溫倩，何圣銓

（武夷學院 數學與計算機學院，福建 武夷山 354300）

空氣污染是目前突出的城市環(huán)境問題，是影響生態(tài)文明建設的主要因素之一[1]。黨的十八大提出要大力推進生態(tài)文明建設，努力建設美麗中國，使得整治大氣污染、改善空氣質量的任務更加迫切。為更好地防治和改善空氣質量，必須要對空氣質量有客觀的認識。對空氣質量做出有效合理的評價是整治大氣環(huán)境之源。空氣污染是自然和人為活動因素相互作用的結果，而城市空氣質量與城市社會經濟發(fā)展緊密相關[1]?？諝馕廴境潭仁桥袛嗫諝赓|量好壞的一種指標，一直以來都取決于空氣中污染物的含量。根據主要污染物濃度綜合評價城市空氣質量對城市的發(fā)展很有必要[2-3]。

目前研究者采用各種模型來評價空氣質量。例如劉杰等[4]利用神經網絡模型對大氣環(huán)境質量進行評價。胡君等[5]運用信息熵與PROMETHEE 法相結合的方法來評價城市的大氣質量情況。馮濤[6]運用改進灰色聚類法對阜新市的空氣質量進行評價?？滴哪莸萚7]運用熵權的模糊物元模型對上海市金山工業(yè)區(qū)的空氣進行評價，再與超標倍數法的結果做對比，結果表明運用熵權的模糊物元模型對空氣質量的評價是可行的，且計算過程較為簡單。Buckley 等[8]運用灰色模型分析美國五大城市的環(huán)境空氣質量演變趨勢。Gorai等[9]采用層次分析法與模糊綜合評價模型結合，對空氣質量進行分析評價。以上各種方法都有其各自的優(yōu)點及其局限性，如何采用更加合理的模型綜合評價空氣質量成為科研工作者研究的重點。

福建省是東南沿海的省份，據《中國統計年鑒》數據顯示，福建省已連續(xù)42 年成為全國森林覆蓋率最高的省份，植被生態(tài)質量和生態(tài)文明指數均居全國第一。綠色發(fā)展是福建實現高質量發(fā)展超越的最大優(yōu)勢。福建省共有9 個地級市，分別是福州市、泉州市、廈門市、漳州市、龍巖市、南平市、莆田市、三明市、寧德市。曾藝芳等[10]利用多元線性回歸分析方法對福州市的空氣質量指數(AQI) 時空分布特征及其影響因素進行分析研究，為福州市的環(huán)境空氣保護與污染防治提供科學依據。楊春霖等[11]分別采用AQI 和灰色聚類分析方法對閩侯縣環(huán)境空氣質量進行分析評價。葉景山等[12]采用函數型主成分分析方法結合Arc GIS 圖對福建省空氣質量情況進行分析，AQI 與經濟發(fā)展程度、經濟發(fā)展模式、人們生活習慣和氣候條件等息息相關。卓倩等[13]用改進灰色聚類法評價廈門5 年的大氣環(huán)境質量，修正聚類權值避免零權重，使評價結果更加客觀。由于要兼顧多種污染物的影響，對空氣質量的評價是一個綜合評價問題。但是常見的污染物分級采用濃度限值的方法，界限兩邊的等級明顯不同，實際上這種界限應該是模糊的，可以用隸屬度來描述。模糊綜合評價方法（fuzzy comprehension evaluation method）是一種定性分析和定量分析相結合的綜合評價方法。根據模糊數學中的隸屬度理論對模糊的問題進行定量評價，使得評價標準、影響因素的模糊性得以體現[14]。根據福建省各地級市SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5等6 種空氣質量指標的月監(jiān)測值，采用模糊綜合評價法對福建省各地區(qū)2016—2019 年空氣質量狀況進行分析評價。

1 模糊綜合評價模型

1.1 數據來源

從中國空氣質量在線監(jiān)測分析平臺得到福建省污染因子SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5等空氣質量指標的月監(jiān)測值，經過統計與加權平均處理后，得到各污染物的年平均值。

1.2 建立因素集和評價集

參照GB 3095—2012《環(huán)境空氣質量標準》[15]中的環(huán)境空氣基本項目，建立因素集U={SO2，NO2，CO，O3，PM10，PM2.5}。

為更準確地評價地區(qū)污染程度，將標準由兩級補充為四級，它們分別代表環(huán)境空氣質量狀況中的特優(yōu)、優(yōu)、良、輕度污染，即建立評價集{Ⅰ級，Ⅱ級，Ⅲ級，Ⅳ級}具體濃度限度見表1。

表1 福建省環(huán)境空氣質量等級標準Tab.1 Grade standard of Fujian province environmental air quality

1.3 確定權重集

權重表達的是污染因子的相對重要程度。確定權重的方法是否科學恰當會直接影響空氣質量的評價結果。超標倍數法[16]是根據污染物的濃度超標的情況設定權重，超標的越多，權重也就越大。第i 個評價因子權重Ci的計算公式為：

