主要城市废气中主要污染物排放情况-(2013年)
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广东省环境保护厅Department of Environmental Protection of Guangdong Province根据《中华人民共和国环境保护法》第十一条“国务院和省、自治区、直辖市人民政府的环境保护行政主管部门,应定期发布环境状况公报”的规定,现发布2013年度广东省环境状况公报。
广东省环境保护厅厅长第一章 环境状况第一章 环境状况(一) 城市空气2013年全省21个地级以上市及顺德区二氧化硫(SO2)年平均浓度为19微克/立方米,二氧化氮(NO2)年均浓度为30微克/立方米,可吸入颗粒物(PM10)年均浓度为60微克/立方米,均达到《环境空气质量标准》(GB3095-1996)二级标准;全省城市空气污染指数API达标率为97.5%,比2012年下降2个百分点。
珠三角10个城市(区)二氧化硫年均浓度为22微克/立方米,可吸入颗粒物年均浓度为70微克/立方米,两项指标均达到《环境空气质量标准》(GB3095-2012,下称“新标准”)二级标准;二氧化氮年一. 大气环境- -2013 Report on the state of Guangdong provincial environment 2013年广东省环境状况公报- -均浓度为42微克/立方米,略高于“新标准”二级标准40微克/立方米限值;细颗粒物(PM 2.5)年均浓度为47微克/立方米,高于“新标准”二级标准35微克/立方米限值。
臭氧(O 3)日最大8小时均值的第90百分位数为123~191微克/立方米,其中广州、深圳、珠海、惠州4个城市达到“新标准”160微克/立方米要求,6个城市(区)超标;一氧化碳(CO )日均值第95百分位数为1.3~2.2毫克/立方米,均达到“新标准”二级标准。
珠三角城市空气质量指数AQI达标率平均为76.3%,高出全国74个重点城市(平均达标率60.5%)15.8个百分点(根据环境保护部发布的2013年重点区域74个城市空气质量状况)。
2013年度成都市环境统计公报2013年,成都市环保系统坚决贯彻中央和省政府关于环境保护的各项决策部署,以建设生态文明、推进环境保护历史性转变、积极探索环境保护新道路为指导思想,着力解决影响科学发展和损害群众的突出环境问题,推动我市生态环境保护领域从认识到实践发生重要变化,环境保护各项工作取得积极进展,区域污染防治不断深化,主要污染物总量减排扎实推进。
与2012年相比,化学需要量排放量下降4.3%,氨氮排放量下降4.1%,二氧化硫排放量下降6.8%,氮氧化物排放量下降13.3%。
2013年全市废水排放总量110430.04万吨。
其中,工业废水排放量10523.65万吨,城镇生活污水排放量99860.00万吨。
全市废水中化学需氧量排放量189930.04吨,其中工业源化学需氧量排放量为12321.23吨,农业源化学需氧量排放量为73766.25吨,城镇生活化学需氧量排放量为102595.14吨。
全市废水中氨氮排放量22037.84吨,其中工业源氨氮排放量为800.58吨,农业源氨氮排放量为7963.21吨,城镇生活氨氮排放量为13144.17吨。
全市废气中二氧化硫排放量为57080.36吨,其中,工业源排放量52039.86吨,城镇生活源排放量4891.36吨。
全市废气中氮氧化物排放量为92159.84吨,其中工业源氮氧化物排放量为44410.51吨,机动车氮氧化物排放量为45568.23吨,城镇生活氮氧化物排放量为2109.30吨。
全市废气中烟(粉)尘排放量为25160.29吨,其中,工业源烟(粉)尘排放量为21451.83吨,机动车烟(粉)尘排放量为3028.30吨,城镇生活源烟(粉)尘排放量为661.44吨。
全市一般工业固体废物产生量533.35万吨,综合利用量525.35万吨,贮存量0.00195万吨,处置量8.44万吨,倾倒丢弃量0.0001万吨。
全市工业危险废物产生量15.46万吨,综合利用量0.31万吨,贮存量0.17万吨,处置量15.04万吨,无倾倒丢弃量。
