大气环境评价模型的研究*

王玉雪，姜玉秋

(吉林师范大学数学学院，吉林长春130000)

大气环境评价模型的研究*

王玉雪，姜玉秋

(吉林师范大学数学学院，吉林长春130000)

应用模糊数学法和灰色聚类法分别对不同区域的大气环境评价模型进行了分析.分别以不同区域的大气环境的有关环境监测数据以及大气的污染情况为例建立数学模型，对大气环境状况进行分析.并应用上述两种方法对其进行深入的研究.通过对不同区域的大气环境质量实例的分析，说明了这两种模型在实际生活中的应用具有综合、客观等优点，均是行之有效的方法.

大气环境;统计分析;模糊数学法;灰色聚类法

1 大气环境现状及造成的危害

近年来随着我国城市的机动车数量逐年增加，致使机动车尾气的排放是城市空气污染的主要原因.由于当今社会面临着非常严重的环境污染问题，所以，有必要对大气环境评价模型进行探究.

大气污染对人们健康的危害.一是当人们吸入被污染的空气后容易患上非常严重的疾病;二是当人们的皮肤直接接触被污染的空气后也会有危害;三是人们摄入被大气污染后的食物会造成食物中毒.大气的污染会对生物的发育和生存造成危害.一是会减弱生物的抵抗能力;二是会导致生物中毒最终枯竭而死;三是影响生物的正常生长速度，使其生长速度变慢.大气污染会对全球环境造成严重影响.其影响可分为酸雨腐蚀、全球气温升高、臭氧层被逐渐破坏等三个方面［1］.

2 大气环境评价模型模糊数学法

所谓的模糊综合评价，是指对于在多种因素影响下的现象或事物进行总的评价，对涉及的模糊因素量化的评价过程［2］.

(1)建立因素集.对进行评价的某一因素的影响因素(指标因素)有m个，把它们记作u1，u2，…，um，则这个评价因素的有限集合U={u1，u2，…，um}便是由这m个指标因素组合成的.

(2)建立评价等级集.评价等级集为评价过程中对因素可能做出的所有等级所组成的集合，设在评价等级集中有n个等级，分别记作v1，v2，…，vn，则评价等级集就是V=(v1，v2，…，vn)在应用中，根据实际问题分别对其赋值.

(3)建立权重集.因为每个因素在评价过程中的重要程度不一样，所以为了能够将每个因素的重要性体现出来，并且能够精确地对于某一现象或事物进行评价，对各因素ui(i=1，2，…，m)赋予ai(i =1，2，…，m)等加权系数，各加权系数组成了权重集A=(a1，a2，…，am).其中a满足ai=1且ai∈［0，1］(i=1，2，…，m).各因素ui(i=1，2，…，m)对“重要程度”的隶属度就是各加权系数ai(i=1，2，…，m)，即权重集就是因素集合U这一论域上的一个模糊子集.

(4)建立隶属矩阵R.因子集的监测结果向量(x1，x2，…，xn)须首先确定每一因子对各级标准的隶属度，然后构造隶属矩阵R

则可以用第i个因素对第j评价等级的隶属度表示矩阵中的元素rij(i=1，2，…，m;j=1，2，…，n)，因此，第i个因素的评判模糊子集就可以用(ri1，ri2，…，rim)表示.

(5)建立模糊综合评判的数学模型.将模糊评判矩阵与权重集相乘就可以得到模糊综合评价模型，即B=A·R=(b1，b2，…，bn)，计算后的评价结果B为B=B'VT

3 实例分析

(1)某城区大气环境质量概况.对某个区域的环境质量等级进行评估时可以根据这个区域的大气环境质量评定的监测结果进行，其大气环境质量评定的监测情况如表1、表2所示.

表1 该评定项目现状的检测值

表2 空气污染指数对应的污染物浓度限值

(2)根据SO2监测情况可作出隶属函数Ⅴ级标准

Ⅳ级标准

Ⅲ级标准

Ⅱ级标准

Ⅰ级标准

可以运用同样的方法计算出剩余的各项指标的隶属函数，进而得出矩阵R.

