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《南京师范大学》 2010年
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环境质量遥感评价的熵模型研究

杨丙丰  
【摘要】:环境问题是当前制约人类生存与发展的根本性问题。环境质量评价能够帮助人们更好的认识环境问题状况,进而进行科学的环境管理。利用遥感技术进行大尺度环境监测与环境质量综合评价,对于宏观上环境问题的有效管理和决策具有重要的意义和价值。 当前,基于指数的环境质量评价方法在指标选取及权重设定中缺乏统一的理论指导,造成不同的评价活动之间缺乏可比较性。亟需一套可以定量化、普适性应用的环境质量评价方法体系。环境质量是对环境优劣程度的描述。一方面,环境是相对于某一主体的客体,环境的好坏取决于环境对其主体存在与发展的适宜程度,是由环境的主体对其做出的评判;另一方面,环境质量是环境自身的本质属性,具有客观性。因此,实现环境质量定量化评价的关键是要解决对环境的主观评价与环境本身的客观属性之间的统一。具体而言,就是要理清生存于环境中的主体对环境的依赖关系是什么,环境又是通过何种途径限制其主体的发展的。由于环境的主体——生命体是以耗散结构的形式通过耗散能量来能维持其存在与发展,并且环境与其主体之间的交互作用也主要是通过能量关系进行的。所以,从热力学与耗散结构理论的视角探讨环境问题有望获得关于环境质量评价的有效途径。 基于此种背景,本文试图以热力学熵定律和耗散结构理论为指导,建立了耗散结构-外部环境模拟模型用于探寻耗散结构、能量利用与环境熵变之间的内在联系,通过对Benard流体耗散结构-外部环境模型的数值模拟与理论分析,揭示了环境质量的熵本质。在此基础上,进一步构建了基于环境熵水平的环境质量评价模型—环境熵模型,并以2009年5月19日的全国大气环境质量评价为例进行了实证研究。具体而言,本文进行了以下内容的研究。 1)建立了耗散结构-外部环境模型并引入Benard流体耗散结构对模型进行具体化,对Benard流体耗散结构在不同环境条件下的演化过程进行了数值模拟,并从理论上分析了耗散结构对外部环境的依存关系以及环境对耗散结构的制约途径。通过对Benard流体耗散结构-外部环境模型的数值模拟与理论分析,揭示出环境的熵水平是环境质量的客观表达。 2)在对耗散结构-外部环境模型研究的基础上提出了基于环境熵值的环境质量评价框架,并据此建立了环境空气质量的熵评价模型。提出用单位体积的环境熵值表达环境的熵水平,将环境空气的熵值分为气体组分与气溶胶粒子分别求算,其中气体组分采用Peng-Robinson状态方程方法进行计算,气溶胶粒子组分参照固体粒子的熵值计算方法进行估算。 3)以2009年5月19日的全国环境空气质量评价为例进行了实证研究。综合运用多源遥感数据提取了主要环境空气质量影响因子,包括空气温度、压强、空气中的主要气体组分含量(氮气、氧气、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等);利用RAMS-CMAQ模型解析了硫酸盐气溶胶、硝酸盐气溶胶、铵盐气溶胶、钠盐及氯盐气溶胶组分的组成。基于环境熵模型计算了当天的环境空气熵值分布并据此对全国的环境空气质量进行了初步评价,通过与当天的API指数评价结果进行对比分析,结果表明,环境熵模型评价法与API指数评价法在整体上具有较好的一致性。 4)对环境空气质量熵评价模型进行了不确定性分析。分别讨论了温度偏差5摄氏度,压强偏差500帕斯卡,各气体组分浓度偏差5%的情况下,环境空气熵值计算结果的误差范围,并据此给出了环境空气质量熵评价模型的总体不确定性。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:X820;X87

【参考文献】
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