基于主成分分析法的大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

季艷紅　楊路云　何瑩瑩

（1徐州市銅山區(qū)環(huán)保局江蘇徐州2210002江蘇師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院江蘇徐州221116）

基于主成分分析法的大氣環(huán)境質(zhì)量評價(jià)

季艷紅1楊路云2何瑩瑩2

（1徐州市銅山區(qū)環(huán)保局江蘇徐州2210002江蘇師范大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院江蘇徐州221116）

本文以徐州銅山區(qū)清華中學(xué)附近2013年2～12月的大氣環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)為對象，采用主成分分析法對其大氣環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。評價(jià)結(jié)果表明：提取了兩種主成分t1和t2，二者的方差總貢獻(xiàn)率為69.12%，主成分t1的貢獻(xiàn)率為52.23%。根據(jù)各主成分與變量之間的相關(guān)關(guān)系得出，與t1有較大相關(guān)性的是顆粒污染物PM10和PM2.5，對研究區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量貢獻(xiàn)率最大，其次是NO2、CO和SO2；與t2相關(guān)系數(shù)較大的是O3，對大氣環(huán)境質(zhì)量的貢獻(xiàn)率最小。

大氣環(huán)境質(zhì)量；主成分分析法；顆粒污染物；氣態(tài)污染物

近年來，大氣環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，空氣質(zhì)量狀況的好壞將直接影響大家的生活質(zhì)量，尤其是PM10和PM2.5的含量[1]。徐州作為以能源和資源消耗為主的城市，結(jié)構(gòu)性大氣污染比較突出，粉塵、煙塵、揚(yáng)塵等顆粒污染物和氣態(tài)污染物SO2的污染比較嚴(yán)重，目前徐州的空氣污染仍以煤煙型為主，顆粒物是影響空氣質(zhì)量的首要污染物[2]。影響大氣環(huán)境質(zhì)量的因素有很多，只有盡可能的利用較多的因素作為評價(jià)指標(biāo)，評價(jià)的結(jié)果才更具可靠性。主成分分析法也稱主分量分析或矩陣數(shù)據(jù)分析，主要是通過變量變換的方法把相關(guān)的變量變?yōu)槿舾傻木C合指標(biāo)變量[3]。主成分分析法不僅能最大限度的保留原始數(shù)據(jù)，還能夠準(zhǔn)確客觀的確定其主要成分，避免了主觀隨意性[4]。作為比較普遍的多元統(tǒng)計(jì)分析方法之一，主成分分析法被廣泛的應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方面[5-8]。

1　研究區(qū)簡介

銅山區(qū)位于江蘇省西北部，淮海經(jīng)濟(jì)區(qū)的中心，環(huán)抱江蘇省徐州市區(qū)，地處東經(jīng)116°43′～117°42′、北緯34°01′～34° 35′。北部與山東微山和棗莊為鄰，南部與西南部接安徽宿州、靈璧和蕭縣，東部與邳州和睢寧交界，西北部與豐沛毗鄰。銅山區(qū)西北、東南是黃泛沖擊平原，地勢平坦，河道縱橫，東北、西南和東南部分地區(qū)為丘陵地區(qū)。水文氣象具有長江流域和黃河流域的過渡性質(zhì)，四季分明，氣候溫和，光照充足，降水量較為充沛，多年平均降水量約為860mm。研究區(qū)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)所用數(shù)據(jù)的監(jiān)測點(diǎn)就位于徐州南部的銅山區(qū)，無名山公園東南方向清華中學(xué)附近。

2　主成分分析法

2.1數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理[9]

Xij為第i個(gè)分區(qū)第j個(gè)指標(biāo)的值，Xj，Sj為第j個(gè)指標(biāo)的樣本均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

2.2計(jì)算數(shù)據(jù)表（Yij)ixj的相關(guān)矩陣R

其計(jì)算公式為：

2.3用SPSS17.0軟件計(jì)算

用SPSS17.0軟件計(jì)算用SPSS17.0軟件計(jì)算特征值、貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率，并求主成分載荷量。

3　結(jié)語

本文利用主成分分析法，并借助SPSS17.0軟件，評價(jià)徐州銅山區(qū)清華中學(xué)大氣環(huán)境質(zhì)量，提取了2個(gè)主成分t1和t2，根據(jù)各污染物與主成分的相關(guān)系數(shù)得出，貢獻(xiàn)率最大的污染物是PM10和PM2.5，其次是NO2、CO和SO2，O3的貢獻(xiàn)率最小。

[1]劉素麗.用主成分分析法評價(jià)空氣質(zhì)量[J].網(wǎng)友世界·云教育, 2014（9）.

[2]曹楊，朱守超.徐州市環(huán)境空氣質(zhì)量現(xiàn)狀及污染防治[J].環(huán)境科技,2010，23（增刊2）：86-88.

[3]汪應(yīng)洛.系統(tǒng)工程[M].4版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[4]王曉鳳.應(yīng)用主成分分析法評價(jià)東昌湖水質(zhì)狀況[J].湖北農(nóng)業(yè)科技,2011,50（23）:4812-4815.

[5]馮利華.環(huán)境質(zhì)量的主成分分析[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識,2003,08 (33):32-35.