環(huán)境空氣質(zhì)量研究綜述..教學(xué)內(nèi)容

1、 環(huán)境空氣質(zhì)量(kn q zh lin)研究綜述 11級環(huán)境工程 顏廷文 2011214059 第一頁，共22頁。目錄(ml)1234引言(ynyn)國內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài) 預(yù)測及影響因子分析的常規(guī)方法小結(jié)與展望第二頁，共22頁。引言(ynyn)PM2.5將空氣質(zhì)量問題(wnt)推向風(fēng)口浪尖 2011年深秋入冬(r dn)時節(jié)，北京等城市連續(xù)遭遇大霧彌漫天氣，引發(fā)網(wǎng)民對空氣質(zhì)量的擔(dān)憂。 細(xì)顆粒物PM2.5也由此進(jìn)入公眾視野，成為網(wǎng)絡(luò)微博和媒體熱議話題。第三頁，共22頁?？諝馕廴靖鞔蟪鞘嘘P(guān)注(gunzh)的焦點(diǎn)引言(ynyn)Your Text here經(jīng)經(jīng)濟(jì)濟(jì)(jngj)快快速速

2、發(fā)發(fā)展展城市建城市建設(shè)工程設(shè)工程規(guī)模擴(kuò)規(guī)模擴(kuò)大大大氣污大氣污染物排染物排放增加放增加空氣質(zhì)量空氣質(zhì)量遇嚴(yán)峻挑遇嚴(yán)峻挑戰(zhàn)戰(zhàn)第四頁，共22頁。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）對空氣污染的定義 空氣污染通常是指由于人類活動和自然過程引起某種物質(zhì)進(jìn)入大氣中，呈現(xiàn)出足夠的濃度，達(dá)到了足夠的時間并因此而危害了人體的舒適、健康和福利(fl)或危害了環(huán)境的現(xiàn)象?！?我國自20世紀(jì)80年代以來，環(huán)境壓力就開始明顯增大，長期積累的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)也逐漸顯現(xiàn)，一些大中城市的空氣質(zhì)量呈惡化的趨勢。 近年來，我國采取了一系列措施進(jìn)行空氣污染防治工作，但目前全國仍有約五分之一的城市空氣污染嚴(yán)重，重點(diǎn)城市中有三分之一以上空氣質(zhì)量達(dá)不到二

3、級標(biāo)準(zhǔn)，大氣污染源和環(huán)境污染物不斷增加，污染范圍也在擴(kuò)大。引言(ynyn)第五頁，共22頁。 城市人口對生活(shnghu)環(huán)境的要求以及環(huán)保意識變得越來越強(qiáng)烈，空氣質(zhì)量直接影響著人們的各種活動和身體健康，改善環(huán)境質(zhì)量、控制大氣污染的呼聲日益高漲。 研究城市空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及污染變化特征、從而預(yù)測未來發(fā)展趨勢，有利于更好的進(jìn)行空氣污染的預(yù)防。 根據(jù)預(yù)測采取相應(yīng)的限制減排措施，避免可能的更加嚴(yán)重污染造成的損失，分析影響城市空氣質(zhì)量的系列因素，對城市空氣環(huán)境管理和綜合防治提供一定的依據(jù)。 降低污染、利用人為控制來改善和保護(hù)環(huán)境，這對治理城市的空氣環(huán)境有十分重要的意義。引言(ynyn)第六頁，共22頁。

