城市空气质量分析

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1、城市空气质量分析杨唯（北京师范大学数学系2000级1班00131119）摘要环境污染问题是21世纪人类面临的重大挑战。本文运用层次分析法对亚洲11个城市的空气污染严重程度给出分析和排名。关键词环境污染，空气污染，SO2，SPM，NOх，CO，层次分析，判断矩阵，排名。一背景及问题的提出环境问题是当前世界各国普遍关注的问题之一，是21世纪人类面临的重大挑战。在社会的高速发展中，在人们不断的创造物质财富，精神财富的同时，人们忽略的自己赖以生存的环境。人们只知道肆意地向大自然索取，却不知道回报。大自然发怒了，它开

2、始了向人类的报复。温室效应，大气污染，臭氧空洞，森林锐减，酸雨蔓延，土地荒漠化，水质污染，生物多样化和遗传多样性减少，气候现象变化异常……生态破坏和环境污染不仅给经济发展和人民生活带来损失，更严重的是危害人民身体健康，并贻害子孙后代，破坏了人类赖以健康持久地生存的基本条件。随着社会经济的快速发展，工业化水平的提高，人类活动对空气的污染越来越严重，尤其是在城市集中了大量的工厂、车辆、人口。空气质量因为车辆、船舶、飞机的尾气、工业企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等的原因，逐渐开始恶化。空气污染威胁着人类的

3、日常生活，危害人体健康，给人们的工作带来不便，并影响或危害各种生物的生存，直接或间接地损害设备、建筑物……空气中极其微少的污染物，都能对人体健康产生极大的影响，导致各种疾病的发生，甚至夺去人的生命。从1873～1973年这100年间，全世界已发生过19起重大空气污染事件，例如1930年12月，在比利时马斯河谷工业区有害气体和粉尘污染空气，短短一周内就有60多人死亡。　　　　1948年10月，美国宾夕法尼亚州多诺拉镇烟雾事件。由于空气污染致使43%的居民急呼吸道疾病。　　　　1952年12月，英国伦敦光化学烟

4、雾事件，两个月内死亡人数高达12000人！　　1955年以后，日本四日市被硫酸雾笼罩。1964年该市市民哮喘病大发作，有人因气喘病而死亡。　-15-另一方面，亚洲是世界上发展相对比较落后的地区，人口众多，发展缓慢，为了加速经济的发展，各个国家大肆的对自然进行开发利用，对资源的利用量比较大，但同时对资源的有效利用率不高，对能源废弃物处理不够恰当充分，而且对环境污染给社会，给人类带来的影响认识不够清楚充分。这样不仅损失了好多能源，还给环境带来了巨大的污染，尤其是空气污染。亚洲虽然国家众多，城市众多，但是不同的国

5、家引起空气污染的污染物种类和污染指数不同，所以各个国家的污染严重程度不同。而且城市空气污染是多种不同污染物综合作用的结果。那么给出亚洲11个城市的空气质量调查情况（图表如下），如何根据所给数据，组建数学模型科学的对11个城市空气污染严重程度排名呢。11城市空气质量城市污染物SO2SPMNOхCO曼谷!!!!!!!北京!!!!!!!!加尔各答!!!!!!德里!!!!!!雅加达!!!!!!!!卡拉奇!!!!!!!!马尼拉!!!!!!!孟买!!!!!!汉城!!!!!!!!上海!!!!!!!东京!!!!数据来源W

6、HOUNEP1992说明：!!!非常严重污染，超过WHO指标100%以上。!!中度严重污染，超过WHO指标，达到100%以下。!低度污染，符合WHO指标或少量超过。SO2二氧化硫，SPM悬浮颗粒物，NOх氮氧化物，CO一氧化碳。WHO世界卫生组织UNEP联合国环境规划署以上摘自《全球环境展望2000》，联合国环境规划署，中国环境科学出版社2000。二数学建模假设在上面的表格中，我们可以看到有许多城市SO2，SPM，NOх，CO的各项指数都是相同的。虽然!,!!,!!!只是实际数据与WHO标准的比较所得到的，

7、而这些原始数据并不一定完全相同，但是为了简化问题，我们在这里做如下假设。-15-①表格中的数据具有权威性，值得相信，具有使用价值。②不同城市的!,!!,!!!所代表的污染程度相同，不再加以区分。这样问题就由11个城市的排名问题简化成6个城市的排名问题。新的表格如下：城市污染物SO2SPMNOхCO曼谷!!!!!!!北京!!!!!!!!加尔各答!!!!!!雅加达!!!!!!!!上海!!!!!!!东京!!!!变量Z——目标，P——污染因素，C——排序城市，P1——SO2，P2——SPM，P3——NOх，P4—

8、—CO，C1——曼谷，C2——北京，C3——加尔各答，C4——雅加达，C5——上海，C6——东京。建模㈠将研究目标（Z），因素（P），对象（C）按相关关系分成最高层，中间层和最低层。层次结构图如下：城市排名最高层：CONOхSPMSO2中间层：东京上海雅加达加尔各答曼谷北京最低层：-15-㈡给出SO2，SPM，NOх，CO两两成对比较的判断矩阵A。再进行层次单排序及其一致性检验。A的给出主要是依据SO2，SPM，