对我国主要城市空气质量的聚类分析
对我国主要城市空气质量的聚类分析
摘要
本文应用多元统计分析中聚类分析理论，使用SPSS17.0软件和spss13.0对我国主要城市的空气质量进行了聚类分析，将31个城市按照空气质量的类型分为了四类。在此基础上，对这些城市的空气质量归属进行了回报判别，结果令人满意。
1引言
大气环境质量评价是环境质量评价的一项重要内容。对空气环境质量的充分认识对我国社会的可持续发展具有现实的指导意义。
在多元统计分析中，常常使用聚类分析和判别分析来解决样本的分类问题。在事先不知道应将样品或指标分为几类、怎么分类的情况下，可以使用聚类分析根据样本或指标的相似程度，将样本或指标归组分类。
聚类分析的基本思想是：在样品之间定义距离，在变量之间定义相似系数，距离或相似系数代表样品或者变量之间的相似程度。按相似程度的大小，将样品逐一归类，关系密切的类聚集到一个小的分类单位，然后逐步扩大，使得关系疏远的聚合到一个大的分类单位，直到所有的样品都聚集完毕，形成一个表示亲疏关系的谱系图，依次按照某些要求对样品进行分类。一般地，根据分类对象的不同，聚类分析可以分为Q型和R型两大类。Q型聚类分析是对样本进行分类处理，R型聚类分析是对变量进行分类处理。[2]
判别分析也是一种数据的分析方法。在事先已经建立了样品分类，需要将新样本归入到已知分类的样本组中时，就可以使用判别分析。
本文以4种空气质量指标为变量，采用系统聚类分析Ward方法（离差平方和法），对我国31个主要城市的空气质量类型进行了聚类。并在此基础上，对这些
城市的空气质量归属进行了回报判别。从结果来看，比较圆满地完成了预定目标。2聚类分析和主要城市空气质量类型的划分
2.1指标的选取
本文选取了全国31个城市的2008年的四项空气质量指标作为对空气质量类型划分的依据，所选数据全部来自《中国统计年鉴》，具体见下表。
主要城市空气质量指标 (2008年)
单位：毫克/立方米
城市
空气质量达到及可吸入颗粒物二氧化硫二氧化氮好于二级的天数
(天)
北京0.123 0.036 0.049 274 天津0.088 0.061 0.041 322 石家庄0.116 0.046 0.031 301 太原0.094 0.073 0.021 303 呼和浩特0.070 0.049 0.045 340 沈阳0.118 0.059 0.037 323 长春0.096 0.030 0.038 342 哈尔滨0.102 0.043 0.055 308 上海0.084 0.051 0.056 328 南京0.098 0.054 0.053 322 杭州0.110 0.052 0.053 301 合肥0.134 0.022 0.025 257 福州0.071 0.023 0.046 354 南昌0.083 0.050 0.036 344 济南0.126 0.052 0.022 295 郑州0.094 0.060 0.047 325 武汉0.113 0.051 0.054 294 长沙0.097 0.053 0.043 329
广州0.071 0.046 0.056 345 南宁0.056 0.040 0.044 352 海口0.043 0.009 0.017 366 重庆0.106 0.063 0.043 297 成都0.111 0.049 0.052 319 贵阳0.082 0.064 0.023 347 昆明0.067 0.051 0.039 366 拉萨0.051 0.005 0.024 353 西安0.113 0.050 0.044 301 兰州0.132 0.070 0.054 268 西宁0.118 0.029 0.030 296 银川0.084 0.049 0.021 330 乌鲁木齐0.145 0.105 0.065 261
表2
Rescaled Distance Cluster Combine
C A S E 0 5 10 15 20 25
Label Num +---------+---------+---------+---------+---------+
11 -+
27 -+
3 -+
4 -+
15 -+
29 -+
17 -+-----+