4、 空氣質(zhì)量(kn q zh lin)評價(jià)研究進(jìn)展 空氣質(zhì)量的綜合評價(jià)是確定、說明和預(yù)測一定區(qū)域范圍內(nèi)空氣環(huán)境對人體健康、生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境的影響程度，是對空氣質(zhì)素的優(yōu)劣進(jìn)行定性和定量的評述和分級。目前，對空氣質(zhì)量評價(jià)的方法在國內(nèi)外已經(jīng)有了很多的探討。 近年來，空氣質(zhì)量評價(jià)方法的發(fā)展趨勢是多元化、綜合化的，研究者常采用多種方法進(jìn)行對比分析或?qū)追N方式結(jié)合運(yùn)用。 由此可見，空氣質(zhì)量評價(jià)現(xiàn)在已經(jīng)不僅僅停留在理論研究階段，在現(xiàn)實(shí)(xinsh)運(yùn)用中也有了長足的進(jìn)步，很多國家把新型的方法應(yīng)用在環(huán)境管理體系中，為環(huán)境決策者提供指導(dǎo)意見。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀(xinzhung)與發(fā)展動態(tài) 第七頁，共22頁。國內(nèi)外研究

5、現(xiàn)狀(xinzhung)與發(fā)展動態(tài)Neha KhannaNeha Khanna在在20002000年時年時提出利用多種污染物的提出利用多種污染物的綜合綜合(zngh)(zngh)評判給出評判給出空氣污染指數(shù)（空氣污染指數(shù)（APIAPI）體系）體系 我國的研究者也常采用我國的研究者也常采用模糊模糊(m hu)綜合評價(jià)模型綜合評價(jià)模型我國學(xué)者建立了附加價(jià)值評估體系我國學(xué)者建立了附加價(jià)值評估體系研究和評價(jià)了普通人愿意為研究和評價(jià)了普通人愿意為提高空氣質(zhì)量狀況而支付的價(jià)值提高空氣質(zhì)量狀況而支付的價(jià)值楊曉華等給出了物元分析法，楊曉華等給出了物元分析法，并指出這是一種并指出這是一種解決不相容問題的解決不相

6、容問題的簡便有效的評價(jià)方法簡便有效的評價(jià)方法 美國最早進(jìn)行空氣質(zhì)量評價(jià)美國最早進(jìn)行空氣質(zhì)量評價(jià) 格林大氣污染綜合指數(shù)格林大氣污染綜合指數(shù) 國外學(xué)者還常采用國外學(xué)者還常采用空氣動力學(xué)模型進(jìn)行大氣質(zhì)量管理空氣動力學(xué)模型進(jìn)行大氣質(zhì)量管理 空氣質(zhì)量評價(jià)空氣質(zhì)量評價(jià)第八頁，共22頁?？諝赓|(zhì)量(kn q zh lin)預(yù)測研究進(jìn)展 隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及空氣污染的日趨嚴(yán)重，從上世紀(jì)60年代起，為了更好的防治城市空氣污染，預(yù)防污染事件發(fā)生，人們迫切的需要了解空氣污染的影響及變化趨勢，空氣質(zhì)量預(yù)測(yc)方法的研究以及空氣污染預(yù)報(bào)工作也開始逐漸被人們所重視。 對于空氣質(zhì)量預(yù)測(yc)方法的研究，近些年來也在被

7、各國學(xué)者不斷的創(chuàng)新，預(yù)測(yc)趨勢是多元化發(fā)展，多種方式結(jié)合和補(bǔ)充。 我國學(xué)者對空氣質(zhì)量預(yù)測(yc)方法的研究也集中在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色系統(tǒng)等方面。 空氣質(zhì)量預(yù)測(yc)的方法正在向多方向發(fā)展，學(xué)者們已經(jīng)在充分考慮各種情況下的預(yù)測(yc)精度和準(zhǔn)度，并不斷的對現(xiàn)有方法進(jìn)行著創(chuàng)新工作。國內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)第九頁，共22頁。國內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)19881988年日本年日本(r bn)(r bn)對氮氧化物進(jìn)行每日預(yù)報(bào)對氮氧化物進(jìn)行每日預(yù)報(bào) 我國我國8080年代年代以以SO2SO2為主為主預(yù)測預(yù)測(yc)(yc)9090年代末展年代末展開了空氣質(zhì)開了空氣質(zhì)量周報(bào)、日量周

