李曉敏

(山東協(xié)和學(xué)院，濟(jì)南 250109)

我國(guó)為應(yīng)對(duì)大氣污染問(wèn)題設(shè)立了空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)，但是由于監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量較少，數(shù)據(jù)更新發(fā)布時(shí)間存在延遲且花費(fèi)較大，存在無(wú)法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)不足的問(wèn)題。某公司自主研發(fā)了一款空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀，不僅花費(fèi)少還能同時(shí)監(jiān)測(cè)溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓、降水等氣象參數(shù)。但是，長(zhǎng)時(shí)間使用電化學(xué)氣體傳感器會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)漂移和量程漂移，加上天氣因素和其他物質(zhì)的交叉干擾等因素，導(dǎo)致自建點(diǎn)數(shù)據(jù)與國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)差異。本研究主要對(duì)導(dǎo)致自建點(diǎn)數(shù)據(jù)與國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生差異的因素進(jìn)行分析。

1 問(wèn)題分析

隨著工業(yè)、交通和城市化的蓬勃發(fā)展，以NO2、PM10、PM2.5和SO2為主的大氣污染日趨嚴(yán)重，目前大氣污染已成為政府和社會(huì)共同面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題。問(wèn)題一：對(duì)自建點(diǎn)數(shù)據(jù)和國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索性分析。問(wèn)題二：對(duì)自建點(diǎn)數(shù)據(jù)與國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)造成差異的原因進(jìn)行分析。問(wèn)題三：在國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立數(shù)學(xué)模型對(duì)自建點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)。問(wèn)題一屬于統(tǒng)計(jì)分析類(lèi)數(shù)學(xué)問(wèn)題，由于數(shù)據(jù)量比較大，采用SPSS軟件進(jìn)行分析，得出結(jié)果，再結(jié)合EXCEL做出折線(xiàn)圖，然后對(duì)其進(jìn)行綜合分析。問(wèn)題二屬于對(duì)比分析類(lèi)數(shù)學(xué)問(wèn)題，題目要求對(duì)導(dǎo)致自建點(diǎn)數(shù)據(jù)與國(guó)控點(diǎn)數(shù)據(jù)造成差異的因素進(jìn)行分析，對(duì)比自建點(diǎn)和國(guó)控點(diǎn)的折線(xiàn)圖，再結(jié)合天氣因素，對(duì)二者的差異因素進(jìn)行分析。問(wèn)題三屬于回歸分析類(lèi)問(wèn)題，題目要求結(jié)合國(guó)控點(diǎn)對(duì)自建點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行校準(zhǔn)，先采用SPSS軟件進(jìn)行分析，然后運(yùn)用加權(quán)最小二乘法算出校準(zhǔn)后的模型公式，再使用MATLAB進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后用EXCEL做出自建點(diǎn)校準(zhǔn)折線(xiàn)圖。

2 結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)PM2.5、PM10、CO、NO2、SO2、O3濃度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能及時(shí)掌握空氣質(zhì)量并采取相應(yīng)措施，使空氣質(zhì)量有所好轉(zhuǎn)，加快建設(shè)生態(tài)文明和美麗中國(guó)，堅(jiān)決打贏(yíng)藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)[1]。

第一，對(duì)PM2.5和PM10的分析。結(jié)合國(guó)控點(diǎn)SPSS運(yùn)行圖，PM2.5數(shù)值前期分布比較散亂，離散大，極差較大，范圍較廣；后期分布較緊湊，離散小，極值較?。徽w上看，均值的95%置信區(qū)間與均值相近說(shuō)明數(shù)據(jù)整體上比較穩(wěn)定，但也有極少數(shù)大于200的數(shù)據(jù)。PM2.5在冬季質(zhì)量濃度較高，其他季節(jié)相對(duì)較低，這是因?yàn)槎救珖?guó)部分地區(qū)陸續(xù)進(jìn)入供暖期，煤燃燒產(chǎn)生的PM2.5顯著增加。PM10數(shù)值整體上較為穩(wěn)定，但極個(gè)別數(shù)值變化很大，原因是機(jī)器使用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，并受污染物的影響，導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，造成了平均值變大，應(yīng)排除異常數(shù)據(jù)。

第二，對(duì)CO和NO2的分析。結(jié)合國(guó)控點(diǎn)SPSS運(yùn)行圖，冬季CO濃度波動(dòng)較大，不穩(wěn)定，整體濃度的均值較后期偏高。由于均值與中值較為接近，數(shù)值波動(dòng)范圍不大，可能是因?yàn)槲逶轮?，降水量增多，CO濃度趨于穩(wěn)定。NO2數(shù)據(jù)前期很穩(wěn)定且NO2濃度很低，到2019年1月左右NO2濃度大幅度增加，且數(shù)值波動(dòng)范圍變大，波動(dòng)程度更強(qiáng)。且均值大于中值，極大值遠(yuǎn)大于極小值，極大值與極小值之間的范圍大，數(shù)據(jù)較零散。前期NO2濃度較低，中后期濃度較高可能是因?yàn)槭艿酱髿饨邓兓挠绊戇M(jìn)入其他環(huán)境介質(zhì)，因而NO2在降水量較大時(shí)質(zhì)量濃度較低，在降水量較小時(shí)濃度較高。

