我國節(jié)能減排與大氣環(huán)境評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)

李丹 李夢(mèng)瑩 段智中 朱家明

摘要：針對(duì)節(jié)能減排成績(jī)、大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)，使用定量分析法、多元統(tǒng)計(jì)法等方法，構(gòu)建灰色預(yù)測(cè)、相對(duì)偏差模糊矩陣評(píng)價(jià)、Friedman非參數(shù)檢驗(yàn)等模型，使用MATLAB、Excel等軟件，分析節(jié)能減排的作用，并提出進(jìn)一步實(shí)施建議。

關(guān)鍵詞：節(jié)能減排；AQI；灰色預(yù)測(cè)；相對(duì)偏差模糊矩陣；Friedman非參數(shù)檢驗(yàn)；MATLAB

中圖分類號(hào)：F2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2015）05001403

環(huán)境保護(hù)關(guān)系國計(jì)民生，隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，人們?cè)絹碓街匾暛h(huán)境的改善。當(dāng)前，中國作為正在步入工業(yè)化階段的發(fā)展中國家，以能源消費(fèi)為代價(jià)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，造成了生態(tài)環(huán)境的日益惡化。為改變這一局勢(shì)，從2007年8月起，中央財(cái)政加強(qiáng)了節(jié)能減排工作，國務(wù)院發(fā)布了加強(qiáng)節(jié)能工作的決定，制定了促進(jìn)節(jié)能減排的一系列政策措施，各地區(qū)、各部門相繼做出了工作部署，節(jié)能減排工作取得了積極進(jìn)展。節(jié)能減排工作的實(shí)施，既是對(duì)人類社會(huì)發(fā)展規(guī)律認(rèn)識(shí)的不斷深化，也是積極應(yīng)對(duì)全球氣候變化的迫切需要。

1節(jié)能減排狀況分析

1.1能源消費(fèi)量及環(huán)境空氣質(zhì)量灰色預(yù)測(cè)

1.1.1研究思路

在2000-2006年空氣質(zhì)量相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，預(yù)測(cè)未來十年的人均生活、工業(yè)能源消耗量和二氧化硫、煙塵、工業(yè)粉塵排放量。并分別從總體、工業(yè)、生活的能源消費(fèi)強(qiáng)度及總體能源消費(fèi)彈性系數(shù)來評(píng)價(jià)節(jié)能成績(jī)，從二氧化硫、煙塵、工業(yè)粉塵排放量歷年的變化分析減排成效。

1.1.2數(shù)據(jù)處理

首先將2000-2006年的人均生活、工業(yè)能源消費(fèi)量與廢氣中主要污染物排放量x0進(jìn)行極比檢驗(yàn)，再對(duì)通過檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次累加，令x1（k）=ki=1x0（i），（k=1，2，…，n）

x1={x1（1），x1（2），…，x1（n）}

={x0（1），x0（1）+x0（2），…，x0（1）+x0（2）+…+x0（n）}

將x1作均值處理生成數(shù)列y0（t）=0.5x1（t）+05x1（t-1）（t=2，3，4，…，n）。

1.1.3研究方法及結(jié)果分析

利用處理的數(shù)據(jù)建立灰微分方程：x0（t）+ay0（t）=b將t=2，3，…，n分別代入，得出相應(yīng)的白化微分方程dx（1）dt+ax（1）=b，利用灰色預(yù)測(cè)理論得到預(yù)測(cè)值：

x（t+1）=（x0（1）-ba）e-at+bat=（1，2，…，n-1）

求解得出2007-2016年相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)值見表1。

1.2.2結(jié)果分析

在節(jié)能減排實(shí)行后，我國的能源消費(fèi)強(qiáng)度整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，能源的利用率越來越高，縮減速度要明顯增加；能源消費(fèi)彈性指數(shù)波動(dòng)小且明顯降低；工業(yè)上SO2、煙塵與工業(yè)粉塵排放量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；生活上SO2、煙塵排放量幾乎保持不變。