8、報(bào)、日報(bào)報(bào)Patricio PerezPatricio Perez等發(fā)等發(fā)展了綜合人工神經(jīng)網(wǎng)展了綜合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，用來預(yù)測智絡(luò)模型，用來預(yù)測智利圣地亞哥利圣地亞哥PMPM1010的日的日均濃度最大值均濃度最大值 Elias KalapanidasElias Kalapanidas等探討了希臘雅典等探討了希臘雅典的短期的短期NONO2 2最大濃度最大濃度預(yù)測模式預(yù)測模式NEMONEMO樣板樣板 朱悅等利用灰色朱悅等利用灰色GM(1,1)GM(1,1)模型對模型對大連市大連市5 5年內(nèi)的年內(nèi)的SOSO2 2濃度變化趨勢濃度變化趨勢進(jìn)行了預(yù)測進(jìn)行了預(yù)測 趙宏等提出了基于趙宏等提出了基于GA-AN

9、NGA-ANN改進(jìn)的空氣質(zhì)改進(jìn)的空氣質(zhì)量預(yù)測模型，將遺傳量預(yù)測模型，將遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合相結(jié)合 第十頁，共22頁?？諝赓|(zhì)量(kn q zh lin)影響因子研究進(jìn)展國內(nèi)外研究(ynji)現(xiàn)狀與發(fā)展動態(tài)人類排放人類排放 煤炭消耗量煤炭消耗量 人為人為(rnwi)(rnwi)增加的增加的 污染源污染源 能源的損失率能源的損失率 Click to add textClick to add textClick to add textClick to add text自然過程自然過程 氣象氣候條件氣象氣候條件降水降水 風(fēng)向風(fēng)向 濕度濕度 氣壓氣壓 Click to add t

10、ext空氣質(zhì)量影響因素空氣質(zhì)量影響因素 第十一頁，共22頁。 Chung-Ming Liu等分析了亞洲沙塵天氣對臺灣空氣質(zhì)量的影響，采用揚(yáng)塵強(qiáng)度等級對1994-2005年的空氣質(zhì)量分類，發(fā)現(xiàn)臺灣西部地區(qū)PM10濃度的增加是兗州沙塵入侵和當(dāng)?shù)匚廴疚锕餐饔玫慕Y(jié)果。 Filippo Giorgi等回顧了氣候變化對空氣質(zhì)量影響的建模工具和方法，并用歐洲夏季(xij)O3濃度與氣候的關(guān)系證明氣候變化對污染物總量有潛在的影響，因此決策污染消減措施時應(yīng)充分考慮氣候變化因素。 Xing Wang等對2008年北京奧運(yùn)期間的空氣質(zhì)量狀況分析，發(fā)現(xiàn)由于奧運(yùn)期間北京良好的交通管制以及污染排放限制措施的執(zhí)行，使得空

11、氣污染物的遷移發(fā)生了變化，不僅改善了空氣環(huán)境，也保護(hù)了公眾健康。 秦保平等將天津市典型高架點(diǎn)源和城市眾多高架源污染綜合分析，論述了高架點(diǎn)源污染分布特征和對天津空氣質(zhì)量的影響。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展(fzhn)動態(tài)第十二頁，共22頁。 空氣質(zhì)量評價(jià)常規(guī)方法 空氣質(zhì)量評價(jià)是按照一定的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和方法確定一個區(qū)域范圍內(nèi)的空氣環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢，評價(jià)人類活動對環(huán)境的影響。 隨著空氣污染物排放總量的增加及污染范圍的擴(kuò)大，以PM10、SO2、NOx等為主的空氣污染問題日漸嚴(yán)重，通過空氣質(zhì)量評價(jià)，找出區(qū)域主要空氣污染物和污染源，以及空氣質(zhì)量發(fā)展變化規(guī)律，為制定區(qū)域空氣污染控制法規(guī)、進(jìn)行空氣質(zhì)量管理相關(guān)(x