22 -+ |
8 -+ |
9 -+ +-------------+
18 -+ | |
30 -+ | |
2 -+-----+ |
10 -+ |
6 -+ +---------------------------+
16 -+ | |
23 -+ | |
21 -+---+ | |
25 -+ | | |
13 -+ +---------------+ |
26 -+ | |
20 -+---+ |
5 -+ |
7 -+ |
14 -+ |
19 -+ |
24 -+ |
12 -+ |
31 -+-----------------------------------------------+
1 -+
28 -+
表 3
类型城市
第一类合肥，兰州，太原，呼和浩特，郑州，银川，长沙，上海，成都
第二类南京，广州，乌鲁木齐，石家庄，杭州，武汉，长春，贵阳
第三类拉萨，重庆，南昌，西安，海口，哈尔滨，沈阳，济南，南宁，昆明
第四类天津，西宁，福州，北京
从图1，2中可以看出，全国31个城市可以分为四种空气质量类型，如表3
所示。
2.3结果讨论
按照表3聚类分析的分类结果，可以将我国31个城市的空气质量类型分为四类：优、良、污染和轻微污染。
第一类型的城市空气质量良好。
第二类型的城市属于轻微污染型，这些城市的工业类型多以轻工业为主，对大气环境的污染较轻。
第三类型的城市空气质量优，尤其是拉萨，作为我国独具特色的一个旅游城市，在发展经济的同时，特别需要将环境保护的重要性提上日程，不可再走先污染后治理的道路。
第四类型的城市属于污染型城市，这些城市人口密集、交通拥挤、工业发达，像北京是全国的政治文化中心，汽车拥有量很大，汽车尾气的排放对环境的污染十分严重。这些城市的大气质量急需改善。
第三类型的城市空气质量优，尤其是拉萨，作为我国独具特色的一个旅游城市，在发展经济的同时，特别需要将环境保护的重要性提上日程，不可再走先污染后治理的道路。
总的来说，结合这些城市的工业等的发展状况，该聚类结果还是比较符合实际的。
3判别分析
定义：判别分析产生于20世纪30年代，是利用已知类别的样本建立判别模型，为未知类别的样本判别的一种统计方法。近年来，判别分析在自然科学、社会学及经济管理学科中都有广泛的应用。判别分析的特点是根据已掌握的、历史上每个类别的若干样本的数据信息，总结出客观事物分类的规律性，建立判别公式和判别准则。当遇
到新的样本点时，只要根据总结出来的判别公式和判别准则，就能判别该样本点所属的类别。判别分析按照判别的组数来区分，可以分为两组判别分析和多组判别分析。
下面对这些城市的空气质量归属进行了回报判别，判别分析采用逐步选择判别分析Fisher判别法。本文采用Wilk’Lambda（每步选择Wilk的λ统计量值最小的变量进行判别函数）方法进行样品分析及分类。表4表示对判别函数的显著行检验，其中Wilk的λ值很小，显著概率Sig=0.000，从而认为判别函数有效。
表5是逐步判别后给出的判别函数系数表，最后进入的自变量是可吸入颗粒物、二氧化硫和二氧化氮的含量，分别设这三个变量为x1、x2、x3，其判别函数如下：
F1=687.606x1+573.39x2+325.217x3－65.827
F2=433.725x1+488.629x2+422.513x3－42.275
F3=573.032x1+400.508x2+189.123x3－40.646
F4=274.6x1+119.857x2+118.602x3－11.182
表6为回报判别的结果。可以看到所有的回报率均为1，所以采用的判别分析方法是适用的。
4结论
本文对我国31个主要城市的空气质量进行了聚类分析，将其空气质量的类型分为了四类：优、良、污染和轻微污染。通过对实际情况的分析，发现这种划分结果与实际比较相符。通过对这些城市的空气质量归属进行了回报判别，结果令人满意。
5建议
随着社会的发展，城市的发展也越来越快，随之而来的环境问题越来越突出，环境污染严重。在附录表中可以看到工业废水排放量都超标。毕竟城市是很多人的居住环境，在运行费用多做些投入，废水治理设施多增加些，可能我的环境会变得更好，当然，这也需要市
民的共同努力，使我们的城市居住环境更加美好!
