2022年HiMCM美国高中生建模竞赛题目

2022 HiMCM美国中学数学建模竞赛的题目已经正式在官网公布啦！

下面是机构老师整理的中文版：

A题: 对蜜蜂的需求(不仅仅是蜂蜜)

蜜蜂和其他一些重要的动物对人类在这个星球上的生存至关重要。除了生产蜂蜜，这些昆虫还为许多树木和植物提供重要的授粉作用，而这些树木和植物后续为我们的生存提供食物。2007年，蜂群衰竭失调(CCD)这个术语被创造出来，用来描述世界各地蜜蜂数量的下降。蜜蜂数量的减少可以归因于病毒、杀虫剂、捕食者、栖息地破坏和环境条件等因素。

以下是一些需要考虑的信息(但你可以在网上找到其他有用的信息):

• 蜜蜂可以飞行20公里，但是通常呆在离蜂巢6公里内
• 一个蜂房一般包含2万到8万只蜜蜂
• 一只蜜蜂一天大约可以访问2000朵花或更多
• 因为在夏季的高工作量，大多数蜜蜂都在工作中死去，导致寿命的缩短。在秋天和冬天，蜜蜂可能活得更长一点(4到6个月)
• 蜜蜂的活动水平、花粉消耗和蛋白质含量都会影响它的寿命

要求：

01、开发一个模型，以确定一个蜜蜂群体的数量随时间的变化

02、对模型进行敏感性分析，以确定哪些因素(例如，寿命、产卵率、受精卵/未受精卵比或其他因素)对蜂群规模的影响最大

03、建立模型并且预测你将需要多少蜂巢来支持一个20英亩(81,000平方米)的土地授粉，这块土地上的农作物从授粉中受益

04、为给你提供信息的网站创建一个非技术性的单页博客或信息图表

你的不超过25页的PDF解决方案应该包括:

• 一页摘要
• 目录
• 完整的解决方案
• 一页博客或信息图表
• 参考文献

注意:HiMCM竞赛提交的PDF解决方案限制在25页以内。你提交的所有内容(摘要表、目录、参考列表和任何附录)都被计算在25页以内。

B题: 二氧化碳和全球变暖

在工业革命之前，二氧化碳(CO2)在大气浓度一直保持在百万分之280

(ppm)左右。在2004年3月，大气中的二氧化碳浓度达到了377.7 ppm。

这也是迄今为止最大的10年平均增长。[1]根据国家海洋和大气管理

局(NOAA)和斯克里普斯海洋研究所(SIO)的科学家监测的月平均值二氧

化碳浓度水平在2022年5月达到峰值421ppm。根据经济合作与发展组织

的报告预测，到2050年，二氧化碳浓度将达到685 ppm。

《今日科学》杂志的编辑要求您的团队回应这些关于目前报道和未来预测的二氧化碳浓度水平的报道。他们提供了两个数据集(CO2数据集1和Temps数据集2)来帮助您的研究。

要求：

01、你同意二氧化碳浓度的说法吗?使用CO2数据集1分析CO2的变化

• 你是否同意2004年3月二氧化碳的增加导致了比以往任何十年期间观察到的更大的增长?为什么或者为什么不呢?
• 将各种(多于一个)数学模型与数据拟合，以描述过去和预测未来大气中二氧化碳的浓度水平。
• 使用你的每个模型来预测2100年大气中的二氧化碳浓度. 你的模型是否与二氧化碳浓度将在2050年达到685 ppm的断言和预测一致?如果不是2050年，你的模型预测什么时候二氧化碳浓度达到685 ppm?
• 你认为哪种模型最准确?为什么?

02、温度和二氧化碳之间的关系是什么?许多科学家认为全球变暖和大气中二氧化碳的浓度之间有关系。使用第1部分完成的作业和Temps数据集2中的内容来帮助你比较陆地-海洋温度和二氧化碳浓度水平

• 建立预测未来陆地-海洋温度变化的模型。你的模型预测什么时候陆地-海洋平均温度将比1951- 1980年基准期分别变化1.25°C、1.50°C和2°C ?
• 建立一个模型，分析1959年以来CO2浓度与陆地-海洋温度之间的关系(如果有的话)。解释这种关系或者证明没有关系。
• 扩展2.b部分的模型。你的模型未来多长时间内是可靠的?如果有的话，您对您的模型预测未来二氧化碳浓度水平和/或陆地-海洋温度的能力有什么担忧?

03、为《今日科学》准备一篇非技术文章(最多1页)，解释你团队的发现和对未来可能的建议

你的不超过25页的PDF解决方案应该包括:

• 一页摘要
• 目录
• 完整的解决方案
• 一页博客或信息图表
• 参考文献

注意:HiMCM竞赛有25页的限制。您提交的所有内容(摘要页、目录、参考列表、文章和任何附录)都将计入25页的限制。

附件

表1:CO2数据集

表2:温度数据集

参考文献

[1] National Oceanographic and Atmospheric Administration.

NOAA  Earth System Research Laboratory.(2022, October).

