大氣污染預(yù)測方法及應(yīng)用實踐研究

王 超，張新嬌，王 芳

（五蓮縣行政審批服務(wù)局政務(wù)服務(wù)中心，山東日照 262300）

當(dāng)前要確保城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)更加有效銜接，大氣污染預(yù)測工作是不可缺少的重要因素。大氣污染預(yù)測在城市相關(guān)區(qū)域的環(huán)境管理和污染防治方面有著重要的指導(dǎo)作用，為此，準(zhǔn)確的預(yù)測城市大氣污染已經(jīng)成為當(dāng)前需重點研究的問題之一。城市大氣污染源具有排放口較高、周圍人口密度較大、不易擴(kuò)散等方面的特點，這便要求在對大氣污染進(jìn)行預(yù)測的過程中，相關(guān)工作人員需要充分地考慮點源與面源，從而為更加精準(zhǔn)的大氣污染預(yù)測奠定堅實的基礎(chǔ)。

1 大氣污染的來源及危害

1.1 大氣污染的來源

結(jié)合大氣污染的基本特點，其主要來源包括：

（1）生產(chǎn)性污染。對于這種污染而言，主要包括：①燃料的燃燒，在人們的日常生活中，煤、石油、天然氣等燃料燃燒時會釋放大量的有害物質(zhì)，如煙塵、二氧化硫、氮氧化物等；②生產(chǎn)中排出的煙塵、廢氣會對城市造成一定的污染，如火力發(fā)電廠、石油化工廠以及水泥廠等，這些場所作為污染較為嚴(yán)重的區(qū)域，會對環(huán)境造成十分嚴(yán)重的影響；③在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，田間噴灑的部分農(nóng)藥以霧滴或顆粒物的形式散逸，會加劇粉塵及霧滴的危害。

（2）交通運(yùn)輸性污染。在汽車、火車以及飛機(jī)等運(yùn)輸中，會產(chǎn)生尾氣排放，這些排放物質(zhì)會對人體造成直接危害，如一氧化碳、碳?xì)浠衔镆约般U塵等物質(zhì)。

1.2 大氣污染的危害

大氣污染的危害體現(xiàn)在以下幾方面：①當(dāng)有害物質(zhì)進(jìn)入到大氣之后，會對環(huán)境、空氣以及人們的身體健康造成影響，而且在高濃度的污染情況下，會引發(fā)急性中毒問題，導(dǎo)致人體出現(xiàn)支氣管哮喘、肺氣腫等癥狀。②對植物造成危害。大氣污染會對區(qū)域中的植物造成損害，這種損害現(xiàn)象一般表現(xiàn)為二氧化硫、PAN、氯化氫以及硫化氫等對植物葉子造成的損傷。在環(huán)境污染的情況下，植物葉子的海綿狀組織先受到影響，之后葉子中的柵欄細(xì)胞被侵蝕，最終葉子細(xì)胞逐步瓦解，從而影響葉子的組織成分，影響葉子的健康生長；③對大氣能見度造成影響。在大氣污染的狀況下，大氣中的污染物質(zhì)逐漸增加，在微粒折射以及吸收之后，會降低大氣中的能見度，這種現(xiàn)象不僅會影響人們的心情，同時也會對人們造成嚴(yán)重的心理影響，甚至影響交通安全。

2 大氣環(huán)境監(jiān)測中存在的問題

2.1 監(jiān)測設(shè)備有待更新

結(jié)合大氣污染的監(jiān)測現(xiàn)狀，在環(huán)境污染分析的過程中，相關(guān)部門需要通過各項數(shù)據(jù)的分析及探究，詳細(xì)分析大氣污染數(shù)據(jù)，對于這些數(shù)據(jù)而言，一定要有精準(zhǔn)性、及時性的特點，以便及時更新環(huán)境的監(jiān)測效果，提高大氣環(huán)境監(jiān)測的整體效果。由于環(huán)境監(jiān)測點逐漸增多，在實際的環(huán)境監(jiān)測中，需要監(jiān)測部門及時掌握環(huán)境變化，并通過資金以及精力的投入，提高大氣環(huán)境的監(jiān)測效果；但是，在部分地區(qū)的環(huán)境監(jiān)測中，受到設(shè)備儀器相對滯后的影響，導(dǎo)致設(shè)備監(jiān)測的結(jié)果不精準(zhǔn)，無法提高監(jiān)測管理的整體效果。因此，在大氣環(huán)境監(jiān)測中，為了提高環(huán)境監(jiān)測檢測的有效性，相關(guān)部門要及時引入先進(jìn)的設(shè)備，通過環(huán)境監(jiān)測方案的完善以及監(jiān)測效果的提升，優(yōu)化引入全新的設(shè)備更新機(jī)制，實現(xiàn)大氣環(huán)境治理及環(huán)境保護(hù)的目的。

