時間：2023-05-29 18:18:28
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇空氣污染指數(shù)，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】單片機;氣敏傳感器;空氣污染指數(shù)
一、基于氣敏傳感器的空氣污染指數(shù)檢測顯示系統(tǒng)的總體設計
本系統(tǒng)的硬件結構一般有由進氣模塊、傳感器陣列模塊、信號采集模塊、單片機處理器模塊和LCD顯示控制模塊組成，具體構成如圖1所示。
圖1系統(tǒng)總體設計原理框圖
1.進氣模塊
進氣裝置主要解決的問題是，如何將被測的氣體引入檢測系統(tǒng)中的裝有傳感器陣列的氣泵中，在進氣的過程中，涉及到氣體的凈化裝置的設計，最重要的是對進氣裝置流量的控制問題。在本系統(tǒng)中選用氣泵的型號為sa751.5，進氣流量為1.5L/min。需要對氣體中夾雜的水分，通過由活性炭構成的凈化裝置過濾隔除掉。進氣裝置流量的控制能對系統(tǒng)的檢測效果產生很大的影響。因此，氣泵的流量的大小選擇至關重要，影響整個系統(tǒng)的實時性，在此系統(tǒng)中，要求氣體在一分鐘內完成采樣，所以選擇1.5L/min流量的氣泵。經過測試，具有可靠的實時性和穩(wěn)定性。
2.傳感器
傳感器是一種信號檢測器件，分別采用三種不同的傳感器對SO2，氮氧化物和懸浮顆粒物的濃度進行檢測。
3.信號與數(shù)字處理電路
信號處理電路將輸出的傳感器檢測到的信號，放大處理后輸送到下一級。
數(shù)字處理電路是將信號處理電路輸出的模擬量轉換成有效的數(shù)字信號。
4.微處理器
微處理器是將數(shù)字處理電路輸出的數(shù)字信號與標準信號進行對比處理，并輸送給顯示器和報警系統(tǒng)。
5.顯示器
顯示器是將微處理器輸出的結果進行顯示。
6.報警器
報警器是當檢測到的污染指數(shù)數(shù)值達到或超過設定值時就發(fā)出報警提示的一種設備。
二、硬件單元設計
1.氣敏式傳感器的原理與器件選擇
氣敏傳感器按照不同的工作原理可以分為半導體式，催化燃燒式，熱傳導式以及電化學反應式。不同的傳感器由于其結構和工作原理的不同，導致它們有著各自不同的優(yōu)缺點。半導體氣敏傳感器件是利用處于被測氣體的環(huán)境中時，半導體的電阻率或伏安特性隨著氣體濃度的變換而變化的特性制成的。
半導體氣敏傳感器的優(yōu)點：一般對可燃氣體比較敏感，選擇性相對比較好，不需要經常維護，使用壽命也比較長（可以達到10年）。
半導體氣敏傳感器的缺點：定量測量的準確度還有待提高，并且測量的精確度很容易受溫度影響，測量的線性范圍較窄、穩(wěn)定性比較差、抗干擾能力較弱。
綜上所述，半導體氣敏傳感器適合在氣體環(huán)境相對穩(wěn)定，氣體濃度變換不大的條件下使用，在低濃度氣體環(huán)境中輸出響應變化比較大，在較高濃度時容易達到飽和，比較適用于民用氣體的檢測要求。
2.信號與數(shù)字處理電路
檢測電路輸出的微弱電信號達不到所要求的電平，不能直接被利用，必須經放大、補償?shù)却胧┻M行處理，將來自傳感器的信號進行精密放大，抑制共模成分，提高信號質量。信號放大電路是傳感器信號調理電路。采用的器件為運算放大器，選擇放大器應考慮精度、速度、幅度及共模抑制等要求。
數(shù)字處理電路的作用主要是將檢測電路輸出的模擬信號應用模數(shù)轉換器變成有效的數(shù)字信號。系統(tǒng)選用MAXIM公司的MAX 1270作為模數(shù)轉換芯片。由于SPI的接收寄存器只有8位，而MAX1270轉換結果是12位，因此不能直接用SPI模塊完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，而通過模仿SPI通信協(xié)議用I/O接口模擬的方式實現(xiàn)串行通信。系統(tǒng)選用I/O接口GPE11為SPI總線的MISO信號口，接收MAX1270轉換后的數(shù)據(jù);I/O接口GPE 12為MOSI信號口，向MAX1270發(fā)送控制字;I/O接口GPE13為CLK信號口，向MAX1270發(fā)送時鐘信號;I/O接口GPF1連接MAX1270的/CS引腳，用來控制MAX1270工作;I/O接口GPG7連接MAX1270的/SSTRB引腳，用來通知S3C2410接收數(shù)據(jù)。
3.顯示、存儲與報警
LJD128X644液晶顯示模塊是128x64點陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內置8192個中文漢字（16X16點陣），128個字符（8X16點陣）及4X256點陣顯示RAM（GDRAM）。可與CPU直接接口，提供兩種界面來連接微處理機：8位并行及串行兩種連接方式。具有多種功能：光標顯示、畫面移位、睡眠模式等。
報警電路分為蜂鳴器報警電路和LED發(fā)光報警電路組成。當輸入端P1.0為低電平時，有電流通過蜂鳴器，蜂鳴器發(fā)出聲音報警，而當輸入端為高電平時不報警。當輸入端P1.1為低電平時，LED點亮報警，反之輸人端P1.1為高電平則不報警。
三、軟件設計
軟件部分的設計要根據(jù)空氣污染指數(shù)檢測報警系統(tǒng)的信號處理流程來進行，空氣污染指數(shù)檢測報警系統(tǒng)電路中信號的處理流程為：污染指數(shù)檢測要求有及時數(shù)據(jù)采集、處理、存結果、送顯示的運行過程。根據(jù)這一要求，污染指數(shù)檢測報警系統(tǒng)的信息測量與處理分三個階段：
（1）在微處理器的控制下，經傳感器轉換的電壓信號通過輸入電路送A/D轉換器處理，變?yōu)橄鄳臄?shù)字量，存入到數(shù)據(jù)存儲器中。
（2）微處理器對采集的測量數(shù)據(jù)進行必要的數(shù)據(jù)處理，如特性補償、數(shù)字濾波、標度變換等。
（3）顯示處理結果，把數(shù)據(jù)信號處理為顯示及記錄所要求的信號格式，通過輸出接口電路輸出并顯示與記錄。
四、結論
本文研究的是基于氣敏傳感器對空氣污染指數(shù)進行檢測、顯示和報警，通過理論分析，實驗驗證，該項目達到了原來設計的技術指標，且具有結構簡單、靈敏度高、適用性強等一些列優(yōu)點，體積較小，使用方便，且測量精度高，具有較好的應用推廣價值。
參考文獻：
Abstract: in this paper, including the United States, Britain, China's Hong Kong and other countries and regions in the air environmental monitoring and evaluation system of the analysis and summary to the current situation of the development of China, and the existing system comparison to China's air quality monitoring and evaluation work to provide some Suggestions for improvement.
中圖分類號： X83 文獻標識碼：A文章編號：
近年來，我國政府始終高度重視大氣環(huán)境治理工作，監(jiān)測標準更加明確，監(jiān)測儀器更加準確，監(jiān)測手段更加多樣，監(jiān)測結果更加科學。但是，由于空氣污染源的多樣性和復雜性，空氣質量評價等級往往與公眾的實際感受有所偏差，無法全面、客觀和科學的反映出空氣質量的好壞程度。所以，學習了解發(fā)達國家或地區(qū)的相關工作的特點和優(yōu)點，對于我國空氣質量監(jiān)測與評價體系的完善具有重要意義。
本文對包括美國、英國、中國香港等發(fā)達國家及地區(qū)在環(huán)境空氣監(jiān)測與評價工作方面的進展進行梳理，從中總結出各國及地區(qū)的先進經驗和科學方法，并與我國現(xiàn)有方法和制度進行比較，提出一些改進建議，為我國空氣質量監(jiān)測和評價工作提供有益參考。
1.中國香港
1987年香港依據(jù)國際標準制訂了適用于全香港的空氣質量標準，列出7種需要控制的空氣污染物。該標準以科學方法分析空氣中的污染物濃度與市民健康受空氣污染影響的相互關系。
1.1 空氣監(jiān)測現(xiàn)狀
香港環(huán)境保護署在全港設立了14個固定監(jiān)測站，分別為11個一般監(jiān)測站和3個路邊監(jiān)測站。一般監(jiān)測站主要裝設于4至6層高大廈，代表了市民大部份時間所接觸的空氣污染情況，較有參考價值。
除了一般監(jiān)測站外，還設置3個路邊監(jiān)測站，分別位于銅鑼灣、旺角及中環(huán)交通繁忙的道路旁邊，用于制定市區(qū)內繁忙路旁的空氣污染指數(shù)，會比一般空氣污染指數(shù)為高。對那些經常在車輛繁忙的街道上連續(xù)停留數(shù)小時的市民來說，路邊空氣污染指數(shù)則較為重要。
香港這種分類安排，既能兼顧到廣大市民的不同需求，又能掌握城市總體空氣質量狀況和道路汽車尾氣污染情況。
1.2 空氣質量評價體系
香港環(huán)保署采用的空氣污染指數(shù)（API指數(shù)），是將可吸入顆粒物、二氧化硫、一氧化碳、臭氧和二氧化氮等5種污染物濃度轉化為0至500的數(shù)字來表征環(huán)境質量狀況。空氣污染指數(shù)分級詳見表1。
表1. 香港的空氣污染指數(shù)分級
空氣污染指數(shù) 空氣污染水平 對健康的影響
0至25 輕微 預料沒有影響
26至50 中等 預料沒有影響
51至100 偏高 預料不會有急性的健康影響，但如果長時間在這空氣污染水平中，可能引致慢性不良影響。
101至200 甚高 患有心臟或呼吸系統(tǒng)毛病者的健康情況可能輕微轉壞，而一般人或會稍感不適。
201至500 嚴重 患有心臟或呼吸系統(tǒng)毛病者的健康情況可能會明顯地受影響，而一般人普遍會有不適的情況（例如眼睛不適、氣喘、咳嗽、痰多、喉痛等征狀）。
香港還通過統(tǒng)計各測點不同污染物的達標情況來表征全市環(huán)境空氣質量的變化。其中1小時、8小時和24小時濃度限值為短期空氣質量標準，3個月和1年濃度限值為長期。
1.3 小結
縱觀香港地區(qū)環(huán)境空氣監(jiān)測的相關規(guī)范與評價體系，可以總結出以下幾個優(yōu)點：
1、針對人口密集的城市特點，香港監(jiān)測站點分布更為合理和人性化。讓不同區(qū)域的市民都能準確及時地了解自身所處的空氣質量狀況，做好自身預防措施。
2、香港的環(huán)境空氣質量監(jiān)測標準所涉及的指標更為全面，標準的限值更為細致。不同時段的標準，對于監(jiān)測數(shù)據(jù)的綜合分析提供的更為詳盡的依據(jù)。
3、香港的環(huán)境空氣質量評價體系更為關注環(huán)境空氣質量對人體健康的影響，詳盡地列出了不同污染物達到高濃度時對健康構成的影響。這對于市民了解不同污染物的危害有警示作用。
2.美國
2.1 空氣監(jiān)測現(xiàn)狀
自1970年《清潔空氣法案》頒布生效以來，美國逐步整合各州資源建立起國家空氣監(jiān)測系統(tǒng)。全美大約4000個空氣監(jiān)測點位，分為：州和地方、國家和特定目的等三類監(jiān)測站。后來新增了光化學評估監(jiān)測站用于監(jiān)測臭氧化學前體物質。目前，全美監(jiān)測站規(guī)模和分布范圍取決于州和地方空氣污染控制部門的需要。有的著重于污染物高濃度和人口高密度地區(qū)，有些根據(jù)部門需要服務于特定研究。
2.2 空氣質量評價體系
最新修訂的美國《清潔空氣法案》制定兩類空氣質量標準：初級標準設定限值以保護公眾健康，包括敏感人群，如哮喘病人、老人。小孩等；次級標準設定限值保護公眾福利，包括減輕能見度降低以及對動物、植物、農作物和建筑的損害等。
美國采用空氣質量指數(shù)（AQI）評價每日空氣質量，依據(jù)臭氧、顆粒物、一氧化碳、二氧化硫和二氧化氮5種主要空氣污染物，告訴公眾空氣清潔或污染狀況以及可能對健康造成的影響。AQI被劃分為6個類別，詳見表2。
表2.美國空氣質量指數(shù)AQI等級劃分
AQI 健康關注水平 標注顏色
0～50 好 綠
51～100 中等 黃
101～150 對敏感人群不健康 橙
151～200 不健康 紅
201～300 極不健康 紫
301～500 危險 粟
AQI計算公式如下：
式中，為 污染物的指數(shù)值；為污染物的濃度值；為所在濃度區(qū)間的臨界值高值；為所在濃度區(qū)間的臨界值低值；為與對應的AQI；為與對應的AQI。AQI的值為根據(jù)各項污染物濃度計算的分指數(shù)的最大值。
2.3 小結
通過上述美國環(huán)境空氣監(jiān)測評價體系的相關資料，優(yōu)點如下：
1、美國的四類環(huán)境監(jiān)測站的側重點不同，針對性強。美國充分考慮了其國土面積廣闊，但人口分布極不均勻的特點。
2、特定目的監(jiān)測站并非固定站點，而是可改變和調整優(yōu)先次序的流動站點，這是受環(huán)境和資源限制的固定監(jiān)測網絡的有益補充。
3、美國的環(huán)境空氣質量監(jiān)測標準分級針對不同人群而設定。這樣既兼顧到特殊銘感人群的生存狀況，又適用于普通公眾。
3.英國