四川省2013年度主要污染物排放形势分析王思扬;甘欣;赵磊;王丽娟;唐小军【摘要】近年来,随着四川省经济持续快速发展的同时,四川省作为我国西部省份,经济欠发达、人口稠密.人口的急剧增多、资源的大量消费,排放的污染物已经造成了环境质量的恶化,给四川省经济社会、人民的生产生活带来了严重影响.以四川省2013年环境统计数据为基础数据,通过对现状分析、排放趋势以及选用万元工业增加值下的资源环境特征污染物的排放强度进行分析,绘制各种污染物的曲线,列出水污染物、气污染物的重点行业,再选取出具有重点行业中的典型污染行业,对全省工业结构性污染问题进行了分析,并由此提出了强化总量减排、优化产业结构、建立区域大气联防联控机制等措施和建议.【期刊名称】《四川环境》【年(卷),期】2015(034)001【总页数】6页(P101-106)【关键词】主要污染物;排放形式;对策措施【作者】王思扬;甘欣;赵磊;王丽娟;唐小军【作者单位】四川省环境保护科学研究院,成都610041;四川省环境保护科学研究院,成都610041;四川省环境保护科学研究院,成都610041;四川省环境保护科学研究院,成都610041;四川省环境保护科学研究院,成都610041【正文语种】中文【中图分类】X3· 环境管理·环境保护是我国的基本国策,本世纪十多年来,环境保护事业赶上了好机遇,取得了一定成绩。
但是在成绩面前,我们也清醒地看到,当前环境问题仍然十分突出,环境形式依然十分严峻,工业革命以来,人类社会在创造巨大物质财富的同时,也付出了沉重的资源环境代价。
党的“十八”届三中全会中明确要求,加快生态文明制度建设,划定生态保护红线,建立和完善严格监管所有污染物排放的环境保护管理制度。
由此可以看出,我们需要建设人与自然的和谐发展,需要牢固树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念,大力推进绿色发展、低碳发展、循环发展,促进经济社会和资源环境协调融合。
2013年,全国废水排放量695.4亿吨,比上年增加1.5%。
工业废水排放量209.8亿吨,比上年减少5.3%;占废水排放总量的30.2%,比上年减少2.1个百分点。
2013年,全国工业废水中石油类排放量1.7万吨,比上年增加0.4%;挥发酚排放量1259.1吨,比上年减少15.0%;氰化物排放量162.0吨,比上年减少5.7%。
工业废水中重金属汞、镉、六价铬、总铬、铅及砷排放量分别为0.8吨、17.9吨、58.1吨、161.9吨、74.1吨和111.6吨,重金属污染物分别比上年减少27.3%、33.0%、17.5%、14.2%、23.7%和12.6%。
表2-2 全国工业废水中重金属及其他污染物排放量单位:吨工业废水中汞排放量前3位省份依次为湖南、广西和甘肃,3个省份工业废水汞排放量为0.4吨,占全国废水汞排放量的54.0%。
工业废水中镉排放量前3位的省份依次为湖南、江西和甘肃,3个省份工业废水镉排放量为9.9吨,占全国工业废水镉排放量的55.6%。
工业废水中六价铬排放量前3位的省份依次为江西、湖北和浙江,3个省份工业废水六价铬排放量为35.0吨,占全国废水六价铬排放量的60.2%。
工业废水中总铬排放量前3位的省份依次为河南、广东和浙江,3个省份工业废水总铬排放量为70.7吨,占全国废水总铬排放量的43.7%。
工业废水中铅排放量前3位的省份依次为湖南、甘肃和广西,3个省份工业废水铅排放量为38.5吨,占全国废水总铬排放量的52.0%。
工业废水中砷排放量前3位的省份依次为湖南、江西和西藏,3个省份工业废水砷排放量为60.8吨,占全国废水砷排放量的54.4%。
行业重金属污染物排放情况2013年,重金属(汞、镉、六价铬、总铬、铅、砷)排放量位于前4位的行业依次为金属制品业、有色金属冶炼和压延加工业,皮革、毛皮、羽毛及其制品和制鞋业,有色金属矿采选业。
4个行业重金属排放量为307.2吨,占重点调查工业企业重金属排放量的72.3%。
废气3.1 废气及废气中主要污染物排放情况3.1.1 二氧化硫排放情况2013年,全国工业废气排放量669361亿立方米(标态),比上年增加5.3%。
全国二氧化硫排放量2043.9万吨,比上年减少3.5%。
工业二氧化硫排放量1835.2万吨,比上年减少4.0%,占全国二氧化硫排放总量的89.8%。
城镇生活二氧化硫排放量208.5万吨,比上年增加1.4%,占全国二氧化硫排放总量的10.2%。
集中式污染治理设施二氧化硫排放量0.2万吨。
表3-1 全国二氧化硫排放量单位:万吨注:集中式污染治理设施包括生活垃圾处理厂(场)和危险废物(医疗废物)集中处理(置)厂焚烧废气中排放的污染物。
(下同)3.1.2 氮氧化物排放情况2013年,全国氮氧化物排放量2227.4万吨,比上年减少4.7%。
工业氮氧化物排放量1545.6万吨,比上年减少6.8%,占全国氮氧化物排放总量的69.4%。
城镇生活氮氧化物排放量40.7万吨,比上年增加 3.6%,占全国氮氧化物排放总量的1.8%。
机动车氮氧化物排放量640.6万吨,比上年增加0.1%,占全国氮氧化物排放总量的28.8%。
集中式污染治理设施氮氧化物排放量0.4万吨。
表3-2 全国氮氧化物排放量单位:万吨注:自2011年起机动车排气污染物排放情况与生活源分开单独统计。
3.1.3 烟(粉)尘排放情况2013年,全国烟(粉)尘排放量1278.1万吨,比上年增加3.5%。
