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摘 要：本文研究了京津翼的空气污染问题，针对我国现行的空气质量评估标准——API分级制中的不足，在API评估基础上进行修改完善使之更加科学，并在API所提供的数据基础上建立衡量空气质量优劣程度等级的数学模型，最后还收集了必要的数据来研究影响城市空气污染程度的主要因素。
对于此问题，采用地理模型分析方法，适时分析多种空间和动态的地理信息，当污染物沿一水平方向连续排放时，可将其视为一线源，根据中国气象局发表的信息，进行了背景浓度的处理、源的初始扩散处理及风速处理，建立了多污染源空气污染扩散模型。
我国是一个人口大国，城市众多，但由于工业的发展，我们的很多城市都受到了不同程度的污染尤其是空气污染，直接对我们造成伤害。近年来，虽然我国大气污染防治工作取得了很大的成效，但由于各种原因，我国大气环境面临的形势仍然非常严峻。要实现大气环境与社会经济协调发展，开展城市环境空气质量影响因素及其影响机制的研究是十分必要的，也是改善城市环境质量迫切需要解决的实际问题。
关键词：京津翼 层次分析法 高斯烟羽模型的该进模型 高斯线源模型
1. 背景分析
地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关系数进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。大气扩散模型具有明显的空间特性，但是这些模型空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍显困难，而空间分析空间数据管理正是GIS的优势。GIS可以为环境模型提供一整套基于GIS逻辑原理的空间操作规范，用以反映具有空间特性的环境模型研究对象的移动、扩散、动态变化及相互作用。在GIS中，基本概念是空间位置、空间分布和空间关系，而基本研究对象是被抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性。与之相对应，在环境模型中，基本概念是物质、能量及其运动转化，而基本研究对象是大气等明显具有空间分布特性的环境要素。GIS和环境模型在概念和研究对象上具有相似性。互补性，这使得二者的结合自然、合理又具有实用价值和巨大潜力。
2. 模型假设
（1）假设汽车行驶在道路周围平坦的高速公路上。
（2）公路周围建筑物低矮且低矮。
（3）将公路划分成若干个单元，每一个单元近似成一个通过单元中心点且与风向垂直的有限长线源。
3. 模型建立
1. 如果风向和线源的夹角β>45，无限长连续线源下风向地面浓度分布为：
C（X，0，H）=
当β<45时，以上模式不能应用。如果风向和线源的夹角垂直，即β=90，可得：C（X，0，H）=
对于有限长的线源，线源末端引起的“边缘效应”将对污染物的浓度分布有很大影响。随着污染物接受点距线源的距离增加，“边源效应”将在横风向距离的更远处起作用。因此在估算有限长污染源形成的浓度分布时，“边源效应”不能忽视。对于横风向的有限长线源，应以污染物接受点的平均风向为x轴。
2、现场实测
为了验证并保证扩散模式的可靠性，我们在野外选择与模式计算条件相近的环境进行实地测试，并利用实测资料与理论计算结果相比较，然后通过参数修正使模式计算与实测结果相一致。
3、理论计算
在进行理论计算时，风速和风向等气象参数取公路附近的实测数据，大气稳定度采用帕斯奎尔方法确定。扩散参数用P-G指数形态（符合平坦开阔下垫面条件）。
源参数主要为初始扩散高度及排放源强。由于汽车开动时产生的扰动使排放源不是严格意义上的线源，在进行理论计算时采用虚拟距离的方法进行修正，其源宽通过计算比较得到。
排放源强根据车流量、车型分类、平均耗油量及排放系数进行计算，计算公式如下：q[mg/（s*m）]=2.78*10-4 [4]
式中：N-车流量（辆/h）；L-平均耗油量（L/（辆*km））；P-某污染因子的排放系数（g/L）。式中求和是对各种车型进行的，这里分民用汽车、载货汽车、载客汽車、私人汽车、轿车，并区分不同车型的燃油油种。