我国城市空气质量的状况分析
我国城市空气质量的状况分析
我国城市空气质量的状况分析 目录 摘要 Abstract 第一章绪论 1.1城市空气质量研究的背景和意义 1.2 常用的衡量空气质量好坏的指标 1.3 我国城市空气质量的现状分析 1.4 主要研究目的 1.5 研究方法 第二章我国主要城市空气质量的分类 2.1聚类分析简介 2.1.1 聚类分析的基本原理与步骤 2.2对各城市聚类的结果及分析 2.2.1衡量指标 2.2.2数据运算 2.2.3聚类结果及分析 第三章影响城市空气质量的因素 3.1 模型的构建 3.2 数据的运算 3.3 结果分析及综合评价 第四章结论与对策建议 4.1主要结论 4.2对策与建议 参考文献 附录 第一章绪论 1.1城市空气质量研究的背景和意义 一、研究背景 随着科技的发展，工业的进步和全球人口急剧增多的因素的影响，人们赖以生存的环境遭到了很大的破坏，很多地区相继出现了酸雨、物种灭绝、土地沙化等环境问题。环境问题已经成为当今世界各国普遍关注的问题之一，也是21世纪人类面临的重大挑战。 我国是一个人口大国，城市众多，人口密集。但由于工业的发展，我们的很多城市都受到了不同程度的污染，尤其是空气的污染，直接对我们造成伤害,人们疾病的发生率也逐年提高。空气中的污染物主要是可吸入颗粒、二氧化硫、二氧化氮等物质。 二、研究意义： 洁净大气是人类赖于生存的必要条件之一，一个人在五个星期内不吃饭或五天内不喝水，尚能维持生命，但超过5分钟不呼吸空气，便会死亡。人体每天需要吸入10-12立方米的空气。因此空气质量的好坏与人类的生存息息相关，评价空气的质量才能反映空气的好坏，才能开展治理等工作，才能让我们生活
空气质量指数评价方法
空气质量指数评价方法 空气质量指数（Air Quality Index，简称AQI）是定量描述空气质量状况的无量纲指数。针对单项污染物的还规定了空气质量分指数。参与空气质量评价的主要污染物为细颗粒物、可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等六项。 1、分级 2012年上半年出台规定，将用空气质量指数（AQI）替代原有的空气污染指数（API）。AQI共分六级，从一级优，二级良，三级轻度污染，四级中度污染，直至五级重度污染，六级严重污染。当PM2.5日均值浓度达到150微克/立方米时，AQI即达到200；当PM2.5日均浓度达到250微克/立方米时，AQI即达300；PM2.5日均浓度达到500微克/立方米时，对应的AQI指数达到500。 2014年9月17日北京市空气质量指数[1] 空气质量按照空气质量指数大小分为六级，相对应空气质量的六个类别，指数越大、级别越高说明污染的情况越严重，对人体的健康危害也就越大。 根据《环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）》（HJ 633—2012）规定：空气污染指数划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300六档，对应于空气质量的六个级别，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。[2] 空气污染指数为0－50，空气质量级别为一级，空气质量状况属于优。此时，空气质量令人满意，基本无空气污染，各类人群可正常活动。[2] 空气污染指数为51－100，空气质量级别为二级，空气质量状况属于良。此时空气质量可接受，但某些污染物可能对极少数异常敏感人群健康有较弱影响，建议极少数异常敏感人群应减少户外活动。[2] 空气污染指数为101－150，空气质量级别为三级，空气质量状况属于轻度污染。此时，易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状。建议儿童、老年人及心脏病、呼吸系统疾病患者应减少长时间、高强度的户外锻炼。[2] 空气污染指数为151－200，空气质量级别为四级，空气质量状况属于中度污染。此时，进一步加剧易感人群症状，可能对健康人群心脏、呼吸系统有影响，建议疾病患者避免长时间、高强度的户外锻练，一般人群适量减少户外运动。[2] 空气污染指数为201－300，空气质量级别为五级，空气质量状况属于重度污染。