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摘 要：大气环境是一个多因素耦合的复杂系统，在对其进行质量等级评价时必须同时考虑各种因素，进行综合评价。同时，大气质量评价中污染程度存在不确定性，模糊数学能够处理这一不确定性。本文讨论模糊数学在大气质量评价中的应用，并选取二氧化硫、二氧化氮和悬浮颗粒物作为评价因子，参照评价标准对保定市空气质量进行模糊综合评价，根据评价结果对污染治理给出合理的建议。
关键词：模糊数学；大气质量；评价
1 前言
随着经济全球化进程的加快，环境问题日益突出，资源短缺、人口增加、各种各样的环境污染成为当今世界面临的严重问题，直接威胁到人类的生存和繁衍。大气环境是环境资源中的一个重要组成部分，大气有自然净化能力，但这种能力是有限的，而且大气环境能容纳的污染物也是有限的。随着我国经济的快速增长以及人民生活水平的提高，能源需求量不断上升，以煤炭、生物能、石油产品为主的能源消耗是大气中二氧化氮、二氧化硫和污染颗粒物的主要来源。由于生活水平的提高，我国城市机动车的数量大幅增长，使得机动车尾气成为城市大气污染的另一个重要来源。保定市位于河北省中部，太行山北部东麓，冀中平原西部。 地处京、津、石三角腹地， 素有“京畿重地、首都南大门”之称。全市总面积2.21万平方公里，总人口1070万，是全省人口最多的城市。 近年来，保定市的大气污染严重，“雾霾”天连续产生，而造成空气质量指数“亮红灯”的两大主因是工业污染和生活污染。除了人为因素的干涉，自然气候也是另一方面原因。北方冬季温度低，空气干燥，不利于空气中浮尘的沉降。 加上我市受西北风影响，该风带从西伯利亚而来，途经地区大多是干旱和半干旱地区，风中带有大量尘土，形成悬浮颗粒物。因此，大气环境污染问题己经成为保定市所面临的严峻问题，对大气污染控制理论的研究十分必要。
对于大气评价来说，大气环境是一个多因素耦合的复杂系统，在对其进行质量等级评价时必须同时考虑各种因素，进行综合评价。而环境质量评价中“污染程度”的概念是模糊的，因此结合模糊数学的知识，通过计算各污染水平的隶属度，采用模糊综合评价方法进行评价，这样的结果比较接近客观实际，准确率也比较高。因此采用模糊综合评价方法是一种行之有效的方法，得到众多环境研究学者的青睐[1-4]。本文讨论模糊综合评价法在大气质量中的应用并采用模糊综合评判法，选取二氧化硫、二氧化氮和悬浮颗粒物作为评价因子，参照我国空气质量评价标准，通过建立各污染物的隶属函数和权重，对保定市空气质量进行评价。
2 模糊数学在大气质量评价中的应用--以保定市为例
大气环境质量评价是环境质量评价的一个重要分支。国内外都十分重视大气环境质量的评价工作。 环境空气污染指数评价法是目前进行环境空气污染评价的主要方法。国内外常用的综合指数法主要有： 美国污染物标准指数评价法、加拿大环境空气质量指数法、中国环境空气污染指数法等。但大气环境是一个关系复杂、模糊多变的体系，具有明显的模糊性，采用精确的数学方法研究这一模糊问题就显然是难以胜任的。1965年美国控制论专家Zadeh提出了模糊集的概念，为这种主观不确定性的描述提供了一种方式。因此，引入模糊集合论思想，采用模糊数学的方法评价质量已成为必然。
目前我国计入环境空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物。本文采用模糊数学方法，选取保定市几个监测点一段时间内大气污染物监测数据平均值进行评价；考虑各项参数在总体中的地位配以适当权重，在此基础上用模糊概念进行推理，经过运算得出评价结果。
表1 保定市大气污染监测值（单位：[μg/m3]）
[监测点＼&二氧化硫（SO2）＼&二氧化氮（NO2）＼&可吸入颗粒物（PM10）＼&1＼&105＼&92＼&281＼&2＼&78＼&65＼&98＼&3＼&89＼&73＼&154＼&]