工业烟(粉)尘排放量1094.6万吨,比上年增加6.3%,占全国烟(粉)尘排放总量的85.6%。
城镇生活烟尘排放量123.9万吨,比上年减少13.2%,占全国烟(粉)尘排放总量的9.7%。
机动车颗粒物排放量59.4万吨,比上年减少4.3%,占全国烟(粉)尘排放总量的4.6%。
集中式污染治理设施烟(粉)尘排放量0.2万吨。
表3-3 全国烟(粉)尘排放量单位:万吨注:1. 自2011年起不再单独统计烟尘和粉尘,统一以烟(粉)尘进行统计;2. 机动车的烟(粉)尘排放量指机动车的颗粒物排放量。
2000年2001年2002年2003年2004年2005年2006年2007年二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放北京市22.420.119.218.319.119.117.615.2天津市3326.823.525.922.826.525.524.5河北省132.1128.9127.9142.2142.8149.6154.55149.25山西省120.2119.9119.9136.3141.5151.6147.8138.7内蒙古自治区66.464.673.1128.8117.9145.6155.7145.6辽宁省93.2583.9479.382.383.1119.75125.91123.4吉林省28.626.526.527.228.538.240.939.9黑龙江省22.221.928.735.637.350.851.851.5上海市46.547.344.74547.351.350.849.8江苏省89.05114.81112124.1124137.34130.4121.8浙江省59.359.262.473.481.48685.979.7安徽省57.139.639.645.548.967.258.457.2福建省22.52019.330.432.646.115446.944.6江西省32.330.629.343.751.961.363.462.1山东省180172.2169184182.1194200.3196.2182.215河南省87.789.793.7103.9125.6162.5162.44156.4湖北省565453.960.969.271.77670.8湖南省77.376.274.384.887.291.993.490.4广东省90.597.397.4107.52114.8129.4126.7120.3广西壮族自治8369.768.387.494.49799.497.4海南省22 2.2 2.3 2.3 2.2 2.4 2.6重庆市83.972.27076.679.583.718682.62四川省122.3113.5111.7120.7126.4129.9128.1117.9贵州省145.01138.12134.11132.3131.5135.8146.5137.52云南省38.635.7536.4145.347.852.255.153.4西藏自治区0.080.10.10.07490.10.20.20.18908陕西省62.361.963.876.681.892.298.192.7甘肃省36.93742.749.448.456.354.652.31青海省 3.2 3.5 3.267.412.41313.4宁夏回族自治20.62022.229.329.334.338.337新疆维吾尔自31.13029.633.14851.954.93582008年2009年2010年2011年2012年2013年二氧化硫排放二氧化硫排放量(万吨)二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放二氧化硫排放12.311.911.59.78832423.723.523.0921.68 134.51125.3123.4141.2129130.8126.8124.9139.9051143.1139.9139.4140.9404113.1105.1491.4112.62105.8737.836.335.641.319150.6494952.189651.4344.637.935.824.0101113.03107.41105.05105.3899.274.170.167.866.204855.653.853.352.955242.94240.9138.9237.1358.356.455.758.4061169.2159.0301154183175145.2001135.5133.9137.0504127.596764.463.366.5648481.280.168.55364.496113.6107.05105.584.892.58990.448.872.2 2.2 2.93.2572 3.413778.247571.9458.692956.48114.8113.5113.190.2006123.6117.55116.17110.4284104.1198.6550.249.9350.169.12260.20.20.38570.13690.131688.937680.440877.991.683984.380880.6250.250.0355.262.390257.2513.513.614.343115.660234.831.431.141.0458.545958.8576.3179.61。
