王文寅，王亞茹

（中北大學(xué)經(jīng)濟管理學(xué)院，太原 030051）

在科技飛速進步、大工業(yè)快速發(fā)展和全球人口急劇增多等諸多因素的共同影響下，氣候變暖、臭氧層空洞、霧霾、酸雨、物種滅絕、土地沙漠化等一系列環(huán)境問題陸續(xù)出現(xiàn)。環(huán)境問題已成為迫切需要解決的全球性問題，同時也是21世紀(jì)人類面臨的嚴(yán)峻考驗。由于工業(yè)的發(fā)展，中國很多城市的環(huán)境均受到了不同程度的污染，其中空氣的污染直接危害人們的身體健康，使得人們的發(fā)病率逐年上升?？諝庵械奈廴疚镏饕怯煽晌腩w粒物、二氧化硫、二氧化氮等組成。純凈的空氣是人類賴以生存的必要條件，人類每時每刻都在呼吸空氣，正常人每天需要吸入10～12 m3的空氣，如果一個人超過5 min不呼吸空氣，就會窒息而死。所以，空氣質(zhì)量與人類的生命安全密切相關(guān)。通過對空氣質(zhì)量的評價研究能夠反映空氣的污染狀況，從而有效開展治理工作，進一步規(guī)劃建設(shè)美麗城市。

目前，關(guān)于大氣污染及綜合評價問題，國內(nèi)外的學(xué)者們主要從2個方面進行研究和分析。一方面是對空氣質(zhì)量評價的研究結(jié)果，如Marcazzan等［1］通過對米蘭市區(qū)的研究分析，發(fā)現(xiàn)PM2.5/PM10大小與空氣污染的情況有很強的因果關(guān)系；劉萍［2］通過主成分分析法對昆明市環(huán)境空氣質(zhì)量進行研究，發(fā)現(xiàn)顆粒物和NO2是主要影響空氣質(zhì)量的指標(biāo)；鄭瑤等［3］通過環(huán)境空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)對河南省鄭州市和開封市空氣質(zhì)量進行研究，得出PM2.5是造成鄭州市和開封市空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)率下降的最主要原因，已經(jīng)取代PM10成為鄭州市和開封市最主要的污染物。另一方面是對空氣質(zhì)量采用何種評價方法的研究，如呂霽州［4］采用AQI和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對北京市某城區(qū)進行空氣質(zhì)量研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)獲得的原始數(shù)據(jù)足夠多后，得到的預(yù)測值和真實值誤差相對較小，也驗證了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法求解該問題的可行性；毛寧等［5］采用主成分分析法對中國31個主要城市空氣質(zhì)量進行評價，得出空氣質(zhì)量污染主要來源于可吸入顆粒物和SO2的結(jié)論；黃冬梅等［6］采用主成分分析和模糊綜合評價法對保定市空氣質(zhì)量進行評價，得到了影響保定市空氣質(zhì)量的首要因素是PM10，其次是NO2和PM2.5；張肖一［7］采用灰色聚類法對北京市空氣質(zhì)量進行研究，得出2000—2007年空氣質(zhì)量為三級，2008年以后均為二級，空氣質(zhì)量總體上逐漸提高；王恒等［8］采用熵值多級模糊綜合評價法對城市各區(qū)空氣質(zhì)量進行研究，得到A區(qū)SO2污染最為嚴(yán)重，其余區(qū)的主要污染物是PM2.5；張茹等［9］通過層次分析法和主成分分析法對江蘇省徐州市空氣質(zhì)量進行研究，得到徐州市大氣環(huán)境污染最為嚴(yán)重的是第一主成分PM2.5；羅運成［10］通過模糊綜合評價法對各城市空氣質(zhì)量進行研究，得到上海、杭州和成都這3座城市大氣環(huán)境中的首要污染物是NO2，其余城市空氣的首要污染物都是PM2.5。

通過對以上文獻(xiàn)的梳理可知，環(huán)境質(zhì)量分析是對環(huán)境系統(tǒng)狀況定性和定量地描述，并為制定環(huán)境防治措施和城市發(fā)展建設(shè)提供可靠的依據(jù)。在層次分析法、模糊綜合評判法、灰色關(guān)聯(lián)度法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、集對分析法和API法等眾多空氣質(zhì)量評價的方法中，層次分析法和模糊綜合評判法具有較強的主觀性，而BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、集對分析法和API法目前還不夠成熟。鑒于此，本研究采取熵權(quán)法與改進的TOPSIS模型相結(jié)合的方式，客觀地獲得評價指標(biāo)的權(quán)重，打破了以往采用專家打分的主觀評價方法，得到科學(xué)、客觀的評價結(jié)果。該模型易于操作，可通過MATLAB實現(xiàn)結(jié)果的輸出，具有較強的可靠性和實用性。通過熵權(quán)TOPSIS法評價模型對中國20個主要城市的空氣質(zhì)量進行了客觀評價，為各市從根本上了解空氣質(zhì)量問題、解決空氣污染、提高空氣質(zhì)量提供參考意見。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計局公布的《中國統(tǒng)計年鑒（2018）》，選取影響空氣質(zhì)量的6項主要污染物作為評價因子，綜合評價全國20個主要城市的空氣質(zhì)量。6項主要污染物的原始數(shù)據(jù)見表1。