首先确定因素论域和评价论域，设[U={SO2，NO2，PM10}]为评价参数的集合， [V={I，II，III}]为大气质量分级的集合。将表1所列的监测数据代入对各级评价标准所给出的隶属函数公式中，求出各评价参数对于评定等级的隶属度，从而构成模糊关系矩阵[R]。如以监测点1为例，可得如下模糊矩阵
[R=0.960.040100001]
然后，用归一化公式建立评价参数的权重集[A={ω1，ω2，…，ωn}]，以 监 测 点1 例 ， 我们可以得到得[A={0.159，0.119，0.722}]，对[A]和[R]进行模糊矩阵复合运算得模糊综合评价结果。仍然以监测点1为例，可得
[B=A?R=（0.159，0.119，0.722）0.960.040100001=（0.278，0.04，0.722）]最后得出各测点的模糊复合运算及综合评价结果如下：
[监测点＼& [B=A?R]＼&评价结果 [bjmax]＼&1＼&[{0.278，0.04，0.722}]＼&0.722＼&2＼&[{0.389，0.233，0.566}]＼&0.566＼&3＼&[{0.385，0.670，0.575}]＼&0.670＼&]
3 结论
采用模糊数学方法，用隶属度描述大气质量评价中的模糊概念，评价的结果更接近实际。由于资料有限，对污染指数数值的选取具有一定局限性，通过评价，我们可以看出，监测点2的环境要好于监测点1和3，总体来说保定市的环境污染有了很大改善，很多大型公园、生态园和植物园的建立对大气质量环境改善起到了一定的作用，人民的环保意识也在不断增强。因此，政府应该进一步加强环境调节设施的进行，同时加大对防沙尘工作的投入，发展低碳经济以解决保定市可吸入颗粒物类大气污染的进一步影响。
参考文献：
[1]刘康兰、袁浩.模糊综合评判在环境质量评价中的应用.环境工程，2000（18）.
[2]汪培庄.模糊集合论及其应用.上海：上海科技出版社，1983.
[3]王换娥、陈明伟、周志锋.保定市发展低碳经济思路及对策.合作经济与科技，2011（430）.
作者简介：
周彩丽（1977.10～），女，籍贯：河北省唐山市，最高学历：研究生，目前职称：讲师，主要研究方向：模糊数学，模糊测度与积分。
本文得到2014年保定市科学技术研究与发展指导计划项目支持，项目编号为：14ZF058 。
关键词：模糊数学；大气质量；评价
1 前言
随着经济全球化进程的加快，环境问题日益突出，资源短缺、人口增加、各种各样的环境污染成为当今世界面临的严重问题，直接威胁到人类的生存和繁衍。大气环境是环境资源中的一个重要组成部分，大气有自然净化能力，但这种能力是有限的，而且大气环境能容纳的污染物也是有限的。随着我国经济的快速增长以及人民生活水平的提高，能源需求量不断上升，以煤炭、生物能、石油产品为主的能源消耗是大气中二氧化氮、二氧化硫和污染颗粒物的主要来源。由于生活水平的提高，我国城市机动车的数量大幅增长，使得机动车尾气成为城市大气污染的另一个重要来源。保定市位于河北省中部，太行山北部东麓，冀中平原西部。 地处京、津、石三角腹地， 素有“京畿重地、首都南大门”之称。全市总面积2.21万平方公里，总人口1070万，是全省人口最多的城市。 近年来，保定市的大气污染严重，“雾霾”天连续产生，而造成空气质量指数“亮红灯”的两大主因是工业污染和生活污染。除了人为因素的干涉，自然气候也是另一方面原因。北方冬季温度低，空气干燥，不利于空气中浮尘的沉降。 加上我市受西北风影响，该风带从西伯利亚而来，途经地区大多是干旱和半干旱地区，风中带有大量尘土，形成悬浮颗粒物。因此，大气环境污染问题己经成为保定市所面临的严峻问题，对大气污染控制理论的研究十分必要。