12、inggun)工作提供科學(xué)依據(jù)。 國內(nèi)外經(jīng)過幾十年的發(fā)展，眾多學(xué)者提出了用于空氣質(zhì)量綜合評價(jià)的相關(guān)(xinggun)方法，并通過某一地區(qū)及某時段多種污染物含量的分析確定該地區(qū)及時段空氣污染程度，主要的方法有以下幾種。預(yù)測及影響(yngxing)因子分析的常規(guī)方法第十三頁，共22頁。預(yù)測(yc)及影響因子分析的常規(guī)方法指數(shù)指數(shù)(zhsh)評價(jià)法評價(jià)法 主分量分析主分量分析(fnx)評價(jià)評價(jià)法法 模糊綜合評價(jià)法模糊綜合評價(jià)法 是利用環(huán)境質(zhì)量相鄰兩個評價(jià)等級之間的模糊性，通過對單項(xiàng)污染指標(biāo)求隸屬度，建立模糊關(guān)系矩陣并計(jì)算權(quán)重及綜合評價(jià)等步驟得出結(jié)果 是一種基于線性變換，在損失很少信息的前提下把多個指

13、標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個綜合指標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)降維的評估方法 從監(jiān)測點(diǎn)的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)值與評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之比作為分指數(shù)，然后通過數(shù)學(xué)綜合作為環(huán)境質(zhì)量評定尺度，是目前進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評價(jià)的最主要方法 第十四頁，共22頁。預(yù)測及影響(yngxing)因子分析的常規(guī)方法物元分析物元分析(fnx)評評價(jià)法價(jià)法 灰色灰色(hus)評評價(jià)法價(jià)法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)法 良好的進(jìn)行模式識別，對標(biāo)準(zhǔn)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，得到各連接節(jié)點(diǎn)的權(quán)值建立評價(jià)模型，模型輸入空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，輸出空氣質(zhì)量等級或相應(yīng)的正交矩陣 引入各評價(jià)等級的白化函數(shù)，計(jì)算評價(jià)對象白化值的大小，并按幾個灰類進(jìn)行歸納，得到聚類對象所屬類別 構(gòu)造了環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)物

14、元矩陣和節(jié)域物元矩陣，計(jì)算評價(jià)區(qū)域空氣質(zhì)量對各等級的綜合關(guān)聯(lián)度，利用關(guān)聯(lián)函數(shù)可以取負(fù)的特點(diǎn)，全面的分析了空氣質(zhì)量屬于某評價(jià)等級的程度 第十五頁，共22頁?？諝赓|(zhì)量預(yù)測(yc)常規(guī)方法預(yù)測(yc)及影響因子分析的常規(guī)方法統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)測統(tǒng)計(jì)學(xué)預(yù)測 通過積累通過積累(jli)(jli)多年氣象及多年氣象及污染資料，分析天氣污染資料，分析天氣變化的典型參數(shù)變化的典型參數(shù) 建立這些參數(shù)與相應(yīng)建立這些參數(shù)與相應(yīng)污染物濃度之間的定量污染物濃度之間的定量關(guān)系，做出預(yù)測關(guān)系，做出預(yù)測 數(shù)值學(xué)預(yù)測數(shù)值學(xué)預(yù)測 根據(jù)污染物在空氣中的根據(jù)污染物在空氣中的變化規(guī)律，構(gòu)造數(shù)學(xué)方程變化規(guī)律，構(gòu)造數(shù)學(xué)方程 用數(shù)值計(jì)算求解該方程用數(shù)

