大气环境质量模糊聚类分析

《大气环境质量模糊聚类分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气环境质量模糊聚类分析（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、大气环境质量模糊聚类分析大气环境质量综合评价，是依据大气环境质量评价分级标准来判别某一个地区某一时 间内的大气综合质量与哪一等级标准最接近，则认为该地区的大气综合质量属于该等级1。目前，用于大气环境质量综合评价的方法有很多，如层次分析法、污染损失率法、 模糊综合评价法3、变权识别模型、灰关联分析方法妇等，其中常用综合污染指数法刀， 该法的评价结果，一般用语言分类的方式表达。为了能客观地、准确地反映抚顺市大气环 境质量状况及其变化规律，本研究选择模糊数学方法，对1996-2004年抚顺市区大气环 境质量进行综合评判，并提出抚顺市大气污染的防治对策和措施。1模糊聚类法对抚顺市近年来大气环境质量进行

2、综合评价1.1确定模糊聚类对象、聚类指标和聚类根据收集到的抚顺市大气环境监测数据，以19962004年作为聚类对象（见表1 ）， 选取影响抚顺市大气环境质量的主要3种污染物作为聚类指标，即j = SO2, NO、，TSP。 聚类指标采用大气各分级国家标准GB 3095 -1996（见表2） 8，9，c=1级，2级，3级， 4级。表1抚顺市1996-2004年主要大气污染物年均实测浓度（mg- m-3）污染指标199619971998199920002001200220032004SO20.050.030.0360.0260.030.0320.0340.0290.035NOX0.080.050.

3、0480.0440.0480.0320.0350.0330.036TSP0.40.3220.2890.3370.3020.3470.2550.240.242表2各聚类指标各级环境质量分级标准分级SONOTSP1 级（I）0.050.050.152 级(II)0.150.10.33 级(III)0.250.150.54 级(IV)0.850.51.71.2相对隶属度矩阵的确定0re0, 0.05 or 0.25, +s (r0.05)/0.1re 0.05, 0.1521(r) (0.25 r)/0.1re 0.15, 0.25以每年各项大气污染指标的实测浓度值作为指标相对隶属度rj，隶属函数可

4、按照文 献10选取，可以写出各污染指标的各隶属度函数，以SO2为例写出4个等级的隶属函 数如下：21r0, 0.05 (0.15 r)/0.1re 0.05 ,%0.150re 0.15, +叨0re0, 0.15 or 0.85(r-0.15)/0.1re 0.15, 0.25(0.25 r)/0.6re 0.25, 0.85+80(r 0.25)/0.60.85re0, 0.25 re 0.25 ,同理可以写出NOx和TSP的相对隶属度矩阵。1.3标准指标相对隶属度的确定设样本指标i的平均相对标准为：Pi=(Pii, Pi2，,Pic)，将样本集指标i的平均相对 隶属度记为：rri=(Ep

5、ij)/c,其中j=1, 2,，c。则未归一化的标准指标相对隶属度 为：SS=(rr , rr，rr ),将其归一化得到标准指标相对隶属度为：SS=(rr /E rr ,12m1irr /E rr，rr /E rr )，其中 i=1，2，m。2imi按照此方法对各聚类进行无量纲处理，得到标准指标相对隶属度Sih计算结果，见表3。1.4聚类系数、聚类向量的计算及分类判定将表1中的各污染指标的实测浓度值rji代入各自的隶属函数表达式uhj中得出隶属函 数，再求出聚类系数Wih，最后根据最大原则判断聚类对象所属的类别，结果见表4。山 表3标准指标相对隶属度S：h计算结果分级so2noXTSP1级0.

6、040.0630.0572 级（II）0.120.1250.1143 级（III）0.190.1880.1874 级（IV）0.650.6240.642表4 1996-2004年抚顺市大气环境质量模糊聚类向量年份W ijWi2Wi3判断结果19960.099 50.098 70.213 7III19970.096 50.129 20.182 3III19980.089 20.112 70.176 7III19990.128 70.178 10.534 1IV20000.045 80.532 50.132 7IV20010.190 20.201 80.175 9III20020.018 90.1

7、30 70.160 9III20030.114 30.129 70.114 6II20040.023 10.119 30.112 1II1.5评价结果分析与讨论(1)从表4模糊聚类判断结果可见，在1996-2004年，抚顺市大气环境污染程度呈 波动性变化，1996-1998年大气污染较重，模糊聚类结果为3级，其原因可能是在1996 -1998年降水较多，雨水对空气的冲刷作用较大而导致；1999-2000年大气环境质量较 差，模糊聚类结果为W级，2001 -2002年大气环境质量有所改善，模糊聚类结果为3级; 2003-2004年大气环境质量继续好转，模糊聚类结果为2级。其可能原因是：第一，抚

8、顺市内生活生产等排污状况得到相对有效控制11;第二，抚顺市工业和农用的燃料构成和 质量有了较大改善12, 13；第三，抚顺市近年努力创建全国环境保护模范城市，其周边和市 区的绿化有很大改善；第四，抚顺实施了一系列积极有效措施，加大了治理燃煤烟尘污染 和控制市区二次扬尘的污染力度，坚决取缔不符合环境保护要求的中小型工业企业如水泥 厂，冶金加工厂，使抚顺大气污染得到一定程度缓解，大气环境质量有明显改善。（2）从表4模糊聚类结果不仅可知各年污染指标的各自等级情况，还可以比较各污 染指标。表4中Wi1平均比Wi2平均要小很多，说明抚顺目前的污染状况由传统煤烟型污染 开始向以NOx为主的石油型污染转变。这使得环境保护部门必须在未来的环境治理中采取 积极措施，在控制目前煤烟型污染的同时，也要制定和防治nox污染的对策和措施。（3）通过分析可知，模糊聚类法能较为客观地评价大气环境质量现状；但由于资料 有限，本文仅仅考虑了 so2、nox和TSP污染指标。如果再增加更多污染指标，增加年份， 增加同等规模城市数量，其评价结果将更能客观地反映我国目前中等规模的重工业城市大 气环境现状，也更能够体现模糊聚类方法在环境质量现状评价中重要性。