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排放源清單與大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 版權(quán)信息
- ISBN：9787030718488
- 條形碼：9787030718488 ; 978-7-03-071848-8
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
排放源清單與大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 本書特色
適讀人群 ：大氣科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、大氣污染控制等領(lǐng)域的科研人員和廣大師生，以及從事環(huán)境保護(hù)事業(yè)的管理人員等該書的出版能夠彌補(bǔ)我國大氣環(huán)境領(lǐng)域不確定性分析著作缺失這一空白，為大氣環(huán)境科研人員、管理人員、政府官員以及學(xué)生提供一本優(yōu)秀的學(xué)術(shù)專著，使大家對不確定性及其分析方法有一個系統(tǒng)的認(rèn)知和理解。
排放源清單與大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 內(nèi)容簡介
本書以大氣污染物排放源清單和大氣化學(xué)傳輸模型為對象，針對不確定性分析過程中的一系列問題，系統(tǒng)介紹不確定性分析的概念、排放源清單和大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析方法、關(guān)鍵不確定性來源識別、排放源清單QA/QC與質(zhì)量評估等內(nèi)容，為相關(guān)專業(yè)人員或管理人員認(rèn)識和理解排放源清單編制和大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性、改進(jìn)大氣化學(xué)傳輸模型、提升排放源清單質(zhì)量、科學(xué)利用排放源清單和模型研究結(jié)果制定政策措施提供參考和指導(dǎo)。本書構(gòu)建的方法同樣適合用于溫室氣體排放源清單的不確定性分析與改進(jìn)，為量化和評估不同尺度的溫室氣體排放源清單不確定性，推動溫室氣體排放源清單編制的規(guī)范化提供借鑒和參考。 本書可供大氣科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、大氣污染控制等領(lǐng)域的科研人員和廣大師生，以及從事環(huán)境保護(hù)事業(yè)的管理人員等閱讀參考。
排放源清單與大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 目錄
目錄
叢書序
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 不確定性 1
1.2 不確定性分析 4
1.2.1 不確定性分析的基本概念 4
1.2.2 不確定性分析的作用和重要性 5
1.2.3 關(guān)于不確定性分析需要特別說明的幾點(diǎn)問題 7
1.2.4 與敏感性分析的聯(lián)系與區(qū)別 9
1.3 大氣排放源清單及不確定性 10
1.3.1 大氣排放源清單的基本概念 10
1.3.2 大氣排放源清單建立及不確定性 12
1.3.3 排放源清單不確定性研究進(jìn)展 15
1.4 排放源清單編制的QA/QC與質(zhì)量評估 18
1.5 大氣化學(xué)傳輸模型及不確定性 20
1.5.1 大氣化學(xué)傳輸模型 20
1.5.2 大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性 22
1.5.3 大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析研究進(jìn)展 24
參考文獻(xiàn) 28
第2章 不確定性分析的相關(guān)概念與方法 36
2.1 不確定性來源的分類 36
2.2 不確定性的描述與量化 38
2.2.1 不確定性的描述 38
2.2.2 常見的概率分布模型 41
2.2.3 參數(shù)估計(jì)方法 49
2.2.4 分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn) 50
2.3 不確定性的傳遞方法 51
2.3.1 蒙特卡羅方法 52
2.3.2 拉丁超立方抽樣 53
2.3.3 響應(yīng)曲面法 53
2.3.4 泰勒級數(shù)展開分析法 54
2.4 重要不確定性源度量方法 56
2.5 其他相關(guān)概念與術(shù)語 57
參考文獻(xiàn) 59
第3章 大氣排放源清單不確定性分析 62
3.1 排放源清單不確定性來源 62
3.1.1 定義不確定性 63
3.1.2 參數(shù)不確定性 65
3.1.3 模型不確定性 68
3.2 排放源清單不確定性分析方法的分類 69
3.3 定性不確定性分析方法 71
3.3.1 直接列舉法 71
3.3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量評級方法 71
3.4 半定量不確定性分析方法 73
3.4.1 數(shù)據(jù)屬性評級系統(tǒng) 74
3.4.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量指數(shù) 76