2.2 大氣環(huán)境監(jiān)測體系不完善

根據(jù)大氣環(huán)境的監(jiān)測現(xiàn)狀，雖然部分地區(qū)認(rèn)識到環(huán)境監(jiān)測的重要性，但是在實際的環(huán)境監(jiān)測及管理中，并沒有建立大氣應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)，導(dǎo)致平臺中的信息缺少共享性，各地區(qū)的監(jiān)督部門各自為政，無法形成合力達(dá)到監(jiān)督及預(yù)測的目的。而且，在地區(qū)中出現(xiàn)大氣污染問題之后，各個部門之間并沒有建立良性互動價值，導(dǎo)致政府部門的職能相對滯后，無法發(fā)揮環(huán)境預(yù)測及監(jiān)督管理的目的。因此，在當(dāng)前的大氣污染預(yù)測中，為了提高結(jié)果預(yù)測的整體效果，環(huán)境監(jiān)督部門應(yīng)該結(jié)合行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀以及技術(shù)運(yùn)用特點，設(shè)置完善性的環(huán)境監(jiān)督管理體系，避免由于監(jiān)督管理不足引發(fā)的環(huán)境預(yù)測問題，提高大氣污染預(yù)測的整體質(zhì)量，滿足當(dāng)前社會環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展需求。

2.3 專業(yè)人才隊伍缺失

結(jié)合大氣污染預(yù)測工作的特點，通過環(huán)境監(jiān)督以及環(huán)境治理方案的構(gòu)建，可以根據(jù)區(qū)域環(huán)境的特點，對環(huán)境的大氣情況進(jìn)行分析，之后設(shè)置有效性的監(jiān)督管理機(jī)制，充分滿足大氣污染預(yù)測的需求。在科學(xué)技術(shù)逐漸創(chuàng)新的背景下，先進(jìn)的監(jiān)測設(shè)備成為行業(yè)關(guān)注的焦點。一些環(huán)境監(jiān)督部門為提高大氣污染預(yù)測效果，會引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備，但是，由于大氣污染預(yù)測人員的職能限制，在環(huán)境預(yù)測中出現(xiàn)了技能相對滯后的問題，無法發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的監(jiān)測優(yōu)勢。而且，部分監(jiān)測人員在實際工作中缺少嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，不能及時發(fā)現(xiàn)細(xì)微環(huán)境的變化，長期發(fā)展中會降低環(huán)境監(jiān)測的整體效果，無法滿足環(huán)境治理的基本需求。

3 大氣污染預(yù)測方法研究

縱觀國內(nèi)外用于大氣污染預(yù)測的方法中，其最為主要的方法模型為：空氣質(zhì)量模型、模糊理論模型以及灰色理論模型等。這些方法在大氣污染預(yù)測中的使用取得了一定的成效。本文主要對空氣質(zhì)量模型、高斯模型與模糊理論模型這三個方面展開分析。

在空氣質(zhì)量模型中，最為常用的有箱模型、高斯模型與K理論模型。本文主要分析箱模型與高斯模型，箱模型是最為簡單的一種城市空氣質(zhì)量模型。該模型一般將整個城市空間看為一個或者多個矩形的箱形體。主要架設(shè)條件為：①在一個箱體內(nèi)，污染源的源強(qiáng)是常數(shù)；②當(dāng)污染進(jìn)入到箱體以后，需要馬上在鉛直方向展開均勻分布操作。但是也有一定問題存在，如受到城市污染源分布比較均勻的影響，鉛直擴(kuò)散速度不斷加快。該種假設(shè)擁有一定的合理性，可箱模型的假定和實際情況之間存在一定的差異，在近地面的濃度估算往往比較低。

高期模型就是用高斯概率密度函數(shù)（正態(tài)分布曲線）精確地量化事物，將一個事物分解成若干的基于高斯概率密度函數(shù)形成的模型。高斯模型在城市空氣質(zhì)量模型中，是被廣泛應(yīng)用的模型之一。其原因在于：在城市空氣質(zhì)量模型中有一定誤差存在，而誤差主要來源于模型的輸入?yún)?shù)，尤其對于污染資料而言，其精準(zhǔn)性與精細(xì)性不可能完美，這對于模型本身而言，其改進(jìn)會受到影響。立足于數(shù)值的角度，復(fù)雜數(shù)值模型與高斯模型相比，其優(yōu)勢并不明顯；高斯模型與其他空氣質(zhì)量模型相比，在對氣象資料需求方面較低，但是該種模型卻擁有比較高的運(yùn)算效率。

