城市熱污染灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)

鄭慶美

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城市熱污染灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)

鄭慶美

嘉園環(huán)保股份有限公司

基于城市生態(tài)系統(tǒng)灰色性，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論與方法分析、評(píng)價(jià)城市大氣環(huán)境熱污染，分析結(jié)果與實(shí)際情況較相符，分析結(jié)論反饋于城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境建設(shè)，具有一定指導(dǎo)意義，也是城市大氣環(huán)境熱污染環(huán)評(píng)的有益嘗試。

城市 熱污染 灰色關(guān)聯(lián)分析

城市大氣環(huán)境熱污染問題在一些城市日益突出，并在一定程度上影響城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，已受到人們?nèi)找骊P(guān)注。由于造成熱污染的因素眾多且復(fù)雜，多難以分解確定并量化分析、評(píng)價(jià)，造成項(xiàng)目及規(guī)劃環(huán)境影響評(píng)價(jià)對(duì)熱污染環(huán)境影響評(píng)價(jià)滯后。為此，本文基于城市生態(tài)系統(tǒng)灰色性，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論與方法探討城市大氣環(huán)境熱污染原因，并提出弱化熱污染對(duì)策。

F市位于福建省東部閩江下游入海口，屬亞熱帶海洋性氣候。年平均氣溫19.6℃。常年主導(dǎo)風(fēng)向東南風(fēng)，頻率14.3%，靜風(fēng)頻率21.8%，年平均風(fēng)速2.8米/秒，貼地逆溫層平均厚度117.33米，年平均相對(duì)濕度77%。在城市化和工業(yè)化進(jìn)程中，F(xiàn)市“城市熱島”形成了，特別是上世紀(jì)70年代以來，市區(qū)與郊區(qū)城門鄉(xiāng)年平均最高氣溫溫差達(dá)0.7~1.0℃，年平均氣溫溫差穩(wěn)中有升，尤其是夏季，F(xiàn)市受強(qiáng)大的副熱帶高壓控制，天氣酷熱，高溫期長(zhǎng)，加上熱島效應(yīng)，由此產(chǎn)生的熱污染十分突出，直接影響經(jīng)濟(jì)建設(shè)和市民健康，已引起有關(guān)部門高度重視。

事實(shí)上，熱污染是城市灰廢能量流滯留城市上空引起的廣泛性熱污染，是城市內(nèi)部眾多因素的復(fù)雜作用形成，其中以城市下墊面的特殊性質(zhì)（如：高熱容量）、“人為熱”排放，大氣污染等因素最為顯著。為了尋找弱化熱污染的對(duì)策，必須對(duì)這些因素進(jìn)行分析，可是，它們都難以分解確定且不易量化，但它們對(duì)熱污染的貢獻(xiàn)可部分、間接地從氣象系統(tǒng)反映出來且能夠量化。如市區(qū)、郊區(qū)的相對(duì)濕度、風(fēng)速、霧日數(shù)、低云量、降雨量等氣象要素的變化量可以通過氣象觀測(cè)獲得，其變化有內(nèi)在規(guī)律性，明顯地受到上述因素的制約，具有顯著的因果關(guān)系。因此，通過研究市區(qū)、郊區(qū)的氣象要素差異對(duì)熱島效應(yīng)的影響規(guī)律，可以間接地反映出城市化和工業(yè)化進(jìn)程中人為因素對(duì)熱島效應(yīng)的影響狀況。由于城市生態(tài)系統(tǒng)灰色性，本文根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，將關(guān)聯(lián)熱島效應(yīng)的氣象因素系統(tǒng)視為灰色系統(tǒng)，應(yīng)用1953年~1980年市區(qū)與郊區(qū)城門鄉(xiāng)的有關(guān)氣象要素年平均值差值為白化數(shù)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析方法，以年平均氣溫?zé)釐u強(qiáng)度（△Tu-r）為參考因素，以城郊年平均相對(duì)濕度差值（△fu-r）、平均風(fēng)速差值（△Vu-r）、霧日數(shù)差值（△du-r）、低云量差值（△Cu-r）、降雨量（△Pu-r）等五個(gè)因素為比較因素，定量地描述因素間關(guān)聯(lián)程度，確定、分析主、次要影響因素，試圖為熱污染環(huán)境影響評(píng)價(jià)提供一種新的方法。

灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)的方法和步驟:

1 構(gòu)造參考因素和比較因素時(shí)間數(shù)列表

將△Tu-r作為參考因素X，由1953年～1980年的△Tu-r，構(gòu)成參考因素時(shí)間數(shù)列，｛Xo（K）｝=｛Xo（1），Xo（2），Xo（3）…Xo（27）｝,K=1，2，3…27，依次代表1953年~1980年。

將△fu-r、△du-r、△Cu-r、△Ru-r、△Vu-r，作為比較因素Xi，取1953年～1980年的△fu-r、△du-r、△Ru-r、△Cu-r、△Vu-r，構(gòu)成比較因素時(shí)間數(shù)列，即｛Xi（K）｝=｛Xi（1），Xi（2）…Xi（27）｝，i=1，2，3，4，5，依次代表△fu-r、△du-r、△Ru-r、△Cu-r、△Vu-r。

參考因素和比較因素時(shí)間數(shù)列表數(shù)據(jù)來源于《公元2000年F市環(huán)境預(yù)測(cè)與對(duì)策研究》一文，表略。

2 數(shù)據(jù)規(guī)范化處理

由于Xo、Xi單位均不同，且數(shù)值相差懸殊，不便于關(guān)聯(lián)分析，故進(jìn)行均值化處理，得｛Xo′（K）｝、｛Xi′（K）｝（略）。

因Xo′、Xi′無公共交點(diǎn)，不能直接計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)。故令k=1時(shí)Xo″(1)=0，即以｛Xo′（K）.K｝=（0、1）為參考點(diǎn)，將Xo′（K）、Xi′（K）曲線進(jìn)行移位，使X″(1)=0、Xi″(1)=0，從而得到｛Xo″(K)｝、｛Xi″(K)｝（略）。

3 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

3.1 計(jì)算兩級(jí)差

令△i（K）=| Xo″(K)- Xi″(K)|，（i=1、2…、5，K=1、2、…、27），△i（K）值（略）

minmin△i（K）=0,

i k

maxmax△i（K）=131.154

i k

3.2 計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)￡O,i（K）

令P=0.1，則￡O.1（K）

minmin△i（K）+Pmaxmax△i（K）

4 求關(guān)聯(lián)度ro、i

ro、i=（1/n）∑￡o.i（K）,(K=1、2、…、27)，則ro、1=0.937，ro、2=0.854，ro、3=0.393，ro、4=0.822，ro、5=0.864。

5 排列關(guān)聯(lián)序及分析

關(guān)聯(lián)序：ro、1＞ro、5＞ro、2＞ro、4＞ro、3

ro、1表示△Tu-r和△fu-r關(guān)系：ro、1=0.937最大，表明二者關(guān)系最為密切,這與F市實(shí)際情況相符。該市27年間，市區(qū)面積拓展了4倍，建成區(qū)面積擴(kuò)大了3倍，使不透水的堅(jiān)實(shí)地面劇增，降雨后，雨水迅速從排水管網(wǎng)排走，而市區(qū)綠化覆蓋率很低，一直僅約為5%，水池、水塘等水域大量被占用。使它們難以起到調(diào)節(jié)小氣候的作用。而郊區(qū)耕地、植被、疏松土壤遍布，吸水、蓄水能力強(qiáng)，雨后保持濕潤(rùn)狀況時(shí)間長(zhǎng)，水域面積大，因而城市下墊面消耗于蒸發(fā)，蒸騰水份的潛熱遠(yuǎn)小于郊區(qū)，故其對(duì)熱島效應(yīng)的貢獻(xiàn)顯著。