3.4.3 NUSAP 78
3.4.4 半定量不確定性分析方法的優(yōu)勢與不足 80
3.4.5 半定量不確定性分析方法案例 81
3.5 定量不確定性分析方法 83
3.5.1 定量不確定性分析的框架 84
3.5.2 清單輸入?yún)?shù)不確定性的量化 85
3.5.3 排放源清單不確定性傳遞方法 91
3.5.4 關(guān)鍵不確定性來源的識別方法 93
3.5.5 不確定性分析工具AuvToolPro 2.0介紹 94
3.5.6 定量不確定性分析方法案例 95
3.6 排放源清單不確定性溝通 100
3.6.1 不確定性溝通的主要內(nèi)容 100
3.6.2 不確定性溝通的表達(dá)方式 102
3.6.3 不確定性溝通的注意要點(diǎn) 104
參考文獻(xiàn) 105
第4章 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集 110
4.1 排放因子數(shù)據(jù)集及其問題 110
4.2 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的建立 117
4.2.1 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的建立原則 117
4.2.2 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的構(gòu)建思路 119
4.2.3 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)來源 119
4.2.4 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu) 121
4.2.5 排放因子數(shù)據(jù)預(yù)處理與不確定性量化 122
4.3 重點(diǎn)源排放因子不確定性數(shù)據(jù)集 123
4.3.1 有機(jī)溶劑使用源 124
4.3.2 電廠排放源 127
4.3.3 道路移動源 129
4.3.4 生物質(zhì)燃燒源 134
4.4 應(yīng)用案例：廣東省大氣污染物排放源清單不確定性分析與量化 138
4.4.1 2017年廣東省大氣污染物排放源清單編制總體思路與特點(diǎn) 138
4.4.2 2017年廣東省大氣污染物排放源清單活動水平不確定性量化 139
4.4.3 2017年廣東省大氣污染物排放源清單及不確定性 141
參考文獻(xiàn) 144
第5章 排放源清單的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制 148
5.1 排放源清單QA/QC框架流程 148
5.2 排放源清單QC內(nèi)容與方法 152
5.2.1 排放源清單QC內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn) 152
5.2.2 排放源清單QC方法 153
5.3 排放源清單QA內(nèi)容與方法 157
5.3.1 專家評審 157
5.3.2 公開評審 158
5.3.3 質(zhì)量審計(jì) 158
5.4 主要排放源QA/QC要點(diǎn) 159
5.4.1 固定燃燒源 159
5.4.2 工業(yè)過程源 161
5.4.3 有機(jī)溶劑使用源 163
5.4.4 道路移動源 165
5.4.5 非道路移動源 167
5.4.6 生物質(zhì)燃燒源 168
5.4.7 揚(yáng)塵源 170
5.4.8 農(nóng)牧源 171
5.4.9 存儲與運(yùn)輸源 173
參考文獻(xiàn) 174
第6章 排放源清單編制工作的質(zhì)量評估 175
6.1 排放源清單編制工作質(zhì)量評估的需求與難點(diǎn) 175
6.2 排放源清單編制工作質(zhì)量評估體系建立的關(guān)鍵問題與原則 177
6.3 排放源清單編制工作質(zhì)量的評估體系 180
6.3.1 排放源清單編制工作的評估內(nèi)容 181
6.3.2 排放源清單編制質(zhì)量的評估指標(biāo) 182
6.3.3 排放源清單編制工作的評估方法 189
6.4 排放源清單質(zhì)量評估案例 195
6.4.1 質(zhì)量評估指標(biāo)選擇 195
6.4.2 質(zhì)量評估指標(biāo)賦值 196
6.4.3 質(zhì)量評估指標(biāo)權(quán)重 200
6.4.4 質(zhì)量評估結(jié)果量化 201
6.4.5 等級評估與結(jié)果分析 202
6.5 排放源清單編制質(zhì)量評估的建議 203
參考文獻(xiàn) 204
第7章 大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 205
7.1 模型不確定性來源 205
7.1.1 模型的發(fā)展與不確定性 205
7.1.2 輸入?yún)?shù)不確定性 209
7.1.3 模型結(jié)構(gòu)不確定性 212
7.2 大氣化學(xué)傳輸模型不確定性分析方法框架 218
7.3 模型敏感性分析 221
7.3.1 OAT 222
7.3.2 DDM/HDDM和伴隨法 223
7.4 不確定性來源量化方法 224
7.4.1 排放源清單的不確定性量化方法 225
7.4.2 氣象參數(shù)和邊界條件的不確定性量化方法 225
7.4.3 化學(xué)反應(yīng)速率的不確定性量化方法 226
