碳排放預(yù)測數(shù)學(xué)建模

1、1碳排放預(yù)測摘要碳排放問題在我國已引起廣泛的關(guān)注，為制定有效的碳減排路徑提供決策依據(jù)，現(xiàn)需對外來幾年的碳排放進(jìn)行預(yù)測，題中需要我們采用多個模型進(jìn)行預(yù)測，其中GM（1,1）、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是必須采用的方法，第三種預(yù)測模型我們采用 了多元線性回歸進(jìn)行預(yù)測。模型一，GM(1,1)預(yù)測碳排放模型。本文收集了從1985—2010年26年的碳排放總量的數(shù)據(jù)，剛開始的時候?qū)?6年的數(shù)據(jù)都拿進(jìn)去進(jìn)行預(yù)測，但相對誤差太大，故考慮到減少一部分?jǐn)?shù)據(jù)，降低相對誤

2、差，最后利用1995—2010年的數(shù)據(jù) 進(jìn)行預(yù)測，相對誤差達(dá)到了9%。然后通過相關(guān)度檢驗(yàn)及后驗(yàn)差檢驗(yàn)都是非常好的。并且求解預(yù)測出將來5年的碳排放總量，結(jié)果在下表。模型二，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測碳排放模型。在分析各項(xiàng)影響因素時，提取了下面七個因子：全國GDP、人口總數(shù)、城鎮(zhèn)化、第三產(chǎn)業(yè)所占比率、能源強(qiáng)度能源消費(fèi)總量、煤炭煤炭石油所占百分比、實(shí)際碳排放。并且利用模型一GM(1,1)預(yù)測各因子2011年—2015年的數(shù)據(jù)，最后利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行預(yù)

3、測，結(jié)果在下表。利用權(quán)重對各影響因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化及能源強(qiáng)度為主要影響因 素。模型三，多元線性回歸預(yù)測碳排放模型。在分析各項(xiàng)影響因素時，提取了下面4個影響因子：人均GDP、人口總數(shù)、城鎮(zhèn)化、能源強(qiáng)度能源消費(fèi)總量。利用SPSS對各個因子進(jìn)行擬合得到未來幾年的預(yù)測數(shù)據(jù)，然后利用多元線性回歸對未來幾年的碳排放進(jìn)行預(yù)測.并且能源強(qiáng)度與城鎮(zhèn)化是主要影響因素。應(yīng)用各模型對碳排放總量進(jìn)行預(yù)測年份 2011 2012 2013 2014 2015

4、GM(1,1) 88.403 96.616 105.59 115.4 126.12BP 88.037 88.974 87.741 87.974 85.807回歸 94.2195 104.8865 117.1429 131.2383 147.4613現(xiàn)對上面的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，只有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在未來是有下降的趨勢了，故有兩種可能，結(jié)合實(shí)際現(xiàn)對碳排放的控制逐漸上升，故BP預(yù)測有一定的可取 性，在2011年中GM(1,1)與BP相近，故在此預(yù)測2

5、011年的碳排放為88億噸左右。 關(guān)鍵詞 碳排放預(yù)測 GM(1,1) BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 多元線性回歸3：多元線性回歸中自變量城鎮(zhèn)化 2 X：多元線性回歸中自變量人均 GDP 3 X：多元線性回歸中自變量能源強(qiáng)度 4 X4 模型的建立與求解4.1.問題分析我國是世界上能源生產(chǎn)與消費(fèi)的大國，碳排放的問題在我國已經(jīng)引起廣泛的關(guān)注，“十二五”規(guī)劃中明確提出要“節(jié)約能源，降低溫室氣體排放強(qiáng)度”。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要對碳排放的影響因素進(jìn)行分析，然

6、后構(gòu)建預(yù)測模型對未來幾年的碳排放進(jìn)行預(yù)測，從而為制定碳減排路徑提供決策依據(jù)。現(xiàn)建立三個 模型，分別對將來五年的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，三個模型分別為 GM(1,1)、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回歸分析。4.2 模型——模型一 ? ? 1,1 GM控制理論中信息的多少常常用系統(tǒng)顏色的深淺來表示，灰色介于黑白之間，即部分信息已知，部分信息未知。灰色模型（Gray Model,GM）是通過數(shù)據(jù)序列建立微分模型來擬合給定的時間序列數(shù)據(jù)，從而對數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)

7、測?；疑３Ｓ玫哪Ｐ褪?GM（1，N）,其中，1 代表微分方程的階數(shù)，N 代表變量的個數(shù)是 N 個。本文中采用最簡單的灰色模型 GM(1,1).4.2.1 灰色 GM(1,1)預(yù)測模型建模原理定理一：設(shè)序列 ，且 為非負(fù)序列 ? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?0 0 0 0 1 , 2 , X x x x n ? ? ? ? 0 X? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?

8、? ? ? ?? ? ? ? ? ?1 1 1 11 1 1 11 , 2 ,1 , 2 ,X x x x nZ z z z n????灰微分方程， ，其中 ? ? ? ?? ? ? ?0 1 X k az k b ? ?為原始數(shù)據(jù)序列 ? ? ? ? 0 , 1,2, X k k n ? ?為 的 序列 ? ? ? ?? ? ? ?1 01, 1,2, ,kiX k x i k n?? ? ? ? ? ? 1 X ? ? 0 X 1