大氣環境評價模型的研究*

王玉雪，姜玉秋

(吉林師范大學數學學院，吉林長春130000)

大氣環境評價模型的研究*

王玉雪，姜玉秋

(吉林師范大學數學學院，吉林長春130000)

應用模糊數學法和灰色聚類法分別對不同區域的大氣環境評價模型進行了分析.分別以不同區域的大氣環境的有關環境監測數據以及大氣的污染情況為例建立數學模型，對大氣環境狀況進行分析.并應用上述兩種方法對其進行深入的研究.通過對不同區域的大氣環境質量實例的分析，說明了這兩種模型在實際生活中的應用具有綜合、客觀等優點，均是行之有效的方法.

大氣環境;統計分析;模糊數學法;灰色聚類法

1 大氣環境現狀及造成的危害

近年來隨著我國城市的機動車數量逐年增加，致使機動車尾氣的排放是城市空氣污染的主要原因.由于當今社會面臨著非常嚴重的環境污染問題，所以，有必要對大氣環境評價模型進行探究.

大氣污染對人們健康的危害.一是當人們吸入被污染的空氣后容易患上非常嚴重的疾病;二是當人們的皮膚直接接觸被污染的空氣后也會有危害;三是人們攝入被大氣污染后的食物會造成食物中毒.大氣的污染會對生物的發育和生存造成危害.一是會減弱生物的抵抗能力;二是會導致生物中毒最終枯竭而死;三是影響生物的正常生長速度，使其生長速度變慢.大氣污染會對全球環境造成嚴重影響.其影響可分為酸雨腐蝕、全球氣溫升高、臭氧層被逐漸破壞等三個方面［1］.

2 大氣環境評價模型模糊數學法

所謂的模糊綜合評價，是指對于在多種因素影響下的現象或事物進行總的評價，對涉及的模糊因素量化的評價過程［2］.

(1)建立因素集.對進行評價的某一因素的影響因素(指標因素)有m個，把它們記作u1，u2，…，um，則這個評價因素的有限集合U={u1，u2，…，um}便是由這m個指標因素組合成的.

(2)建立評價等級集.評價等級集為評價過程中對因素可能做出的所有等級所組成的集合，設在評價等級集中有n個等級，分別記作v1，v2，…，vn，則評價等級集就是V=(v1，v2，…，vn)在應用中，根據實際問題分別對其賦值.

(3)建立權重集.因為每個因素在評價過程中的重要程度不一樣，所以為了能夠將每個因素的重要性體現出來，并且能夠精確地對于某一現象或事物進行評價，對各因素ui(i=1，2，…，m)賦予ai(i =1，2，…，m)等加權系數，各加權系數組成了權重集A=(a1，a2，…，am).其中a滿足ai=1且ai∈［0，1］(i=1，2，…，m).各因素ui(i=1，2，…，m)對“重要程度”的隸屬度就是各加權系數ai(i=1，2，…，m)，即權重集就是因素集合U這一論域上的一個模糊子集.

(4)建立隸屬矩陣R.因子集的監測結果向量(x1，x2，…，xn)須首先確定每一因子對各級標準的隸屬度，然后構造隸屬矩陣R

則可以用第i個因素對第j評價等級的隸屬度表示矩陣中的元素rij(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，因此，第i個因素的評判模糊子集就可以用(ri1，ri2，…，rim)表示.

(5)建立模糊綜合評判的數學模型.將模糊評判矩陣與權重集相乘就可以得到模糊綜合評價模型，即B=A·R=(b1，b2，…，bn)，計算后的評價結果B為B=B'VT

3 實例分析

(1)某城區大氣環境質量概況.對某個區域的環境質量等級進行評估時可以根據這個區域的大氣環境質量評定的監測結果進行，其大氣環境質量評定的監測情況如表1、表2所示.

表1 該評定項目現狀的檢測值

表2 空氣污染指數對應的污染物濃度限值

(2)根據SO2監測情況可作出隸屬函數Ⅴ級標準

Ⅳ級標準

Ⅲ級標準

Ⅱ級標準

Ⅰ級標準

可以運用同樣的方法計算出剩余的各項指標的隸屬函數，進而得出矩陣R.