我国主要城市废气中主要污染物排放情况摘要近几年来环境问题成为全社会极为关注的热点,空气污染是其中最热门的话题,同时也是最重要的民生问题。
本文针对这个现状,搜集了全国有代表性的31个城市的主要大气污染物的排放情况,先利用主成分分析评价了31个城市的综合空气质量,然后又分别用最短距离法和离差平方和法进行聚类分析,最终结果为北京、天津、石家庄等城市的空气质量较差;而海口、拉萨、南宁等城市的空气较好。
特别需要说明的是北京的空气污染与其它城市相比有很大的不同,在最短距离法中被单独聚为一类且与其它类相距较远,这与北京目前空气现状是相吻合的。
在本文的最后还根据实际情况对模型的优缺点做了评价,并指出了需要改进的地方。
关键词:大气污染;主成分分析;聚类分析1、数据资料本文的原始数据取自《中国统计年鉴,2014》,表1我国主要城市废气中主要污染物排放情况用1x 表示工业二氧化硫排放量,2x 表示工业二氧化硫排放量,3x 表示工业烟(粉)尘排放量,4x 表示生活二氧化硫排放量,5x 表示生活氮氧化物排放量,6x 表示生活烟尘排放量。
2、主成分分析2.1主成分分析的步骤(1)计算相关系数矩阵()ij m m R r ⨯=有~~11nkikjk ij aa r n =⋅=-∑(2)计算特征值和特征向量。
计算相关系数矩阵R 的特征值120m λλλ≥≥⋅⋅⋅≥,以及对应的特征向量12,,m u u u ⋅⋅⋅由特征值组成m 个新的指标变量:~~~12111211~~~12212222~~~1212,,,m m m m m m m m mm y u x u x u x y u x u x u x y u x u x u x =++⋅⋅⋅=++⋅⋅⋅=++⋅⋅⋅其中:1y 是第一主成分,2y 是第二主成分, ,m y 是第m 主成分。
(3)计算特征值的信息贡献率和累积贡献率。
1jj mkb λλ=∑为主成分j y 的信息贡献率,同时有11pkk p mkk λαλ===∑∑为主成分12,,,p y y y 的累积贡献率。
2013年重庆市环境统计公报一、综述2013年的环境统计包括工业源、农业源、城镇生活源、机动车和集中式治理设施。
2013年全市废水排放总量14.25亿吨,废水中化学需氧量排放总量39.18万吨,氨氮排放总量5.22万吨;全市废气中二氧化硫排放总量为54.77万吨,氮氧化物排放总量36.20万吨,工业烟(粉)尘排放量17.98万吨;全市工业固体废物产生量3208.48万吨,工业固体废物综合利用量2728.19万吨。
二、废水1.废水排放量。
2013年全市废水排放总量14.25亿吨,其中工业废水排放量3.35亿吨,占废水排放总量的23.51%;城镇生活污水排放量10.89亿吨,占废水排放总量的76.42%。
2.化学需氧量排放量。
2013年全市化学需氧量排放总量39.18万吨。
其中,工业废水中化学需氧量排放5.15万吨,占化学需氧量排放总量的13.14%;城镇生活污水中化学需氧量排放21.86万吨,占55.79%;农业源化学需氧量排放12.10万吨,占30.88%;集中式治理设施化学需氧量排放0.065万吨,占0.17%。
3.氨氮排放量。
2013年全市氨氮排放总量5.22万吨。
其中工业氨氮排放量0.33万吨,占氨氮排放总量的6.32%;城镇生活源氨氮排放量3.62万吨,占69.35%;农业源氨氮排放量1.25万吨,占23.95%;集中式治理设施氨氮排放量0.017万吨,占0.33%。
三、废气1.二氧化硫排放量。
2013年全市工业废气排放量为9532.44亿立方米,废气中二氧化硫排放量为54.77万吨。
其中,工业二氧化硫排放49.44万吨,占二氧化硫排放总量的90.27%;城镇生活源及其他二氧化硫排放5.33万吨,占二氧化硫排放量的9.73%。
2.氮氧化物排放量。
2013年全市氮氧化物排放量为36.20万吨,其中工业氮氧化物排放量24.79万吨,占氮氧化物排放量的68.48%;城镇生活源及其他氮氧化物排放量0.45万吨,占氮氧化物排放量的1.24%;机动车氮氧化物排放量为10.96万吨,占氮氧化物排放量的30.28%。
状况2013年,全国化学需氧量、氨氮、二氧化硫和氮氧化物均实现主要污染物总量减排年度目标。