3.1 空氣監(jiān)測現(xiàn)狀
當前英國共有超過400個國家控制的空氣質量監(jiān)測點位，共同組成自動監(jiān)測網絡和手工監(jiān)測網絡。與自動監(jiān)測給出的即時濃度不同，手工監(jiān)測點位只監(jiān)測特定采樣周期（典型為一天或一月）的平均濃度。其中，城鄉(xiāng)自動網絡監(jiān)測點位在英國的分布情況見下表（截至2007年），運行概況見表3。
表3. 英國空氣監(jiān)測網絡運行概況
污染物 主要來源 點位數(shù) 覆蓋地區(qū)
關鍵詞：沙塵暴；浮塵；可吸入顆粒物
2010年春，我國出現(xiàn)一次規(guī)模較大的沙塵暴天氣。這次沙塵暴起源于中亞、我國西北部沙漠地區(qū),但是其路徑是通過我國黃海、東海,然后到達香港、珠江三角洲地區(qū)的。廣東省21個地級以上城市在3月15至21日API基本都在100以下，22日有部分城市API超出100，個別測站達到500以上，首要污染物均為可吸入顆粒物。粵東沿海是此次沙塵暴影響的重污染區(qū)，23日污染程度有所減輕，但仍較嚴重。深圳空氣質量繼2009年4月26日第一次受到北方沙塵暴天氣影響，再次受到了影響。南下的沙塵昨日染黃深圳的天空，令空氣污染指數(shù)升至有紀錄以來的最高位。全市平均空氣污染指數(shù)為289，屬中度重污染，福田、羅湖、鹽田和寶安區(qū)空氣質量為重度污染，主要污染物為可吸入顆粒物。這也創(chuàng)下近14年以來，深圳空氣污染的最高值。這次沙塵天氣對南方城市空氣質量的影響，引起了市民的廣泛關注。如何應對和改進現(xiàn)狀，促進我國空氣質量預報預警體系建設，為市民日常活動提供健康指引的一項服務；如何使預報預警信息更通俗易懂、更貼近民生，更好地服務社會，服務市民。2010年春出現(xiàn)的較大規(guī)模沙塵暴天氣給我省沙塵暴預警預報工作帶來一些思考。
一、沙塵影響廣東空氣質量的基本情況
這次北方沙塵天氣對廣東環(huán)境空氣質量的影響分四個階段，如圖1：迅速攀升階段：3月21日11時至3月21日16時，短短5個小時，首先受到北方沙城影響的粵東某市國控測點的可吸入顆粒物濃度由0.107 mg/m3升至到該站最高值0.862 mg/m3；高位穩(wěn)定階段：3月21日16時至3月22日12時，該國控測點的可吸入顆粒物濃度一直比較穩(wěn)定保持在0.8 mg/m3附近；逐步下降階段：3月22日12時至3月23日9時，該國控測點的可吸入顆粒物濃度降至0.467 mg/m3；迅速下降階段：3月23日9時至3月23日11時，2個小時內降至0.154 mg/m3，已經接近于沙塵暴影響前的濃度水平。
粵東某市區(qū)控制點可吸入顆粒物濃度
圖1粵東某市國控測點可吸入顆粒物濃度變化
這次沙塵暴突襲廣東，是由全省各地市空氣自動監(jiān)測網絡發(fā)現(xiàn)的，首先從粵東的汕頭站發(fā)現(xiàn)，隨后珠三角的廣州、東莞、深圳等市的空氣質量自動監(jiān)測站均監(jiān)測到沙塵天氣對可吸入顆粒物濃度的影響響，但氣象部門并沒有提前發(fā)出預警。環(huán)境監(jiān)測部門經過事后的各種資料分析，包括風場、衛(wèi)星遙感、環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)等資料，都證明這是由北方沙塵帶來的外來源引起的顆粒物濃度升高。但在這嚴重影響身體健康的惡劣天氣過程中，并沒有一個部門相關信息，讓市民得到相關的指引，這不得不引起我們的反思。
二、沙塵暴源區(qū)到廣東沿途城市可吸入顆粒物濃度演變分析
由于沙塵影響的區(qū)域東移南下,在沙塵暴源地到廣東沿途城市的可吸入顆粒物濃度先后出現(xiàn)異常快速上升, 1d內空氣污染指數(shù)升幅超過400,空氣質量級別急降多級,由優(yōu)、良天氣直接惡化到重度污染天氣,跨過輕微污染、輕度污染、
中度污染、中度重污染的逐步演變過程。由圖2可知,距離沙塵暴地區(qū)最近的西寧、蘭州空氣污染指數(shù)由 4月23日低于100,空氣質量為良,到 24日空氣污染指數(shù)突變超過500,空氣質量為重度污染, 25日浮塵南下影響成都、武漢,空氣質量也由24日的優(yōu)和良迅速惡化為重度污染,污染指數(shù)超過500;4月24～26日長沙空氣質量每天惡化2級,由24日優(yōu)到25日輕度污染到26日重度污染；廣東地區(qū)則比長沙推后1d,由25日良好到26日的輕度污染到27日中度污染。空氣污染指數(shù)的演變顯示,沙塵暴的影響從北往南減弱,各個城市都觀測到空氣中有明顯的浮塵。這是受沙塵暴的影響。
圖 2沙塵暴源區(qū)到廣東沿途城市空氣污染指數(shù)變化
三、深圳市的空氣質量預報預警會商機制
為了保障“綠色大運”的承諾，深圳經過該次北方沙塵的影響，已初步建立起了預報預警機制和信息機制。
1預報預警會商機制的建立
1.1與氣象部門無縫對接
環(huán)保部門和氣象部門擬定了兩個部門的合作協(xié)議，制定空氣質量預報會商、預警及信息方案，應急預案等五個合作方案。平常每天會商一次，大運期間每天三次；建立信息機制，兩個部門按照各自的職能相關信息。對于容易令群眾產生誤解的氣象數(shù)據(jù)和環(huán)境空氣質量指標，由聯(lián)席會議辦公室組織雙方會商，達成共識之后聯(lián)合,統(tǒng)一信息口徑和進行解釋。
建立了預報預警聯(lián)動機制。根據(jù)深圳市空氣污染現(xiàn)狀及氣象特征，將空氣質量預報預警劃分為3個等級，在出現(xiàn)極端不利氣象條件,或者出現(xiàn)灰霾天氣時,按照空氣質量預報預警等級，分別啟動相應的聯(lián)動。
1.2大運空氣質量保障深圳市空氣質量測報實施方案
爭取在省環(huán)保廳的統(tǒng)籌指揮下，實行空氣污染分區(qū)控制，以空氣污染指數(shù)為主要指標，以污染源為主要對象，以"管、限、停"為主要控制措施，最大程度保障極端不利氣象條件下大運會空氣質量。參照廣州亞運會的做法，提請市人大常委會授權政府有關部門，在大運會開幕前一定時間內或大運會期間，若遇到極端不利氣象條件、不利大氣污染物擴散，使我市空氣質量無法達到承諾要求時，將對工廠及機動車臨時減排措施作出安排，對到期未完成治理任務的企業(yè)實施停產或限產。編制完成《2011年第26屆世界大學生夏季運動會空氣質量保障聯(lián)防聯(lián)控措施方案》，將東莞市鳳崗鎮(zhèn)與深圳市一同列為空氣質量保障核心控制區(qū)域，將東莞市及惠州市列為空氣質量保障重點城市，確保鄰近城市共同推進大運會空氣質量保障聯(lián)防聯(lián)治工作。實施"五個一律"的強制性特殊空氣質量保障措施：一是超標排放的電廠機組一律停產，高排放機組限制上網；二是超標排放的工商業(yè)鍋爐和窯爐一律停產；三是超標排放VOC的企業(yè)一律停產；四是未安裝油煙凈化設施、未使用清潔燃料的飲食服務企業(yè)一律停產；五是易產生揚塵的相關工程一律停止作業(yè)。為全面、準確地監(jiān)測環(huán)境空氣質量，及時環(huán)境空氣質量信息，評估和測試環(huán)境空氣質量保障措施的效果，并為大運會期間環(huán)境空氣質量預報預警和采取污染控制應急措施提供技術支撐。
2信息機制的建立
2.1充實環(huán)境空氣質量信息機制，更好地服務社會，服務市民。
1）以API指數(shù)為依據(jù)，結合能見度、PM2.5的監(jiān)測情況和天氣情況，在預報信息中，給予市民需要注意的意見。
2）在極端不利天氣條件下，除了按規(guī)定信息和預報外，考慮增加信息指引，如在能見度低，PM2.5以下的微細粒子高的情況下，測報未來6小時API指數(shù)可能的變化情況，及時給予市民信息，提出要注意的事項。
3）在極端不利天氣條件下，及時啟動與氣象部門的應急會商，提高信息交流頻率，統(tǒng)一信息口徑，實現(xiàn)聯(lián)動和無縫對接。
四.建議
廣東省氣象部門目前并沒有建立起沙塵天氣的預警系統(tǒng)，因此，環(huán)保系統(tǒng)必須通過在全省范圍內建立起來的空氣自動監(jiān)測網絡，以省環(huán)境監(jiān)測中心為平臺，聯(lián)合全省各市環(huán)境監(jiān)測站，建立極端不利天氣條件下的信息通報機制、會商機制和機制，環(huán)保部門就能掌握主動，在出現(xiàn)極端不利天氣條件下，讓市民及時得到相關指引。
1）倡議各地級以上市在極端不利天氣條件下，加強環(huán)境空氣質量監(jiān)測信息的互動、交流，建立在極端不利條件下監(jiān)測站之間的會商機制，建立聯(lián)絡人制度。及時會商、分析原因，形成統(tǒng)一意見，突出我省環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)在空氣質量信息的權威地位，提高對社會的影響力。
關鍵詞：二氧化硫；氮氧化物；總懸浮顆粒物；空氣污染指數(shù)；空氣質量指數(shù)
1 引言
隨著人們環(huán)保意識的加強，已逐步意識到環(huán)境空氣對人體健康的影響。空氣中含有的污染物質危害很大，二氧化硫形成工業(yè)煙霧，高濃度時使人呼吸困難，是著名的倫敦煙霧事件的元兇；進入大氣層后，在云中形成酸雨，對建筑、森林、湖泊、土壤危害大；易形成懸浮顆粒物，又稱氣溶膠，隨著人的呼吸進入肺部，對肺有直接的損傷作用。氮氧化物刺激人的眼、鼻、喉和肺，增加病毒感染的發(fā)病率，例如引起導致支氣管炎和肺炎的流行性感冒，誘發(fā)肺細胞癌變；形成城市的煙霧，影響能見度；破壞樹葉的組織，抑制植物生長；在空中形成硝酸小滴，產生酸雨。城市大氣顆粒物含有各種有機污染物， 與呼吸器官疾病發(fā)病率甚至死亡率等諸多不利健康效應之間關系密切。總懸浮顆粒物(TSP)沉積在綠色植物葉面，干擾植物吸收陽光、CO2，放出O2和水分的過程，從而影響植物的健康和生長。殺傷微生物，引起食物鏈的改變，進而影響整個生態(tài)系統(tǒng)；遮擋陽光而可能改變氣候，這也會影響生態(tài)系統(tǒng)。
通過室內空氣質量評價可掌握室內空氣質量狀況及變化趨勢，展開室內污染的預測工作，評價室內空氣污染對健康的影響，弄清污染源( 如各種裝修材料、建筑涂料等)與室內空氣質量的關系，為建筑設計、衛(wèi)生防疫、控制污染提供依據(jù)。江蘇城市職業(yè)學院有3個校區(qū)，分別是定淮門校區(qū)，定淮門東校區(qū)，應天校區(qū)。本文正是基于校園空氣質量的重要性，在3個校區(qū)都現(xiàn)場采集空氣樣后帶回實驗室進行化學分析，對二氧化硫、 氮氧化物、總懸浮顆粒物這3項污染物進行了大量監(jiān)測采樣及分析在取得監(jiān)測樣本數(shù)據(jù)后，選擇相關評價方法對所調查的空氣環(huán)境質量做出分析評價。
2 采樣及分析方法
2.1 采樣方案
采樣時間為2010年4月，監(jiān)測點主要分布在江蘇城市職業(yè)學院3個校區(qū)校園中，具有一定代表性，能夠反映監(jiān)測范圍內空氣質量特征的地點，包括門衛(wèi)、學生宿舍、食堂、教學樓、實驗中心等5個點，采樣主要用空氣采樣器(流量為0~1L／min )、TSP采樣器進行現(xiàn)場監(jiān)測采樣，合理保存樣品后送往實驗室進行分析，并取得最后監(jiān)測數(shù)據(jù)。每個監(jiān)測點按空間大小不同設2~4個采樣點，均按小時平均濃度監(jiān)測，最終數(shù)據(jù)取其各采樣點數(shù)據(jù)的平均值。上午7點到晚上8點的數(shù)據(jù)代表白天測量值，其余數(shù)據(jù)代表夜晚測量值。
2.2 分析方法
根據(jù)校園環(huán)境的特點、實驗的可行性和代表性，本文主要對各監(jiān)測點二氧化硫、氮氧化物、總懸浮顆粒物污染物進行了監(jiān)測分析，所用監(jiān)測分析方法見表1。
表1室內主要污染物監(jiān)測方法
污染物監(jiān)測方法依據(jù)
二氧化硫四氯化鉀吸收――鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法GB/T16128-1995
氮氧化物改進的Saltzman法GB12373-90,GB15435
總懸浮顆粒物重量法
3 評價方法及指標
3.1 評價方法
為了全面、綜合地評價校園室內空氣的質量狀況，本文主要采用空氣污染指數(shù)法和空氣質量指數(shù)法對校園空氣質量進行綜合評價。我國目前采用的空氣污染指數(shù)(API)分為5個等級，API值小于等于50，說明空氣質量為優(yōu)，相當于國家空氣質量一級標準，符合自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其它需要特殊保護地區(qū)的空氣質量要求；API值大于50且小于等于100，表明空氣質量良好，相當于達到國家質量二級標準；API值大于100且小于等于200，表明空氣質量為輕度污染，相當于國家空氣質量三級標準；API值大于200表明空氣質量差，稱之為中度污染，為國家空氣質量四級標準；API大于300表明空氣質量極差，已嚴重污染。
根據(jù)我國空氣污染特點和污染防治重點，目前計入空氣污染指數(shù)的項目暫定為：二氧化硫、氮氧化物和總懸浮顆粒物。隨著環(huán)境保護工作的深入和監(jiān)測技術水平的提高，將調整增加其他污染項目，以便更為客觀地反映污染狀況。
某種污染物的污染分指數(shù)(Ii)按下式計算：
Ii=(ci-ci,j)(ci,j+1-ci,j)(Ii,j+1-Ii,j)+Ii,j.