(3)權重系數的確定.單因子權重的系數可以根據下面的式子計算得出

根據公式計算可以得出此區域的大氣環境質量綜合評價結果是:Ⅰ級的隸屬度是0.49，Ⅴ級隸屬度是0.12，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ級隸屬度均是0.13，根據隸屬度可以看出對于該區域的綜合評價結果為優秀［3］.

4 大氣評價模型灰色聚類法

在評價大氣環境質量中，有限的數據和監測次數所能提供的信息均是非確定和不完整的.因此，可以說大氣環境質量系統是一個灰色系統.基于這一認識，應用灰色聚類法對大氣環境質量進行評價的效果是十分有效的.在灰色系統中區分聚類元素在聚類指標下的所屬類別就是所謂的灰色聚類.

(1)聚類樣本的構成.假設每一個檢測年份的聚類樣本均為m;每一項污染參數的聚類指標為n 個;由m個樣本n個指標的白化數組成的矩陣p的每個指標有p個灰類(即環境質量等級)，該矩陣如下.

A是以Xij為元素的樣本矩陣;xij為m個樣本n個指標;i=1，2，….m;j=1，2，…，n.

(2)白化函數的確定.灰色聚類主要是利用白化函數來反應聚類指標對灰類的親屬關系.所以，白化函數的確定在灰色聚類模型的建立中起著至關重要的作用.

屬于第1級大氣的隸屬函數為

屬于第k級大氣的隸屬函數

其中，fik為參數i對k級大氣的隸屬度;Si，k為參數i的第k級大氣質量標準值;xi為參數i的監測濃度值［4］.

(3)確定聚類權系數Wik.將傳統的灰色聚類法的加權公式加以改進得到更為合理的計算聚類權系

數的計算公式Wik

(4)確定聚類系數.聚類系數Aik體現了聚類樣本與灰類的接近程度Aik

(5)確定綜合評價等級.A*ik=max{Ai1，Ai2，…，Aip}，其中k*表示聚類樣本的綜合評價等級［5］.

(6)研究實例.以某區域大氣環境質量評價為實例來說明模糊聚類法在實際生活中有著重要的應用.各監測點污染物的日平均濃度如表3所示.

(1)計算聚類權系數.按計算公式求得W11= 0.429，W21=0.214.

(2)計算聚類系數.通過公式計算得出A11= 0.412.

表3 大氣污染監測值

表4 大氣污染分級標準

通過上述計算表明，監測點I的污染等級為尚清潔，監測點Ⅱ的污染等級為污染，監測點Ⅲ的污染等級為重污染，監測點Ⅳ的污染等級為清潔.

5 結論

模糊數學法和灰色聚類法對于大氣質量的評定都具有可行性和可比性，而且具有綜合、客觀等優點.這樣在生活中對于大氣環境進行評價時可以根據相應的情況來選擇具體的評價方法，以便更好地評價當前的大氣環境.同時也要意識到生活環境已經嚴重地影響了我們的生活質量.所以，我們應該對自己負責，大家共同努力，創造出一個美好的生活環境.

［1］陶志華.空氣污染指數計算的改進［J］.環境監測管理于技術，2006，18(1):49.

［2］季奎，戴曉蘭.模糊數學在大氣環境質量評價中的應用［J］.環境科學與管理，2006(9):1672－1212.

［3］楊英.模糊數學法在大氣質量評價中的應用方法探討［J］.合肥工業大學學報，2005，28(6):646－649.

［4］鄧新民.灰色聚類法在大氣環境質量評價中的應用［J］.南京氣象學院學報，1989，12(4):396－404.

［5］卓倩，陳光偉.改進灰色聚類法在大氣環境質量評價中的應用研究［J］.環境科學與管理，2004(5):1674－6139.

(責任編輯:陳衍峰)

O175.13

:A

:1008－7974(2016)06－0046－03

10.13877/j.cnki.cn22－1284.2016.12.015

2016－03－20

吉林省科技發展計劃項目“土壤殺蟲劑高效低毒誘殺施用技術研究”(20130412003XH)

王玉雪，女，吉林榆樹人，吉林師范大學數學學院在讀碩士.