废水中主要污染物2013年,化学需氧量排放总量为2352.7万吨,比上年下降2.9%;氨氮排放总量为245.7万吨,比上年下降3.1%。
2013年全国废水中主要污染物排放量废气中主要污染物2013年,二氧化硫排放总量为2043.9万吨,比上年下降3.5%;氮氧化物排放总量为2227.3万吨,比上年下降4.7%。
2013年全国废气中主要污染物排放量固体废物2013年,全国工业固体废物产生量为327701.9万吨,综合利用量(含利用往年贮存量)为205916.3万吨,综合利用率为62.3%。
2013年全国工业固体废物产生及利用情况2013年,全国设市城市生活垃圾清运量为1.73亿吨,无害化处理能力为49.3万吨/日,无害化处理量为1.54亿吨,无害化处理率为89.0%。
措施与行动【主要污染物减排】2013年,认真贯彻落实《“十二五”节能减排综合性工作方案》、《国家环境保护“十二五”规划》和《节能减排“十二五”规划》,严格主要污染物总量减排核查监管。
842个造纸、印染等重点项目实施废水深度治理及回用工程;12724个畜禽规模养殖场完善废弃物处理和资源化利用设施,化学需氧量、氨氮去除效率分别提高7个和27个百分点。
进一步提高火电机组脱硫设施达标率,对3400万千瓦现役火电机组脱硫设施实施增容改造;新增钢铁烧结机烟气脱硫设施2.36万平方米;各地煤改气工程新增用气量26亿立方米,替代原煤490万吨,减少二氧化硫排放量3.9万吨;石油炼制行业催化裂化烟气脱硫工程进展明显,18套、3150万吨催化裂化装置新建脱硫设施;2.03亿千瓦现役火电机组拆除脱硫设施的烟气旁路,综合脱硫效率由82%提高到90%以上;严厉打击脱硫设施运行弄虚作假等行为,罚没电价款4.4亿元,追缴二氧化硫排污费近1亿元。
出台实施脱硝电价;脱硝设施建设取得突破性进展,全年新增脱硝机组2.05亿千瓦,5.7亿吨水泥熟料产能新建脱硝设施;电力行业氮氧化物排放量下降11%;淘汰老旧机动车183万辆。
镇江市2013年环境状况公报根据《中华人民共和国环境保护法》和《江苏省环境保护条例》的有关规定,现发布《镇江市2013年环境状况公报》。
镇江市环境保护局局长:刘正泰2014年6月5日综述2013年,在市委、市政府的正确领导下,全市上下坚决贯彻落实科学发展观,大力推进生态文明建设,较好地完成了各项环保重点工作。
全年地表水优于Ⅲ类水的比例为66.1%,市区环境空气质量良好以上天数比例达到61.1%(按AQI统计);长江干流水质保持在优良状态;集中式饮用水源地水质达标率为100%;环境功能区噪声达标率为100%。
总体来看,环境质量保持稳定,部分环境指标有所改善。
一、空气环境(一)废气排放情况2013年,全市工业煤炭消耗总量为2304.7472万吨,其中燃料煤消耗量为2238.7632万吨;燃料油(不含车船用)消耗量为1.4604万吨。
工业废气排放总量为2722.8226亿立方米,废气中二氧化硫排放总量为63186.1484吨,氮氧化物排放总量为70572.4834吨,烟(粉)尘排放量为20411.5798吨。
(二)城市和城镇空气镇江市区二氧化硫年平均浓度为30微克/立方米,优于国家二级标准;二氧化氮、可吸入颗粒物、细颗粒物年平均浓度分别为42微克/立方米、124微克/立方米、72微克/立方米,劣于国家二级标准。
一氧化碳日均浓度范围为0.082-4.67毫克/立方米,日均值超标率为0.1%。
臭氧日1小时最大浓度范围为11-274微克/立方米,超标率为1.2%;最大8小时均值浓度范围为9-213微克/立方米,超标率为1.8%。
丹阳市二氧化硫、二氧化氮年平均浓度分别为21微克/立方米、30微克/立方米,均优于国家二级标准;可吸入颗粒物年平均浓度为85微克/立方米,劣于国家二级标准。
句容市二氧化硫、二氧化氮年平均浓度分别为25微克/立方米、32微克/立方米,均优于国家二级标准;可吸入颗粒物年平均浓度为85微克/立方米,劣于国家二级标准。
2013年全国空气污染状况环保部1月12日公布城市空气质量日报,API污染指数最高的前10位城市是:第一名石家庄、第二名邯郸、第三名保定、第四名唐山、第五名天津、第六名郑州、第七名济南、第八名秦皇岛、第九名济宁、第十名乌鲁木齐和武汉并列。
此排名不包括PM2.5和臭氧污染指数。
连日来,雾霾天气笼罩中国中东部大部地区,来势汹汹且势头不减。
大雾造成较为严重的空气污染,据中国环境监测总站的全国城市空气质量实时发布平台显示,12日,北京、河北、山东等地空气质量达严重污染,PM2.5指数直逼最大值。
郑州首变“褐红”脸PM2.5值突破900郑州上空“脸色”从11日就开始变得阴沉,11日夜间雾愈来愈浓,郑州市气象台于22时30分发布大雾黄色预警。
直到12日上午,郑州市平原地区都还被大雾笼罩,城区和东南部地区能见度小于500米。