7.4.4 模型結(jié)構(gòu)的不確定性量化方法 228
7.5 不確定性傳遞方法 229
7.5.1 HDDM-RFM簡化模型法 229
7.5.2 基于隨機(jī)響應(yīng)曲面的簡化模型法（SRSM-RFM） 230
7.5.3 集合模擬與簡化模型結(jié)合方法（Ensemble-RFMs） 233
7.6 不確定性結(jié)果評價 234
7.7 不確定性溯源方法 239
參考文獻(xiàn) 240
第8章 大氣化學(xué)傳輸模型高效不確定性傳遞方法 250
8.1 高效不確定性傳遞方法的重要性 250
8.2 不確定性傳遞方法的現(xiàn)狀及不足 251
8.2.1 基于隨機(jī)模擬的不確定性傳遞方法 252
8.2.2 基于統(tǒng)計(jì)的簡化模型方法 253
8.2.3 基于泰勒級數(shù)展開的簡化模型方法 255
8.3 傳遞準(zhǔn)確性改進(jìn)：逐步HDDM-RFM方法 257
8.3.1 逐步HDDM-RFM方法的構(gòu)建思路 257
8.3.2 逐步HDDM-RFM方法評價 260
8.4 HDDM-SRSM方法 267
8.4.1 HDDM-SRSM方法的構(gòu)建思路 267
8.4.2 HDDM-SRSM的不確定性傳遞評價 271
8.4.3 高階HDDM-SRSM的過度擬合問題 274
8.5 HDDM-SRSM與逐步HDDM-RFM對比 276
8.5.1 不確定性傳遞效率對比 276
8.5.2 不確定性傳遞準(zhǔn)確性對比 278
8.5.3 逐步HDDM-RFM和HDDM-SRSM的適用范圍 279
參考文獻(xiàn) 280
第9章 大氣化學(xué)傳輸模型定量不確定性分析案例與應(yīng)用 282
9.1 區(qū)域概況 282
9.2 珠江三角洲PM2.5模擬的不確定性量化 284
9.2.1 模擬系統(tǒng)搭建 284
9.2.2 模擬系統(tǒng)評價 287
9.2.3 模擬的重要敏感性輸入識別 289
9.2.4 輸入?yún)?shù)的不確定性量化 293
9.2.5 RFM模型構(gòu)建與不確定性傳遞 295
9.2.6 模擬結(jié)果的不確定性量化 295
9.3 珠江三角洲PM2.5模擬不確定性診斷 297
9.3.1 結(jié)合觀測數(shù)據(jù)的PM2.5模擬不確定性診斷 297
9.3.2 模擬關(guān)鍵不確定性來源識別 301
9.4 基于地基觀測數(shù)據(jù)融合的珠江三角洲PM2.5模擬改進(jìn) 303
9.4.1 邊界條件改進(jìn)思路 303
9.4.2 數(shù)據(jù)融合方法建立 305
9.4.3 數(shù)據(jù)融合方法的應(yīng)用與評價 308
9.4.4 數(shù)據(jù)融合對珠江三角洲數(shù)值模擬的改進(jìn)效果 310
9.5 不確定性分析與空氣質(zhì)量概率預(yù)報 312
9.5.1 空氣質(zhì)量概率預(yù)報的作用與方法 312
9.5.2 案例展示 314
參考文獻(xiàn) 316
第10章 展望與建議 318
10.1 排放源清單不確定性分析發(fā)展展望與建議 318
10.2 大氣化學(xué)傳輸模型不確定性分析展望與建議 324
10.3 不確定性溝通展望與建議 328
附錄 AuvToolPro 2.0關(guān)鍵算法與主要功能模塊 329
索引 336
彩圖
叢書序
序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 不確定性 1
1.2 不確定性分析 4
1.2.1 不確定性分析的基本概念 4
1.2.2 不確定性分析的作用和重要性 5
1.2.3 關(guān)于不確定性分析需要特別說明的幾點(diǎn)問題 7
1.2.4 與敏感性分析的聯(lián)系與區(qū)別 9
1.3 大氣排放源清單及不確定性 10
1.3.1 大氣排放源清單的基本概念 10
1.3.2 大氣排放源清單建立及不確定性 12
1.3.3 排放源清單不確定性研究進(jìn)展 15
1.4 排放源清單編制的QA/QC與質(zhì)量評估 18
1.5 大氣化學(xué)傳輸模型及不確定性 20
1.5.1 大氣化學(xué)傳輸模型 20
1.5.2 大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性 22
1.5.3 大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析研究進(jìn)展 24
參考文獻(xiàn) 28
第2章 不確定性分析的相關(guān)概念與方法 36
2.1 不確定性來源的分類 36
2.2 不確定性的描述與量化 38
2.2.1 不確定性的描述 38
2.2.2 常見的概率分布模型 41
2.2.3 參數(shù)估計(jì)方法 49
2.2.4 分布擬合優(yōu)度檢驗(yàn) 50
2.3 不確定性的傳遞方法 51
2.3.1 蒙特卡羅方法 52
2.3.2 拉丁超立方抽樣 53
2.3.3 響應(yīng)曲面法 53
2.3.4 泰勒級數(shù)展開分析法 54
2.4 重要不確定性源度量方法 56
2.5 其他相關(guān)概念與術(shù)語 57
參考文獻(xiàn) 59
第3章 大氣排放源清單不確定性分析 62
3.1 排放源清單不確定性來源 62
3.1.1 定義不確定性 63
3.1.2 參數(shù)不確定性 65
3.1.3 模型不確定性 68
3.2 排放源清單不確定性分析方法的分類 69
3.3 定性不確定性分析方法 71