式中：ci，Ii分別為第i種污染物的濃度值和污染分指數(shù)值；
ci，Ii,j分別為第i種污染物在j轉折點的極限濃度值和污染分指數(shù)值(查表 )；
ci,j+1，Ii,j+1分別為第i種污染物在j+1轉折點的濃度極限值和污染分指數(shù)值，
API＝max(I1,I2…Ii,…In)
空氣質量指數(shù)AQI是一種反映和評價空氣質量的方法，就是將常規(guī)監(jiān)測的幾種空氣污染物的濃度簡化成為單一的概念性數(shù)值形式、并分級表征空氣質量狀況與空氣污染的程度，其結果簡明直觀、使用方便，適用于表示城市的短期空氣質量狀況和變化趨勢。
API=imaxiav.
imax為質量分指數(shù)的最大值;
iav為質量分指數(shù)的平均值。
3.2 評價指標
國家通過大量的現(xiàn)場調研，確定室內污染物的種類、發(fā)生率及平均的污染水平，了解暴露――效應關系，確定可接受的效應水平，最終確定了適合我國國情的室內空氣質量標準 (GB／T18883-2002 )，因此室內污染物的評價都以此標準為評價指標，但因該標準中未規(guī)定TSP的標準值，而校園又屬于文教區(qū)，即環(huán)境空氣質量功能區(qū)中的二類功能區(qū)，所以對于污染物TSP的質量標準應執(zhí)行《環(huán)境空氣質量標準》(GB3095-1996)中的二級標準。
4監(jiān)測結果與分析
4.1 監(jiān)測結果
各監(jiān)測點測得樣本數(shù)據(jù)，見表2，經過計算處理后，用空氣污染指數(shù)法API對各污染物和監(jiān)測點空氣質量狀況評價，目前計入空氣污染指數(shù)的污染物項目暫定為：二氧化硫、氮氧化物和總懸浮顆粒物。該指數(shù)所對應的污染物即為該區(qū)域的首要污染物。當污染指數(shù)API值小于50時，不報告首要污染物。而此次監(jiān)測的污染物濃度，經計算API值均為51~100之間，空氣質量狀況均為良，可正常活動，首要污染物均為TSP。
表2 各監(jiān)測點污染物監(jiān)測結果
校區(qū)監(jiān)測地點SO2濃度て驕值/mg?m-3
白天夜晚
NOX濃度て驕值/mg?m-3
白天夜晚
TSP濃度て驕值/mg?m-3
白天夜晚
門衛(wèi)0.040 80.040 20.0430.0410.1490.141
應天學生宿舍0.020 10.020 10.0230.0230.0990.099
校區(qū)食堂0.050 70.042 20.0410.0310.1440.131
教學樓0.019 00.011 00.0120.0080.0360.031
實驗中心0.020 80.020 80.0310.0310.1310.131
門衛(wèi)0.050 70.050 10.0500.0460.1520.151
定淮門學生宿舍0.007 00.007 00.0060.0060.0440.044
東校區(qū)食堂0.050 20.050 20.0390.0390.1410.141
教學樓0.011 00.011 00.0090.0090.0330.033
實驗中心0.015 80.015 80.0280.0280.1210.121
門衛(wèi)0.051 20.051 10.0520.0490.1510.144
定淮門食堂0.050 70.040 70.0410.0350.1440.133
校區(qū)教學樓0.031 00.031 00.0220.0220.0640.064
實驗中心0.01080.01080.0210.0210.1190.119
各監(jiān)測點測得樣本數(shù)據(jù)經過計算處理后，用空氣質量指數(shù)法對各污染物和監(jiān)測點空氣質量狀況評價的結果如下表3所示。表中各空氣質量分指數(shù)的大小說明了每種污染物對各監(jiān)測點的污染程度，其值越大則污染程度越重。而空氣質量指數(shù)AQI則說明所有污染物同時存在時各監(jiān)測點的總體空氣質量狀況，其值越小空氣質量狀況越好。
表3 空氣質量監(jiān)測結果及評價
校區(qū)監(jiān)測地點ISO2INOXITSPAQI空氣質量狀況
門衛(wèi)0.0690.1730.990.63輕度污染
應天學生宿舍0.0300.0830.330.22基本達到清潔
校區(qū)食堂0.1800.2400.560.42未污染
教學樓0.0320.090.670.42未污染
實驗中心0.0400.0490.880.53未污染
門衛(wèi)0.0790.1830.980.65輕度污染
定淮門學生宿舍0.020.0730.230.16基本達到清潔
東校區(qū)食堂0.180.240.560.43未污染
教學樓0.0280.070.550.34基本達到清潔
實驗中心0.030.0390.760.46未污染
門衛(wèi)0.0750.1780.150.64輕度污染
定淮門食堂0.180.240.560.43未污染
校區(qū)教學樓0.0320.090.670.42未污染
實驗中心0.030.0380.780.47未污染
4.2 試驗結果分析
4.2.1 各監(jiān)測點污染物濃度比較
從表2中可以看出，SO2各測點的日平均濃度在0.007~0.0512mg/m3之間，各測點的日平均濃度均達到《環(huán)境空氣質量標準》(GB3095-1996)中的二級標準要求。氮氧化物各測點的日平均濃度在0.006~0.052mg/m3之間，各測點的日平均濃度均符合一級標準要求。總懸浮顆粒物各測點日平均濃度值在0.033~0.152mg/m3之間，各測點的日平均濃度均達到二級標準要求。
（1）應天校區(qū)SO2濃度值的變化趨勢是：食堂>門衛(wèi)>實驗中心>學生宿舍>教學樓，氮氧化物濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂>實驗中心>學生宿舍>教學樓，總懸浮顆粒物濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂>實驗中心>學生宿舍>教學樓。
(2)定淮門東校區(qū)SO2濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂>實驗中心> 教學樓>學生宿舍，氮氧化物濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂>實驗中心>教學樓>學生宿舍，總懸浮顆粒物濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂>實驗中心>學生宿舍>教學樓。
(3)定淮門校區(qū)SO2濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂> 教學樓>實驗中心，氮氧化物濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂> 教學樓>實驗中心，總懸浮顆粒物濃度值的變化趨勢是：門衛(wèi)>食堂>實驗中心>教學樓。
3個校區(qū)SO2、氮氧化物、總懸浮顆粒物白天夜晚變化趨勢均是白天濃度高于夜晚濃度。由于食堂使用燃料，會排放出一定量的污染物，以及門衛(wèi)靠近繁華道路，汽車尾氣的排放等因素，所以不同校區(qū)不同監(jiān)測點的監(jiān)測結果體現(xiàn)了一致性，即門衛(wèi)和食堂監(jiān)測點的SO2、氮氧化物、總懸浮顆粒物的濃度均是校區(qū)中濃度最高處。而教學樓和學生宿舍這2個監(jiān)測點濃度最低。定淮門東校區(qū)，教學樓、實驗中心、宿舍離交通干線較遠，而且校區(qū)植被綠化覆蓋率很高，所以3個校區(qū)中定淮門東校區(qū)，這3個監(jiān)測點的污染物濃度監(jiān)測值最低，而應天校區(qū)的宿舍區(qū)靠近馬路，所以污染物濃度檢測值相對其他校區(qū)而言較高。但是各個監(jiān)測點的環(huán)境污染指數(shù)值均為51~100之間，空氣質量狀況均為良，可正常活動，首要污染物均為TSP。可吸入顆粒物污染不容忽視。
4.2.2 各監(jiān)測點環(huán)境質量指數(shù)因素分析結果
分析表3可以得出以下結論，各個校區(qū)均是門衛(wèi)的監(jiān)測點污染最為嚴重，已是輕度污染，其余監(jiān)測點都是未污染。雖為未污染，但分析ITSP值，大多都是高于ISO2，INOx，而各空氣質量分指數(shù)的大小說明了每種污染物對各監(jiān)測點的污染程度，其值越大則污染程度越重，所以用AQI進一步驗證API，結論相同，就是3個校區(qū)內均是可吸入顆粒物污染嚴重。而實驗中心的空氣質量分指數(shù)雖很低，但由于應天校區(qū)實驗室內各種儀器、 揮發(fā)性藥品的大量存在，定淮門校區(qū)和定淮門東校區(qū)的計算機實驗中心，大量計算機的使用，使得實驗中心的總懸浮顆粒物濃度較高，因此實驗中心的環(huán)境改善不容忽視。而冬季，門窗緊閉，宿舍空間小，更易造成TSP污染加重，所以要特別注意通風，改善宿舍辦公室教學樓的TSP 污染情況。
5 結語
在所有監(jiān)測點取得樣本中， 對校園的空氣質量綜合評價結果討論后 ， 得出3個校區(qū)SO2、氮氧化物、可吸入顆粒物白天夜晚變化趨勢均是白天濃度高于夜晚濃度。3個校區(qū)應天校區(qū)的空氣質量略次于定淮門校區(qū)和定淮門東校區(qū)。3個校區(qū)空氣質量狀況均為良，可正常活動，首要污染物均為TSP。AQI分析結果與API分析結果一致，就是3個校區(qū)內均是可吸入顆粒物污染嚴重。3個校區(qū)，均是門衛(wèi)和食堂污染較為嚴重，AQI分析結果顯示門衛(wèi)屬于輕度污染區(qū)域。
參考文獻：
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中國標準出版社第二編輯室.大氣質量分析方法國家標準匯編.北京:中國標準出版社，2002.
Comprehensive Evaluation of Atmosphere Quality in Jiangsu City College
Dai Zhaoxia1,2,Chen Hairong2,WangShihe1
（1.School of Civil Engineering,Southeast University,Nanjing 211100,China;
2.Department of City Science,Jiangsu City College,Nanjing 210017,China）
這幾天，我圍繞我們周圍的空氣受污染的程度以及空氣污染對人類身體健康的危害等方面問題進行了調查。我根據(jù)珠海周圍的環(huán)境特點和所發(fā)現(xiàn)的問題，上網進行了調查。從調查情況來分析，我們周圍的空氣是受到了污染。污染源主要是工廠煙囪排放的黑煙，機動車輛排出的尾汽。這些污染源排放出來的什么污染物呢?對人們的健康有什么危害呢?我查閱了有關資料，懂得了許多有關空氣污染的知識。
大氣中的主要污染物有一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物以及顆粒物。它們在空氣中的含量若是超過一定的標準，就會危害人們的健康。空氣污染指數(shù)小于50，說明空氣良好，污染物濃度小于環(huán)境空氣質量標準中的一級標準限值，為一級優(yōu)，符合自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)等一些需要特殊保護地區(qū)的空氣質量要求空氣污染指數(shù)大于50，小于100，表明空氣質量一般污染物濃度小于環(huán)境空氣質量標準中的二級標準限值，為二級良好，符合城鎮(zhèn)居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、一般工業(yè)區(qū)和農村地區(qū)的空氣質量要求。
防治大氣污染，控制污染排放是改善空氣質量的根本措施，其主要途徑有：工業(yè)合理布局，搞好環(huán)境規(guī)劃改變能源結構、推廣清潔燃料、使用清潔生產工藝，減少污染物排放強化節(jié)能，提高能源利用率、區(qū)域集中供暖供熱強化環(huán)境監(jiān)督管理和老污染源的治理，實施總量控制和達標排放嚴格控制機動車尾氣排放等。
空氣污染問題十分嚴重，應該怎么辦呢?我建議：
(1)搞立體綠化，擴大綠化面積，可以搞無土栽培。植物有過濾各種有毒有害大氣污染物和凈化空氣的功能，樹林尤為顯著，所以綠化造林是防治大氣污染的比較經濟有效的措施。
(2)解決燃料問題，盡量使用太陽能等無污染或污染小的能源。
(3)多組織宣傳活動，咨詢活動，增強人們的環(huán)保意識。
(4)組織同學利用雙休日到街道、市場、廣場撿垃圾，保持環(huán)境整潔。
今天的我們是明天社會的主人，保護和改善周圍的環(huán)境，是我們這代人義不容辭的責任和義務。我們要從我做起，從身邊的小事做起，做環(huán)保的有心人，注意節(jié)約資源，回收廢品，多參加環(huán)保活動，多植樹，多種花，做一個名符其實的環(huán)保小衛(wèi)士吧!