ro、5表示△Tu-r和△Vu-r關(guān)系：ro、5=0.865僅次于ro、1,表明二者關(guān)系十分密切。風(fēng)對(duì)熱量和大氣污染物的輸送、擴(kuò)散起著關(guān)鍵作用。該市1953年～1980年，人口增長(zhǎng)了1.5倍，建筑面積增加了2.7倍，建筑密度提高了，且還建有數(shù)百座高層建筑，從而使城市下墊面的粗糙度增大，又由于城市規(guī)劃建設(shè)中忽視了城市風(fēng)道的設(shè)置，通風(fēng)不良，造成平均風(fēng)速下降,使市區(qū)人為熱量、大氣污染物滯留城市上空，對(duì)外輸送、擴(kuò)散能力下降，因而對(duì)熱島效應(yīng)貢獻(xiàn)相當(dāng)可觀。

ro、2與ro、4分別表示△Tu-r和△du-r、△Cu-r關(guān)系，ro、2=0.854，ro、4=0.822，表示二者與△Tu-r的關(guān)系也很密切。1980年與1953年相比，該市工業(yè)產(chǎn)值增長(zhǎng)了1000多倍，工業(yè)耗煤增長(zhǎng)了近2倍，該市機(jī)動(dòng)車尾氣排放量增加了近10倍，大氣降塵量由上世紀(jì)70年代初期的14.85噸/km2·月上升為上世紀(jì)80年代初期的16噸/km2·月，其他大氣污染物排放量也逐年增加，從而使城市大氣的組成發(fā)生了變化，大氣中凝聚核明顯增多，易形成霧和云，使城市夜間有效輻射大為減弱，從而嚴(yán)重減緩了地面降溫。

ro、3表示△Tu-r和△Ru-r的關(guān)系。ro、3=0.396﹤0.6，表明△Ru-r與△Tu-r關(guān)系不密切。∑△Ru-r，(K)=-85.3mm，表明該市在城市化和工業(yè)化進(jìn)程中對(duì)降雨量的影響很小。其原因有待于進(jìn)一步探討。

必須指出的是，以上分析忽略不計(jì)城市熱污染對(duì)有關(guān)氣象要素的反饋?zhàn)饔谩?/p>

6 建議

根據(jù)上述灰色關(guān)聯(lián)分析評(píng)價(jià)和該市經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，要弱化熱島效應(yīng)首先須控制人口規(guī)模，同時(shí)必須重視以下幾方面工作：

6.1 要增加綠化投資，提高綠化覆蓋率。該市城市總體規(guī)劃中綠地指標(biāo)當(dāng)時(shí)低于國家規(guī)定的低限水平，因此需調(diào)整規(guī)劃、增加綠地指標(biāo)，建議應(yīng)大幅增加綠化覆蓋率及人均公共綠地面積，增設(shè)生態(tài)調(diào)節(jié)小區(qū)，發(fā)展垂直綠化。城建中應(yīng)少砍樹和少填水面。

6.2 開辟城市風(fēng)道。城市規(guī)劃建設(shè)中應(yīng)考慮設(shè)置一定長(zhǎng)、寬的東南、西北等方向風(fēng)道，引風(fēng)入城，適當(dāng)分散高層建筑物，降低建筑密度，建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮盡量減小建筑物表面的粗糙度。

6.3 要高度重視對(duì)大氣污染的預(yù)防和治理。開展好城市環(huán)境綜合整治工作；加強(qiáng)城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)；認(rèn)真按國家產(chǎn)業(yè)政策調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展無污染或少污染工業(yè)，將污染重、布局不當(dāng)?shù)墓S遷出市區(qū)。同時(shí)要注意治理汽車尾氣污染。

7 小結(jié)

綜上所述，基于城市生態(tài)系統(tǒng)灰色性，運(yùn)用灰色系統(tǒng)理論與方法分析、評(píng)價(jià)城市熱污染，具有收集、整理數(shù)據(jù)簡(jiǎn)便，計(jì)算簡(jiǎn)便，分析、評(píng)價(jià)結(jié)果可信，與實(shí)際較相符，分析結(jié)論反饋于城市社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境建設(shè)，具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 鄭慶美.城市生態(tài)系統(tǒng)灰色性[J].福建環(huán)境,1996,13(2):12-13.

[2] 周椒貞,等.氣象學(xué)與氣候?qū)W[M].北京:高等教育出版社,1984.

[3] 王清印等.灰色系統(tǒng)理論的數(shù)學(xué)方法及應(yīng)用[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,1990.