環(huán)境質(zhì)量遙感評(píng)價(jià)的熵模型研究.pdf

1、環(huán)境問題是當(dāng)前制約人類生存與發(fā)展的根本性問題。環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)能夠幫助人們更好的認(rèn)識(shí)環(huán)境問題狀況,進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)的環(huán)境管理。利用遙感技術(shù)進(jìn)行大尺度環(huán)境監(jiān)測(cè)與環(huán)境質(zhì)量綜合評(píng)價(jià),對(duì)于宏觀上環(huán)境問題的有效管理和決策具有重要的意義和價(jià)值。
　　 當(dāng)前,基于指數(shù)的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法在指標(biāo)選取及權(quán)重設(shè)定中缺乏統(tǒng)一的理論指導(dǎo),造成不同的評(píng)價(jià)活動(dòng)之間缺乏可比較性。亟需一套可以定量化、普適性應(yīng)用的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)方法體系。環(huán)境質(zhì)量是對(duì)環(huán)境優(yōu)劣程度的描述。一方

2、面,環(huán)境是相對(duì)于某一主體的客體,環(huán)境的好壞取決于環(huán)境對(duì)其主體存在與發(fā)展的適宜程度,是由環(huán)境的主體對(duì)其做出的評(píng)判；另一方面,環(huán)境質(zhì)量是環(huán)境自身的本質(zhì)屬性,具有客觀性。因此,實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量定量化評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是要解決對(duì)環(huán)境的主觀評(píng)價(jià)與環(huán)境本身的客觀屬性之間的統(tǒng)一。具體而言,就是要理清生存于環(huán)境中的主體對(duì)環(huán)境的依賴關(guān)系是什么,環(huán)境又是通過何種途徑限制其主體的發(fā)展的。由于環(huán)境的主體——生命體是以耗散結(jié)構(gòu)的形式通過耗散能量來能維持其存在與發(fā)展,并且環(huán)境

3、與其主體之間的交互作用也主要是通過能量關(guān)系進(jìn)行的。所以,從熱力學(xué)與耗散結(jié)構(gòu)理論的視角探討環(huán)境問題有望獲得關(guān)于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的有效途徑。
　　 基于此種背景,本文試圖以熱力學(xué)熵定律和耗散結(jié)構(gòu)理論為指導(dǎo),建立了耗散結(jié)構(gòu)-外部環(huán)境模擬模型用于探尋耗散結(jié)構(gòu)、能量利用與環(huán)境熵變之間的內(nèi)在聯(lián)系,通過對(duì)Benard流體耗散結(jié)構(gòu)-外部環(huán)境模型的數(shù)值模擬與理論分析,揭示了環(huán)境質(zhì)量的熵本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步構(gòu)建了基于環(huán)境熵水平的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)模型—環(huán)

4、境熵模型,并以2009年5月19日的全國(guó)大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)為例進(jìn)行了實(shí)證研究。具體而言,本文進(jìn)行了以下內(nèi)容的研究。
　　 1)建立了耗散結(jié)構(gòu)-外部環(huán)境模型并引入Benard流體耗散結(jié)構(gòu)對(duì)模型進(jìn)行具體化,對(duì)Benard流體耗散結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境條件下的演化過程進(jìn)行了數(shù)值模擬,并從理論上分析了耗散結(jié)構(gòu)對(duì)外部環(huán)境的依存關(guān)系以及環(huán)境對(duì)耗散結(jié)構(gòu)的制約途徑。通過對(duì)Benard流體耗散結(jié)構(gòu)-外部環(huán)境模型的數(shù)值模擬與理論分析,揭示出環(huán)境的熵水平是環(huán)境

5、質(zhì)量的客觀表達(dá)。
　　 2)在對(duì)耗散結(jié)構(gòu)-外部環(huán)境模型研究的基礎(chǔ)上提出了基于環(huán)境熵值的環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)框架,并據(jù)此建立了環(huán)境空氣質(zhì)量的熵評(píng)價(jià)模型。提出用單位體積的環(huán)境熵值表達(dá)環(huán)境的熵水平,將環(huán)境空氣的熵值分為氣體組分與氣溶膠粒子分別求算,其中氣體組分采用Peng-Robinson狀態(tài)方程方法進(jìn)行計(jì)算,氣溶膠粒子組分參照固體粒子的熵值計(jì)算方法進(jìn)行估算。
　　 3)以2009年5月19日的全國(guó)環(huán)境空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)為例進(jìn)行了實(shí)證研究。

6、綜合運(yùn)用多源遙感數(shù)據(jù)提取了主要環(huán)境空氣質(zhì)量影響因子,包括空氣溫度、壓強(qiáng)、空氣中的主要?dú)怏w組分含量(氮?dú)?、氧氣、二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮?；利用RAMS-CMAQ模型解析了硫酸鹽氣溶膠、硝酸鹽氣溶膠、銨鹽氣溶膠、鈉鹽及氯鹽氣溶膠組分的組成。基于環(huán)境熵模型計(jì)算了當(dāng)天的環(huán)境空氣熵值分布并據(jù)此對(duì)全國(guó)的環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行了初步評(píng)價(jià),通過與當(dāng)天的API指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明,環(huán)境熵模型評(píng)價(jià)法與API指數(shù)評(píng)價(jià)法在整體上具有較好的一致性