當我們遭遇“霾”伏，還能不能進行體育鍛煉？對于這個問題，一起來聽聽運動醫(yī)學專家的建議吧。
權衡利弊 合理安排
甘肅省體育科研所研究員王東良認為，堅持健身有必要，空氣有污染的時候則應采取一些措施進行保護。“健身不能因噎廢食，”長期從事高原訓練和國民體質監(jiān)測研究的王東良說，但這里面有個權衡利弊的問題，解決問題的關鍵，就是用科學方法，采取必要措施，盡可能減輕污染對身體的傷害。“如果給出一個針對性的建議，我認為只能是減少室外活動，選擇在體育場館里健身，”王東良說，空氣污染較重時，不適宜在戶外進行劇烈運動，比如踢足球、打籃球和長距離跑步。
他還給出兩條建議，第一是選擇好時間段，一天當中空氣污染程度并不相同，清晨霧氣中含有較多的有害化學物質、塵埃和病菌，地面空氣污染重，因此日出前不適宜運動；第二是適度，健身“貴在適宜、重在堅持”，每個人應根據(jù)自己的體質安排運動量。
“其實，等太陽出來再健身，健身掌握住度，這些都是基本常識，不管空氣質量如何都需要注意。只不過在污染較重的空氣狀況下，這些方面的重要性更為突出罷了，”王東良說。甘肅省體工一大隊全民健身綜合館副館長劉海生也認同這種觀點。他說，沒必要因空氣不好而干脆放棄健身，但要注意運動強度應與污染程度成反比。
外出運動看空氣質量
專家建議，喜愛戶外運動的人，除了關心天氣晴雨外，最好多關注空氣質量，根據(jù)空氣污染指數(shù)和空氣質量狀況，決定是否外出運動。
根據(jù)空氣污染指數(shù)（API）不同，空氣質量狀況分為優(yōu)、良、輕度污染、中度污染、重污染。空氣質量狀況為優(yōu)、良時，市民可正常活動。空氣質量狀況為輕微污染、輕度污染時，易感人群癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀，建議心臟病和呼吸系統(tǒng)病患者應減少體力消耗和戶外活動。空氣質量狀況為中度污染時，心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運動耐受力降低，健康人群中普遍出現(xiàn)癥狀，建議老年人和心臟病、肺病患者應停留在室內，并減少體力活動。空氣質量狀況為重污染時，健康人群運動耐受力降低，有明顯強烈癥狀，提前出現(xiàn)某些癥狀，老年人和病人應當留在室內，避免體力消耗，一般人群應盡量減少戶外活動。
不妨試試“蝸居”運動
成都體育學院運動系教師田川建議說，可以選擇在室內進行健身運動。如果是在家中，沒有健身器材，可以做徒手健身操、瑜伽等鍛煉。田川介紹說，“做完常規(guī)的熱身運動后，可以進行原地高抬腿，而提腿的力度和頻率要根據(jù)身體狀況來決定，其對于保持平衡感、增強腿部肌肉力量很有好處。或者做側撐運動，讓身體側躺，用肘部支撐，將前臂觸地并同身體垂直，臀部抬起，使腋窩到腳踝形成一條直線。每側支撐15-30秒左右。住樓房的人，則可以選擇登樓梯的方式來運動。”
田川還補充說：“除了健身操，人們熟知的俯臥撐、原地慢跑、跳繩等運動方式都能很好地起到鍛煉身體的效果。如果條件允許，也可以到健身房。首選騎固定自行車，其不僅讓神經系統(tǒng)更加敏捷，還能提高心肺功能，增強下肢肌肉力量。自行車對內臟器官的耐力鍛煉效果與游泳和跑步相當，一般進行20分鐘左右比較適宜。”
關鍵詞：大氣污染；氣象條件；空氣污染指數(shù)
中圖分類號：X51
文獻標識碼：A 文章編號：16749944（2016）08005204
1 引言
隨著城市規(guī)模的不斷擴大、工業(yè)和交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，導致人類生存的大氣環(huán)境日趨惡化，霧霾天氣時有出現(xiàn)，嚴重危害人類的健康。大氣污染已成為全世界最為關注的環(huán)境問題之一，評估一個國家、一個城市的現(xiàn)代化水平，環(huán)境質量日益成為了一個重要的參考依據(jù)[1]。空氣污染指數(shù)（API）[2]使公眾對空氣污染水平有相對直觀的了解，是依據(jù)大氣污染物的濃度計算出來的。一般來說，大氣質量監(jiān)測單位會監(jiān)測幾種大氣污染物質分別計算對應的指數(shù)，然后在指數(shù)中選取最大的值為最終的空氣污染指數(shù)值。不同的地方計算空氣污染指數(shù)的方法和原則不盡相同。在我國，監(jiān)測控制的大氣污染物質包含：可吸入顆粒物（PM10）、O3、NO2、SO2等[3]。
2 研究現(xiàn)狀
我國關于氣象條件對空氣質量的影響也做過相關的研究，例如孫韌、劉長霞等在海洋性氣候對天津市濱海地區(qū)空氣質量的影響及預報中，統(tǒng)計分析了影響濱海地區(qū)天氣形勢，將天氣形勢分為不同的區(qū)域，得出不同大氣形勢產生不同的氣象條件，從而影響環(huán)境空氣質量的結論[4]。趙惠芳、楊建東等對晉江市2006年到2007年內的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)及同一時期氣象數(shù)據(jù)資料研究分析，得出在副熱帶高壓、冷空氣和臺風等天氣形勢影響下，大氣質量相對較好[5]；在入海高壓后部偏東氣流、弱冷空氣影響后期等天氣形勢的作用之下，空氣質量輕微污染[6]。王淑云、節(jié)江濤等基于滄州市2002年6月1日到2004年5月31日的環(huán)境空氣質量及與之對應的氣象資料也做過相關研究。楊義彬也在收集數(shù)據(jù)的基礎上對成都市的空氣質量與溫度、風速、大氣逆溫、降水等相關關系作了系統(tǒng)的分析研究。王宏、林長城等將影響福州市的天氣條件分為十個等級，并與其對應的空氣質量資料結合，分析了不同天氣形勢對于空氣質量的影響[7]，研究結論顯示地面倒槽和鋒前暖區(qū)是最不利于大氣污染物質分散的天氣型，空氣質量相對較好的天氣形式是低渦鋒面和臺風。山義昌、徐太安等的研究結果顯示有些污染物濃度隨季節(jié)和天氣條件的變化較大[8]，另外，霧、濃煙、浮沉等也是空氣污染的重要因素。
3 研究內容
本次研究主要是依據(jù)安徽蕪湖、安徽馬鞍山、江西九江、湖南常德和福建泉州5個城市三年的空氣質量狀況及與之對應的天氣條件的數(shù)據(jù)資料，從風速對API的影響、風速對主要污染物的影響和降水對API的影響三方面來分析影響空氣質量的氣象條件的。
本文研究的空氣質量數(shù)據(jù)來源于國家環(huán)保部網站公布的空氣質量公報，氣象資料來自于網絡上獲得的歷史天氣資料查詢結果。使用數(shù)據(jù)的時間跨度為2011年2月到2013年12月。
4 數(shù)據(jù)分析
4.1 風速對API的影響
分別分析5個城市風速對API指數(shù)的影響。以下的圖1～圖5為5個城市不同風速條件的API對比情況。
如圖1，不同的風速下，馬鞍山市API主要集中在50～100區(qū)間內。最小值在25附近，最大值在150左右。且由圖1還可以看出， 在微風時對應的API數(shù)值最大，在另外兩種情況下，API數(shù)值近似相等，且異常值隨著風速的增大逐漸減少。如圖2，在不同的風速下，蕪湖市的API數(shù)值相對集中且變化幅度很小，都集中在50～75附近。最大值為25，最小值為100。另外，與馬鞍山市的情況類似，隨著風速的增大，異常值的個數(shù)相對應地減少。如圖3，可以看出泉州市API數(shù)值在不同風速下，變化范圍不大。隨著風速的增大，API數(shù)值相對應的降低，但是在不同風速下最大值和最小值都近似相同，最大值約為15，最大值為100。另外，異常值總體上偏少。總的來說，相對于上面兩個城市，泉州市的空氣質量較好。如圖4所示，不同風速下常德市API數(shù)值變化范圍趨于穩(wěn)定，在40左右。同時也可以看出，在大于5級的風速條件下，API的數(shù)值相對于前兩種情況下較大，這是由于風速大于5級的情況的天數(shù)很少，所以其API的值代表性較差，也就是說，這些值不具有一般性的規(guī)律。另外，在不同風速下API最大值和最小值呈現(xiàn)跳躍性變化；在微風的情況下，對應的異常值較多，其他兩種情況，幾乎無異常值。
分析風速對九江市API的影響圖5可以看出九江市常年風力穩(wěn)定，無較大級風（大于5級）。相對于3～4級風而言，微風時API的數(shù)值較集中，變化范圍小。同時，兩種情況下的最大值近似相同，都在80附近，但最小值有所變化，微風時API對應的最小值約為25，3～4級風對應最小值為10左右。另外還可以看出，微風是對應的異常值較多。
總的來說，風速增大會導致空氣質量好轉，表現(xiàn)在平均值（中位數(shù)）下降和極端污染日的減少。
4.2 風速對主要污染物的影響
表1列出了這5個城市風速（微風、3～4級、大于5級）和主要污染物情況對應天數(shù)的比例。表1中的列表方式類似于二元概率分布表。例如馬鞍山分表中的“二氧化硫”一行中“3～4級（%）”一列的值為0.09，代表風速為3～4級并且主要污染物為二氧化硫的天數(shù)占總天數(shù)（研究時間段的總天數(shù)）的比例為0.09%。所以馬鞍山子表中的3行3列數(shù)據(jù)加起來應該為100%。但是由于空氣質量數(shù)據(jù)有缺失值，所以3行3列數(shù)據(jù)加起來不足100%。
分析表1中數(shù)據(jù)可以得出如下結果。
馬鞍山市：在3～4級風的條件下，空氣質量相對較好，而在風速大于5級時，無主要污染物對應的天數(shù)比例最少；風速對污染物二氧化硫的影響不明顯，在不同的風速下，二氧化硫污染對應的天數(shù)比例相同；在風速小于5級時，風速的變化對可吸入顆粒物的影響不大，但當風速大于5級時，對應的可吸入顆粒物污染天數(shù)比例顯著降低。
蕪湖市：風速大于5級時，無主要污染物對應的天數(shù)比例最少，空氣質量相對于其他兩種風速下較差，而在風速為3～4級時，空氣質量較好的天數(shù)相對多一些；在微風的氣象條件下，主要污染物為二氧化硫的天數(shù)比
例相對較多，當風速大于微風時，主要污染物為二氧化硫的天數(shù)比例相對較少，且維持穩(wěn)定；主要污染物為可吸入顆粒物的天數(shù)比例在微風時相對較大，風速大于微風時對應的天數(shù)少很多。
泉州市：風速小于5級時，無主要污染物的天數(shù)比例相對較多，空氣質量較好，而當風速大于5級時，無主要污染物的天數(shù)比例急劇降低，變化較大；泉州市只在風速為微風時出現(xiàn)主要污染物為二氧化硫的天氣，且所占的天數(shù)比例也相對較低；當風速小于5級時，主要污染為為可吸入顆粒物的天數(shù)比例相對較大，且維持穩(wěn)定，但當風速大于5級時，對應的天數(shù)比例降低。
常德市：當風速小于5級，空氣流動相對穩(wěn)定時，無主要污染物天數(shù)比例相對較大，而當風速大于5級時，無主要污染物天數(shù)比例顯著降低；常德市當風速為3～4級時主要污染物為二氧化硫的天數(shù)比例最高，而當風速為微風和大于5級時，所對應的天數(shù)比例相對較少，且兩種情況下，兩者相差不大；主要污染物為可吸入顆粒物所對應的天數(shù)比例在風速小于5級的兩種風速條件下，所占的比例最大，且在兩種風速下對應的比例相差不大，當風速大于5級時，主要污染物為可吸入顆粒物的天數(shù)比例急劇降低。
九江市：和前幾個城市的情況大致相同，九江市在風速小于5級時，無主要污染物對應的天數(shù)比例相對較大，空氣質量較好，而當風速大于5級時，所對應的天數(shù)比例變化明顯，下降幅度較大；當風速為3～4級時，主要污染物為二氧化硫的天數(shù)比例對應較大，而在另外兩種風速下，所對應的比例都較風速為3～4級時小，且兩者對應的比例相同；主要污染物為可吸入顆粒物所對應的天數(shù)比例也和前幾個城市所對應的情況大致相同，當風速小于5級時，所對應的比例較大，但當風速大于5級時，所對應的天數(shù)比例迅速降低。
4.3 降水對API的影響
圖6～10分別列出了5個城市降水對API的影響情況，由于降水情況較復雜，本次只從收集的數(shù)據(jù)中選取了無雨、小雨、中雨、大雨具有代表性的降水情況來研究。
從圖6可以很明顯地看出隨著降雨量的逐漸增大，馬鞍山市對應的API數(shù)值逐漸遞減，呈逐級遞減的趨勢，可能原因為雨水對污染物質的吸附作用；同時，隨著降雨量的遞增，API數(shù)值也越來越集中。在無雨的天氣條件下，由于可以影響API的因素較多，所以對應的API異常值較多；還可以看出，隨著降雨量的遞增，API的最大值也在逐級遞降，最小值相對于最大值較穩(wěn)定。
分析降水對蕪湖市API的影響圖7，可以看出當降雨量在大雨以下時，前三種降雨量下所對應的API數(shù)值大小變化幅度不大，同時，數(shù)值的集中范圍也相對穩(wěn)定，變化不明顯；而當大雨時，API數(shù)值的變化范圍變大，可能原因為大雨天氣出現(xiàn)的概率較低，其API的數(shù)值不具有代表性，也就是說不具有一般規(guī)律性。另外，也可以看出最大值在逐級降低，但最小值變化無規(guī)律，變化較大；異常值的數(shù)量也隨著降雨量的增大，逐漸減少，API數(shù)值逐漸穩(wěn)定。
如圖8所示，可以看出隨著降雨量的逐漸增大，泉州市API的數(shù)值總體上呈下降的趨勢，只在中雨的天氣條件下出現(xiàn)一點波動；同時也可以發(fā)現(xiàn)，隨著降雨量的增加，API數(shù)值的范圍也在一點點增大，逐漸分散，但總體變化范圍相對集中；在無雨的天氣條件下，API數(shù)值最大值和最小值相差最大，最大值為100，最小值20左右；且也和前兩個城市類似，在無雨的天氣條件下，出現(xiàn)異常值較多。
分析降水對九江市API的影響箱形圖9可以看出，隨著降雨量的增大，API數(shù)值總體上呈下降趨勢，但是下降趨勢不是很明顯，總體變化不是太大，且隨著降雨量的增大，API數(shù)值的變化范圍也不是很明顯，相對穩(wěn)定；無雨的條件下，API的最大值和最小值相差最大，在小雨和大雨的情況下，最大值和最小值相差較少；同時，在無雨時，異常值相對較多。
從圖10可以看出，常德市的API數(shù)值隨著降雨量的逐漸增大而呈降低的趨勢，但在大雨時出現(xiàn)一些波動，這是因為大雨天氣出現(xiàn)的概率較低，其API數(shù)值不具有一般性規(guī)律；另外，API數(shù)值集中范圍變化不太明顯，總體上都比較集中；在無雨和中雨的條件下API最大值和最小值相差較大，大雨時最大值和最小值相差最小，也是在無雨時出現(xiàn)的異常值較多。
5 結論
通過對安徽蕪湖、安徽馬鞍山、江西九江、湖南常德和福建泉州5個城市三年的空氣質量和所對應的氣象條件的數(shù)據(jù)分析能夠定量的得出空氣質量與氣象條件之間存在著一定聯(lián)系。得出如下結論：針對5個所選城市風速對API的影響的分析可知，同一城市隨著風速的增大，API數(shù)值總體呈降低的趨勢，可能原因為風加速了空氣的流動，有利于污染物質的擴散；從風速對主要污染物的影響分析研究可知，風速的大小與無主要污染物天數(shù)比例呈負相關，風速較大時（大于5級），無主要污染物對應的天數(shù)比例較小；隨著風速的增大，可吸入顆粒物為主要污染物的天數(shù)比例總體呈降低的趨勢；隨著降雨量的增大，由于雨水對空氣污染物質的吸附作用，API總體呈逐漸降低的趨勢。
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重慶市位于我國內陸西南部，長江上游地區(qū)，地跨東經105°11'-110°11'、北緯28°10'-32°13'之間，是青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，冬暖夏熱，雨量充沛。風向隨季節(jié)交替變化顯著，平均風速小（1～2米/秒），靜風頻率高，達到29.4%。靠近地面產生的污染物較難擴散，容易產生酸雨。此外，重慶市區(qū)人口密度大，秋冬季節(jié)“積累型”產生的空氣污染出現(xiàn)頻率較高，對公眾健康影響較大。雖然2010年，主城空氣質量優(yōu)良天數(shù)為311天，但壓力依然存在。