此时，心脏病和肺病患者症状显著加剧，运动耐受力降低，健康人群普遍出现症状，建议儿童、老年人和心脏病、肺病患者应停留在室内，停止户外运动，一般人群减少户外运动。[2] 空气污染指数大于300，空气质量级别为六级，空气质量状况属于严重污染。此时，健康人群运动耐受力降低，有明显强烈症状，提前出现某些疾病，建议儿童、老年人和病人应当留在室内，避免体力消耗，一般人群应避免户外活动。[2] 2、区别 AQI与原来发布的空气污染指数（API）有着很大的区别。 AQI常识普及版 AQI分级计算参考的标准是新的环境空气质量标准（GB3095-2012），参与评价的污染物为SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO等六项；而API分级计算参考的标准是老的环境空气质量标准（GB3095-1996），评价的污染物仅为SO2、
第三节 空气质量与健康教学设计2教案
空气质量与健康 ●教学目标 知识目标 1．描述空气质量对人体健康的主要影响。 2．尝试了解当地的空气质量。 3．学会采集和测算空气中的尘埃粒子，了解空气受污染的程度。 4．学会抽样记数的方法。 5．尝试用所学的方法探究有关空气中尘埃粒子的问题。 能力目标 1．通过分析有关资料回答问题，培养学生分析、归纳概括能力、语言表达能力。 2．通过“采集和测算空气中的尘埃粒子”的探究，培养学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力。 情感目标 让学生明白自己的健康与周围的空气质量有密切的关系，爱护环境就等于爱护自己。 ●教学重点 1．描述空气质量对人体健康的主要影响。 2．做好探究实验采集和测算空气中的尘埃粒子。 ●教学难点 1．学会正确采集尘埃粒子和比较精确的测算空气中的尘埃粒子。 2．学会抽样记数的方法。 ●教学方法 实验法、讲解法、综合法。 ●课时安排 1课时 ●课前准备 空气质量统计资料及数据、呼吸道疾病的有关资料、多媒体。 ●教学过程 ［导入新课］ 教师:我们每时每刻都在呼吸，一个人每天要呼吸两万多次，每天至少要与环境交换一万多升气体，可见空气质量的好坏与人的健康息息相关。那么空气质量的好坏与人的健康关系如何呢?今天我们就来研究这个话题。（板书课题：空气质量与健康） ［讲授新课］
空气质量影响人体健康： 教师：（组织指导学生阅读“资料分析”出示以下问题，让学生带着以下问题阅读，加入到小组内参与分析讨论。） （1）在什么样的环境中生活和工作的人群，呼吸系统疾病发病率高？ （2）请你根据搜集到的有关资料，分析呼吸系统疾病引起的死亡率为什么会逐年上升？ （3）请结合资料3、4和身边的实例，分析居室的空气质量与人的健康关系。 （4）除了以上资料所提到的，影响居室空气质量的因素还有哪些？ 学生：（认真阅读资料，分析讨论，相互补充，在老师的点拨指导下得出如下结论） （1）在空气质量差的环境中生活和工作的人群，呼吸系统发病率高，即呼吸道容易患鼻炎、咽炎等，肺部容易患肺炎、肺结核、肺癌等。 （2）空气质量的恶化，是导致呼吸系统引起死亡率逐年上升的主要原因。 （3）烟雾污染和装修污染影响居室空气质量，直接影响人们的健康。吸烟危害吸烟者自身的健康，也影响周围不吸烟者（被动吸烟者）的健康。装修后的墙壁往往含有甲醛、苯、甲苯和二甲苯等挥发性的有机化合物。这些挥发性的有机化合物聚集到一定的浓度，可以使人感到不适，严重时可以使人患呼吸系统疾病和其他疾病。 （4）新购买的家具、清新剂等，往往也含有上述对人体有害的挥发性的有机化合物，也会影响居室的质量，等等。 了解当地的空气质量状况： 教师：同学们讲得很好，说明你们课前认真地收集并阅读了大量的资料。大气中的污染物对人体健康的危害极大，这些有害物质既可以引起包括肺癌在内的呼吸系统疾病，还可以通过呼吸系统进入血液，引起其他系统的疾病。我们当地的空气质量如何？大气主要有哪些污染物呢？（组织学生对课前准备的空气质量统计资料及数据，进行分析，总结本地区空气质量被污染的现状）学生：（小组讨论总结后发言） （1）我们城市的空气质量状况，每天基本是“轻微污染”； （2）我们城市的空气中首要污染物是“可吸入颗粒物”； （3）常见的大气污染源一般有：工厂排放的烟尘废气和居民炉灶排放的烟尘废气，汽车、摩托车等各种机动车辆排放的尾气、农作物秸秆焚烧排放的浓烟、地面扬沙和沙尘暴等。 教师：同学们说得很好，说明同学们课前进行了认真的调查访问，也查阅了空气污染的有关资料，那么我们如何自己测量周围的空气质量呢？ 学生：我们可以利用课前测量空气中的尘埃粒子数并计算尘埃粒子数，就能判断周围的空气质量状况。 教师：对。同学们可以利用课前各小组采集到的尘埃粒子数，测算空气中的尘埃粒子数。现在请各小组制定出科学的测算计划与方案。 学生：各小组按5点取样法算出，小组之间根据数据讨论，交流尘埃粒子数与环境的关系。
