空氣質量綜合評價模型

潘品言　徐強

摘要：本文討論空氣質量評價問題。引用模糊數學的方法，將六項主要空氣污染物作為空氣質量的指標，對空氣質量等級進行綜合評價。選取樂山市更新至2015年5月16日10：00的24小時空氣污染物濃度值作為研究數據，得出該段時間內樂山市空氣質量大體情況較好。然后通過模糊綜合指數法得到綜合評價矩陣，進而得到模糊綜合指數FCI。本模型基本克服AQI“爆表”情況。

關鍵詞：空氣質量評價 模糊綜合指數 健康風險評估 出行建議

中圖分類號：X651文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

1 問題重述

從2011年開始，我國多個城市出現了嚴重的霧霾天氣，形成霧霾的PM2.5 逐漸被人們所關注。 2012年，空氣質量新標準――《環境空氣質量標準》出臺。

AQI評價的6種污染物濃度限值各有不同，在評價時各污染物都會根據不同的目標濃度限值折算成空氣質量分指數AQI，范圍從0到500，大于100的污染物為超標污染物。這種計算方法就存在一個問題，當污染物濃度超出最高上限時，AQI的值最高也只能是500，在這之上的指數不存在，這種情況稱為“爆表”，即用AQI就不能描述這類特別嚴重的污染天氣。因此，需要對AQI上限設為500的計算方法進行改進。

2 問題分析

空氣質量分指數是針對單項污染物而規定的指標。從各項污染物的IAQI中選擇最大值確定為AQI，當AQI大于50時將IAQI最大的污染物確定為首要污染物；當污染物濃度超出最高上限，AQI的值發生“爆表”，上述算法已不適用，因此，我們采用新的算法，模糊綜合指數法來進行改進。

將收集的數據運用所建模型進行計算，把得到的結果與原始算法的結果進行對比，我們發現兩種算法所得的評價指標各不相同，但均能反映出空氣質量的好壞。而我們建立的模型能夠基本克服AQI指數“爆表”的情況。

3 樂山市空氣質量及各項污染物濃度值數據整理

選取樂山市更新至2015年5月16日10：00的空氣質量及各項污染物的24小時（O3為1小時平均值）監測數據（數值單位：μg/m3（CO為mg/m3）），如下表5.1所示：

我們選擇了6項主要空氣污染物，根據其濃度值的大小作為衡量空氣質量的指標，相對比較全面。取各項污染物濃度值的平均值，計算出空氣質量指數AQI的值為43.2。該方法簡單易行且能基本反映空氣質量情況?？梢钥闯?，24小時內，樂山市空氣質量相對較好。

4 空氣質量綜合評價模型

4.1 模型建立與求解

4.1.1 初步分析數據

取上述問題中樂山市四個測站得到的各項污染物濃度值平均值，分別為：細顆粒物：30.25μg/m3、可吸入顆粒物40.5μg/m3、一氧化碳0.946mg/m3、二氧化氮27.25μg/m3、臭氧68.25μg/m3、二氧化硫23.75μg/m3，將其作為下文模型中某次測量得到的數據進行計算。

4.1.2 建立模糊綜合指數模型

（1）幾個概念說明：

①因素集：參與評價空氣質量的因子組成的集合。

U={u1，u2，u3，u4，u5，u6}={SO2，NO2，PM10，CO，O3，PM2.5}

②評價集：空氣質量的不同評價等級組成的集合。

V={v1，v2，v3，v4，v5，v6}={一級，二級，三級，四級，五級，六級}

③i對j的隸屬度：第i種污染物的空氣質量數值可以被評價為第j級空氣質量的可能性。例如：r12表示SO2對二級的隸屬程度。

④模糊關系矩陣：隸屬度組成的矩陣。

R=（rij）n×m

⑤權重向量：由各因素所占權重組成。

W=（w1，w2，w3，w4，w5，w6）

⑥多指標模糊綜合評價向量：各種等級空氣質量出現的可能性。

B=W·R

⑦空氣質量標準類別向量：描述各類空氣質量危害程度。

T=（t1，t2，t3，t4，t5，t6）T

⑧模糊綜合指數FCI，對空氣質量的綜合評價。

FCI=B·T

（2）建立并求解模型

由（1）節所述，模糊綜合指數模型為：FCI=W·R·T，因此，求FCI需確定3個量：

①T，一個主觀因素比較強的量，按照日常的經驗可取T=（1，2，3，4，5，6）T。

②R，體現數據的性質，一組各因素的取值可以確定一個R。

③W，處理的原則是超標倍數越多權重越大。

將所有數據按照如上的方法進行計算即可得到模糊綜合指數FCI對空氣質量進行評價。

4.2 結果分析

利用AQI計算公式計算得到的空氣質量指數為43.2，而運用模糊綜合評價模型得到的結果為1。將該次測量得到的污染物濃度值平均值中SO2的值改為3000μg/m3，可知，該濃度已超過空氣質量分指數最高值對應的污染物濃度限值，即發生“爆表”，AQI的值已達到上限500，但可以通過我們建立的模型進行計算，得到的結果為5.2616，因此模型成功克服了AQI爆表的情況。

5 結論

對樂山市更新至2015年5月16日10：00的空氣污染物數據收集整理與分析，我們發現該24小時樂山市空氣質量較好。

建立了模糊綜合指數模型對空氣質量進行評價，該模型基本克服了AQI“爆表”的情況，但在空氣質量的兩種極端情況下難以進一步區分空氣質量的差別。將測量數據運用兩種算法進行計算，得到不同的結果。對比發現，所得值均表現為空氣質量越差，值越大，但運用模型得出的FCI模糊綜合指數的值較小，變化不十分明顯。

參考文獻

[1]中國環保部，環境空氣指數技術規定（試行），http：//kjs.mep.gov.cn/hjbhbz/bzwb/dqhjbh/jcgfffbz/201203/W020120410332725219541.pdf，2015-5-16