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区域空气质量监测网络优化方法研究

刘潘炜  
【摘要】: 近年来,我国的长江三角洲、珠江三角洲和京津冀等重点城市群地区呈现出复杂的煤烟型和光化学污染共存的区域性复合型大气污染特征,而目前以城市尺度和常规污染物为监测指标的空气质量监测网络已不能满足监控和研究我国大气复合污染的需要。建立区域空气质量监测网络(RAQMN)已经成为目前我国大气污染控制与空气质量管理迫切需要解决的问题。 本研究针对我国特有的区域性大气复合污染特征及其对RAQMN的需求,对RAQMN的优化布点方法和框架进行了研究,建立了一套适合于我国的RAQMN的优化布点方法体系,并通过其在珠三角地区的应用案例,评估了此方法体系应用于我国区域性大气复合污染研究及管理的可行性与可操作性。主要研究工作如下: 首先,在对国内外空气监测网络优化布点的方法分析和研究的基础上,针对目前我国的空气监测网络现状和大气污染特征,探讨了不同优化方法在我国应用的可行性,确定了目前条件下我国RAQMN优化研究的基本原则,提出了包括多目标优化方法、聚类分析方法和模糊专家评估方法在内的监测网络优化布点方法体系。主要思路为:根据对多目标优化方法或聚类分析方法的研究得出初步的优化布点结果,再利用模糊专家评估方法对各种初步优化布点结果进行调整和补充。 其次,运用本文所提出的RAQMN优化布点方法体系,研究了珠江三角洲地区空气监测网络的优化布点方案,探讨了不同的优化方法、目标函数、目标污染物组合和建站方式对空气监测网络优化布点的影响,分析了该套方法体系在我国应用的可行性,并提出下一步改善的建议。 研究结果表明: (1) RAQMN的优化布点与监测网络的目标有密切的关系,RAQMN目标的确定是确定目标函数和约束条件以及选择目标污染物和优化布点的基础。(2)在RAQMN设计目标污染物的选取上,单纯依赖常规污染物或区域特征污染物都存在局限性,必须同时考虑常规污染物和区域性特征污染物等污染物的总体贡献。(3)在多目标优化中,利用高浓度最大化作为优化目标进行优化时,得到的优化结果点位集中在目标污染物浓度的高值网格中,优化结果的总体空间代表性和覆盖率差,因而利用高浓度最大化作为优化目标并不合理。(4)加权综合评价浓度的建立由于权重的设定受到污染物的空间分布特征的影响较大,使得该情况下的优化结果不符合RAQMN优化的要求,对于加权综合评价浓度的权重确定方法需要进一步的研究。(5)无论利用多目标或聚类分析等数学和统计方法,其优化结果都存在一定的局限性,需要通过模糊专家评估等手段进行点位调整和补充。


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