2大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1相對(duì)偏差模糊矩陣法

2.1.1評(píng)價(jià)指標(biāo)及理性方案的確定

為比較全國各省會(huì)的大氣環(huán)境質(zhì)量，選用全國31個(gè)省會(huì)城市2007-2011年實(shí)測(cè)的SO2、PM10、NO2濃度均值作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。建立觀測(cè)矩陣A=aij，其中aij表示第j方案關(guān)于第i項(xiàng)評(píng)價(jià)因素的指標(biāo)值。由于三個(gè)指標(biāo)均為成本型，故無需進(jìn)行一致性轉(zhuǎn)換。直接通過uoi=min{aij}建立理想方案為：

u=（u01，u02，…u0n）=（0.0064，0.0178，0.0409）

2.1.2相對(duì)偏差模糊矩陣及權(quán)重的確定

通過公式rij=aij-u0i/{max（aij）-min（aij）}

確定相對(duì)偏差模糊矩陣R=rij（i=1，2，3；j=1，2…31），然后計(jì)算變異系數(shù)：vi=si/Xi，其中Xi、si分別為第i項(xiàng)指標(biāo)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。再對(duì)vi進(jìn)行歸一化，即得到各指標(biāo)的權(quán)重vi=（0.2788，0.4331，0.2881）。

2.1.3建立綜合評(píng)價(jià)模型

Fj=mi=1virij（j=1，2，…n）

若Fq>Ft，則第t個(gè)方案排在第p個(gè)方案前（本文建立的相對(duì)偏差模糊矩陣為成本型，綜合評(píng)價(jià)值越小，省會(huì)空氣環(huán)境質(zhì)量越優(yōu)），計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值，整理得出排名結(jié)果見表2。

2.2.2結(jié)果分析

根據(jù)國家空氣質(zhì)量水平劃分標(biāo)準(zhǔn)可知：全國省會(huì)城市在2000-2011年期間只有海口的空氣質(zhì)量指數(shù)達(dá)到了優(yōu)等，蘭州屬于輕度污染區(qū)，而其他的城市都為良，全國總體的空氣質(zhì)量水平處于二級(jí)級(jí)別。通過對(duì)各個(gè)城市平均AQI值及地理位置進(jìn)行分析，可進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)南部地區(qū)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)于北部；西部地區(qū)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)于東部。

3節(jié)能減排作用

3.1大氣質(zhì)量改善的綜合分析

利用Friedman非參數(shù)檢驗(yàn)來比較2007-2011年全國的SO2、工業(yè)粉塵及煙塵排放量真實(shí)數(shù)據(jù)與未施行節(jié)能減排情況下預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)之間差異性，說明節(jié)能減排對(duì)總體大氣環(huán)境質(zhì)量改善所起作用。該檢驗(yàn)方法的原假設(shè)為：k個(gè)獨(dú)立樣本來自相同的總體。當(dāng)原假設(shè)成立，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量Q近似服從χ2（k-1）分布。即：

Q=12mk（k+1）kj=1R2j-3n（k+1）～χ2（k-1）

給定的顯著水平α=0.05，當(dāng)Q的觀測(cè)值大于或等于χ2α（k-1）時(shí)，k個(gè)樣本間有顯著差異。根據(jù)數(shù)據(jù)建立檢驗(yàn)矩陣：

其中X的列對(duì)應(yīng)因素A的水平，行對(duì)應(yīng)因素B的水平。本文矩陣X的各列來自于相同的總體，因素A的各水平之間無顯著差異，對(duì)因素B不感興趣。函數(shù)返回檢驗(yàn)SO2、煙塵、工業(yè)粉塵的p分別0.02547、00455、0.0455，故拒絕原假設(shè)，真實(shí)值與預(yù)測(cè)值存在顯著差異。并進(jìn)一步通過兩者的對(duì)比可得：二氧化硫、工業(yè)粉塵及煙塵排放量真實(shí)值與預(yù)測(cè)值都存在顯著差異；節(jié)能減排使得原本上升趨勢(shì)的二氧化硫排放量呈下降趨勢(shì)，使原本下降趨勢(shì)的煙塵和工業(yè)粉塵排放量的下降更加明顯；且節(jié)能減排對(duì)大氣環(huán)境質(zhì)量的改善作用日益顯著。endprint