3.3.1 直接列舉法 71
3.3.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量評級方法 71
3.4 半定量不確定性分析方法 73
3.4.1 數(shù)據(jù)屬性評級系統(tǒng) 74
3.4.2 數(shù)據(jù)質(zhì)量指數(shù) 76
3.4.3 NUSAP 78
3.4.4 半定量不確定性分析方法的優(yōu)勢與不足 80
3.4.5 半定量不確定性分析方法案例 81
3.5 定量不確定性分析方法 83
3.5.1 定量不確定性分析的框架 84
3.5.2 清單輸入?yún)?shù)不確定性的量化 85
3.5.3 排放源清單不確定性傳遞方法 91
3.5.4 關(guān)鍵不確定性來源的識別方法 93
3.5.5 不確定性分析工具AuvToolPro 2.0介紹 94
3.5.6 定量不確定性分析方法案例 95
3.6 排放源清單不確定性溝通 100
3.6.1 不確定性溝通的主要內(nèi)容 100
3.6.2 不確定性溝通的表達(dá)方式 102
3.6.3 不確定性溝通的注意要點(diǎn) 104
參考文獻(xiàn) 105
第4章 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集 110
4.1 排放因子數(shù)據(jù)集及其問題 110
4.2 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的建立 117
4.2.1 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的建立原則 117
4.2.2 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的構(gòu)建思路 119
4.2.3 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)來源 119
4.2.4 排放因子不確定性數(shù)據(jù)集的結(jié)構(gòu) 121
4.2.5 排放因子數(shù)據(jù)預(yù)處理與不確定性量化 122
4.3 重點(diǎn)源排放因子不確定性數(shù)據(jù)集 123
4.3.1 有機(jī)溶劑使用源 124
4.3.2 電廠排放源 127
4.3.3 道路移動源 129
4.3.4 生物質(zhì)燃燒源 134
4.4 應(yīng)用案例：廣東省大氣污染物排放源清單不確定性分析與量化 138
4.4.1 2017年廣東省大氣污染物排放源清單編制總體思路與特點(diǎn) 138
4.4.2 2017年廣東省大氣污染物排放源清單活動水平不確定性量化 139
4.4.3 2017年廣東省大氣污染物排放源清單及不確定性 141
參考文獻(xiàn) 144
第5章 排放源清單的質(zhì)量保證與質(zhì)量控制 148
5.1 排放源清單QA/QC框架流程 148
5.2 排放源清單QC內(nèi)容與方法 152
5.2.1 排放源清單QC內(nèi)容與標(biāo)準(zhǔn) 152
5.2.2 排放源清單QC方法 153
5.3 排放源清單QA內(nèi)容與方法 157
5.3.1 專家評審 157
5.3.2 公開評審 158
5.3.3 質(zhì)量審計(jì) 158
5.4 主要排放源QA/QC要點(diǎn) 159
5.4.1 固定燃燒源 159
5.4.2 工業(yè)過程源 161
5.4.3 有機(jī)溶劑使用源 163
5.4.4 道路移動源 165
5.4.5 非道路移動源 167
5.4.6 生物質(zhì)燃燒源 168
5.4.7 揚(yáng)塵源 170
5.4.8 農(nóng)牧源 171
5.4.9 存儲與運(yùn)輸源 173
參考文獻(xiàn) 174
第6章 排放源清單編制工作的質(zhì)量評估 175
6.1 排放源清單編制工作質(zhì)量評估的需求與難點(diǎn) 175
6.2 排放源清單編制工作質(zhì)量評估體系建立的關(guān)鍵問題與原則 177
6.3 排放源清單編制工作質(zhì)量的評估體系 180
6.3.1 排放源清單編制工作的評估內(nèi)容 181
6.3.2 排放源清單編制質(zhì)量的評估指標(biāo) 182
6.3.3 排放源清單編制工作的評估方法 189
6.4 排放源清單質(zhì)量評估案例 195
6.4.1 質(zhì)量評估指標(biāo)選擇 195
6.4.2 質(zhì)量評估指標(biāo)賦值 196
6.4.3 質(zhì)量評估指標(biāo)權(quán)重 200
6.4.4 質(zhì)量評估結(jié)果量化 201
6.4.5 等級評估與結(jié)果分析 202
6.5 排放源清單編制質(zhì)量評估的建議 203
參考文獻(xiàn) 204
第7章 大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 205
7.1 模型不確定性來源 205
7.1.1 模型的發(fā)展與不確定性 205
7.1.2 輸入?yún)?shù)不確定性 209
7.1.3 模型結(jié)構(gòu)不確定性 212
7.2 大氣化學(xué)傳輸模型不確定性分析方法框架 218
7.3 模型敏感性分析 221
7.3.1 OAT 222
7.3.2 DDM/HDDM和伴隨法 223
7.4 不確定性來源量化方法 224
7.4.1 排放源清單的不確定性量化方法 225