1.2 研究方法

運用基于熵權(quán)TOPSIS法模型進行實證研究，既可以解釋模型的客觀實用性，而且可以為制定各城市環(huán)境防治方案及環(huán)境規(guī)劃提供依據(jù)。

1.2.1 熵權(quán)法 對于空氣質(zhì)量體系來說，影響空氣質(zhì)量的因素很多，各影響因素的影響作用不同，影響程度也不同?？梢愿鶕?jù)每個因素的影響作用和影響程度進行賦權(quán)，不過賦權(quán)的方法有很多，如層次分析法、模糊綜合評價法，但該類方法都存在主觀缺陷。因此，研究采用熵權(quán)法來計算指標(biāo)的權(quán)重，將各個方案的固有信息用熵權(quán)法來計算得到各個指標(biāo)的信息熵，如果信息熵越小，則信息的無序度越低，其信息的效用值越大，指標(biāo)的權(quán)重也就越大。熵權(quán)法的具體步驟如下。

1）現(xiàn)有m個決策方案，n個評價指標(biāo)，形成原始數(shù)據(jù)矩陣M=（xi j）m*。

式中，xij為第j個指標(biāo)下第i個方案的評價值；Ai為第i個決策方案。

2）進一步將原始數(shù)據(jù)規(guī)范化，計算公式如式（2）。

式中，Pi j為標(biāo)準(zhǔn)化值。

3）計算第j個指標(biāo)的熵值E j，計算公式如式（3）。

式中，常數(shù)K=1/ln（m）。

4）計算指標(biāo)的差異性系數(shù)（d j），差異越小，表明指標(biāo)對評價結(jié)果的影響也越小，計算公式如式（4）。

5）根據(jù)差異化系數(shù)來確定權(quán)重系數(shù)（W j），通過計算單項指標(biāo)的差異化程度占所有指標(biāo)差異化程度之和的比例來確定，計算公式如式（5）。

1.2.2 改進的熵權(quán)TOPSIS法 TOPSIS模型即為逼近理想解的排序方法，它是系統(tǒng)工程中常用的決策技術(shù)，主要用于解決有限方案多目標(biāo)決策問題，是一種運用距離作為評價標(biāo)準(zhǔn)的綜合評價法。通過定義目標(biāo)空間中的某一測度，據(jù)此計算目標(biāo)靠近、偏離正、負(fù)理想解的程度。本研究對TOPSIS的理想解進行了改進，具體計算步驟如下。

1）建立標(biāo)準(zhǔn)化處理后的決策矩陣R，計算公式如式（6）所示。

式中，di j為第i個指標(biāo)的第j個屬性值，rij是規(guī)范化處理后的第i個指標(biāo)的第j個屬性的值。由于熵權(quán)法已經(jīng)得到了規(guī)范化矩陣，故不復(fù)述。

2）計算加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化的矩陣，表示為X=|wi rij|m×n，計算公式如式（7）所示。

式中，wi為屬性j的權(quán)重。

3）確定加權(quán)標(biāo)準(zhǔn)化矩陣X的正理想解（Z+）和負(fù)理想解（Z-）向量，計算公式如式（8）和式（9）所示。

式中，maxZij由每個指標(biāo)都為最大值的數(shù)據(jù)構(gòu)成，minZij由每個指標(biāo)都為最小值的數(shù)據(jù)構(gòu)成。

4）計算各評價對象與最優(yōu)方案（D+）及最劣方案（D-）的距離。計算公式如式（10）和式（11）所示。

5）計算各評價對象對于理想解的貼近度（Ci），計算公式如式（12）所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 熵權(quán)法確定評價指標(biāo)的權(quán)重

根據(jù)熵權(quán)法原理，利用MATLAB進行編程實現(xiàn)權(quán)重結(jié)果的輸出，可以得到SO2、NO2、PM10、CO、O3和PM2.5這6項空氣質(zhì)量評價指標(biāo)的權(quán)重分別為0.355、0.082、0.158、0.219、0.026和0.160。

