征值跟踪,从而获得一定观测区域内环境标量场的分布情况,会为人们处理环境污染和突发事件以及认识自然环境带来很大的帮助。
  通常情况下,所探测环境场值分布的先验模型是无法得到的,每个智能体通过传感器只能测得环境场的标量信息,而不能测量出环境场中的梯度,因此需要多个智能体用测量值来估计梯度信息。
  本文首先提出了一种基于多智能体群集的环境场极值探测算法。该算法中多智能体仅仅根据自己以及自己的邻居对环境场的探测值信息,估计环境场的梯度方向,基于估计的梯度向量,利用分布式一致优化算法,得到驱使智能体运动的控制输入项,结合多智能体群集策略,完成对环境场的极大值探测。该算法与现有算法相比,不需要预知环境场的分布模型,而且具有灵活的群集拓扑结构,而不需要一个固定的队形。通过仿真实验,验证了该算法的有效性和鲁棒性。其次,为了得到更多环境场的分布信息,在论文提出的环境场极大值探测算法的基础上,提出了基于多智能体群集的环境场等值线追踪方法。在该算法中,智能体计算出估计的梯度的正交向量,然后将该向量进行一致平均,得到沿等值线运动的控制输入项,结合多智能体群集策略,完成对等值线的追踪。在该算法中根据当前位置的环境场观测值与预设追踪值的大小关系,分情况进行了讨论,并通过仿真实验,验证了算法的等值线追踪算法的有效性与适用性。
[硕士论文] 刘慧君
应用数学 湖南大学 2014(学位年度)
摘要:“雾霾”,是2013年最严重的空气污染现象,其产生的重要因素为PM2.5.PM2.5微粒,其来源广泛,成因复杂,为了更好地反映污染变化趋势,加强污染控制和严重污染事件的预防,开展污染治理工作刻不容缓.
  首先,本文利用了马尔科夫链对武汉市的PM2.5污染的演变规律进行了描述刻画.从PM2.5污染的时间序列变化讨论其发展趋势,通过其自相关系数的计算和比较,确定其马尔科夫链的步长,经检验建立了叠加马尔科夫链模型对武汉市的PM2.5污染的演变规律进行了预测,结果显示,武汉市的PM2.5污染从长期来看,出现无污染的可能性最大,其概率为0.6.
  其次,我们在找到武汉市PM2.5污染的演变规律之后,对于PM2.5污染的成因进行分析.我们主要通过PM2.5污染指标与空气质量指数的其余指标之间的关系来对二次颗粒物,也就是PM2.5污染中最重要的成因来进行分析,再利用逐步回归法对此问题做出定量分析.经广义差分修正后的逐步回归模型为:y*=-11.144+2.280x*co+0.752x*pm10-0.182x*o3+0.397x*no2
  最后,论文借助MATLAB软件的simulink工具箱,经过数据的预处理后对武汉市的PM2.5空气污染问题构建神经网络net来进行学习、训练和仿真,构建的网络net的预测准确率达88%.
  论文通过对武汉市PM2.5污染的演变预测及成因分析和仿真,为当今信息社会的城市空气污染的防治和预报工作提供了一种新的思路和方法,同时还找到了一种有效而又简便的仿真软件MATLAB.
[硕士论文] 郑晓雯
应用数学 辽宁师范大学 2012(学位年度)
摘要:近年来,随着世界各国经济的飞速发展,科学技术的不断创新,我们的工业化水平也得到了很大的提高,人类的物质生活等方面得到了极大的丰富和满足,然而在人类感受着由于物质的丰富而带来的喜悦的同时,却也无时无刻不被一个关系到人类生存和发展的重要难题所困扰,那就是日益严重的环境问题。然而在过去人们更加关注的是经济和社会的快速发展,对环境的破坏和影响在巨大的利益面前往往就被人们忽视了,这种错误的发展观一直持续到自然环境的忍耐度达到了临界点时才开始得到人们的关注。二十世纪七十年代,人们终于开始重视环境的问题,并致力于探索出一条能够协调经济发展与环境保护两者之间关系的可持续发展道路,而环境会计也正是在这种背景之下应运而生的。环境会计是将会计学、环境学、管理学等相关学科的知识进行融合而产生的一门全新的理论,它的出现和应用,对于缓解环境问题有着非常重要的意义。我国在二十世纪七十年代也已经开始意识到了保护环境的重要性,根据可持续发展战略的要求,提出了以经济增长、社会发展、环境保护为核心的科学发展观的理念,同时在二十世纪九十年代开始引入了环境会计的概念,进行环境会计的研究和应用对我国有着极为重大的理论和现实意义。
   本文针对环境会计的相关问题采用具体分析、抽象分析以及对比分析的方法来展开研究,以期能够对环境会计有更好、更新的认识,推动环境会计相关问题的完善。本文主要分为五个部分,第一部分提出了环境会计研究的意义、内容、方法及本文的创新之处等;第二部分从环境会计的基础理论入手,提出了环境会计和环境会计报告的概念,并对我国当前背景下实施环境会计的必要性进行了分析;第三部分以美国和日本两个发达国家为例,阐述了他们两国环境会计的发展现状,并对他们发展中的成熟经验进行了总结,以期能够为我国环境会计的发展提供借鉴;第四部分对目前我们国家环境会计的发展现状进行阐述,并据此分析出我国环境会计发展中存在的问题;第五部分在借鉴国外环境会计多年发展经验的基础上,结合我国实际情况,提出了完善我国环境会计的相关对策建议。
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