例如上海市針對該城市某區(qū)域的大氣污染展開了預(yù)測工作，通過高斯模型的預(yù)測方法，對污染源參數(shù)進(jìn)行了分析，搜集了當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展污染參數(shù)資料，通過資料數(shù)據(jù)制定應(yīng)用高斯模型進(jìn)行預(yù)測，并取得了一定的成效。

盡管高斯模型有著簡單實用、空間分辨率比較高等優(yōu)勢，但也存在著一定的不足之處。高斯模式需假定：①大氣流動是穩(wěn)定的、有主導(dǎo)方向的；②污染物在大氣中只有物理運(yùn)動、沒有化學(xué)和生物變化；③在預(yù)測的范圍內(nèi)沒有其他同類污染源匯入，也就是說源強(qiáng)是連續(xù)均勻的；④在有主導(dǎo)風(fēng)的情況下，主導(dǎo)風(fēng)對污染物的輸送應(yīng)遠(yuǎn)大于湍流運(yùn)動引起的污染物在主導(dǎo)風(fēng)向上的擴(kuò)散，即在X方向只考慮遷移，不考慮擴(kuò)散。如果所模擬的尺度超過幾十公里，或者由于下墊面的不均勻，導(dǎo)致流場更加復(fù)雜，那么此時高斯模型的精度便難以達(dá)到相關(guān)要求；另外，在處理高斯模型的沉積與化學(xué)轉(zhuǎn)化過程期間，處理方式比較粗略，如果這些過程被作為研究對象展開研究，那么在此時高斯模型并不能滿足其研究要求，可見在該種情況下，高斯模型并不適用。

在模糊理論模型中，模糊理論知識已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在環(huán)境預(yù)測當(dāng)中，尤其模糊聚類分析方法、系統(tǒng)模型參數(shù)辨識方法與模糊模型識別等。大氣污染預(yù)測中，大氣污染物濃度受到較多方面因素的影響，并且大氣污染物濃度的高低沒有明確的界限，這充分體現(xiàn)了其模糊性的特點。實踐表明，一般的單變量統(tǒng)計方法很難客觀地將指標(biāo)和污染物濃度之間存在的關(guān)系表現(xiàn)出來。而模糊識別理論法的應(yīng)用，便能夠利用已有的實測資料，將最優(yōu)模糊分類中心矩陣、最優(yōu)模糊劃分矩陣以及指標(biāo)綜合權(quán)重矩陣等相關(guān)參數(shù)計算出來。而應(yīng)用最優(yōu)模糊識別理論展開相應(yīng)的預(yù)測，能夠依據(jù)實測資料的增加與變化，對參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，使其能夠更加貼切地將實際情況反映出來。在環(huán)境污染預(yù)測期間，模糊理論知識通常都需要與其他預(yù)測模型相結(jié)合著使用，以確保能夠得到更加精準(zhǔn)的預(yù)測結(jié)果。

4 大氣污染預(yù)測期間所需注意的問題

一般而言，在大氣污染預(yù)測期間需要注意的問題主要表現(xiàn)在以下兩點：

1）在大氣污染預(yù)測期間，由于擁有較多數(shù)量的污染源，并且排放方式不盡相同，污染物的擴(kuò)散與遷移等方面存在較多的影響因素，這些因素之間相互關(guān)聯(lián)、相互制約，作用機(jī)理比較模糊；由于客觀環(huán)境屬于一個極為復(fù)雜的系統(tǒng)，以當(dāng)前的發(fā)展情況看，沒有任何計算模型與計算方法能夠?qū)⑺械挠绊懸蛩爻浞址从吵鰜怼榇?，?dāng)前怎樣將不同類型污染源與大氣污染狀況的主要影響因素確定下來，已經(jīng)成為大氣污染預(yù)測中需高度注意的問題。

2）當(dāng)前在對大氣污染展開預(yù)測期間，依舊沒有擺脫“從假定出發(fā)，按照一定準(zhǔn)則，展開模擬與做出預(yù)測”的模式。該種模式在環(huán)境預(yù)測中的應(yīng)用往往會受到極大的限制。針對不同的情況，便需要選取與實際情況相適應(yīng)的預(yù)測模型，以保證能夠利用所選擇預(yù)測模型的優(yōu)點，提升預(yù)測的精確度。

5 總結(jié)

城市大氣污染問題日益凸顯，為了能夠有效緩解城市大氣污染問題，大氣環(huán)境的預(yù)測工作實施極為重要。在大氣污染預(yù)測中，最為常用的預(yù)測方法便是空氣質(zhì)量模型、高斯模型與模糊理論模型，這三種大氣污染預(yù)測方法的應(yīng)用極為重要，不僅能夠使得城市大氣污染得到有效的預(yù)測，同時還能夠幫助相應(yīng)工作人員制定合理的防治措施，以提升大氣質(zhì)量，緩解城市污染問題。