对于大气评价来说，大气环境是一个多因素耦合的复杂系统，在对其进行质量等级评价时必须同时考虑各种因素，进行综合评价。而环境质量评价中“污染程度”的概念是模糊的，因此结合模糊数学的知识，通过计算各污染水平的隶属度，采用模糊综合评价方法进行评价，这样的结果比较接近客观实际，准确率也比较高。因此采用模糊综合评价方法是一种行之有效的方法，得到众多环境研究学者的青睐[1-4]。本文讨论模糊综合评价法在大气质量中的应用并采用模糊综合评判法，选取二氧化硫、二氧化氮和悬浮颗粒物作为评价因子，参照我国空气质量评价标准，通过建立各污染物的隶属函数和权重，对保定市空气质量进行评价。
2 模糊数学在大气质量评价中的应用--以保定市为例
大气环境质量评价是环境质量评价的一个重要分支。国内外都十分重视大气环境质量的评价工作。 环境空气污染指数评价法是目前进行环境空气污染评价的主要方法。国内外常用的综合指数法主要有： 美国污染物标准指数评价法、加拿大环境空气质量指数法、中国环境空气污染指数法等。但大气环境是一个关系复杂、模糊多变的体系，具有明显的模糊性，采用精确的数学方法研究这一模糊问题就显然是难以胜任的。1965年美国控制论专家Zadeh提出了模糊集的概念，为这种主观不确定性的描述提供了一种方式。因此，引入模糊集合论思想，采用模糊数学的方法评价质量已成为必然。
目前我国计入环境空气污染指数的项目暂定为：二氧化硫、二氧化氮和可吸入颗粒物。本文采用模糊数学方法，选取保定市几个监测点一段时间内大气污染物监测数据平均值进行评价；考虑各项参数在总体中的地位配以适当权重，在此基础上用模糊概念进行推理，经过运算得出评价结果。
表1 保定市大气污染监测值（单位：[μg/m3]）
[监测点＼&二氧化硫（SO2）＼&二氧化氮（NO2）＼&可吸入颗粒物（PM10）＼&1＼&105＼&92＼&281＼&2＼&78＼&65＼&98＼&3＼&89＼&73＼&154＼&]
首先确定因素论域和评价论域，设[U={SO2，NO2，PM10}]为评价参数的集合， [V={I，II，III}]为大气质量分级的集合。将表1所列的监测数据代入对各级评价标准所给出的隶属函数公式中，求出各评价参数对于评定等级的隶属度，从而构成模糊关系矩阵[R]。如以监测点1为例，可得如下模糊矩阵
[R=0.960.040100001]
然后，用归一化公式建立评价参数的权重集[A={ω1，ω2，…，ωn}]，以 监 测 点1 例 ， 我们可以得到得[A={0.159，0.119，0.722}]，对[A]和[R]进行模糊矩阵复合运算得模糊综合评价结果。仍然以监测点1为例，可得
[B=A?R=（0.159，0.119，0.722）0.960.040100001=（0.278，0.04，0.722）]最后得出各测点的模糊复合运算及综合评价结果如下：
[监测点＼& [B=A?R]＼&评价结果 [bjmax]＼&1＼&[{0.278，0.04，0.722}]＼&0.722＼&2＼&[{0.389，0.233，0.566}]＼&0.566＼&3＼&[{0.385，0.670，0.575}]＼&0.670＼&]
3 结论
采用模糊数学方法，用隶属度描述大气质量评价中的模糊概念，评价的结果更接近实际。由于资料有限，对污染指数数值的选取具有一定局限性，通过评价，我们可以看出，监测点2的环境要好于监测点1和3，总体来说保定市的环境污染有了很大改善，很多大型公园、生态园和植物园的建立对大气质量环境改善起到了一定的作用，人民的环保意识也在不断增强。因此，政府应该进一步加强环境调节设施的进行，同时加大对防沙尘工作的投入，发展低碳经济以解决保定市可吸入颗粒物类大气污染的进一步影响。
参考文献：
[1]刘康兰、袁浩.模糊综合评判在环境质量评价中的应用.环境工程，2000（18）.
[2]汪培庄.模糊集合论及其应用.上海：上海科技出版社，1983.
[3]王换娥、陈明伟、周志锋.保定市发展低碳经济思路及对策.合作经济与科技，2011（430）.
作者简介：
周彩丽（1977.10～），女，籍贯：河北省唐山市，最高学历：研究生，目前职称：讲师，主要研究方向：模糊数学，模糊测度与积分。
本文得到2014年保定市科学技术研究与发展指导计划项目支持，项目编号为：14ZF058 。