式中：xi表示第i 個評價因子實測值的年平均值；Sij表示第i 個評價因子的第j 級標準。

超標倍數法僅考慮污染物的濃度，并沒有考慮污染物毒性的不同。雙權重賦權法是將污染物的濃度與毒性程度[17]加權疊加，并作歸一化處理。第i 個評價因子權重ai的計算公式為：

式中：fi表示第i 個評價因子的毒性指數。

各污染物的毒性分別為SO2=5，NO2=4，CO=5，O3=3，PM10=2，PM2.5=1。[11]代入公式(1)和公式(2)可得污染物因子權重見表2?？紤]到評價因子的毒性，運用雙權重賦權法確定權重，是一種更加合理的空氣質量評價方法。

表2 福建省2016—2019 年各污染因子的權重值Tab.2 The weighted value of each pollution factor in Fujian Province from 2016 to 2019

建立權重集A={a1，a2，a3，a4}。

1.4 建立單因素評判矩陣

顯然污染物的濃度越小空氣質量越好，采用降半階梯形隸屬度函數[18]，在各評價等級濃度限值范圍內運用線性函數，得到評價因子對各評價等級的隸屬度函數rij。

根據降半階梯形公式，計算得到各地級市空氣質量模糊關系矩陣R，以福州市2016—2019 年空氣質量模糊關系矩陣為例，結果如表3 所示。

1.5 模糊綜合評判

綜合評判矩陣B 滿足下式：

式中：“*”的不同取法，對應不同的模型，常見的有制約性主因素突出型、全面促進型、加權平均型等。對空氣質量的評價要考慮所有污染物的影響，因此選擇加權平均型，即

對于評判指標bj，根據最大隸屬度原則，若bl=max｛bj｝，則隸屬于第l 級?？梢杂嬎愠龈＝ㄊ「鞯丶壥锌諝赓|量模糊綜合評價結果。最終得分Q 滿足：Q=Ⅰ級×1+Ⅱ級×2+Ⅲ級×3+Ⅳ級×4。

2 研究結果與討論

通過計算，得到福建省2016—2019 年各地級市空氣質量排名如表4 所示。由表4 可知，在過去四年的福建省各城市空氣質量排名中，南平每年都是排在第一位，而漳州市每年都是排在最后一位；除漳州市，其余城市到2019 年空氣質量等級都到達Ⅱ級（優(yōu)），說明福建省的空氣污染治理效果顯著。漳州市過去四年空氣質量都處在Ⅲ級，沒有變好。早在2016 年，漳州市規(guī)模工業(yè)總產值就突破5000 億元，2017 年，全年規(guī)模工業(yè)增加值增長8.7%，增長速度在全省首位。2018 年，全市工業(yè)增加值增長9.2%，增速全省第一。2019 年上半年，在工業(yè)投資及技改投資方面、新增新上規(guī)模工業(yè)企業(yè)數方面，漳州市都是全省排名第一。漳州市已經成為全省工業(yè)發(fā)展最快的城市。但隨著工業(yè)的發(fā)展，漳州市的空氣質量一直沒有得到很好的改善，因此漳州市的空氣質量的治理不能松懈，還需繼續(xù)采取相應的措施進行治理。

表4 福建省2016—2019 年各地級市空氣質量排名Tab.4 Air quality ranking of prefecture-level cities in Fujian Province from 2016 to 2019

圖1 為2016—2019 年福建省空氣各質量等級城市數量。由圖1 可以看出在過去四年里，2017 年福建省空氣質量Ⅱ級城市數最少。2016—2019 年福建省空氣質量Ⅱ級城市數量呈現上升趨勢，相對的空氣質量Ⅲ級城市數量呈現下降趨勢。

圖1 福建省2016—2019 年空氣各質量等級城市數量Fig.1 Number of cities with air quality grade in Fujian province from 2016 to 2019

3 結論

通過中國空氣質量在線監(jiān)督分析平臺獲取福建省2016—2019 年各地區(qū)空氣中SO2、NO2、CO、O3、PM10和PM2.5日監(jiān)測值。分別采用超標倍數法和雙權重賦權法確定六項指標權重。根據福建省空氣污染物濃度實際情況，通過降半階梯形隸屬度函數確定空氣質量模糊關系矩陣，結合之前得到的福建省空氣各污染物權重值，構造各地級市空氣質量最終評價值以及空氣質量等級。在福建省各地級市當中，南平市的空氣質量最好，漳州市的空氣質量最差。過去四年福建省空氣質量Ⅲ級城市數逐漸減少，空氣質量Ⅱ級城市逐漸增多，福建省空氣質量逐年好轉。隨著現代化工業(yè)的發(fā)展，影響空氣質量的因素在現實中很復雜，是多方面的影響因素綜合作用的結果。在今后的研究中可以加入更多因素做更加全面科學的綜合評價。