第三，對(duì)SO2和O3的分析。結(jié)合國(guó)控點(diǎn)SPSS運(yùn)行結(jié)果，前期SO2濃度變化較大，中期SO2濃度較小且穩(wěn)定，但出現(xiàn)了幾個(gè)突然急速變化的數(shù)值，后期數(shù)據(jù)開(kāi)始趨向于不穩(wěn)定發(fā)展，范圍較大，前期后期不穩(wěn)定，數(shù)據(jù)出現(xiàn)急劇變化。SO2濃度較高的時(shí)間，可能是因?yàn)樘幱诠┡冢济毫矿E增，導(dǎo)致SO2急劇上升。O3數(shù)據(jù)成余弦函數(shù)式變化，前期較穩(wěn)定往后波動(dòng)越來(lái)越大，O3的濃度變化也越來(lái)越大，且極大值遠(yuǎn)大于極小值，數(shù)據(jù)較零散。O3在冬季濃度較低，造成此現(xiàn)象的原因可能是該地供暖期，燃煤量和污染物排放量驟增，導(dǎo)致臭氧層被破壞，而O3是臭氧層的主要組成成分，進(jìn)而O3的濃度下降。

第四，對(duì)PM2.5和PM10的分析。結(jié)合自建點(diǎn)SPSS運(yùn)行結(jié)果，PM2.5整體數(shù)據(jù)呈現(xiàn)相對(duì)平穩(wěn)的波動(dòng)，但在2019年1月12日前后數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差，之后數(shù)據(jù)回歸相對(duì)穩(wěn)定，可能是由于該地區(qū)工廠(chǎng)污染排放超標(biāo)，也可能是監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常。PM10的變化呈先升高后下降的趨勢(shì)，前期波動(dòng)較大，導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差，后期數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，波動(dòng)較小，但在2019年1月12日左右數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大偏差，和PM2.5數(shù)據(jù)較為相像，可能是由于該地區(qū)工廠(chǎng)污染排放超標(biāo)，也可能是監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常。

第五，對(duì)風(fēng)速和壓強(qiáng)的分析。結(jié)合自控點(diǎn)SPSS運(yùn)行結(jié)果，風(fēng)速數(shù)據(jù)呈現(xiàn)不規(guī)則變化，數(shù)據(jù)整體在0～6之間來(lái)回不規(guī)則變化，出現(xiàn)個(gè)別數(shù)值較大的情況，數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定。壓強(qiáng)整體上呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，數(shù)據(jù)范圍相差不大，數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定，說(shuō)明壓強(qiáng)基本處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。

第六，對(duì)降水量和溫度的分析。結(jié)合自控點(diǎn)SPSS運(yùn)行結(jié)果，前期降水量逐漸增加，增加到最大值，然后降為零，然后從零再慢慢增加，數(shù)據(jù)范圍較大，數(shù)據(jù)零散。濕度一直較穩(wěn)定，沒(méi)有大幅度變化，但降水量一直較高，推測(cè)出此地有雪，預(yù)測(cè)其很有可能為我國(guó)北方地區(qū)。溫度整體上呈現(xiàn)出先下降再上升的趨勢(shì)，局部是波浪線(xiàn)趨勢(shì)，變化急劇，且范圍較大，數(shù)據(jù)較為零散。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得出PM10和PM2.5月均質(zhì)量濃度變化極為相似，其質(zhì)量濃度在夏季較低，其余季節(jié)均處于較高水平。這是因?yàn)槎具M(jìn)入供暖期，煤的燃燒量驟增，燃燒產(chǎn)生的顆粒物導(dǎo)致PM2.5和PM10顯著增加。春季中國(guó)北部地區(qū)沙塵天氣較多，也導(dǎo)致了PM2.5和PM10的質(zhì)量濃度保持在較高水平。秋季PM2.5和PM10質(zhì)量濃度高則可能是由于天氣因素的影響，由于風(fēng)速度的影響導(dǎo)致污染物擴(kuò)散，使其濃度一直處于較高水平。SO2一直處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)，只有一天處于濃度過(guò)高的狀態(tài)，造成該現(xiàn)象的主要原因是機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間使用造成故障。NO2初期濃度處于較低狀態(tài)，而此時(shí)的降雨量卻很高，降雨量下降后，NO2濃度隨之升高，所以NO2受降雨量的影響，降水量小，NO2質(zhì)量濃度較高，降水量大，濃度較低。O3濃度一直處于較高水平，只有在2019年1月—3月處于較低水平，此時(shí)我國(guó)北方地區(qū)還處于供暖期，燃煤的消耗量增大，導(dǎo)致NO2、SO2等污染物的排放量增大，破壞了臭氧層，導(dǎo)致O3質(zhì)量濃度下降。

我國(guó)空氣質(zhì)量改善工作面臨巨大挑戰(zhàn)，空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)收集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)布，可以監(jiān)測(cè)大氣中的污染物濃度并及時(shí)做出應(yīng)對(duì)措施。自2013年《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》發(fā)布以來(lái),我國(guó)開(kāi)展了針對(duì)PM2.5污染治理的一系列舉措,在燃煤污染和移動(dòng)源污染控制等領(lǐng)域取得了顯著成績(jī)，全國(guó)空氣質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)。