基于灰色模型的大氣環境質量分析與評價

江曉晴 魯明浩 魯園園 王 歡 焦毛毛 劉鵬妮

(渭南師范學院數學與信息科學學院，陜西 渭南 714099)

1 引 言

隨著經濟的發展和城市化進程的加快，城市大氣環境污染的問題日益凸顯。世界衛生組織于1999年公布的全世界城市大氣污染最嚴重的10 個城市中我國占5個。總體來看近幾年來，我國城市大氣污染仍相當嚴重。我國出現霧霾天氣現象的城市越來越多，其中華北、中原和華東部分城市影響最為嚴重，我省關中地區幾個主要城市西安等都不同程度出現了霧霾天氣。影響大氣環境質量的因素有很多，主要考慮SO2，NO2，PM10三個因素［1］，為了更好的對大氣環境質量進行分析及預測，首先要根據灰色模型的理論知識，建立灰色數學模型，計算三種污染物對空氣質量的關聯度，即對空氣質量的敏感程度．并在已有研究方法的基礎上，對綜合關聯度進行改進，找出影響大氣環境質量的最大因素，才能更有效地提出治理大氣污染的建議。因此，本文根據實測數據，結合模糊數學中灰色模型的理論知識，通過建立灰色模型，分析并求解，有效的對西安市大氣環境質量進行綜合評價及預測，并提出合理建議，以期為城市的環境防治、規劃和管理提供參考。

2 灰色模型的建立與求解

以2010－2014年西安市的大氣環境實測數據為例(表1)，用空氣等級Ⅰ的天數占全年總天數的概率值作為參考數列(ZO)，以SO2，NO2，PM10年平均濃度為比較數列，計算三種污染物對空氣質量的關聯度，即對空氣質量的敏感程度。根據灰色模型的理論知識，建立灰色數學模型，在現有的研究方法上進行了改進，利用模糊矩陣評判法得出的三種污染物的權重值，作為綜合關聯度中的參變量，進行分析和求解，并客觀的反映出環境質量狀況，使評價結果更符合實際，更具有科學性、合理性。

2.1 數據來源

2010－2014年西安市空氣質量數據［2－4］(即各污染物的實測濃度值)。

2.2 絕對關聯度的模型建立與求解

絕對關聯度ε0i:

由此可得三種污染物的絕對關聯度為:

2.3 相對關聯度的模型的建立與求解

相對關聯度:

由此可得三種污染物的相對關聯度為:

2.4 綜合關聯度的模型建立與求解

綜合關聯度ρ0i:

其中，ω 為一個參變量，現有的評價方法中，取ω=0.5 進行計算，由(10)式可得:

利用模糊矩陣評判法［5－6］，先得出三個環境污染指標的權重值(表1)，以其作為綜合關聯度中的參變量，進行計算。

表1 三種污染物的權重值

當ω=ωi時，代入(10)式可得:

3 結果分析

由以上可得，當綜合關聯度ρ0i中的參變量為0.5 時(ω=0.5)，ρ03＞ρ01＞ρ02，即Z3＞Z1＞Z2;當綜合關聯度ρ0i中的參變量取各環境污染指標的權重值ωi(i=1，2，3)時，可得結果也為ρ03＞ρ01＞ρ02，即Z3＞Z1＞Z2。由影響因素排列可知，兩種方法所得影響空氣質量的因素都為PM10，但就其實際結果來看，當ω= 0.5 時，ρ01，ρ02，ρ03結果相近，差距甚小，而當ω=ωi時，ρ01，ρ02，ρ03數差明顯。隨著社會經濟的發展，根據近幾年來的實際環境污染源的來源，PM10在污染源中比重相當，由此可知，取各污染物的權重值時，其結果更符合實際，更具有說服力。

由以上分析由可知，PM10對西安市空氣污染的影響是最大的。由于城市的快速發展，西安市的汽車數量急劇增多，從而汽車尾氣排放中的可吸入顆粒物變多。故我們建議對汽車性能進行改進，減少PM10的排放，同時希望大家在出行時注意自身保護，多坐公交少乘車，綠色出行。其次，由于進入冬天，供暖所燃燒的煤會產生大量的煙霧導致PM10增多，所以我們在綠色出行的同時，也要減少煤等的燃燒。影響環境的因素非常多，本文僅根據大氣污染的因素以及各因素之間的變化，以及根據已有數據，采用灰色模型理論評價法，對西安的空氣質量做出一個綜合的評價，并分析影響大氣污染的主要因素，為改善環境狀況提出合理的建議，以便于更準確的做好空氣污染的防治工作。

［1］袁鷹，劉明源．淺談空氣質量指數(AQI)與空氣污染指數(API)的差異［J］．廣州化工，2014，42(12):164－166．

［2］空氣污染指數［EB/OL］www．weather．gov．cn．

［3］西安市環保局網站［EB/OL］http://www．xaepb．gov．cn/ptl/index．html．

［4］西安每日空氣質量監測數據網站［EB/OL］．http://www．xianemc．gov．cn/sxmpcp_qt．asplb=%D6%CA%C1%BF%C8%D5%B1%A8．

［5］劉萌萌，竇雯虹，尚鵬超，等．空氣污染問題的量化分析［J］．延安大學學報(自然科學版)，2013，32(3):1－6．

［6］王陸軍，廖曉芬．寶雞市大氣環境質量分析與綜合評價［J］．西南師范大學學報(自然科學版)，2005，30(1):54－57．