随着雾霾的加重,郑州空气质量越来越差。
截至12日10时,郑州市35个监测站点中,31个监测站点全部为最高级别的六级严重污染,显示为褐红色。
这是郑州今年正式开始实施新空气质量标准后,遭遇的首个严重污染日。
而郑州环保监测中心数据显示,截至12日18时,郑州城区空气质量已达严重污染级别,市区PM2.5浓度非常高,天坛、前门、东四环、朝阳农展馆、丰台等地PM2.5浓度监测值都在750微克/立方米左右(即0.075毫克/立方米),已濒临“爆表”。
根据国务院2012年2月公布的《环境空气质量标准》,PM2.5年和24小时平均浓度限值分别定为0.035毫克/立方米和0.075毫克/立方米。
多地重度污染部分突破测量上限山东、河北、河南、湖北等地的多个城市空气质量也都为严重污染,PM2.5及PM10监测指数达到顶峰数值。
江西12日遭遇2013年以来最大浓雾袭击,多个县市出现能见度不足500米大雾,部分地区能见度小于50米。
11日7时5分,四川省气象台发布第5号大雾橙色预警,部分地方能见度将小于200米。
11日,成都市环保局发布空气质量日报与预报,由于大雾原因,11日和12日成都主城区空气质量等级均为轻微污染。
我国主要城市废气中主要污染物排放情况摘要近几年来环境问题成为全社会极为关注的热点, 空气污染是其中最热门的话题,同时也是最重要的民生问题。
本文针对这个现状,搜集了全国有代表性的31个城市的主要大气污染物的排放情况,先利用主成分分析评价了31个城市的综合空气质量,然后又分别用最短距离法和离差平方和法进行聚类分析,最终结果为北京、天津、石家庄等城市的空气质量较差;而海口、拉萨、南宁等城市的空气较好。
特别需要说明的是北京的空气污染与其它城市相比有很大的不同,在最短距离法中被单独聚为一类且与其它类相距较远,这与北京目前空气现状是相吻合的。
在本文的最后还根据实际情况对模型的优缺点做了评价,并指出了需要改进的地方。
关键词:大气污染;主成分分析;聚类分析1、数据资料本文的原始数据取自《中国统计年鉴,2014》,表1 我国主要城市废气中主要污染物排放情况用1x 表示工业二氧化硫排放量,2x 表示工业二氧化硫排放量,3x 表示工业烟(粉)尘排放量,4x 表示生活二氧化硫排放量,5x 表示生活氮氧化物排放量,6x 表示生活烟尘排放量。
2、主成分分析2.1主成分分析的步骤(1)计算相关系数矩阵()ij m m R r ⨯=有(2)计算特征值和特征向量。
计算相关系数矩阵R 的特征值120m λλλ≥≥⋅⋅⋅≥,以及对应的特征向量12,,m u u u ⋅⋅⋅由特征值组成m 个新的指标变量:其中:1y 是第一主成分,2y 是第二主成分,,m y 是第m 主成分。
(3)计算特征值的信息贡献率和累积贡献率。
为主成分j y 的信息贡献率,同时有 为主成分12,,,p y y y 的累积贡献率。
(4)根据累积贡献率选取几个主成分作为新的评价指标。
2.2 主成分分析构建评价指标定性地考虑反应各个城市空气质量的6个评价指标, 不难看出某些指标可能存在较强的相关性,比如汽车的尾气中既含有二氧化硫也含有氮氧化物, 这两个指标之间可能存在相关性。
为了验证这个想法用MATLAB 计算指标之间的相关系数矩阵的特征值以及贡献率,如下表所示:表2 主成分分析结果从结果中我们可以看出某些指标之间确实存在很强的相关性,比如生活烟尘对空气质量的贡献率接近0,这说明空气烟尘的值几乎可以由前面5个变量的值完全确定,这也是意料之中的结果。
如果直接用这些指标进行综合评价,必然造成信息重叠,影响评价的客观性,因此可以考虑用主成分分析的方法来进行分析。
从主成分分析结果中可以看出前3个主成分的累积贡献率就达到了88.42%,因此选取前3个主成分进行综合评价。
前3个特征值对应的特征向量为见表3。
表3 前3个主成分对应的特征向量于是得到3个主成分分别为分别以3个主成分的贡献率为权重,构建主成分综合评价模型,即把各地区的3个主成分值带入上式,可以得到各地空气质量的综合评价,见表4。
表4 排名和综合评价结果2.3 结论从以上的综合评价结果可以看出。
2013年全国各地区废气中污染物情况存在较大的差异,重庆作为我国的国家中心城市是经济中心、金融中心和创新中心,同时也是全球著名的6大雾都城市年平均雾日是104天,在这次主成分的得分中位居第一,上海作为国际著名的经济中心,2014年GDP 总量居中国城市第一、亚洲第二,工商业活动频繁,空气质量较差。
北京作为我国的首都城市空气质量不容乐观,在31个城市中排名23;海口是海南省省会,空气质量排名第一,也在2011年世界卫生组织(WHO)发布首份全球城市空气污染调查报告,获中国空气最清洁的城市,其次拉萨、长沙、南宁等城市的空气质量也一直位居全国前列。