4. 模式参数的处理
在进行理论计算时，需要重点进行处理的模式参数包括对背景浓度的处理、源的初始扩散处理及风速处理。
（1）背景浓度
背景浓度取上风向约200m处测得的数据，经筛选后从用于模式验证的实测数据中扣去。
源的初始扩散
初始扩散是个比较复杂的动力学因子，源的初始扩散宽度取2m左右。
风速
计算中风速取距路面2m处的测量值，并根据实测风向进行风向角的修正。因为汽车尾气扩散属于小尺度扩散，其湍流扩散作用在小风速条件下显得比较重要。
5. 模型求解
1月16号白天是北风5-6级（>6m/s），晚上是北风3-4级（5～6）。
因此早上八点的大气稳定度为D，风速为6.5m/s；中午12点的大气稳定度为C，风速为6.2m/s；晚上九点的大气稳定度为D，风速为5.5m/s，从而可从稳定度表中查到σz的值。
6. 结果分析
因为1月是北京全年大气环境最静稳的时候，冷暖空气冲击少，对流不明显。这种情况下污染物非常容易积累。此外，1月份正处冬季最冷的时候，市民外出通常都会选择机动车，这也加大了污染排放的总量，从何而导致了1月15日连续三天发生重污染，但就对二环、四环、六环的比较来说，根据车流量、交通等情况，污染情况呈逐渐递减状态。并且在早上八点时空气污染情况将稍微减轻，从大约九点开始，空气质量将好转，从下午5时开始，市区北部和东部地区的环路以及联络线出城方向，车流将有明显增长。像北部二、三环环路的西向东方向，北三环的四通桥区；东部二、三环路的北向南方向，东三环的双井桥区、国贸桥区，建外一线的西向东方向；以及立汤路天通苑、京藏高速回龙观、京哈高速豆各庄、京通快速双桥、京开高速西红门等大型住宅区周边道路，可能由于车流饱和出现短时拥堵，从而污染应稍微加重。因此根据国家质量等级的划分，在早上八点应属于中度污染，在中午十二点属于轻度污染，而晚上九点属于轻度污染偏上。
参考文献
[1] 丁桑岚.环境评价概论.北京：化学工业出版社，2006
[2] 崔莉风.环境影响评价和案例分析.秦皇岛：中国标准出版社，2005年
[3] 姜启源，谢金星，叶俊.《数学建模（第三版）》[M]，北京：高等教育出版社，2003.08。
[4] 陈长虹等，北京市汽车排气污染负荷的估算，上海环境科学，1997年。
[5]邓顺熙，陈爱峡，曹申存，高速公路汽车污染物排放因子的测试与研究，中国公路学报，1999，12.
对于此问题，采用地理模型分析方法，适时分析多种空间和动态的地理信息，当污染物沿一水平方向连续排放时，可将其视为一线源，根据中国气象局发表的信息，进行了背景浓度的处理、源的初始扩散处理及风速处理，建立了多污染源空气污染扩散模型。
我国是一个人口大国，城市众多，但由于工业的发展，我们的很多城市都受到了不同程度的污染尤其是空气污染，直接对我们造成伤害。近年来，虽然我国大气污染防治工作取得了很大的成效，但由于各种原因，我国大气环境面临的形势仍然非常严峻。要实现大气环境与社会经济协调发展，开展城市环境空气质量影响因素及其影响机制的研究是十分必要的，也是改善城市环境质量迫切需要解决的实际问题。
关键词：京津翼 层次分析法 高斯烟羽模型的该进模型 高斯线源模型
1. 背景分析
地理信息系统是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关系数进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。大气扩散模型具有明显的空间特性，但是这些模型空间数据的操作尤其是在结果显示方面仍显困难，而空间分析空间数据管理正是GIS的优势。GIS可以为环境模型提供一整套基于GIS逻辑原理的空间操作规范，用以反映具有空间特性的环境模型研究对象的移动、扩散、动态变化及相互作用。在GIS中，基本概念是空间位置、空间分布和空间关系，而基本研究对象是被抽象成点、线、面的空间实体及其相关属性。与之相对应，在环境模型中，基本概念是物质、能量及其运动转化，而基本研究对象是大气等明显具有空间分布特性的环境要素。GIS和环境模型在概念和研究对象上具有相似性。互补性，这使得二者的结合自然、合理又具有实用价值和巨大潜力。
