基于灰色模型的大气环境质量分析与评价

江晓晴 鲁明浩 鲁园园 王 欢 焦毛毛 刘鹏妮

(渭南师范学院数学与信息科学学院，陕西 渭南 714099)

1 引 言

随着经济的发展和城市化进程的加快，城市大气环境污染的问题日益凸显。世界卫生组织于1999年公布的全世界城市大气污染最严重的10 个城市中我国占5个。总体来看近几年来，我国城市大气污染仍相当严重。我国出现雾霾天气现象的城市越来越多，其中华北、中原和华东部分城市影响最为严重，我省关中地区几个主要城市西安等都不同程度出现了雾霾天气。影响大气环境质量的因素有很多，主要考虑SO2，NO2，PM10三个因素［1］，为了更好的对大气环境质量进行分析及预测，首先要根据灰色模型的理论知识，建立灰色数学模型，计算三种污染物对空气质量的关联度，即对空气质量的敏感程度．并在已有研究方法的基础上，对综合关联度进行改进，找出影响大气环境质量的最大因素，才能更有效地提出治理大气污染的建议。因此，本文根据实测数据，结合模糊数学中灰色模型的理论知识，通过建立灰色模型，分析并求解，有效的对西安市大气环境质量进行综合评价及预测，并提出合理建议，以期为城市的环境防治、规划和管理提供参考。

2 灰色模型的建立与求解

以2010－2014年西安市的大气环境实测数据为例(表1)，用空气等级Ⅰ的天数占全年总天数的概率值作为参考数列(ZO)，以SO2，NO2，PM10年平均浓度为比较数列，计算三种污染物对空气质量的关联度，即对空气质量的敏感程度。根据灰色模型的理论知识，建立灰色数学模型，在现有的研究方法上进行了改进，利用模糊矩阵评判法得出的三种污染物的权重值，作为综合关联度中的参变量，进行分析和求解，并客观的反映出环境质量状况，使评价结果更符合实际，更具有科学性、合理性。

2.1 数据来源

2010－2014年西安市空气质量数据［2－4］(即各污染物的实测浓度值)。

2.2 绝对关联度的模型建立与求解

绝对关联度ε0i:

由此可得三种污染物的绝对关联度为:

2.3 相对关联度的模型的建立与求解

相对关联度:

由此可得三种污染物的相对关联度为:

2.4 综合关联度的模型建立与求解

综合关联度ρ0i:

其中，ω 为一个参变量，现有的评价方法中，取ω=0.5 进行计算，由(10)式可得:

利用模糊矩阵评判法［5－6］，先得出三个环境污染指标的权重值(表1)，以其作为综合关联度中的参变量，进行计算。

表1 三种污染物的权重值

当ω=ωi时，代入(10)式可得:

3 结果分析

由以上可得，当综合关联度ρ0i中的参变量为0.5 时(ω=0.5)，ρ03＞ρ01＞ρ02，即Z3＞Z1＞Z2;当综合关联度ρ0i中的参变量取各环境污染指标的权重值ωi(i=1，2，3)时，可得结果也为ρ03＞ρ01＞ρ02，即Z3＞Z1＞Z2。由影响因素排列可知，两种方法所得影响空气质量的因素都为PM10，但就其实际结果来看，当ω= 0.5 时，ρ01，ρ02，ρ03结果相近，差距甚小，而当ω=ωi时，ρ01，ρ02，ρ03数差明显。随着社会经济的发展，根据近几年来的实际环境污染源的来源，PM10在污染源中比重相当，由此可知，取各污染物的权重值时，其结果更符合实际，更具有说服力。

由以上分析由可知，PM10对西安市空气污染的影响是最大的。由于城市的快速发展，西安市的汽车数量急剧增多，从而汽车尾气排放中的可吸入颗粒物变多。故我们建议对汽车性能进行改进，减少PM10的排放，同时希望大家在出行时注意自身保护，多坐公交少乘车，绿色出行。其次，由于进入冬天，供暖所燃烧的煤会产生大量的烟雾导致PM10增多，所以我们在绿色出行的同时，也要减少煤等的燃烧。影响环境的因素非常多，本文仅根据大气污染的因素以及各因素之间的变化，以及根据已有数据，采用灰色模型理论评价法，对西安的空气质量做出一个综合的评价，并分析影响大气污染的主要因素，为改善环境状况提出合理的建议，以便于更准确的做好空气污染的防治工作。

［1］袁鹰，刘明源．浅谈空气质量指数(AQI)与空气污染指数(API)的差异［J］．广州化工，2014，42(12):164－166．

［2］空气污染指数［EB/OL］www．weather．gov．cn．

［3］西安市环保局网站［EB/OL］http://www．xaepb．gov．cn/ptl/index．html．

［4］西安每日空气质量监测数据网站［EB/OL］．http://www．xianemc．gov．cn/sxmpcp_qt．asplb=%D6%CA%C1%BF%C8%D5%B1%A8．

［5］刘萌萌，窦雯虹，尚鹏超，等．空气污染问题的量化分析［J］．延安大学学报(自然科学版)，2013，32(3):1－6．

［6］王陆军，廖晓芬．宝鸡市大气环境质量分析与综合评价［J］．西南师范大学学报(自然科学版)，2005，30(1):54－57．