3、最短距离法聚类分析3.1 最短距离法的步骤选取主成分分析中的前3个主成分得分作为聚类指标,定义类与类之间的距离为两类最近样品间的距离,即(1) 计算n 个样品的距离矩阵(0)D 。
(2) 选择(0)D 中的最小元素,设为KL D 将,K L G G 合成一个新类记为M G 。
(3) 计算新类M G 与任一类之间的距离的递推公式为在(0)D 中,K L G G 所在的行和列合并成一个新行新列,对应M G ,该行列上的新距离由上述递推公式求得,其余行列上的距离值不变,得到新的距离矩阵 记作(1)D 。
(4)对(1)D 重复上述(0)D 的2步得到(2)D ,如此下去直到所有的元素合并成一类为止。
3.2 最短距离法聚类模型(1) MATLAB 的算法流程图如下:图1 程序流程图(2)G(30)和G(31)记为G(32)第2步:d=0.021644>> 合并G(24)和G(25)记为G(33) 第3步:d=0.023779>> 合并G(22)和G(23)记为G(34) 第4步:d=0.048656>> 合并G(13)和G(15)记为G(35) 第5步:d=0.051912>> 合并G(8)和G(10)记为G(36) 第6步:d=0.059749>> 合并G(28)和G(29)记为G(37) 第7步:d=0.060741>> 合并G(17)和G(19)记为G(38) 第8步:d=0.067867>> 合并G(34)和G(38)记为G(39) 第9步:d=0.070466>> 合并G(27)和G(37)记为G(40) 第10步:d=0.073204>> 合并G(14)和G(39)记为G(41) 第11步:d=0.095139>> 合并G(7)和G(16)记为G(42) 第12步:d=0.10012>> 合并G(35)和G(41)记为G(43) 第13步:d=0.10023>> 合并G(18)和G(40)记为G(44) 第14步:d=0.10111>> 合并G(6)和G(43)记为G(45) 第15步:d=0.10566>> 合并G(33)和G(45)记为G(46) 第16步:d=0.10831>> 合并G(26)和G(44)记为G(47) 第17步:d=0.11077>> 合并G(12)和G(42)记为G(48) 第18步:d=0.11078>> 合并G(46)和G(47)记为G(49) 第19步:d=0.11621>> 合并G(20)和G(49)记为G(50)第20步:d=0.11995>> 合并G(21)和G(48)记为G(51)第21步:d=0.12293>> 合并G(50)和G(51)记为G(52)第22步:d=0.13024>> 合并G(32)和G(52)记为G(53)第23步:d=0.15135>> 合并G(9)和G(53)记为G(54)第24步:d=0.15638>> 合并G(36)和G(54)记为G(55)第25步:d=0.18692>> 合并G(11)和G(55)记为G(56)第26步:d=0.22048>> 合并G(2)和G(3)记为G(57)第27步:d=0.30904>> 合并G(4)和G(56)记为G(58)第28步:d=0.40013>> 合并G(5)和G(57)记为G(59)第29步:d=0.45985>> 合并G(58)和G(59)记为G(60)第30步:d=1.5322>> 合并G(1)和G(60)记为G(61) 得到聚类图如下图所示图2 最短距离法聚类图表5 城市编号(4)结论如果分为4类结果为:从聚类结果可以看出,北京的空气质量与其他城市相比有很大的不同,可能的原因是生活烟尘的排放量过高,这与北京近年来的空气质量状况是相符的,其次石家庄、天津、太原等城市的空气状况和北京类似。
4、离差平方和法聚类分析直接调用MATLAB中的函数,得到聚类图如下图所示。
从图中可以看出离差平方和法得到的结果仍把北京、天津、石家庄、呼和浩特归为一类,与最短距离法得到的结果相同。
不同点在于离差平方和法使得两个大的类不容易合并,两个小的类容易合并,因而能达到分离的开的聚类结果,这符合我们对聚类的实际要求,因而更具有优越性。
5、模型分析本模型的优点在于同时利用了主成分分析,最短距离法和离差平方和法对城市的空气质量进行综合评价,三种方法得到的结果相类似,都认为北京、天津等城市的空气较差,也与这些城市的实际空气情况相符,从而说明了模型的可靠性。
本模型的缺点是只考虑了城市的污染物排放量,并没有考虑每个城市的面积,而且实际情况中相邻近的城市还可能存在污染物的相互传播问题,进一步的改进模型中可以用污染物排放量除以城市的面积作为指标变量进行分析。