本文以《環(huán)境空氣質量標準》（GB3095-2012）、《重慶市環(huán)境質量報告書（2006-2010年）》中公布的數(shù)據(jù)為依據(jù)，對主城區(qū)（渝中區(qū)、南岸區(qū)、江北區(qū)、大渡口區(qū)、九龍坡區(qū)、沙坪壩區(qū)、巴南區(qū)、渝北區(qū)、北碚區(qū)、北部新區(qū)）的大氣污染因子二氧化硫（SO2）、可吸入顆粒物（PM10）、綜合污染指數(shù)以及大氣污染物排放總體變化情況對全市主城區(qū)5年來（2006-2010年）大氣環(huán)境質量變化進行分析，并從大氣污染防治技術、管理等方面提出對策。
1 重慶市主城區(qū)空氣質量概況
1.1 空氣點位
至2010年底，全市主城區(qū)設有自動監(jiān)測點位15個，郊區(qū)縣城鎮(zhèn)設空氣自動監(jiān)測點40個。監(jiān)測頻次為24小時連續(xù)監(jiān)測，監(jiān)測的項目主要是二氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、可吸收入顆粒物、臭氧、一氧化碳。
1.2 監(jiān)測方法
監(jiān)測方法中二氧化硫為紫外熒光法、一氧化氮為非分散紅外法、二氧化氮為鹽酸萘乙二胺分光光度法、可吸入顆粒物為重量法、臭氧為紫外光度法。
1.3 重慶市主城區(qū)SO2、NO2、可吸入顆粒物變化情況
根據(jù)《重慶市環(huán)境質量報告書（2006-2010年）》公布的數(shù)據(jù)顯示（見圖1），2006-2010年全市二氧化硫和可吸入顆粒物濃度呈逐年下降趨勢。二氧化氮濃度總體變化較為平穩(wěn)，2010年略有回升。與2005年相比，2010年的二氧化硫、二氧化氮和可吸入顆粒物年均值分別下降了34.2%、18.8%、15.0%。空氣質量狀況是整體趨穩(wěn)向好，空氣質量優(yōu)良率呈現(xiàn)出逐年增加趨勢。雖然主城區(qū)及全市的環(huán)境質量得到較大改善，但主城區(qū)及部分縣區(qū)可吸入顆粒物年均濃度未達標，灰霾天氣出現(xiàn)的概率高等。
1.4 重慶市空氣污染指數(shù)變化情況
通過檢測結果來看，重慶市主城區(qū)空氣綜合污染指數(shù)從2006年以來一直呈現(xiàn)出下降趨勢，與2005年相比，2010年主城區(qū)綜合污染指數(shù)下降為23.5%。采用Daniel趨勢檢驗的Spearman軼相關系數(shù)，對這一階段重慶市主城區(qū)各污染物濃度和綜合污染指數(shù)進行趨勢分析后發(fā)現(xiàn)，二氧化氮濃度在置信水平95%時呈顯著下降趨勢；在置信水平95%和99%時，可吸入顆粒物、二氧化硫和綜合污染指數(shù)均呈顯著下降趨勢。以上說明主城區(qū)的空氣環(huán)境質量得到了明顯改善。
2 重慶市空氣污染原因分析
2.1 地理及氣象原因
重慶市主城區(qū)屬于典型的“山城”，主城的核心區(qū)又是被銅鑼山、縉云山等分割包圍，靜風平率高、風速較小，這些獨特的地理條件和氣象條件都不利于污染物的擴散，極易形成灰霾天氣。
2.2 經濟發(fā)展迅速，能源消耗大
重慶市的能源結構主要是以煤為主，其中高硫煤平均含硫率為3.5%。產業(yè)結構中仍以重化工業(yè)為主導致了全市能源消耗和污染物排放的強度較大。據(jù)權威部門預計，到“十二五”末全市的二氧化硫、氮氧化物的新增排放量將達到20.2萬噸和10.3萬噸。能源消耗總量將突破1億噸標準煤。
2.3 機動車保有量增速較快。
機動車氮氧化物排放量的增加將會增加城市大氣環(huán)境中的二氧化氮、一氧化碳以及臭氧濃度。2006年，重慶市機動車保有量為96.29萬輛，2010年達到了272.74萬輛，增長了183.25%。預計2015年將達到656.94萬輛。2010年機動車尾氣的氮氧化物排放量為10.61萬噸，預計到“十二五”末達到25.56萬噸，累計增幅將達到140.9%，機動車保有量的快速增加將會給空氣環(huán)境帶來一定壓力。
3 對策
3.1 增加環(huán)境容量
環(huán)境容量是一種客觀存在的有價資源，它和能源、礦產、森林、土地等資源一樣，是經濟發(fā)展的重要支撐性資源[1]。為了有效地管理這種資源，在減少污染物排放的基礎上，還需要通過管理和技術的手段有效增加城市的環(huán)境容量[2]。為此，市委市政府以及相關環(huán)境職能管理部門應通過經濟杠桿來調控區(qū)域環(huán)境容量的合理分配，并對超容量的經濟發(fā)展方式要加大監(jiān)控力度，推行容量和總量雙重控制措施。
3.2 調整能源使用結構
目前，大氣環(huán)境的主要污染物還是由燃燒產生的[3]。因此，應在全市范圍內積極推廣使用清潔能源，如積極推廣發(fā)展水利發(fā)電、使用風力發(fā)電和氫燃料電池汽車等清潔能源，加大清潔能源研發(fā)的資金投入。通過能源使用結構的調整，減少污染物排放量
3.3 做好機動車廢氣污染防控
氮氧化物主要是來自汽車的尾氣排放，因此，針對重慶市主城區(qū)的大氣污染物中的氮氧化物污染問題，要在進一步加強汽車尾氣治理工作基礎上，大力發(fā)展公共交通，優(yōu)化公交系統(tǒng)的配置，設置公交專線，提高服務質量，充分提高公交的運營效率，吸引公交乘客，減少私人車輛[4]。
3.4 加大環(huán)境監(jiān)督力度
政府要加大對環(huán)境監(jiān)測基礎設施的投入力度，提升環(huán)境監(jiān)測的科技含量，在全市范圍內建立完善的大氣預警監(jiān)測網絡。要培養(yǎng)一支高素質的環(huán)境監(jiān)測和執(zhí)法隊伍，提高執(zhí)法水平。此外，要充分運用社會力量來加大對城市環(huán)境中的違法違規(guī)行為的全方位監(jiān)督，完善由政府、市場、技術、公眾共同參與下的監(jiān)督體制機制建設。
4 結論
2006-2010年來，全市主城區(qū)大氣環(huán)境取得了明顯改善，主要污染物二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物等等濃度呈現(xiàn)出較大幅度的改善。從整體情況來看，可吸入顆粒物呈下降態(tài)勢，二氧化硫時有波動變化但基本穩(wěn)定。但是隨著全市經濟的快速發(fā)展，資源能源的需求與消耗迅速上升，伴隨著全市工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程的加快，環(huán)境保護面臨的形勢依然有相當壓力。因此，全市社會各界應堅持牢固樹立科學發(fā)展觀，走經濟發(fā)展和環(huán)境保護相協(xié)調的可持續(xù)性發(fā)展之路，把節(jié)能減排和節(jié)能降耗擺在突出位置抓落實，才能使全市“十二五”時期的空氣質量取得更加顯著的改善。
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［關鍵詞］機動車保有量；空氣質量；回歸分析；主成分分析
［中圖分類號］X506［文獻標識碼］A［文章編號］1005-6432（2014）22-0127-03
1數(shù)據(jù)的收集與處理
機動車保有量、空氣質量達到及好于二級的天數(shù)、北京市人均GDP等數(shù)據(jù)均來自中國統(tǒng)計年鑒1998―2012年的監(jiān)測資料,空氣污染指數(shù)(API)來自北京市環(huán)境保護局2008―2012年檢測資料。運用Excel、SPSS等軟件對數(shù)據(jù)進行處理,運用抽樣統(tǒng)計、一元線性回歸分析、曲線估計、主成分分析、因子分析對數(shù)據(jù)進行分析。
2數(shù)據(jù)的分析
21人均GDP與機動車保有量的關系
圖1北京市機動車保有量與人均GDP比較
圖2北京市機動車保有量與API
圖3機動車保有量與空氣質量低于二級的天數(shù)
由圖1可以看出,北京市人均GDP從1998―2011年,一直處于不斷增長狀態(tài),年平均增長率為1360%,到2011年,已經超過了80000元。同時,人均GDP與機動車保有量呈正相關,即隨著人均GDP的增長,機動車保有量也在增長。
22北京市機動車保有量與空氣污染指數(shù)的關系
由圖2可以看出,2008―2012年,北京市機動車一直處于不斷增長的趨勢,年平均增長率達到1472%,其中2011年達到最高為2217%,短短四年內,機動車數(shù)量增長了將近一半。
北京市自2008年開始報道API指數(shù),通過抽樣方式,抽取北京市東城區(qū)東四、西城區(qū)官園、海淀區(qū)植物園、海淀北部新區(qū)、朝陽區(qū)奧體中心、朝陽區(qū)農展館、豐臺區(qū)豐臺花園等7個具有代表性的地區(qū),將它們在2008―2012年每月5日、10日、15日、20日、25日、30日(2月記錄5日、10日、15日、20日、25日、28日或29日)的API數(shù)據(jù)記錄下來,再求其年平均,作為北京市API的年度平均值。結果顯示,空氣污染指數(shù)(API)在2008―2009年這一年內,呈現(xiàn)上升趨勢,2009―2010年,幾乎保持不變,但自2010年起到2012年,空氣污染指數(shù)有所下降,降幅達到1618%。
運用SPSS軟件,首先將二者標準化處理,消除單位對其結果的影響,對機動車保有量與API作曲線估計,以API為因變量Y1,機動車保有量為自變量X1,得到二者有二次函數(shù)關系,其相關系數(shù)R2達到0999之高,sig值為0001,具有顯著性。方程如下：y1=-1911x21+1931x1-0475。另外,基于國家統(tǒng)計年鑒的與機動車尾氣排放的污染物相關且影響API指數(shù)的NOx和PM10的數(shù)據(jù),以機動車保有量為因變量,分別對NO2和PM10做一元線性回歸分析,得機動車保有量與NOx相關系數(shù)為0836,機動車保有量與PM10相關系數(shù)為0793。所以,機動車保有量對API指數(shù)有影響。然而,觀察近幾年的數(shù)據(jù)變化知,隨著機動車數(shù)量的增加,API指數(shù)并沒有保持持續(xù)增長的趨勢。通過大量查找相關文獻后,筆者認為這一結果主要受益于國家近幾年出臺的環(huán)境保護政策,例如2008年4月1日實施的《中華人民共和國節(jié)約能源法》提出國家鼓勵節(jié)能環(huán)保型汽車的開發(fā)、生產,將舊的交通運輸工具更新、報廢,鼓勵使用清潔型燃料等；2006年11月29日,北京市環(huán)保局《北京市“十一五”時期環(huán)境保護和生態(tài)建設規(guī)劃》并認真實施,在2010年完成任務的同時,繼續(xù)落實“十一五”階段控制大氣污染的措施,并加強對機動車排放的監(jiān)管工作,將機動車尾氣排放對環(huán)境污染程度保持在可控制范圍等。
23機動車保有量與空氣質量低于二級的天數(shù)的關系
圖4PM25和PM10日平均比較
圖5NO2日變化情況
圖6SO2與NOx的年均值對比
由圖3可知,從2003―2011年,隨著人均GDP的增加,北京市機動車保有量也在不斷增加,2004―2009年機動車增長比較穩(wěn)定,增長率處于14%左右,2009―2011年增長相對較快,兩年內增長突破百萬輛。空氣質量低于二級的天數(shù)從2003年到2009年一直呈現(xiàn)下降趨勢,但從2009年開始保持基本不變。利用二次回歸分析,二者經過標準化處理。將空氣質量低于二級的天數(shù)作為因變量Y2,機動車保有量作為自變量X2,得二者的相關性系數(shù)達到0934,擬合度十分高,sig值為0001,具有顯著性。得到方程：y2=0459x22-1094x2-0413,但結果顯示,機動車保有量越多,空氣質量低于二級的天數(shù)卻越來越少,表明空氣質量越來越好,這一結果表明機動車的增長對空氣質量的改善有利,顯然有違常理。查閱相關資料得到,自2004年1月1日起,北京對機動車的尾氣排放標準由現(xiàn)在的歐洲I號改為歐洲Ⅱ號；2008年,則正式實施歐洲Ⅲ號標準；2010年,部分排放標準在污染物排放限值下與歐Ⅳ標準完全相同。因此,隨著機動車的增加,政府制定相關政策來解決機動車尾氣排放給環(huán)境帶來的壓力,將尾氣污染控制在一定的限度內,因而空氣質量并沒有隨著機動車數(shù)量的增多而不斷惡化,政策在機動車增加的過程中對空氣質量的穩(wěn)定乃至改善發(fā)揮了巨大的作用。
24對影響相關空氣質量的相關因子進行分析
筆者記錄了2013年10月22日至11月12日的每天8:00、12:00、18:00 三個時間段的北京市氣象局播報的PM10、PM25、SO2、NOx 等指標。
241PM25與PM10的關系
通過對所記錄的數(shù)據(jù)進行分析,我們發(fā)現(xiàn),PM25與PM10的變化無論是從時間點還是從每天的均值來看,幾乎是同步的,以二者的日平均為例,PM25基本處于高于或等于PM10的水平,計算這22天不同時刻的PM25含量均值,得出早上最大,其次中午,含量最少的是傍晚,PM10也呈現(xiàn)相同的變化規(guī)律。對PM25與PM10作曲線擬合,得到二者存在二次函數(shù)關系,且擬合程度較高,R2達到0872。因此,可以用PM10的數(shù)據(jù)作為代表,分析其與機動車保有量之間的關系,作為對機動車保有量與PM25和PM10之間的研究。
242NO2日濃度變化
圖5是22天內NO2在不同時刻的折線圖,從圖中可以看出,NO2的含量波動不大,整體呈現(xiàn)早上最低,中午稍高,傍晚最高。從實際出發(fā),早上8:00正處于上班早高峰時期,車流量較大,排出的污染物質也隨著車流量的增多而增多,由于部分機動車仍在繼續(xù)使用,NO2的含量在白天處于不斷累積的狀態(tài),直到晚上6:00迎來的晚高峰,車流量短時間內迅速增多,造成道路擁堵,燃料燃燒不盡從而排出包括NO2在內的大量污染物,這也說明了為什么NO2在傍晚含量比其他時候都要多。由于NO2是空氣污染物之一,其來源的一個重要途徑就是機動車尾氣排放,因此,對機動車的有效治理及限量限行限排是控制NO2在空氣中的含量的重要方法,也是改善空氣質量的一個重要切入點。
243SO2與NO2的年度變化
由圖6可以看出,SO2大致呈現(xiàn)降低趨勢,相關資料表明主要是由于工廠從市區(qū)遷往郊外偏遠地區(qū)以及大面積“煤”改“電”導致SO2在市區(qū)含量不斷減少。NOx的變化不穩(wěn)定,但總體趨勢向下,其含量主要與機動車以及采暖的排放有關。
25利用主成分分析法對機動車與空氣質量指標進行分析主成分分析可以將原來眾多的具有一定相關性的指標,組成一組新的相互無關的綜合指標來代替原來指標。實際問題中,在不損失太多信息的情況下,選前幾個方差最大的主成分來代替原指標,既起到了降維的作用又抓住了主要矛盾,有利于問題的分析與研究。
251主成分的指標的選取
我們選取影響空氣質量的SO2,NOx,年均溫度,年均濕度,年均光照,人均GDP產值,機動車保有量，PM10八個因子,由于每個因子數(shù)據(jù)單位的不同,事先將每組數(shù)據(jù)進行了標準差標準化處理,以消除單位帶來的影響。
252數(shù)據(jù)處理
根據(jù)中國統(tǒng)計年鑒以及北京市環(huán)境公報公布的數(shù)據(jù),選取北京市2003―2012年人均GDP、年均濕度、年均氣溫、年均光照、SO2、NOx、民用汽車總量、PM10等指標,為了消除各個指標的原始數(shù)據(jù)量綱不同,采用正態(tài)標準化的數(shù)學變換(這里采用標準差標準化)。經變換后各指標的均值為0,標準差為1。
253基于SPSS 的主成分分析
對選取的8個因子進行主成分分析,不僅可以降維,還可以對這8個因子綜合影響力進行打分,得到它們的排名。SPSS 在調用Factor Analyze 過程進行分析時,會自動對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。以各主成分的方差貢獻率ai作為權數(shù),構造綜合評價函數(shù)F=f1a1+f2a2+f3a3。主成分分析結果如下表所示：
