空氣質(zhì)量綜合評價模型

潘品言　徐強

摘要：本文討論空氣質(zhì)量評價問題。引用模糊數(shù)學(xué)的方法，將六項主要空氣污染物作為空氣質(zhì)量的指標(biāo)，對空氣質(zhì)量等級進(jìn)行綜合評價。選取樂山市更新至2015年5月16日10：00的24小時空氣污染物濃度值作為研究數(shù)據(jù)，得出該段時間內(nèi)樂山市空氣質(zhì)量大體情況較好。然后通過模糊綜合指數(shù)法得到綜合評價矩陣，進(jìn)而得到模糊綜合指數(shù)FCI。本模型基本克服AQI“爆表”情況。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量評價 模糊綜合指數(shù) 健康風(fēng)險評估 出行建議

中圖分類號：X651文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）05（a）-0000-00

1 問題重述

從2011年開始，我國多個城市出現(xiàn)了嚴(yán)重的霧霾天氣，形成霧霾的PM2.5 逐漸被人們所關(guān)注。 2012年，空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)――《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》出臺。

AQI評價的6種污染物濃度限值各有不同，在評價時各污染物都會根據(jù)不同的目標(biāo)濃度限值折算成空氣質(zhì)量分指數(shù)AQI，范圍從0到500，大于100的污染物為超標(biāo)污染物。這種計算方法就存在一個問題，當(dāng)污染物濃度超出最高上限時，AQI的值最高也只能是500，在這之上的指數(shù)不存在，這種情況稱為“爆表”，即用AQI就不能描述這類特別嚴(yán)重的污染天氣。因此，需要對AQI上限設(shè)為500的計算方法進(jìn)行改進(jìn)。

2 問題分析

空氣質(zhì)量分指數(shù)是針對單項污染物而規(guī)定的指標(biāo)。從各項污染物的IAQI中選擇最大值確定為AQI，當(dāng)AQI大于50時將IAQI最大的污染物確定為首要污染物；當(dāng)污染物濃度超出最高上限，AQI的值發(fā)生“爆表”，上述算法已不適用，因此，我們采用新的算法，模糊綜合指數(shù)法來進(jìn)行改進(jìn)。

將收集的數(shù)據(jù)運用所建模型進(jìn)行計算，把得到的結(jié)果與原始算法的結(jié)果進(jìn)行對比，我們發(fā)現(xiàn)兩種算法所得的評價指標(biāo)各不相同，但均能反映出空氣質(zhì)量的好壞。而我們建立的模型能夠基本克服AQI指數(shù)“爆表”的情況。

3 樂山市空氣質(zhì)量及各項污染物濃度值數(shù)據(jù)整理

選取樂山市更新至2015年5月16日10：00的空氣質(zhì)量及各項污染物的24小時（O3為1小時平均值）監(jiān)測數(shù)據(jù)（數(shù)值單位：μg/m3（CO為mg/m3）），如下表5.1所示：

我們選擇了6項主要空氣污染物，根據(jù)其濃度值的大小作為衡量空氣質(zhì)量的指標(biāo)，相對比較全面。取各項污染物濃度值的平均值，計算出空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的值為43.2。該方法簡單易行且能基本反映空氣質(zhì)量情況。可以看出，24小時內(nèi)，樂山市空氣質(zhì)量相對較好。

4 空氣質(zhì)量綜合評價模型

4.1 模型建立與求解

4.1.1 初步分析數(shù)據(jù)

取上述問題中樂山市四個測站得到的各項污染物濃度值平均值，分別為：細(xì)顆粒物：30.25μg/m3、可吸入顆粒物40.5μg/m3、一氧化碳0.946mg/m3、二氧化氮27.25μg/m3、臭氧68.25μg/m3、二氧化硫23.75μg/m3，將其作為下文模型中某次測量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。

4.1.2 建立模糊綜合指數(shù)模型

（1）幾個概念說明：

①因素集：參與評價空氣質(zhì)量的因子組成的集合。

U={u1，u2，u3，u4，u5，u6}={SO2，NO2，PM10，CO，O3，PM2.5}

②評價集：空氣質(zhì)量的不同評價等級組成的集合。

V={v1，v2，v3，v4，v5，v6}={一級，二級，三級，四級，五級，六級}

③i對j的隸屬度：第i種污染物的空氣質(zhì)量數(shù)值可以被評價為第j級空氣質(zhì)量的可能性。例如：r12表示SO2對二級的隸屬程度。

④模糊關(guān)系矩陣：隸屬度組成的矩陣。

R=（rij）n×m

⑤權(quán)重向量：由各因素所占權(quán)重組成。

W=（w1，w2，w3，w4，w5，w6）

⑥多指標(biāo)模糊綜合評價向量：各種等級空氣質(zhì)量出現(xiàn)的可能性。

B=W·R

⑦空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類別向量：描述各類空氣質(zhì)量危害程度。

T=（t1，t2，t3，t4，t5，t6）T

⑧模糊綜合指數(shù)FCI，對空氣質(zhì)量的綜合評價。

FCI=B·T

（2）建立并求解模型

由（1）節(jié)所述，模糊綜合指數(shù)模型為：FCI=W·R·T，因此，求FCI需確定3個量：

①T，一個主觀因素比較強的量，按照日常的經(jīng)驗可取T=（1，2，3，4，5，6）T。

②R，體現(xiàn)數(shù)據(jù)的性質(zhì)，一組各因素的取值可以確定一個R。

③W，處理的原則是超標(biāo)倍數(shù)越多權(quán)重越大。

將所有數(shù)據(jù)按照如上的方法進(jìn)行計算即可得到模糊綜合指數(shù)FCI對空氣質(zhì)量進(jìn)行評價。

4.2 結(jié)果分析

利用AQI計算公式計算得到的空氣質(zhì)量指數(shù)為43.2，而運用模糊綜合評價模型得到的結(jié)果為1。將該次測量得到的污染物濃度值平均值中SO2的值改為3000μg/m3，可知，該濃度已超過空氣質(zhì)量分指數(shù)最高值對應(yīng)的污染物濃度限值，即發(fā)生“爆表”，AQI的值已達(dá)到上限500，但可以通過我們建立的模型進(jìn)行計算，得到的結(jié)果為5.2616，因此模型成功克服了AQI爆表的情況。

5 結(jié)論

對樂山市更新至2015年5月16日10：00的空氣污染物數(shù)據(jù)收集整理與分析，我們發(fā)現(xiàn)該24小時樂山市空氣質(zhì)量較好。

建立了模糊綜合指數(shù)模型對空氣質(zhì)量進(jìn)行評價，該模型基本克服了AQI“爆表”的情況，但在空氣質(zhì)量的兩種極端情況下難以進(jìn)一步區(qū)分空氣質(zhì)量的差別。將測量數(shù)據(jù)運用兩種算法進(jìn)行計算，得到不同的結(jié)果。對比發(fā)現(xiàn)，所得值均表現(xiàn)為空氣質(zhì)量越差，值越大，但運用模型得出的FCI模糊綜合指數(shù)的值較小，變化不十分明顯。

參考文獻(xiàn)

[1]中國環(huán)保部，環(huán)境空氣指數(shù)技術(shù)規(guī)定（試行），http：//kjs.mep.gov.cn/hjbhbz/bzwb/dqhjbh/jcgfffbz/201203/W020120410332725219541.pdf，2015-5-16