15、值計(jì)算求解該方程得出污染物的濃度分布和得出污染物的濃度分布和變化趨勢變化趨勢 采用各種模式對未來大氣采用各種模式對未來大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定性或半定量環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行定性或半定量分析分析 空氣質(zhì)量的長期空氣質(zhì)量的長期和短期預(yù)測和短期預(yù)測 第十六頁，共22頁。常用(chn yn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 預(yù)測及影響因子分析的常規(guī)(chnggu)方法多元多元(du yun)線性回歸線性回歸預(yù)測法預(yù)測法 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測法測法 灰色系統(tǒng)預(yù)測法灰色系統(tǒng)預(yù)測法 建模過程是把已測得的無明顯規(guī)律的原始數(shù)列進(jìn)行加工，得到有規(guī)律的時間序列后建立微分方程，進(jìn)行擬合，得到灰色動態(tài)預(yù)測模型GM(n,h)，用來進(jìn)行空氣質(zhì)量的中長期預(yù)

16、測。 由大量神經(jīng)元廣泛互聯(lián)形成，反映了人腦的基本特征，可以利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自學(xué)習(xí)、聯(lián)想和優(yōu)化，解決因果關(guān)系模糊的高度非線性預(yù)測問題，主要應(yīng)用于空氣污染物濃度的短期預(yù)測 根據(jù)實(shí)測值與預(yù)測值間的比較原理，用過去的濃度和氣象資料進(jìn)行預(yù)測 第十七頁，共22頁?？諝赓|(zhì)量影響因素分析常規(guī)(chnggu)方法 控制空氣污染，改善空氣質(zhì)量是創(chuàng)造良好城市環(huán)境和保障城市可持續(xù)發(fā)展的必要條件，一般來說，城市空氣污染狀況取決于兩個(lin )因素:污染物的排放情況和大氣的擴(kuò)散能力。 基于以上原則，國內(nèi)外學(xué)者近年來對城市空氣質(zhì)量的影響因素進(jìn)行了廣泛的研究，其中關(guān)于影響空氣污染的主要經(jīng)濟(jì)因素分析的研究較多，包括人口密度、經(jīng)

17、濟(jì)增長、能源消耗、投資政策等等。 預(yù)測(yc)及影響因子分析的常規(guī)方法第十八頁，共22頁。主要的研究(ynji)方法 預(yù)測及影響(yngxing)因子分析的常規(guī)方法環(huán)境環(huán)境(hunj(hunjng)ng)庫茲涅庫茲涅茨曲線分茨曲線分析析 灰色關(guān)聯(lián)灰色關(guān)聯(lián)分析法分析法主成分主成分分析法分析法 其它分其它分析方法析方法 環(huán)境污染和經(jīng)濟(jì)增長經(jīng)濟(jì)增長之間呈倒倒U U型型關(guān)系曲線 ，比較適用于定定性性分析 通過比較分析多因素間的差異差異性性和關(guān)聯(lián)度關(guān)聯(lián)度，找出影響系統(tǒng)行為的主要因子主要因子，并加以控制控制，改善空氣環(huán)境質(zhì)量 利用數(shù)理統(tǒng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)法，精選出若干個有代表性的指標(biāo)指標(biāo)，再根據(jù)這些指標(biāo)來分析空氣環(huán)境質(zhì)量 多元統(tǒng)計(jì)方法 遺傳算法 粗集理論 第十九頁，共22頁。 空氣質(zhì)量作為(zuwi)重要的環(huán)境問題，影響著城市人口健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，目前國內(nèi)外已有大量學(xué)者進(jìn)行了研究，研究方法也不盡相同。但是，這些方法在空氣質(zhì)量分析過程中都有各自的不適用性。 實(shí)際上，城市空氣質(zhì)量的評價(jià)、預(yù)測、影響因子分析應(yīng)該是一個綜合考慮的整體體系，每種方法在研究不同問題時都有各自的缺陷，因此我們有必要考慮只采用一種完善且全面的理論體系進(jìn)行空氣質(zhì)量的整體和統(tǒng)一的分析。小結(jié)(xioji)與展望第二十頁，共22頁。 對空氣質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)、預(yù)測及影響因子分析是我國環(huán)境影響評價(jià)中的一項(xiàng)重要組成部分。