主成分分析結果年份經濟濕度氣溫綜合影響20032125-0107017413042004-0358-0630-0544-04162005-0681-11220102-0636200607090996-085705352007-214732300576-05822008-08530459-0029-04332009-118600750570-064320101803-1675006007702011-0127-0524-0458-024220120713-070204060343成分因子1因子2因子3x1-0952-01860154x20391-08690164x3023901690955x4-041608670025x509890040-0078x609060160-0105x7-0948-01170007x8096101950045
通過主成分分析,將每個成分里的因子做歸納總結,以每個成分的權重系數(shù)絕對值最大的因子為代表,可以分為三個成分:經濟因素、濕度光照、氣溫環(huán)境因素。它們的方差貢獻率分別為612%、206%、125%,由此可見經濟因素起著重要的作用。同時,機動車、人均GDP二者對空氣質量呈負相關,但SO2、NOx對空氣質量的關系,反而呈現(xiàn)正相關,這與實際設想情況不符,如前所述,筆者認為相關環(huán)保政策的實施對SO2、NOx帶來了有利的控制,致使它們對空氣質量單方面的影響不能很好地體現(xiàn)在上述模型中。
3結論
伴隨著人均GDP的增長,機動車保有量也在不斷地增長,它對空氣質量的影響也是不容忽視的,控制機動車保有量,調節(jié)使用率,并且規(guī)范機動車排放的標準,會對空氣質量的改善十分有利。NO2的排放問題與機動車的保有量、使用率是息息相關的,需要通過政府制定政策和加強環(huán)境保護宣傳力度、強化人們的環(huán)保意識來改善。根據(jù)北京市的空氣質量在時間空間上的變化規(guī)律,適當調整機動車的使用率是可嘗試的新方案之一。
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關鍵詞：工廠空氣污染；檢測技術；指標；治理
前言：
當今社會，大氣環(huán)境的優(yōu)良成本已成為保障人民群眾生活質量的有力因素，但是隨著社會的發(fā)展，我國工廠每年平均排放的二氧化碳已經高達1800余噸、排放的煙塵和粉塵也都高達1100余噸。城市工廠生產作業(yè)所造成的污染物已經成為城市大氣污染重要因素。在工業(yè)生產過程中產生的SO2、SO3和NO2等物質，經排放混入空氣后會對城市居民的健康造成不良影響。如果工廠所排放的粉塵等污染物的直徑比5μm還要小，在經過長期漂浮后，能夠很輕易的被人類吸入體內。基于上述情況，進行改善工廠所帶來的大慶污染問題已經變得刻不容緩，所以，現(xiàn)階段急需在工業(yè)發(fā)展的同時，及時的進行工業(yè)生產中的空氣進行檢測工作。從而有效排除其他影響因素，嚴格遵循大氣污染實際情況，按照相關規(guī)定進行對大氣的治理工作，始終從科學、可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，合理、有效的進行采取檢測和治理措施，從而優(yōu)化人類賴以生存的大氣環(huán)境。
1.空氣污染
空氣污染指數(shù)（AirpollutionIndex，簡稱API），是將常見的幾類污染物進行簡化形成概念性指數(shù)值的單一形式，可分級表示不同空氣的污染程度以及質量狀況。可以用于研究城市工廠在一段時間內空氣污染情況，和下一階段的變化趨勢。其中主要造成污染的空氣污染物有：煙塵、總懸浮顆粒物、可吸入懸浮顆粒物（浮塵）、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧、揮發(fā)性有機化合物等。中國計入空氣污染指數(shù)的項目暫定為：二氧化硫、氮氧化物和總懸浮顆粒物。
2.工廠大氣污染類型
2.1二氧化氮排放
根據(jù)《環(huán)境空氣質量標準》的修訂要求，在第三次修訂后二氧化氮的二級標準年日均值已經從80mg/m3改為40mg/m3。由衛(wèi)星監(jiān)控數(shù)據(jù)可知，二氧化氮排放越多的地區(qū)，其經濟往往越發(fā)達，該地區(qū)的工廠數(shù)量相比其他地區(qū)相對較多。在我國，二氧化氮污染程度最為嚴重、污染面積最大的地區(qū)為東部沿海地區(qū)，這些經濟發(fā)達、工業(yè)水平較高的地區(qū)，同時隨著相關產業(yè)的不斷發(fā)展，大量的生產加工使得空氣污染情況不弱反增。另外，根據(jù)國家環(huán)保部門對空氣污染情況的通告，僅今年來，就氮氧化物、二氧化硫、氨氮、化學需氧量排放量的整體檢測結果來看，其他污染物有下降趨勢，但氮氧化物排放量卻整體上升了6.17%，這也是由于工廠所排放的污染物中，二氧化氮所占比例較大所造成的。
2.2顆粒污染物
以2011年我國環(huán)境保護部門進行的環(huán)境調查為例：現(xiàn)階段，有55.8%的城市PM10的濃度在70μg/m3～100μg/m3之間，又有19.7%的城市其PM10濃度出現(xiàn)了大于100μg/m3的情況，我國PM1的正常值在0μg/m3～100μg/m3區(qū)間內，也就是說在我國19.7%的城市中PM10的含量嚴重不合格。但如果以國家環(huán)境空氣質量標準進行劃分，我國中部和東部大多數(shù)城市PM10濃度已經出現(xiàn)二級超標的問題，而僅有西南部少數(shù)經濟不發(fā)達城市符合環(huán)境了二級標準，這主要是由于加工生產行業(yè)在我國經濟發(fā)展中占有很大比例，經濟發(fā)達的中部和東部地區(qū)具有較多的生產工廠，這些工廠在生產過程中所排放的顆粒污染物，使得臨近城市，空氣環(huán)境變差。而東南部地區(qū)由于身處內陸，經濟發(fā)展遲緩，生產工廠并沒有大量開辦，但這樣的城市在中國僅占2%不到。在工廠生產、加工過程中所產生的廢渣、廢氣中含有較多顆粒物污染物，如果不進行及時的檢測和治理，在經濟發(fā)展過程中，PM10中細顆粒物比例對越來越高。
3.空氣污染物檢測分析
在進行空氣污染物檢測時，采集空氣樣品會受到采集地點風向、溫度等環(huán)境因素的影響，有可能會造成最后所檢測出的污染物含量常在檢測下限之下，同時，工廠的空氣組成成分比較復雜，所以檢測人員在進行采集空氣樣品和選擇檢測方式時，需要謹慎進行。
3.1樣品采集
根據(jù)工廠空氣樣品的不同，在進行空氣采集時，可以選擇進行全空氣采樣或捕集空氣采樣，同時空氣采樣動力的差異，又可將采樣工作分為主動采樣以及被動采樣。
進行全空氣采樣需要使用金屬罐進行空氣樣品的整體采集，這樣可以在采集過程中，避免吸附劑采樣的穿透和分解，同時又可以對其種類進行分析。使用的采集容器包括Summa金屬罐和Silco金屬罐以及Tedlar袋。從而可以實現(xiàn)樣品全空氣采集，并且可以不用使用熱解析以及溶劑解析技術，所進行采集的空氣樣品也可以重復性的進行檢測、分析。使檢驗工作更加具有穩(wěn)定性，不用再進行現(xiàn)場校準工作。但是采用全空氣采樣同樣，存在一些缺陷，例如：采集過程中還不能更加準確的排除非目標化合物，在使用Tedlar袋進行樣品采集時，其樣品保留時間不可大于24～48h，同時全空氣采集需要比較高額的前期投資和技術支持。
采用捕集空氣采樣法，需要借助捕集劑進行采樣。其中最常用的為固體吸附劑，這一方法將利用活性炭、硅藻土等物質的吸附作用，對空氣進行采集工作。整體吸收效率較高、性能穩(wěn)定，并且采集方法便利、儲存和運輸工作適應性較強。在進行工廠地區(qū)的空氣污染物檢測樣本采集工作中，固體吸附法適應法使用頻率較高。
被動采樣法是利用空氣擴散原理，同時借助3M徽章式采樣器，進行空氣采集工作。這一方法較為簡單，操作過程較為輕便，主要是由于所采用的采用器具為徽章式，其具有半透膜和180mg活性炭板，總體積較小，重量較輕、采集時攜帶也比較便利，只需要利用呼吸帶持續(xù)采樣，就可以進行空氣采樣工作。
3.2樣品檢測
利用氣相色譜法進行檢測空氣成分，是現(xiàn)階段檢測工作中最常使用的一種，具有一定的先進性。其選擇使用的檢測器，不再是價格較高的氫火焰離子化檢測器（GC-FID），改用氣相色譜-質譜聯(lián)機的四極質量檢測器（GC-MS）進行空氣成分的檢測工作。在應用過程中，檢測人員會在載氣的推動下，將混合物在色譜柱上進行分離工作，再各自進入氣相色譜-質譜聯(lián)機的四極質量檢測器（GC-MS）內進行檢測工作。通過這一方式，可以檢測出工廠生產區(qū)域內的絕大多數(shù)的空氣成分，這也是目前檢測工廠大氣成分最為有效的方法之一，其對于復雜物質的分離測定具有絕對優(yōu)勢。
離子色譜法進行對空氣中含有的無機物進行檢測，可以一次性的分析出空氣多種組成成分，在進行檢測時，需要先把無機物轉變?yōu)殡x子溶液，從而再將色譜柱內的離子進行分離，利用離子種類差異中的電導率差異進行檢測，從而完成工作。
進行檢測工作，還需要在工廠內部確定固定的檢測點，通過檢測技術，對其空氣污染物污染情況進行明確。下文以我國中部某城市工廠檢測數(shù)據(jù)為例，進行分析：
通過成分檢測，可以得出廠區(qū)具體空氣成分組成，以廠區(qū)東（一車間）為例，二氧化硫日均值為0.017mg/L，氮氧化物日均值為0.003mg/L，PM10日均值為0.114mg/L，根據(jù)已經得出的數(shù)據(jù)，進行推算該廠區(qū)的空氣污染情況。根據(jù)PM10的實測濃度（0.114mg/L）進行計算可以得出：
從而得出PM10的污染指數(shù)為82；
其它污染物的指數(shù)分別為I=17（SO2），I=2（NOx）。從而得出廠區(qū)東（一車間）的空氣污染物指數(shù)為：
檢測結果為：廠區(qū)空氣質量程良性，主要污染物為PM10。
4.工廠大氣污染控制策略
4.1煙塵治理技術
針對大氣污染較為嚴重的廠區(qū)，需要及時對污染情況進行治理，其中可采用煙塵治理技術，在這一技術的應用過程中，主要可使用到機械除塵器和過濾式除塵器。其中，機械除塵器可以利用機械力（重力、離心力）將空氣中漂浮法粉塵狀物體進行分離，進而對工廠地區(qū)的空氣進行凈化，其去除率為50%至80%，主要治理5μm以上的塵粒，并且在治理過程中具有一定的經濟效益。而過濾式除塵器，在治理空氣污染過程中，可直接對直徑1μm的塵粒進行祛除，其整體除塵總效率較高，經驗證，最高時可達到100%的除塵率。
4.2二氧化硫治理技術
利用二氧化硫治理技術進行治理，主要可采用重油脫硫法，這一方法利用加氫脫硫催化的方式，將重油中存在的硫化物分子的碳硫鍵進行斷裂，從而將其轉換為簡單固體化合物或其他其他，使得污染物更為容易的從重油中進行分離。
結束語：
進行工廠空氣污染檢測工作時，要根據(jù)空氣污染物的特征和特性，注意好空氣采樣過程中細節(jié)性問題，避免使得空氣成分的出現(xiàn)改變，保證空氣污染物檢測的可靠和準確公路。檢測人員需要在空氣污染物檢測技術應用中表現(xiàn)出較高的專業(yè)水準的同時，還要更多的該地區(qū)工廠以往檢測數(shù)據(jù)的情況，盡最大努力將空氣環(huán)境改良做到最好，最大程度的保證工廠地區(qū)的空氣質量安全。針對在工廠生產過程中主要出現(xiàn)的空氣污染物問題，要及時的檢測和解決，避免空氣安全隱患，制定出有實用價值的大氣治理方案。從而保證工廠空氣污染物檢測和治理技術的現(xiàn)實意義，保證我國大氣環(huán)境的安全，維護工廠生產人員和周邊城市居民的身體健康。
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實時準確的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)是開展環(huán)境管理和科學研究活動的基礎，全國環(huán)境監(jiān)測總站以及各地環(huán)境監(jiān)測中心已積累了大量的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)資源，包括國控、省控、市控等地表水、飲用水監(jiān)測數(shù)據(jù)，大氣質量和酸雨監(jiān)測數(shù)據(jù)，功能區(qū)和道路噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)[1]。這些數(shù)據(jù)資源是環(huán)境管理、應急決策和生態(tài)文明建設的重要支撐數(shù)據(jù)，如何利用現(xiàn)代化信息技術，對這些數(shù)據(jù)資源進行科學的管理、挖掘分析和可視化表達，充分發(fā)揮它們在環(huán)境管理、環(huán)境應急決策中的作用，促進環(huán)境友好型社會，是各地環(huán)境保護的必然要求。與此同時，基于這些數(shù)據(jù)資源，結合GIS技術，通過一種靈活可定制的手段自動適應國家環(huán)保部、省、市對生態(tài)文明城市、生態(tài)省、生態(tài)城市環(huán)境質量評價分析的需求，提供環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學管理、高效查詢、自適應與多維評價、監(jiān)測數(shù)據(jù)空間化等功能，實現(xiàn)“一套數(shù)據(jù)、多種應用”，減輕各地環(huán)境監(jiān)測中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析人員的負擔，實現(xiàn)科學、高效和直觀形象的環(huán)境質量評價分析，為環(huán)境管理和保護決策提供輔助支撐。
GIS以其強大的數(shù)據(jù)處理、分析計算功能，在環(huán)境領域得到了廣泛的應用[2]。21世紀以來，國家環(huán)保部組織開發(fā)了國家環(huán)境監(jiān)測信息系統(tǒng)(NESMIS)。隨著GIS技術在環(huán)境領域的廣泛結合使用，在監(jiān)測數(shù)據(jù)審核分析與評價系統(tǒng)開發(fā)上也取得較大的發(fā)展[3]。目前環(huán)境監(jiān)測信息化建設方面仍存在的主要問題有：①環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的審核及分析應用仍過多依賴工作人員的經驗，監(jiān)測數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的開發(fā)與應用仍較缺乏[4];②難以滿足不同時空尺度的環(huán)境質量評價和成果的定制化展示;③難以靈活滿足不同評價標準、評價部門對環(huán)境質量評價的需要;④監(jiān)測數(shù)據(jù)和評價分析結果無法實時展現(xiàn)在GIS地圖上等[3]。針對這些問題，為實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)科學、高效、直觀形象的環(huán)境質量評價分析，筆者開發(fā)設計了一種靈活的、可適應不同環(huán)境保護主管部門、不同評價標準和評價時空尺度的環(huán)境監(jiān)測信息管理與分析系統(tǒng)。
1環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)模型分析