(3)权重系数的确定.单因子权重的系数可以根据下面的式子计算得出

根据公式计算可以得出此区域的大气环境质量综合评价结果是:Ⅰ级的隶属度是0.49，Ⅴ级隶属度是0.12，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级隶属度均是0.13，根据隶属度可以看出对于该区域的综合评价结果为优秀［3］.

4 大气评价模型灰色聚类法

在评价大气环境质量中，有限的数据和监测次数所能提供的信息均是非确定和不完整的.因此，可以说大气环境质量系统是一个灰色系统.基于这一认识，应用灰色聚类法对大气环境质量进行评价的效果是十分有效的.在灰色系统中区分聚类元素在聚类指标下的所属类别就是所谓的灰色聚类.

(1)聚类样本的构成.假设每一个检测年份的聚类样本均为m;每一项污染参数的聚类指标为n 个;由m个样本n个指标的白化数组成的矩阵p的每个指标有p个灰类(即环境质量等级)，该矩阵如下.

A是以Xij为元素的样本矩阵;xij为m个样本n个指标;i=1，2，….m;j=1，2，…，n.

(2)白化函数的确定.灰色聚类主要是利用白化函数来反应聚类指标对灰类的亲属关系.所以，白化函数的确定在灰色聚类模型的建立中起着至关重要的作用.

属于第1级大气的隶属函数为

属于第k级大气的隶属函数

其中，fik为参数i对k级大气的隶属度;Si，k为参数i的第k级大气质量标准值;xi为参数i的监测浓度值［4］.

(3)确定聚类权系数Wik.将传统的灰色聚类法的加权公式加以改进得到更为合理的计算聚类权系

数的计算公式Wik

(4)确定聚类系数.聚类系数Aik体现了聚类样本与灰类的接近程度Aik

(5)确定综合评价等级.A*ik=max{Ai1，Ai2，…，Aip}，其中k*表示聚类样本的综合评价等级［5］.

(6)研究实例.以某区域大气环境质量评价为实例来说明模糊聚类法在实际生活中有着重要的应用.各监测点污染物的日平均浓度如表3所示.

(1)计算聚类权系数.按计算公式求得W11= 0.429，W21=0.214.

(2)计算聚类系数.通过公式计算得出A11= 0.412.

表3 大气污染监测值

表4 大气污染分级标准

通过上述计算表明，监测点I的污染等级为尚清洁，监测点Ⅱ的污染等级为污染，监测点Ⅲ的污染等级为重污染，监测点Ⅳ的污染等级为清洁.

5 结论

模糊数学法和灰色聚类法对于大气质量的评定都具有可行性和可比性，而且具有综合、客观等优点.这样在生活中对于大气环境进行评价时可以根据相应的情况来选择具体的评价方法，以便更好地评价当前的大气环境.同时也要意识到生活环境已经严重地影响了我们的生活质量.所以，我们应该对自己负责，大家共同努力，创造出一个美好的生活环境.

［1］陶志华.空气污染指数计算的改进［J］.环境监测管理于技术，2006，18(1):49.

［2］季奎，戴晓兰.模糊数学在大气环境质量评价中的应用［J］.环境科学与管理，2006(9):1672－1212.

［3］杨英.模糊数学法在大气质量评价中的应用方法探讨［J］.合肥工业大学学报，2005，28(6):646－649.

［4］邓新民.灰色聚类法在大气环境质量评价中的应用［J］.南京气象学院学报，1989，12(4):396－404.

［5］卓倩，陈光伟.改进灰色聚类法在大气环境质量评价中的应用研究［J］.环境科学与管理，2004(5):1674－6139.

(责任编辑:陈衍峰)

O175.13

:A

:1008－7974(2016)06－0046－03

10.13877/j.cnki.cn22－1284.2016.12.015

2016－03－20

吉林省科技发展计划项目“土壤杀虫剂高效低毒诱杀施用技术研究”(20130412003XH)

王玉雪，女，吉林榆树人，吉林师范大学数学学院在读硕士.