將從《中國統(tǒng)計年鑒（2018）》中收集到的中國20個主要城市的6項評價指標(biāo)進行歸一化處理，然后分別將權(quán)重與各項歸一化指標(biāo)相乘，得出加權(quán)后的各城市的空氣質(zhì)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 20個城市主要污染物的歸一化數(shù)據(jù)

2.2 TOPSIS對20個城市空氣質(zhì)量水平綜合評價

經(jīng)過對20個主要城市的各指標(biāo)加權(quán)，得到加權(quán)后的評價數(shù)據(jù)，然后計算正、負(fù)理想解，分別為Z+=（0.187，0.024，0.059，0.082，0.007，0.055），Z-=（0.040，0.011，0.020，0.029，0.004，0.021）。最后，進一步計算出各評價對象對于理想解的貼近度，結(jié)果見表3。由各城市空氣質(zhì)量貼近度和排序可知，這20個主要城市空氣質(zhì)量從好到差的排序為深圳、寧波、上海、廣州、杭州、重慶、武漢、長沙、昆明、蘇州、無錫、成都、北京、青島、南京、大連、天津、西安、鄭州、沈陽。

表3 20個主要城市的貼近度及排序

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

以中國20個主要城市的空氣質(zhì)量為研究對象，選取SO2、NO2、PM10、O3、CO和PM2.5共6項指標(biāo)作為評價因子，根據(jù)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，采用熵權(quán)TOPSIS法對這20個主要城市的空氣質(zhì)量進行客觀綜合的評價，最后得出各城市空氣環(huán)境的主要污染物和各城市空氣質(zhì)量的優(yōu)劣。從研究結(jié)果來看，對空氣質(zhì)量影響程度最大的3種主要污染物是SO2、CO和PM2.5。因此，為了改善各城市的空氣環(huán)境質(zhì)量，有必要解決這些主要污染物。不過很難實現(xiàn)大氣污染物的集中處理，只有針對不同城市的主要污染物來實施各個城市的防治措施，才能達(dá)到有效防治空氣污染和建設(shè)美麗城市的目標(biāo)。本研究僅選擇了20個主要城市和6個指標(biāo)進行研究，若選用更多的污染物指標(biāo)對多個城市進行研究，所得到的結(jié)果更能反映各城市的空氣污染狀況，并為各個城市提升環(huán)境質(zhì)量提供參考依據(jù)。

3.2 建議

根據(jù)熵權(quán)TOPSIS法模型結(jié)果可以得知，在中國20個主要城市中，影響空氣質(zhì)量的主要污染物是SO2、CO和PM2.5。為了進一步優(yōu)化各城市環(huán)境空氣質(zhì)量，提出以下幾點建議。

1）減少碳排放。煤炭污染是大氣污染的主要原因，因此要加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，采取集中供暖，淘汰分散供暖鍋爐，提高能源利用效率，減少大氣污染。目前，機動車尾氣排放也是大氣污染的重要因素，應(yīng)該鼓勵綠色出行，低碳環(huán)保，建議用電動汽車取代公共汽車和出租車，以加速新能源車輛的普及，減少汽車尾氣排放，從而減少碳排放。

2）推廣清潔能源。在人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)和生活中，大力推動氣代煤、電代煤和清潔能源替代工程，減少煤炭使用排放的有害氣體和顆粒物，推廣使用風(fēng)能、太陽能等可再生能源，減少高碳化石能源對大氣環(huán)境的污染。

3）注重環(huán)保宣傳。有關(guān)部門要加強對保護環(huán)境的宣傳，提高公眾的環(huán)境保護意識，鼓勵公眾從自身做起，從現(xiàn)在做起，全民參與環(huán)保行動。

4）加強監(jiān)管機制，強化防治措施。減少空氣污染，提高大氣質(zhì)量是保護生態(tài)環(huán)境的重要內(nèi)容，也是全國人民的呼聲。為此，全國各級領(lǐng)導(dǎo)干部要站在為民謀福祉的高度，提高認(rèn)識，加強組織領(lǐng)導(dǎo)，明確目標(biāo)責(zé)任，完善管理體制，建立長效的環(huán)境治理機制，認(rèn)真協(xié)調(diào)有關(guān)部門抓緊落實，要實現(xiàn)早預(yù)防、早行動。對于污染較嚴(yán)重的工廠企業(yè)、不符合環(huán)境保護要求的工廠企業(yè)要盡快遷出市區(qū)；對污染物排放不符合規(guī)定的工廠企業(yè)要制定相應(yīng)的規(guī)章制度，采用一定措施進行處罰，如采取高額處罰、限制生產(chǎn)、停產(chǎn)處理等措施。同時，要加大對建筑工地?fù)P塵污染的整治力度，可以通過圍欄隔離、灑水降塵等措施，確保不會出現(xiàn)粉塵積聚和飛揚的現(xiàn)象。