環(huán)境監(jiān)測的對象通常包括污染源和環(huán)境質量狀況兩方面。環(huán)境監(jiān)測包括水環(huán)境、大氣環(huán)境、噪聲環(huán)境3大類型，水環(huán)境又分地表水、飲用水、近岸海域;大氣環(huán)境又分空氣質量、大氣降水質量;噪聲環(huán)境又分區(qū)域、功能區(qū)、交通道路。地表水數(shù)據(jù)包括：河流地表水、湖庫地表水、近海海域地表水監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及水期代碼、水域功能類別、湖庫類型、中國海區(qū)代碼、重點海域代碼、近岸海域水質標準分類、近岸海域水質標準限值等輔助數(shù)據(jù)。空氣環(huán)境數(shù)據(jù)包括：大氣監(jiān)測點基本信息、大氣質量監(jiān)測數(shù)據(jù)、大氣降水監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及行政區(qū)域代碼、監(jiān)測點級別類型、空氣環(huán)境質量標準分類、空氣監(jiān)測項目標準限值、空氣污染指數(shù)計算參數(shù)、空氣污染指數(shù)分類、酸雨強度分級等輔助數(shù)據(jù)。噪聲環(huán)境數(shù)據(jù)包括：噪聲監(jiān)測點基本情況、區(qū)域定期監(jiān)測噪聲、道路交通噪聲、功能區(qū)噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及噪聲測點類型、噪聲功能區(qū)類型、噪聲聲源類型等輔助數(shù)據(jù)等[5]。
環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫通常包含4個部分：共用的數(shù)據(jù)庫表(系統(tǒng)運行，水環(huán)境、空氣環(huán)境、噪聲環(huán)境質量評價時都需要的數(shù)據(jù)庫表)、水環(huán)境監(jiān)測與評價數(shù)據(jù)庫表、空氣環(huán)境監(jiān)測與評價數(shù)據(jù)庫表以及噪聲環(huán)境監(jiān)測與評價數(shù)據(jù)庫表。共用數(shù)據(jù)庫主要存放系統(tǒng)運行所需要的基礎字典表，以及水、空氣、噪聲環(huán)境質量評價時都需要的公共數(shù)據(jù)庫表。地表水監(jiān)測與質量評價數(shù)據(jù)庫表主要由地表水水質監(jiān)測原始表、地表水水質監(jiān)測字典表及取值說明、地表水水質評價表和近海海域水質監(jiān)測原始表、字典表及取值說明、評價數(shù)據(jù)庫表構成。空氣質量監(jiān)測與評價數(shù)據(jù)庫表主要由空氣質量監(jiān)測原始表、空氣質量評價字典表及取值、空氣質量評價表構成。噪聲質量監(jiān)測與評價數(shù)據(jù)庫表主要由噪聲環(huán)境監(jiān)測原始數(shù)據(jù)表、噪聲環(huán)境字典表及取值、噪聲環(huán)境質量評價表構成。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫構成見圖1。
2環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與評價業(yè)務流程
環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與綜合分析系統(tǒng)業(yè)務流程總體上分為以下4個階段(圖2)：
(1)數(shù)據(jù)導入管理階段。該階段系統(tǒng)管理員分配好系統(tǒng)
操作的用戶和權限后，數(shù)據(jù)管理員從已有的國家系統(tǒng)(或環(huán)境自動監(jiān)測數(shù)據(jù)庫)中導入環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。
(2)評價分析模板定制階段。該階段環(huán)境質量統(tǒng)計分析人員利用系統(tǒng)進行水環(huán)境質量、空氣環(huán)境質量、噪聲環(huán)境質量評價分析模板的定制，主要定制參與評價的環(huán)境指標、評價標準等。
(3)環(huán)境質量評價分析階段。該階段環(huán)境質量評價分析人員利用系統(tǒng)進行按月、季、年或任意時間的站位、區(qū)域等層次的水環(huán)境、空氣環(huán)境、噪聲環(huán)境質量評價和變化趨勢分析。
(4)評價結果可視化輸出階段。評價結束后，通過表格、統(tǒng)計圖表或地理空間圖層，對評價結果進行可視化表達。基于環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)和評價結果，根據(jù)隱含的監(jiān)測點空間位置信息，利用GIS技術，對環(huán)境監(jiān)測點及其評價分析結果進行空間化處理，動態(tài)生成空間圖層，從而實現(xiàn)環(huán)境質量監(jiān)測和評價分析結果的可視化。
3環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與評價分析系統(tǒng)設計
3.1系統(tǒng)開發(fā)的核心業(yè)務分析
系統(tǒng)開發(fā)的核心業(yè)務是對地表水環(huán)境質量、飲用水環(huán)境質量、空氣環(huán)境質量、噪聲環(huán)境
質量等進行評價分析。
3.1.1地表水分析評價。能夠按月、季度、水期、年或任意期范圍進行監(jiān)測因子質量評價、站位水質評價、市控以上站位水質評價、水系水質評價、湖庫水質評價、近岸海域監(jiān)測因子水質評價、近岸海域站位水質評價、近岸海域功能區(qū)水質評價;可生成全市地表水水質類別分布圖、地表水功能達標狀況分布圖、近岸海域水質狀況圖，能開展污染因子及綜合污染指數(shù)趨勢分析。具體需求評價因素較多，不一一贅述。如站位水質評價因素包括站位水質類別、水質達標率、水質達標否、達III類標準率、達III類標準否、綜合污染指數(shù)、主要污染指標及最大超標倍數(shù)等。
3.1.2飲用水水質評價。能夠按月、季度、水期、年或任意期范圍進行單個飲用水站位水質評價、水源地100%達標站位數(shù)及比例、污染因子及綜合污染指數(shù)趨勢分析等，除計算地表水通用因子外，還要計算飲用水專用指標。具體需求評價因素較多，不一一贅述。如單個飲用水站位水質評價因素包括28項指標達標率、16項指標達標率、超標項目和頻次、項次達標率、均值超標因子、水質類別等。
3.1.3大氣環(huán)境質量評價。能夠按月、季度、年及任意時間進行評價;評價指標主要是二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物、降塵，具體為能進行測點/區(qū)域空氣質量評價、測點/區(qū)域空氣日報、測點/區(qū)域降水質量評價，能生成全市降水酸雨強度分布圖，能進行污染因子及綜合污染指數(shù)趨勢分析。
3.1.4噪聲質量評價。能夠對功能區(qū)、區(qū)域和交通噪聲進行評價;能開展功能區(qū)噪聲質量評價、區(qū)域噪聲質量評價，交通噪聲質量評價;可生成市區(qū)區(qū)域噪聲聲級分布圖、交通噪聲聲級分布圖。
3.2系統(tǒng)邏輯結構
系統(tǒng)以實用性、穩(wěn)定安全性、靈活擴展性、易操作性為設計原則。系統(tǒng)的總體架構縱向上下至上依次為基礎設施層、數(shù)據(jù)資源層、功能層和用戶層。環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與評價分析系統(tǒng)邏輯結構見圖3。
3.3系統(tǒng)功能體系
為了實現(xiàn)系統(tǒng)總體目標，系統(tǒng)包括5大功能體系模塊：系統(tǒng)定制模塊、數(shù)據(jù)導入管理模塊、環(huán)境質量評價模塊、環(huán)境質量時空特征分析模塊和統(tǒng)計輸出模塊。系統(tǒng)功能體系見圖4。
4寧波市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與評價分析系統(tǒng)的實現(xiàn)
基于上述的分析設計，以寧波環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與分析為例，實現(xiàn)了寧波市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與評價分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于C/S結構，在.NET環(huán)境下，采用C#開發(fā)語言，ArcEngine地理信息組件編程實現(xiàn)，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL Server。運行環(huán)境：Windows 2003 Server或Windows 2000 professional/XP等操作系統(tǒng)，ArcGIS Engine Developer Kit等GIS軟件，SQL Server 2000或SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及.Net Framwork2.0。
寧波市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與評價分析系統(tǒng)實現(xiàn)了環(huán)境質量評價分析定制、基于表格的評價分析結果定制、多年變化分析以及評價分析結果GIS表達。主要分為以下7種功能。
(1)基礎功能。包括系統(tǒng)登錄、用戶管理、切換年份、修改密碼、評價模板管理(增加、刪除、編輯模板)、地表水站位評價模板、樣式管理功能，如圖5。
(2)數(shù)據(jù)管理功能。包括監(jiān)測數(shù)據(jù)導入、近岸海域數(shù)據(jù)導入、飲用水數(shù)據(jù)導入、數(shù)據(jù)編輯、監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽功能。
(3)水環(huán)境質量評價分析功能。包括飲用水質量評價分析(圖6)、地表水環(huán)境評價、湖庫水環(huán)境評價、近岸水域水質評價分析功能。飲用水、地表水、湖庫水環(huán)境評價主要實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、水質評價功能，水質評價是指根據(jù)評價模板及其他參數(shù)能完成飲用水、地表水、湖庫水數(shù)據(jù)評價及評價結果查看功能，能實現(xiàn)評價結果的導出、打印功能。如圖7所示，近岸海域水質評價功能主要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、近岸海域數(shù)據(jù)的評價及評價結果查看功能;并可根據(jù)提供多年數(shù)據(jù)的比較分析進行地表水、湖庫水水質變化分析功能，系統(tǒng)提供了表格、折線圖、柱狀圖等多種分析方式。其他部分的變化分析功能與此相同。
(4)大氣環(huán)境質量評價分析功能。該模塊實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、空氣質量評價、大氣降水評價、空氣質量變化分析功能，上述功能均能完成數(shù)據(jù)評價及評價結果查看功能，如圖8所示。質量變化分析分析內容豐富，其中空氣質量變化分析包括空氣質量日報、空氣質量日報綜合統(tǒng)計、測站空氣質量日報統(tǒng)計、監(jiān)測因子濃度、監(jiān)測因子百分位濃度值、綜合污染指數(shù)、空氣污染指數(shù)、大氣降水內容。
(5)聲環(huán)境質量評價分析功能。該模塊實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算、功能區(qū)噪聲和區(qū)域噪聲及交通噪聲質量評價功能。功能區(qū)噪聲主要分析功能區(qū)噪聲的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析出噪聲數(shù)據(jù)、晝夜等效聲級圖及功能區(qū)噪聲趨勢;區(qū)域噪聲主要分析區(qū)域噪聲數(shù)據(jù)及區(qū)域噪聲趨勢;交通噪聲主要分析交通噪聲數(shù)據(jù)及交通噪聲趨勢。
(6)GIS地圖功能。如圖9所示，地圖操作主界面主要分為3部分：地圖顯示區(qū)域、圖層控制區(qū)域和地圖工具條區(qū)域。也可實現(xiàn)圖層符號設置、注記設置和圖層屬性表查看等圖層控制操作，可實現(xiàn)地圖保存、地圖縮放、移動、視圖、信息查看、增加圖層、圖片輸出打印等地圖基本操作。
(7)環(huán)境質量專題圖功能。環(huán)境質量專題圖主要是利用GIS的地圖展現(xiàn)方式，將環(huán)境的日常監(jiān)測數(shù)據(jù)以及分析匯總數(shù)據(jù)進行專題展示，從而讓用戶對監(jiān)測數(shù)據(jù)和分析結果有更加直觀的認識，便于領導進行宏觀決策。環(huán)境質量專題圖主要分為水環(huán)境質量專題圖、空氣環(huán)境質量專題圖和噪聲環(huán)境質量專題圖3大部分。
5結語
充分利用環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)揮其最大價值是環(huán)境保護管理、決策和預測預警的緊迫要求。該研究在系統(tǒng)分析環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)模型、環(huán)境質量評價業(yè)務流程的基礎上，研發(fā)了基于地理信息技術的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與評價分析系統(tǒng)。該系統(tǒng)在寧波市環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)管理與分析中的應用表明，系統(tǒng)基本實現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學管理、高效查詢、自適應與多維評價的功能，實現(xiàn)了對不同時間、空間尺度的環(huán)境質量進行實時地評價分析和形象表達的功能。
【關鍵詞】AO；可視化；氣溶膠
【Abstract】Particulate matter has become the primary pollutant of the province’s major cities. As an aerosol substance， it has been a main target of ambient air quality monitoring. The technology of the satellite remote sensing can dynamic monitor the aerosol optical depth and other key index factors to further monitor the haze， dust and other air pollution phenomena. Complexed remote sensing technology and ground data， this paper gives the visualization of the process of air quality in the form of distribution and change of status API index， through the GIS secondary development tools， reaching the goal of macroscale reflect the regional distribution of the province’s air quality and pollution.