2. 模型假设
（1）假设汽车行驶在道路周围平坦的高速公路上。
（2）公路周围建筑物低矮且低矮。
（3）将公路划分成若干个单元，每一个单元近似成一个通过单元中心点且与风向垂直的有限长线源。
3. 模型建立
1. 如果风向和线源的夹角β>45，无限长连续线源下风向地面浓度分布为：
C（X，0，H）=
当β<45时，以上模式不能应用。如果风向和线源的夹角垂直，即β=90，可得：C（X，0，H）=
对于有限长的线源，线源末端引起的“边缘效应”将对污染物的浓度分布有很大影响。随着污染物接受点距线源的距离增加，“边源效应”将在横风向距离的更远处起作用。因此在估算有限长污染源形成的浓度分布时，“边源效应”不能忽视。对于横风向的有限长线源，应以污染物接受点的平均风向为x轴。
2、现场实测
为了验证并保证扩散模式的可靠性，我们在野外选择与模式计算条件相近的环境进行实地测试，并利用实测资料与理论计算结果相比较，然后通过参数修正使模式计算与实测结果相一致。
3、理论计算
在进行理论计算时，风速和风向等气象参数取公路附近的实测数据，大气稳定度采用帕斯奎尔方法确定。扩散参数用P-G指数形态（符合平坦开阔下垫面条件）。
源参数主要为初始扩散高度及排放源强。由于汽车开动时产生的扰动使排放源不是严格意义上的线源，在进行理论计算时采用虚拟距离的方法进行修正，其源宽通过计算比较得到。
排放源强根据车流量、车型分类、平均耗油量及排放系数进行计算，计算公式如下：q[mg/（s*m）]=2.78*10-4 [4]
式中：N-车流量（辆/h）；L-平均耗油量（L/（辆*km））；P-某污染因子的排放系数（g/L）。式中求和是对各种车型进行的，这里分民用汽车、载货汽车、载客汽車、私人汽车、轿车，并区分不同车型的燃油油种。
4. 模式参数的处理
在进行理论计算时，需要重点进行处理的模式参数包括对背景浓度的处理、源的初始扩散处理及风速处理。
（1）背景浓度
背景浓度取上风向约200m处测得的数据，经筛选后从用于模式验证的实测数据中扣去。
源的初始扩散
初始扩散是个比较复杂的动力学因子，源的初始扩散宽度取2m左右。
风速
计算中风速取距路面2m处的测量值，并根据实测风向进行风向角的修正。因为汽车尾气扩散属于小尺度扩散，其湍流扩散作用在小风速条件下显得比较重要。
5. 模型求解
1月16号白天是北风5-6级（>6m/s），晚上是北风3-4级（5～6）。
因此早上八点的大气稳定度为D，风速为6.5m/s；中午12点的大气稳定度为C，风速为6.2m/s；晚上九点的大气稳定度为D，风速为5.5m/s，从而可从稳定度表中查到σz的值。
6. 结果分析
因为1月是北京全年大气环境最静稳的时候，冷暖空气冲击少，对流不明显。这种情况下污染物非常容易积累。此外，1月份正处冬季最冷的时候，市民外出通常都会选择机动车，这也加大了污染排放的总量，从何而导致了1月15日连续三天发生重污染，但就对二环、四环、六环的比较来说，根据车流量、交通等情况，污染情况呈逐渐递减状态。并且在早上八点时空气污染情况将稍微减轻，从大约九点开始，空气质量将好转，从下午5时开始，市区北部和东部地区的环路以及联络线出城方向，车流将有明显增长。像北部二、三环环路的西向东方向，北三环的四通桥区；东部二、三环路的北向南方向，东三环的双井桥区、国贸桥区，建外一线的西向东方向；以及立汤路天通苑、京藏高速回龙观、京哈高速豆各庄、京通快速双桥、京开高速西红门等大型住宅区周边道路，可能由于车流饱和出现短时拥堵，从而污染应稍微加重。因此根据国家质量等级的划分，在早上八点应属于中度污染，在中午十二点属于轻度污染，而晚上九点属于轻度污染偏上。
参考文献
[1] 丁桑岚.环境评价概论.北京：化学工业出版社，2006
[2] 崔莉风.环境影响评价和案例分析.秦皇岛：中国标准出版社，2005年
[3] 姜启源，谢金星，叶俊.《数学建模（第三版）》[M]，北京：高等教育出版社，2003.08。
[4] 陈长虹等，北京市汽车排气污染负荷的估算，上海环境科学，1997年。
[5]邓顺熙，陈爱峡，曹申存，高速公路汽车污染物排放因子的测试与研究，中国公路学报，1999，12.