6、参考文献[1] 王学民.应用多元分析[M].上海财经大学出版社,2014:153-197.[2] 司守奎王.数学建模算法与应用[M].国防工业出版社,2014:193-207.7、附件(1) 主要城市废气中主要污染物排放情况(2013年).xls(2) principal_component_analysis.m(3) Single_linkage_method.m(4) Ward_method.m8、附录1、主成分分析程序。
clc,clearx=xlsread('主要城市废气中主要污染物排放情况 (2013年)',2);x0=x';r=corrcoef(x0');%求相关系数矩阵[vec1,lamda,rate]=pcacov(r)%求相关系数矩阵的特征值以及特征向量f=repmat(sign(sum(vec1)),size(vec1,1),1);num=3;df=x0'*vec1(:,1:num);tf=df*rate(1:num)/100;%计算综合得分[stf,ind]=sort(tf,'descend');%把得分按高到低排序stf=stf',ind=ind2、最小距离法程序clc,clearx=xlsread('主要城市废气中主要污染物排放情况 (2013年)',4,'B2:D32');x0=x';[M,N]=size(x0);m=zeros(1,M);n=9999*ones(1,M);s=zeros(1,M);eq=zeros(1,M);for i=1:Mfor j=1:Nif x0(i,j)>=m(i)m(i)=x0(i,j);endif x0(i,j)<=n(i)n(i)=x0(i,j);ends(i)=s(i)+x0(i,j);endeq(i)=s(i)/N;end%计算sigma,它是标准差的意思sigma0=zeros(M);for i=1:Mfor j=1:Nsigma0(i)=sigma0(i)+(x0(i,j)-eq(i))^2;endendsigma=sqrt(sigma0/N);jicha=m-n;he=sum(x0,2);x0_jc0=zeros(M,N);for i=1:Mfor j=1:Nx0_jc0(i,j)=x0(i,j)/jicha(i);endendtest=x0_jc0'; %test为标准化后矩阵[M,N]=size(test);a='?';d_abs=zeros(M,M);d_ou0=zeros(M,M);for i=1:Mfor j=1:Mfor k=1:Nd_abs(i,j)=d_abs(i,j)+abs(test(i,k)-test(j,k));endendendtest=d_abs;t=0;M=length(test(1,:));MM=M;a=1:MM;Z=zeros(MM-1,3);disp('最短距离聚类分析结果:')while(sum(sum(test)))min=9999;for i=1:M %在test中找出最大的相关系数及其下标... for j=1:M %...并提示:合并下标对应的两组数据if(min>test(i,j)&&test(i,j)~=0)min=test(i,j);x=i;y=j;endendendt=t+1;str=['第',num2str(t),'步:d=',num2str(min),'>> 合并G(',...num2str(a(x)),')和G(',num2str(a(y)),')','记为G(',num2str(t+MM),')'];disp(str) %提示操作步骤Z(t,:)=[a(x),a(y),min]; %收集dendrogram()画聚类图时所需的数据a([x,y])=[]; %每执行一步,在a中删除被合并的数据号,在末尾顺次新增一个if(~isempty(a))a(end+1)=t+MM;endg=zeros(1,M-2); %生成新的距离矩阵ii=0;for i=1:Mif(i==x||i==y);elseii=ii+1;g(ii)=(test(x,i)<test(y,i))*test(x,i)+(test(x,i)>=test(y,i))*test(y,i); end %...两列变一列:两两比较取其小者endtest([x,y],:)=[];test(:,[x,y])=[];test=cat(1,test,g);test=cat(2,test,[g';0]);M=length(test(1,:));enddendrogram(Z,0); %画树状聚类图title('最短距离聚类');ylabel('lambda');clear M MM i ii j x y g a t min str Z3、离差平方和法聚类程序clc,clearx=xlsread('主要城市废气中主要污染物排放情况 (2013年)',4,'B2:D32');x0=x;y=pdist(x0,'cityblock');yc=squareform(y)Z=linkage(y,'ward')[h,t]=dendrogram(Z)。