7.4.2 氣象參數(shù)和邊界條件的不確定性量化方法 225
7.4.3 化學(xué)反應(yīng)速率的不確定性量化方法 226
7.4.4 模型結(jié)構(gòu)的不確定性量化方法 228
7.5 不確定性傳遞方法 229
7.5.1 HDDM-RFM簡化模型法 229
7.5.2 基于隨機(jī)響應(yīng)曲面的簡化模型法（SRSM-RFM） 230
7.5.3 集合模擬與簡化模型結(jié)合方法（Ensemble-RFMs） 233
7.6 不確定性結(jié)果評價 234
7.7 不確定性溯源方法 239
參考文獻(xiàn) 240
第8章 大氣化學(xué)傳輸模型高效不確定性傳遞方法 250
8.1 高效不確定性傳遞方法的重要性 250
8.2 不確定性傳遞方法的現(xiàn)狀及不足 251
8.2.1 基于隨機(jī)模擬的不確定性傳遞方法 252
8.2.2 基于統(tǒng)計(jì)的簡化模型方法 253
8.2.3 基于泰勒級數(shù)展開的簡化模型方法 255
8.3 傳遞準(zhǔn)確性改進(jìn)：逐步HDDM-RFM方法 257
8.3.1 逐步HDDM-RFM方法的構(gòu)建思路 257
8.3.2 逐步HDDM-RFM方法評價 260
8.4 HDDM-SRSM方法 267
8.4.1 HDDM-SRSM方法的構(gòu)建思路 267
8.4.2 HDDM-SRSM的不確定性傳遞評價 271
8.4.3 高階HDDM-SRSM的過度擬合問題 274
8.5 HDDM-SRSM與逐步HDDM-RFM對比 276
8.5.1 不確定性傳遞效率對比 276
8.5.2 不確定性傳遞準(zhǔn)確性對比 278
8.5.3 逐步HDDM-RFM和HDDM-SRSM的適用范圍 279
參考文獻(xiàn) 280
第9章 大氣化學(xué)傳輸模型定量不確定性分析案例與應(yīng)用 282
9.1 區(qū)域概況 282
9.2 珠江三角洲PM2.5模擬的不確定性量化 284
9.2.1 模擬系統(tǒng)搭建 284
9.2.2 模擬系統(tǒng)評價 287
9.2.3 模擬的重要敏感性輸入識別 289
9.2.4 輸入?yún)?shù)的不確定性量化 293
9.2.5 RFM模型構(gòu)建與不確定性傳遞 295
9.2.6 模擬結(jié)果的不確定性量化 295
9.3 珠江三角洲PM2.5模擬不確定性診斷 297
9.3.1 結(jié)合觀測數(shù)據(jù)的PM2.5模擬不確定性診斷 297
9.3.2 模擬關(guān)鍵不確定性來源識別 301
9.4 基于地基觀測數(shù)據(jù)融合的珠江三角洲PM2.5模擬改進(jìn) 303
9.4.1 邊界條件改進(jìn)思路 303
9.4.2 數(shù)據(jù)融合方法建立 305
9.4.3 數(shù)據(jù)融合方法的應(yīng)用與評價 308
9.4.4 數(shù)據(jù)融合對珠江三角洲數(shù)值模擬的改進(jìn)效果 310
9.5 不確定性分析與空氣質(zhì)量概率預(yù)報 312
9.5.1 空氣質(zhì)量概率預(yù)報的作用與方法 312
9.5.2 案例展示 314
參考文獻(xiàn) 316
第10章 展望與建議 318
10.1 排放源清單不確定性分析發(fā)展展望與建議 318
10.2 大氣化學(xué)傳輸模型不確定性分析展望與建議 324
10.3 不確定性溝通展望與建議 328
附錄 AuvToolPro 2.0關(guān)鍵算法與主要功能模塊 329
索引 336
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排放源清單與大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 節(jié)選
第1章 緒 論 1.1 不 確 定 性 在很長一段時間內(nèi)，人類普遍認(rèn)為客觀世界是確定的，事物是按照一定的規(guī)律發(fā)展和變化的，在這個認(rèn)知基礎(chǔ)上，人類對世界的探索和實(shí)踐活動主要追求規(guī)律性和確定性。自古希臘理性主義發(fā)展以來，從牛頓到拉普拉斯再到愛因斯坦，科學(xué)和哲學(xué)理論體系都是以確定性思想為主導(dǎo)。然而，自1927年德國科學(xué)家海森伯提出不確定性原理開始，人們越來越關(guān)注不確定性的思考和研究，涉及不同學(xué)科領(lǐng)域的各個方面[1]。人們也逐漸認(rèn)識到，并不是對事物確定性的認(rèn)識加深一分，不確定性就減少一分。確定性與不確定性不是單純的此消彼長的關(guān)系，僅僅關(guān)注事物確定性的研究本身就存在認(rèn)知的局限性。 早期，不確定性研究作為一種新的認(rèn)識事物的方式，常常陷入與不可知論的爭議中。然而隨著人們對不確定性理解的加深，慢慢認(rèn)識到不確定性并不是意味著對現(xiàn)實(shí)世界的不可知，而是客觀事物本身具有不確定性的特點(diǎn)，自然界不是存在著，而是生成并消逝著，即世間萬物都處在運(yùn)動和變化之中。確定性是相對的，不確定性是絕對的，確定性和不確定性是對立統(tǒng)一的辯證關(guān)系，它們的矛盾和發(fā)展構(gòu)成了人們認(rèn)識客觀世界的過程。在人們試圖采用科學(xué)的手段觀察和認(rèn)識世界時，由于特定歷史條件下人類的認(rèn)知水平和認(rèn)知方法的局限性，而客觀世界本身又處于一個無限發(fā)展和變化的狀態(tài)，因此在任何特定歷史條件下對科學(xué)事實(shí)認(rèn)知的本身具有不確定性。