我国城市空气质量的状况分析
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牡丹江市环境空气质量分析(一)
牡丹江市环境空气质量分析(一) 摘要简述了牡丹江市环境空气污染的成因及变化趋势，利用Spearman相关系数法进行趋势分析，结果表明：“十五”期间，牡丹江市环境空气污染物的构成仍以可吸入颗粒物、降尘为主，并呈现下降的趋势。最后提出建议，以期改善当地的环境空气质量。 关键词环境空气；质量；Spearman相关系数法；黑龙江牡丹江 中图分类号X823文献标识码A文章编号1007-5739（2011）08-0264-01 AnalysisonEnvironmentalAirQualityinMudanjiangCity LIJing1LANGGui-lin1YUZhi-guang2 （1MudanjiangEnviromentalmonitoringCentralStationofHEilongjiangProvince，MudanjiangHEIlongjiang157000；2CollegeofEconomicsandManagement，NortheastAgriculturalUniversity）AbstractThecausesandchangingtrendsofenvironmentalairpollutioninMudanjiangcitywerediscusse d，andthetrendsanalysiswerecarriedoutbySpearmancorrelationcoefficientsmethod.Theresultsshowe dthatenvironmentalairpollutantsmainlyconstructedwithPM10anddustinMudanjiangcity，whichshowedthetrendofdecreasing.Somecountermeasureswereputforwardtoimprovethelocalenv ironmentalairquality. Keywordsenviromentalair；quality；Spearmancorrelationcoefficientsmethod；MudanjiangHeilongjiang 1环境空气污染成因及变化趋势 1.1大气污染成因 受市区复杂地形与气象条件影响，空气污染物被滞留在山地丘陵所环绕的市区1]。煤炭的消耗量占燃料消耗总量的90%以上，尤其在采暖季节居民小炉灶和采暖锅炉排放的燃烧废气滞留期间。由于部分企业缺乏环境意识，在城市上风向及中心的居民稠密区建立如橡胶、水泥、化工等企业，这些是构成大气污染的主要因素。 1.2空气污染的变化趋势 牡丹江市空气环境质量变化趋势见表1。可以看出，2006—2010年，可吸入颗粒物变化最为明显，下降12.5%。可吸入颗粒物、二氧化硫、氮氧化物均达到国家二级标准，环境空气质量明显改善。 2污染趋势分析 2.1分析方法 利用Spearman相关系数法进行趋势分析，推算出环境空气污染趋势年际变化，计算公式：Di=Xi-Ri 式中：Rs—秩相关系数，s—按时间排列的序号，Xi—周期按浓度值由小到大排列的序号，Di—变量X和变量R的差值。 2.2分析结果 二氧化硫、氮氧化物、可吸入颗粒物、降尘的相关系数Rs分别为-0.6、0.3、-0.6、-0.9。分析结果表明，“十五”期间，除氮氧化物变化规律不明显外，二氧化硫、可吸入颗粒物、降尘量均呈现明显下降的趋势。总体来看，牡丹江市的环境空气污染仍属煤烟型污染，环境空气中污染物的构成仍以可吸入颗粒物、降尘为主。 3污染缓解的原因分析 3.1烟尘控制区的建设卓有成效 “十一五”期间，西三、东安、爱民、大庆等4个烟尘控制区面积达到302万km2。 3.2城市基础设施建设进度较快
SPSS的综合运用——以我国城市空气质量分析为例资料