Trends in atmospheric carbon dioxide [Internet].

https://gml.noaa.gov/ccgg/trends/data.html.

[2] National Oceanographic and Atmospheric Administration. NOAA Research News & Features.(2022, June 3).

Carbon dioxide now mare than 50% higher than pre-industrial levels [Internet].

https://www.noaa.gov/news-release/carbon-dioxide-now-more-than-50-higher-than-pre-industrial- levels.

[3] Organisation for Economic Co-Operations and Development. (2012). The OECD environmental outlook to 2050 [Internet].

https://www.oecd.org/env/cc/Outlook%20to%202050_Climate%20Change%20Chapter_HIGLIGH TS-FINA-8pager-UPDATED%20NOV2012.pdf.

CO2数据集1:每年3月份的CO2平均值表示为干空气中的摩尔分数，微摩尔/摩尔，缩写PPM(百万分之一)，来自美国夏威夷莫纳罗亚天文台的连续空气样本

数据来源:美国国家海洋和大气管理局(NOAA) GML数据和斯克里普斯海洋学研究所(SIO)。

https://gml.noaa.gov/webdata/ccgg/trends/co2/co2_annmean_mlo.txt。

气温数据集2:基于陆地和海洋数据与1951- 1980年基准期平均温度比较得出的全球年平均地表空气温度的摄氏度变化。例如，2021年，全球陆地和海洋温度比1951- 1980年基准期的平均温度高0.84℃。

数据来源:美国国家航空航天局戈达德空间研究所研究。

HiMCM美国高中数学建模竞赛

Q1、什么是HiMCM竞赛？

美国高中数学建模竞赛（High School Mathematical Contest in Modeling ，简称HiMCM）是美国的一个非营利机构——美国数学及其应用联合会（COMAP）主办的一项国际性的数学竞赛活动。该竞赛始于1999年，该项赛事得到了美国国家科学基金会（NSF）、运筹和管理科学研究所（INFORMS）、美国数学协会（MAA）和美国全国数学教师委员会（NCTM）的资助。 近年来在世界范围迅速流行，成为全球高中生的一项重要赛事。这项竞赛是在美国大学生数学建模竞赛取得成功的背景下，借鉴了大学生数学建模竞赛的模式，结合中学生的特点进行设计的。

HiMCM以团队合作的形式进行，目的是为了提高参赛高中生的团队中的解决问题能力和协作技巧。HiMCM参赛队伍至多由四人组成，2019 HiMCM已经取消十天的时间限制，在13天时间内完成论文即可。

比赛含金量极高，具有国际影响力，参赛成绩是申请美国、新加坡、中国香港地区名校的加分参考依据。是美本申请含金量最高类别的学术竞赛之一。

通过训练和比赛，培养用数学方法解决实际问题、在团结合作中发挥集体力量攻关的意识和能力，提高问题的阐述分析、模型的假设和建立、计算结果及讨论、撰写专业学术论文的能力，为日后研究学习做铺垫。展现及锻炼在数学、英语、计算机、自然学、社会经济等诸多方面的综合能力，对未来相关大学专业的选择有提前认识。

Q2、HiMCM竞赛含金量高吗？

HiMCM竞赛含金量极高，具有广泛国际影响力。参赛成绩是申请美国，香港，新加坡等校的加分参考依据，也是全球知名学校申请含金量最高类别的学术比赛之一，得奖者更有机会升入知名大学。

Q3、HiMCM和其他建模大赛的区别？

HiMCM美国数学高中竞赛是全球高中生领域中最权威的数学建模大赛，其可信度和全球认可度极高，在各大院校的录取中HiMCM的含金量在首位。

Q4、HiMCM的比赛时间和地点？

比赛时间：以2021年为例-2021年11月3日-11月16日

比赛地点：可以在任何地址，只要线上提交论文即可

Q5、HiMCM的比赛规则和奖项设置呢？

特等奖(National Outstanding)：获奖队伍数量不超过队伍总数的1％。

决赛奖(National Finalist)：2017年 HiMCM已经取消决赛奖。

决赛入围奖(Finalist)：获奖队伍数量不超过队伍总数的7％。

一等奖(Meritorious)：获奖队伍数量约占队伍总数的26％。

二等奖(Honorable Mentioned)：获奖队伍数量约占队伍总数的34％。

参与奖(Successful Participate)：成功完成建模论文的队伍。

Q6、HiMCM的赛制是怎样的？

比赛是通过在网上开题之后规定的时间内建立数学模型并完成报告的形式。在比赛期间完成论文提交即可。

Q7、什么样的学生适合参加HiMCM数学建模大赛？HiMCM适合什么年级学生参加？

具备对应用数学感兴趣的学生并有一定的数学基础，未来专业在数学，工程，计算机，商科学生。学生适合在初三到高三的学生，希望挑战自我，冲击世界知名大学的学生。

规则：竞赛队由2-4名在校高中生组成，必须来自同一所学校，配备一位指导老师，在赛事期间13天内完成赛事论文提交。