也就是說，在認(rèn)知客觀世界的過程中，任何階段性的成果可能只是在不斷地逼近真理，即對客觀世界的認(rèn)知充滿了不確定性，不確定性在人類認(rèn)知客觀世界的過程中具有普遍性的特征。 人類對自然科學(xué)的認(rèn)識是一個典型的從確定性到不確定性的過程。20世紀(jì)以前，人類在探索自然科學(xué)的實(shí)踐中基本一直以確定性的認(rèn)知方式認(rèn)識和描述客觀世界。牛頓力學(xué)的建立使人們在對事物確定性的理解上獲得極大的提高，當(dāng)時很多人都認(rèn)為以經(jīng)典物理為代表的科學(xué)原理和思想體系已基本建立，后人只剩下一些完善補(bǔ)充的工作。物理學(xué)家湯姆森在一次國際會議中提到：“物理學(xué)大廈已經(jīng)建成，以后的工作僅僅是內(nèi)部的裝修和粉刷，但是大廈上空還漂浮著兩朵烏云。”之后，為了解決這“兩朵烏云”，科學(xué)界引發(fā)了一場深刻的認(rèn)知革命。量子力學(xué)所確立的不確定性原理沖擊了傳統(tǒng)的確定性觀念，非線性科學(xué)和非平衡物理學(xué)等新興學(xué)科所揭示的不確定性現(xiàn)象使越來越多的人相信不確定性是客觀事物發(fā)展變化的普遍特征，是比確定性更為普遍和一般的規(guī)律。人們對同一事物掌握的認(rèn)知隨著信息的積累和科學(xué)的進(jìn)步，在原有認(rèn)知的基礎(chǔ)上可能有新的認(rèn)識和突破。因此，嚴(yán)格來說，人們對于客觀世界的認(rèn)識并不存在一個“終極”的真理，或者說對一個事件的發(fā)生在更長的認(rèn)知維度上并沒有確定的概率。按照貝葉斯理論，事件概率的大小不僅與事件本身有關(guān)，還與人們所掌握的信息和知識相關(guān)，當(dāng)前處于研究前沿和熱點(diǎn)的“機(jī)器學(xué)習(xí)”正是基于這一理論基礎(chǔ)[2]。例如，在量子力學(xué)中，普朗克常數(shù)占有重要地位，而在客觀世界中，質(zhì)量單位“千克”（kg）的*新定義也是由普朗克常數(shù)決定的，其原理是將移動質(zhì)量1kg物體所需的機(jī)械能換算成可用普朗克常數(shù)表達(dá)的電磁力，再通過質(zhì)能轉(zhuǎn)換公式算出質(zhì)量。在此之前，“千克”這一質(zhì)量單位一直由“國際千克原器”定義，但是因?yàn)槠滟|(zhì)量受空氣污染和氧化等因素影響會發(fā)生細(xì)微變化，已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代精密測量要求，所以科學(xué)界一直想用一種基于物理常數(shù)的定義來取代，直到2018年第26屆國際計(jì)量大會通過“修訂國際單位制”決議，才正式更新國際標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量單位“千克”的定義[3]。這充分說明人們在一個階段內(nèi)對于客觀事物的認(rèn)識或描述并非是百分百確定的，而是會隨著認(rèn)識的深入不斷地更新和完善。 社會科學(xué)也是經(jīng)歷了一個從確定性到不確定性的認(rèn)知過程。社會科學(xué)的發(fā)展在相當(dāng)長的時間里也深受牛頓力學(xué)所建立的確定性思想的影響。以經(jīng)濟(jì)學(xué)的發(fā)展為例，在早期的經(jīng)濟(jì)學(xué)理論中，一個主要的假設(shè)就是：參與經(jīng)濟(jì)活動的主體是完全理性的個體，可以理性地了解市場經(jīng)濟(jì)中的所有有效信息并且實(shí)現(xiàn)自身效益*大化。這種假設(shè)與近代自然科學(xué)的牛頓力學(xué)有共同的思想基礎(chǔ)，即對確定性有很大的依賴性。這種假設(shè)在經(jīng)濟(jì)學(xué)理論構(gòu)建上雖然便利但是卻偏離實(shí)際，尤其隨著計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)的興起，這個假設(shè)的缺陷變得更加明顯。由于經(jīng)濟(jì)活動的復(fù)雜性和人類理性認(rèn)識的有限性，經(jīng)濟(jì)學(xué)家開始關(guān)注經(jīng)濟(jì)活動過程中的不確定性問題，以建立更能反映社會經(jīng)濟(jì)真實(shí)運(yùn)行狀況的理論。研究經(jīng)濟(jì)學(xué)不確定性的先驅(qū)之一弗蘭克 H.奈特就認(rèn)為：假設(shè)參與經(jīng)濟(jì)活動的個體完全理性進(jìn)而實(shí)現(xiàn)市場的完全競爭是不可能的，面對一個充滿不確定性的經(jīng)濟(jì)活動過程，只能利用不完全的信息和有限的方法與手段分析和解釋這種不確定性，進(jìn)而做出相對客觀和確定的決策和判斷[4]。 無論是自然科學(xué)還是社會科學(xué)，隨著人們對客觀世界的認(rèn)識加深，都對不確定性給予了足夠的重視，并且都認(rèn)識到不確定性是客觀事物認(rèn)知過程中的固有屬性。隨著近代統(tǒng)計(jì)學(xué)科的建立，人們開始嘗試用定性或定量的手段去描述或量化不確定性。盡管“不確定性”這個術(shù)語在各個學(xué)科或研究領(lǐng)域內(nèi)經(jīng)常被使用，但是目前對“不確定性”這個概念并沒有統(tǒng)一的定義和表述。研究的對象、屬性或目的不同，定義的重點(diǎn)也存在差異。