3.2大氣質(zhì)量改善的各省情況分析

3.2.1數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備

選取各省會(huì)城市的2003-2011年的計(jì)算AQI值及灰色預(yù)測(cè)法預(yù)測(cè)的各省會(huì)城市的2007-2011年AQI值為評(píng)價(jià)節(jié)能減排作用的指標(biāo)。以具有代表性的省會(huì)城市為例，篩選?？?、蘭州、廣州、上海、拉薩、北京的大氣環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)值。

3.2.2時(shí)間縱向分析

分析篩選城市節(jié)能減排實(shí)施前后的AQI真實(shí)值數(shù)據(jù)及其變化趨勢(shì)，得出節(jié)能減排實(shí)施效果最好的城市為上海；對(duì)于蘭州和?？?，節(jié)能減排的實(shí)施沒有顯著效果，且大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)一步惡化；拉薩、廣州、北京的空氣環(huán)境質(zhì)量則得到了相應(yīng)的改善。同時(shí)計(jì)算各個(gè)省會(huì)城市2003-2006年與2007-2011年的平均AQI值分析得出：?？?、蘭州、合肥、烏魯木齊實(shí)施節(jié)能減排后的平均AQI值大于實(shí)施節(jié)能減排后的平均AQI值，節(jié)能減排未能抑制住大氣環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步惡化；太原、石家莊、北京的空氣質(zhì)量得到了明顯的改善；其他省會(huì)城市得到了相應(yīng)的改善。

3.2.3時(shí)間橫向分析

通過分析每個(gè)省會(huì)城市的AQI在2007-2011年間的真實(shí)值與預(yù)測(cè)值的大小及變化趨勢(shì)，得出：節(jié)能減排實(shí)施效果較好的城市為北京、?？凇⒗_等；對(duì)于上海等城市，節(jié)能減排沒有效果；空氣環(huán)境質(zhì)量的繼續(xù)惡化；蘭州、廣州等城市的大氣環(huán)境質(zhì)量的改善無顯著效果。不難發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的空氣環(huán)境質(zhì)量都得到了改善，節(jié)能減排總體效果明顯。

4建議

事實(shí)證明，以污染帶來的發(fā)展是不可持續(xù)的，我國節(jié)能減排政策仍有一段很長路要走，環(huán)境保護(hù)不能一蹴而就，更不能半途而廢。為了進(jìn)一步實(shí)施貫徹該政策，根據(jù)節(jié)能減排與大氣環(huán)境的預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)問題的解決，提出以下建議：

（1）大氣環(huán)境質(zhì)量區(qū)域差異表明：北方與東方城市仍需繼續(xù)進(jìn)一步發(fā)展環(huán)保與節(jié)能減排的政策，南方與西方城市則需要保持并進(jìn)一步優(yōu)化空氣質(zhì)量。

（2）預(yù)測(cè)結(jié)果表明對(duì)于在“十一五”規(guī)劃期間空氣質(zhì)量相對(duì)較好的城市，在后期的預(yù)測(cè)中排名下降，故需要進(jìn)一步保持、優(yōu)化政策，防止預(yù)測(cè)現(xiàn)象的發(fā)生。

（3）對(duì)于空氣污染一直居高不下的城市，需要特別注意與警惕：一方面說明當(dāng)?shù)氐奈廴颈容^嚴(yán)重，另一方面也說明政府的政策沒有更好的實(shí)施，需要因地制宜的采取合適的政策與方法發(fā)展優(yōu)化城市環(huán)境質(zhì)量。

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