【Key words】Arc Object； Visualization； Aerosol
1 研究背景
近年來，尤其是秋冬季節(jié)我省絕大多數(shù)城市的首要污染物是顆粒物，其作為氣溶膠物質的一種長期以來一直是空氣環(huán)境質量監(jiān)測的主要對象，同時也是空氣污染指數(shù)評價的重要因子。利用衛(wèi)星遙感技術通過動態(tài)監(jiān)測氣溶膠光學厚度（Aerosol Optical Depth，簡稱AOD）等關鍵指標因子，能夠有效解決地面固定觀測站空間覆蓋度不夠等問題[1]，并可進一步輔助監(jiān)控灰霾、沙塵等空氣污染現(xiàn)象。
氣溶膠光學厚度（AOD）被定義為介質的消光系數(shù)在垂直方向上的積分，是描述氣溶膠對光的衰減作用的主要因子。它是目前可以得到的氣溶膠數(shù)據(jù)中覆蓋范圍最廣、較準確的一種數(shù)據(jù)，也是推算氣溶膠含量、評估大氣污染程度、確定氣溶膠氣候效應的關鍵因子[2-3]。
GIS可視化技術（GIS Visualization）是目前信息領域中廣泛應用的一項技術，它通過強大、有效的地圖系統(tǒng)將復雜的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)以地圖學的形式進行描述，兼具人性化的界面風格設計，實現(xiàn)了文本、圖形和圖像信息相結合的定位、查詢、檢索模式，信息表達形象直觀，使用操作簡單便捷[4]。
通過遙感解譯數(shù)據(jù)與地面數(shù)據(jù)相結合的方式，環(huán)境空氣質量分布進行模型擬合利用ArcGIS平臺展示API指數(shù)擬合結果，在抽象的數(shù)值與具體的地理位置之間建立聯(lián)系，以特定的符號、顏色、圖表顯示在地圖上，實現(xiàn)衛(wèi)星遙感環(huán)境空氣質量的可視化表達。同時基于地圖的可視化信息，查詢、統(tǒng)計功能也將變得更加簡單、直觀，通過可視化的查詢語言，實現(xiàn)對AOD、API數(shù)據(jù)的圖表化查詢展現(xiàn)；通過建立專題地圖，幫助用戶加深理解，從而有助于發(fā)掘數(shù)據(jù)、信息間的內在規(guī)律，實現(xiàn)輔助決策。
2 需求分析
通過提取美國對地觀測系統(tǒng)EOS-MODIS衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)中的氣溶膠信息，結合地面數(shù)據(jù)及其他氣象資料，依據(jù)建立的線性回歸擬合模型演算出空氣污染指數(shù)API及對應的環(huán)境空氣質量等級，并提供可視化表達界面，最終達到利用氣溶膠光學厚度AOD等遙感技術監(jiān)測數(shù)據(jù)實時反映宏觀尺度全省各地區(qū)空氣質量與污染分布狀況的目的。
2.1 數(shù)據(jù)需求
擬合模型所涉及的數(shù)據(jù)主要由三部分組成，其中輸入數(shù)據(jù)包括：①衛(wèi)星遙感氣溶膠光學厚度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)格式為柵格型，②相對空氣濕度數(shù)據(jù)，可轉化為空間點圖層，數(shù)據(jù)格式為矢量型；輸出數(shù)據(jù)為空氣污染指數(shù)API，數(shù)據(jù)格式為柵格型。
2.2 業(yè)務需求
結合環(huán)境監(jiān)測具體業(yè)務需求，力求通過遙感技術與地面數(shù)據(jù)相結合的方式，將模型擬合后的環(huán)境空氣質量分布與變化狀況以API指數(shù)的形式進行可視化表達，從而達到實時反映宏觀尺度全省各地區(qū)空氣質量與污染分布的目的。
3 設計思路
3.1 模塊框架設計
以江蘇省作為主要研究區(qū)域，以氣溶膠光學厚度AOD影像、相對空氣濕度RH數(shù)據(jù)為基礎，參照遙感AOD數(shù)據(jù)處理流程，利用ArcObject組件庫實現(xiàn)實時高效地遙感數(shù)據(jù)解析，并引入研究構建的AOD-API回歸統(tǒng)計模型，擬合計算得到全省各地區(qū)的API數(shù)值，同時利用ArcGIS軟件展現(xiàn)模擬結果，不僅大大提高了數(shù)據(jù)的處理效率，而且能夠直觀形象地表達全省范圍內的空氣狀況模擬結果，并與自動站實測數(shù)據(jù)進行比對。
可視化模塊的總體架構分為界面層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層三個層次。界面層用于采集用戶輸入的相關信息，展示地理信息和模擬結果。該層利用ArcGIS軟件界面，同時調用.Net定制的WinForm界面。業(yè)務邏輯層在模塊運行提供地理信息處理功能，根據(jù)具體業(yè)務需求，業(yè)務層把界面上用戶輸入的信息通過業(yè)務規(guī)則分解，需要進行地理信息處理的，把參數(shù)推送給AO組件的接口，并接受運行結果再傳遞給界面顯示；需要與屬性信息之間進行交互的，通過適配器讀取屬性信息進行運算，業(yè)務層起到承上啟下的作用。數(shù)據(jù)訪問層主要用于模塊運行時所要涉及的空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)，提供接口供業(yè)務邏輯層訪問調用。
3.2 模塊開發(fā)環(huán)境
氣溶膠數(shù)據(jù)反演模塊采用.Net開發(fā)平臺，利用ArcGIS平臺提供的ArcObject接口進行二次開發(fā)，實現(xiàn)AOD影像數(shù)據(jù)解析、回歸模型擬合、結果統(tǒng)計渲染等功能。
ArcObject（簡稱AO）是ESRI公司ArcGIS家族中應用程序ArcMap、ArcCatalog和ArcScene的開發(fā)平臺，它是基于COM（Components object Model 對象組件模型）技術所構建的一系列COM組件集，具有很強的GIS功能和制圖功能，有1800多個組件、幾百個具有良好文檔說明的接口和數(shù)千個方法組成，作為ArcGIS可重用的通用二次開發(fā)組件集，以其強大的功能類庫，對地理信息系統(tǒng)（GIS）的功能實現(xiàn)和擴展表現(xiàn)得十分出色[5]。
3.3 模塊數(shù)據(jù)來源
1）空間數(shù)據(jù)
采用的是1：250，000江蘇省行政區(qū)劃圖、江蘇省省轄市行政區(qū)劃圖等。
2）濕度數(shù)據(jù)
模型構建中涉及的濕度（RH）數(shù)據(jù)是由省氣象局提供，時間跨度由2008年7月1日至2009年6月30日共計一年。在模塊計算過程中通過Excel適配器讀取Excel固定格式的濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)時間、省轄市名稱獲得相應值。
4 開發(fā)過程
根據(jù)課題的研究結果，設計參數(shù)的設置界面，在界面上選擇待處理的AOD數(shù)據(jù)、研究區(qū)域、工作路徑等參數(shù)，根據(jù)參數(shù)首先對AOD數(shù)據(jù)名稱進行解析，得出具體AOD數(shù)據(jù)日期，同時進行格式轉換，剔除異常值并獲取研究區(qū)域內的AOD點圖層，通過IDW插值補全全省AOD數(shù)據(jù)。另一方面讀取Excel統(tǒng)計表中各相關監(jiān)測點位的空氣相對濕度數(shù)據(jù)，根據(jù)樣本日期提取出當日的相對濕度值，生成相對濕度點圖層，再通過IDW插值方法生成全省濕度數(shù)據(jù)。之后，根據(jù)樣本日期所處的季節(jié)選擇相應的AOD-API回歸統(tǒng)計模型，進行氣溶膠光學厚度AOD與相對空氣濕度RH的公式擬合計算，得到全省范圍內各地區(qū)的API估算值，并與實測數(shù)據(jù)進行比對，分別利用分層設色渲染，可視化展現(xiàn)模擬結果。
5 關鍵技術應用
1）刪-矢數(shù)據(jù)轉換技術
氣溶膠光學厚度（AOD）數(shù)據(jù)是柵格格式，其中包含異常值，不利于進一步的空間分析，利用GIS平臺提供的數(shù)據(jù)格式轉換Conversion工具，將柵格數(shù)據(jù)轉換成矢量數(shù)據(jù)，在剔除異常值后，進行插值，獲得研究區(qū)域內較為完整的數(shù)據(jù)分布。
在多個圖層參與計算時，柵格數(shù)據(jù)較為簡便，此時將插值后的AOD數(shù)據(jù)和濕度數(shù)據(jù)都轉換成柵格數(shù)據(jù)格式，利用Raster Calculator工具，對獨立兩個柵格圖層進行空間數(shù)值計算，得到最終模型擬合結果。
2）GIS插值技術
氣溶膠光學厚度（AOD）數(shù)據(jù)解譯后，為了展示整個區(qū)域的空氣質量狀況，需要將未知數(shù)據(jù)地區(qū)的污染物濃度值利用插值方法得出。ArcGIS提供了反距離權重插值法、樣條函數(shù)法、克里金法等一些特定用途的空間插值函數(shù)。經過優(yōu)化模擬可知，反距離權重插值法的結果能更好地反映江蘇省地區(qū)的實際污染情況。反距離權重插值以插值點與實際觀測樣本點之間的距離為權重。
反距離權重插值法要求對受影響的局部控制點有清楚的認識，且其結論直接受到采樣點數(shù)值的影響，采樣點越多，對局部的真實反映越強，利用反距離權重插值法所確定的污染范圍就越準確。
3）分層設色渲染技術
平臺的空間渲染模塊為管理人員提供區(qū)域空氣質量空間分析動態(tài)插值與渲染功能，直觀地展示空氣質量實時空間分布特征，實現(xiàn)對監(jiān)測因子的空氣質量空間分析動態(tài)插值渲染功能，直觀地展示了區(qū)域空氣質量實時空間分布特征。平臺的空間渲染模塊需要根據(jù)各站點的小時值、日均值等實時生成污染物濃度空間渲染圖，利用GIS技術實現(xiàn)這一目標。
6 可視化模塊展示
1）加載預處理后的MODIS氣溶膠光學厚度AOD柵格數(shù)據(jù)圖層。
2）參數(shù)調整設置
選擇氣溶膠模擬模塊，根據(jù)主要參數(shù)設置窗體的提示設置運算所需的參數(shù)。主要包括，待解析的遙感AOD數(shù)據(jù)、參與運算的江蘇省行政區(qū)劃面狀圖層、根據(jù)選擇AOD數(shù)據(jù)的名稱模塊會自動解析出AOD數(shù)據(jù)所處的日期、確定運算過程中是否考慮濕度因子、根據(jù)解析時間和是否考慮濕度因子自動顯示模塊運算的公式、參與模塊運算的外部數(shù)據(jù)（xls格式）的位置和模塊運行時產生中間和結果數(shù)據(jù)存儲的文件夾路徑。
3）過程演算與專題制圖
開始計算后，經過后臺的數(shù)據(jù)轉換、IDW插值、柵格運算、圖層渲染、結果輸出等步驟，最終生成一個系列圖層，主要包括AOD參照圖層、API擬合圖層等。
7 結論
基于ArcGIS平臺二次開發(fā)了AOD-API擬合與可視化表達模塊，實現(xiàn)遙感AOD數(shù)據(jù)和RH數(shù)據(jù)自動推演出API數(shù)據(jù)的計算過程，并實現(xiàn)運行結果表明，RS/GIS可視化技術支持下的全省空氣狀況及變化趨勢模擬與傳統(tǒng)表征手段相比，能夠更好的體現(xiàn)不同地區(qū)空氣環(huán)境質量的區(qū)域分異性，更為準確地顯示顆粒物污染的程度和變化情況。
【參考文獻】
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