例如，在《錢伯斯英語詞典》和《韋氏英語大詞典》里，不確定性被解釋為與一些存疑的、不被明確知道的或可變的東西有關(guān)；在統(tǒng)計(jì)學(xué)科里，不確定性常常被定義為一個統(tǒng)計(jì)量在某種置信水平下的置信區(qū)間或事件發(fā)生的概率大小[5]；在空間信息科學(xué)中，Heuvelink等[6]將不確定性作為誤差的同義詞；Congalton和Green[7]則認(rèn)為不確定性包括數(shù)據(jù)精確度、統(tǒng)計(jì)精度和偏差；在測量科學(xué)方面，不確定性是指對于某個未知量的認(rèn)識或所掌握信息不完整性的量度，如果使用理想的測量方法和儀器，該未知量可以被確定[8]；在經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域，不確定性是指對于未來的收益和損失等經(jīng)濟(jì)狀況的分布范圍和狀態(tài)不能確知[9]。2009年，美國國家研究委員會（National Research Council，NRC）對“不確定性”給出的定義是“信息缺乏或不完整，取決于數(shù)據(jù)的質(zhì)量、數(shù)量和相關(guān)度，以及模型和假設(shè)的可靠性和相關(guān)度”[10]。 具體到本書的主題，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）將排放源清單不確定性定義為對一個變量真實(shí)值缺乏認(rèn)識，可采用概率密度函數(shù)（probability density function，PDF）或累積分布函數(shù)（cumulative distribution function，CDF）描述該變量可能的取值范圍，且大小取決于分析者的認(rèn)知程度，而后者又取決于可用數(shù)據(jù)的質(zhì)量與數(shù)量以及對估算過程和推導(dǎo)方法的了解[11]。美國環(huán)境保護(hù)署（United States Environmental Protection Agency，U.S. EPA）、歐洲環(huán)境署（European Environment Agency，EEA）以及國內(nèi)外的眾多研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者基本都沿襲了IPCC對排放源清單不確定性的定義。北美對流層臭氧研究合作組織（North American Research Strategy for Tropospheric Ozone，NARSTO）在這個基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步解讀，將不確定性定義為一個涵蓋系統(tǒng)偏差、隨機(jī)誤差和差異性（variability）影響等的術(shù)語。van Aardenne和Pulles[12]則將排放源清單不確定性分解為準(zhǔn)確性的不確定性和可靠性的不確定性，前者是指不知道排放源清單的準(zhǔn)確性或不準(zhǔn)確性的來源，而后者是指對排放源清單質(zhì)量是否滿足用戶規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)缺乏認(rèn)知。根據(jù)以往各研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者給出的定義，結(jié)合對排放源清單的了解，本書將排放源清單不確定性定義為：由清單編制過程中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺乏、數(shù)據(jù)代表性不足等原因所導(dǎo)致的排放源清單估算存在一定的變化范圍，可用概率密度函數(shù)、累積分布函數(shù)、置信區(qū)間或置信等級進(jìn)行描述。 大氣化學(xué)傳輸模型能夠模擬污染物在大氣中擴(kuò)散、遷移、轉(zhuǎn)化和沉降過程，是評估和預(yù)測污染變化和影響、開展空氣質(zhì)量預(yù)報以及制定大氣污染防治措施的重要工具。受排放源清單、氣象、邊界條件和模型機(jī)制不確定性的影響，大氣化學(xué)傳輸模型也常常具有較大的不確定性。就定義而言，大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性是指由于模型輸入和模型結(jié)構(gòu)的不確定性而引起的模擬值與觀測值存在偏差的可能性與程度。一般而言，模型輸入的不確定性主要指排放源清單、氣象參數(shù)、邊界條件、初始條件、化學(xué)反應(yīng)速率等參數(shù)與數(shù)據(jù)的不確定性。模型結(jié)構(gòu)的不確定性是由于對大氣污染物物理化學(xué)形成機(jī)制認(rèn)識的不足以及模型參數(shù)化過程對機(jī)制不可避免的簡化處理所導(dǎo)致的。量化與識別模型的不確定性已經(jīng)被國外眾多研究機(jī)構(gòu)列為亟待解決的大氣環(huán)境前沿科學(xué)問題之一[11， 13， 14]。然而，由于大氣化學(xué)傳輸模型不確定性研究的復(fù)雜性和對巨大計(jì)算資源需求，國內(nèi)外在這方面的研究起步均較晚，國內(nèi)目前只有少許零星的工作。 總體上，無論各個領(lǐng)域或者學(xué)科如何定義，不確定性都可以理解為事物、模型輸出或?qū)嶒?yàn)結(jié)果是不能確切預(yù)測和量化的，或者說，缺乏原因和結(jié)果之間一一對應(yīng)的關(guān)系。這兩種表述反映了不確定性的兩種基本特征：**，客觀事物本身就是不斷發(fā)展變化的，且這一發(fā)展變化過程存在多種可能性或者隨機(jī)性，導(dǎo)致客觀事物本身具有不確定性，稱為隨機(jī)不確定性[15]。例如，如果一個系統(tǒng)是動態(tài)變化的，且變化速度大于儀器可測量的速度，測量的數(shù)據(jù)只能反映某一瞬時的狀態(tài)而無法描述系統(tǒng)整體的變化情況，那么它是測不準(zhǔn)的，也就是不確定的。第二，由于人們認(rèn)知能力限制或信息不完整而無法對事物狀態(tài)做出準(zhǔn)確的描述和預(yù)測，可稱為認(rèn)知不確定性[16]。 關(guān)于不確定性定義，還有幾點(diǎn)需要特別說明。**，不確定性并不等于誤差或偏差。偏差或者誤差是測量值與真值之差，是一個確定值，并且在計(jì)算偏差或者誤差時，真值或其理想的概念值是已知的。不確定性是對真值或者偏差可能取值范圍的度量，因此理論上當(dāng)測量值的所有不確定性來源都能被量化時，測量值的不確定性范圍大概率包含真值。第二，不確定性是所有事物和模型的固有屬性，只能夠通過提高對事物和模型的認(rèn)知能力、數(shù)據(jù)獲取能力和數(shù)據(jù)質(zhì)量保證等手段降低不確定性，但永遠(yuǎn)無法被消除。第三，對不確定性一般有兩種認(rèn)識，**類不確定性因其具有不穩(wěn)定性是無法用概率描述的，如無法利用歷史資料統(tǒng)計(jì)得出的概率預(yù)測此類不確定事件在將來發(fā)生的可能概率；第二類不確定性是可以用概率描述其不確定性程度的[17]。盡管不同的學(xué)者對不確定性二分法持有不同意見，本書參考奈特的不確定性二分法，并且重點(diǎn)關(guān)注第二類不確定性。第四，針對不同模型，如排放源清單模型和大氣化學(xué)傳輸模型，其主要不確定性來源存在明顯差異，有關(guān)不確定性來源將在本書第3章和第7章進(jìn)行詳細(xì)介紹。 1.2 不確定性分析 1.2.1 不確定性分析的基本概念 不確定性是排放源清單和模型的固有屬性。因?yàn)榇嬖谶@樣的屬性，所以無論是排放源清單還是與模型相關(guān)的研究結(jié)果經(jīng)常受到質(zhì)疑。一些經(jīng)常被質(zhì)疑的問題包括：研究采用的參數(shù)或模型的代表性如何？模型和清單結(jié)果的準(zhǔn)確性如何？能有多大的信心相信研究結(jié)果？能否進(jìn)一步提高和改進(jìn)？如何提高和改進(jìn)？導(dǎo)致排放結(jié)果和模型模擬不確定性的主要來源是什么？是否存在系統(tǒng)偏差？這些都是研究人員和決策者*關(guān)心的問題，但同時也是*難回答的問題，而尋求這些問題的答案必須依賴于不確定性分析。Morgan等[2]將不確定性分析定義為：根據(jù)模型輸入和模型本身的不確定性，量化模型輸出變量的不確定性，并利用敏感性進(jìn)一步分析量化模型輸出變量不確定性對單個模型輸入和不同輸入之間耦合作用的靈敏度，進(jìn)而識別導(dǎo)致模型輸出不確定性的重要模型輸入。對于排放源清單而言，不確定性分析是通過對排放源清單建立過程中各種不確定性來源的定性或定量分析，確定排放源清單的不確定性大小或可能范圍，并識別導(dǎo)致清單不確定性的關(guān)鍵不確定性來源，從而指導(dǎo)排放源清單改進(jìn)與提高的手段和過程；對于大氣化學(xué)傳輸模型，不確定性分析是量化排放
排放源清單與大氣化學(xué)傳輸模型的不確定性分析 作者簡介
鄭君瑜，教授。博士生導(dǎo)師，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者、教育部新世紀(jì)很好人才，暨南大學(xué)環(huán)境與氣候研究院副院長。1996年獲得清華大學(xué)環(huán)境工程碩士學(xué)位、2002年獲得美國北卡羅來納州立大學(xué)環(huán)境工程博士學(xué)位，2002～2005年先后在北卡羅來納州立大學(xué)、美國環(huán)境保護(hù)署從事博士后研究。現(xiàn)任中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會臭氧污染控制專業(yè)委員會常務(wù)副秘書長，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“珠三角PM2.5和臭氧綜合防控技術(shù)與精準(zhǔn)施策示范”項(xiàng)目首席科學(xué)家，曾獲得2014年度教育部科技進(jìn)步獎一等獎、2015年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎等4項(xiàng)重量和省部級獎項(xiàng)。長期致力于大氣排放源清單表征與校驗(yàn)，不確定性分析與應(yīng)用、排放源監(jiān)測與測量系統(tǒng)研發(fā)、大氣污染防控與氣候變化協(xié)同應(yīng)對等研究。先后承擔(dān)和參與了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家基金委重大科研儀器研制項(xiàng)目和重大研究計(jì)劃、廣東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等重量和省部級項(xiàng)目20多個，發(fā)表學(xué)術(shù)文章150余篇，出版了我國首部區(qū)域大氣污染物排放源清單學(xué)術(shù)專著。
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