SPSS的综合运用——以我国城市空气质量分析为例 年欢 管理科学与工程 2013200644 （一）实验目的 近年来随着现代化和工业化的进程，我国大气污染状况十分严重，主要呈现煤烟型污染 特征，城市大气环境中总悬浮颗粒浓度普遍超标、二氧化硫污染保持在较高水平、机动车尾气污染物排放总量迅速增加、氮氧化物污染趋势加重、全国形成多个酸雨区等，危害生态环境、影响人民群众身体健康。从污染物构成来看，我国大气污染来源主要有三个方面：一是生活污染源，包括饮食或取暖时燃料向大气排放有害气体和烟雾;二是工业污染源，包括火力发电、钢铁和有色金属冶炼，各种化学工业给大气造成的污染;三是交通污染源，包括汽车、飞机、火车、船舶等交通工具的煤烟、尾气排放。本文通过聚类分析和主成分分析法，研究我国主要城市的空气质量，以及各参数对空气质量好坏的影响以及最主要的影响因素。 并据此提出科学合理的对策建议。 （二）问题描述 在2013年之前，大部分人对于雾霾天气的认知都会自然而然觉得是北京的事。然而，12月伊始，我国遭受了入冬以来最大范围雾霾天气，今年12月伊始，我国中东部地区迎来了严重雾霾事件，几乎涉及中东部所有地区。天津、河北、山东、江苏、安徽、河南、浙江、上海等多地空气质量指数达到六级严重污染级别，使得京津冀与长三角雾霾连成片。由于能见度过低，导致多处高速公路封道关闭，给车辆出行带来了不便，也严重影响了市民的正常 工作与生活。 （三）数据来源 通过查询“中华人民共和国国家统计局官方网站”的“国家统计数据库”，《中国统计 年鉴》获得。 （四）案例中使用的SPSS方法 1.描述性分析 2.相关分析 3.聚类分析 4.主成分分析 （五）实验内容与步骤 1.城市空气质量因素的描述性统计 本实验对城市空气质量的可吸入颗粒物、二氧化硫、二氧化氮、空气质量达到及好于二级的天数、年平均气温和年平均相对湿度六项影响空气质量的因素做描述性统计分析，包括 频数、极小值、极大值、均值和标准差五个项目，见表1.1。 表1.1 描述统计量
空气质量评价预测模型论文
城市空气质量的评估与预测 一．问题的提出 1.1背景介绍 环境空气质量指标与人们的日常生活息息相关，同时也在城市环境综合评价中占有重要地位，根据已有的数据，运用数学建模的方法，对环境空气质量进行科学合理的评价，预测与分析是一个很具有实用价值的问题。 目前我国城市环境空气质量评价的主要依据是API值的二级达标天数，即根据已有的API分级制，计算城市的二级空气质量达标天数并以之作为该城市空气质量的评价。 然而，这种评价方法虽然有利于城市空气质量管理，但是API分级制具有统计跨度大且较为粗略的特点，不适合对城市的空气质量做综合客观的评价，因此，我们应该提出更为科学合理的评价方法。 关于环境空气质量已有多方面的研究，并积累了大量的数据，原题附录1-10就是各城市2010年1-11月空气质量的观测值，可以作为评价分析与预测的研究数据。 1.2 需要解决的问题 1)利用附件中数据，建立数学模型给出十个城市空气污染严重程度的科学 排名。 2)建立模型对成都市11月的空气质量状况进行预测。 3)收集必要的数据，建立模型分析影响城市空气污染程度的主要因素是什 么？ 二、基本假设 1.表中的API值是准确的，忽略仪器测量误差对测量数据造成的影响 2.API值对不同污染物的危害程度具有可度量性，即：相同API值对应的不同污染物危害程度相等。 3.根据附录中的数据，API首要污染物为二氧化氮的天数在十个城市2010年的观测数据中仅出现一次，二氧化氮对空气质量的综合评价的影响忽略不计。
三、问题的分析 3.1 提出新的空气质量评价方法对城市污染程度排名应该注意的问题。 总的来说，提出一种科学合理的评价方法，应该以各城市的空气污染指数（API）观测数据为基础，对不同城市空气质量进行量化综合评价，这个综合评价在符合空气质量实际的同时，应该较为细致与直观，既能够体现该城市空气质量的整体水平，又能够方便地对不同城市的空气质量进行合理客观的对比。 第一．传统的API指数评价制度具有较大的局限性，其主要原因是API空气质量分级制具有跨度较大的特点，举例来说，以可吸入颗粒物或二氧化硫为最大污染物计算，API数值51到100都属于二级,对应的日均浓度值是51到150微克/立方米。这种分级制度对观测数据进行了较大幅度的简化，分级制的数据较为简洁，仅以级次衡量城市的空气质量水平，有利于部分问题的决策，但是，这种简化的级次评分制浪费了大量的观测信息，不适合对一个城市的空气质量进行长期的管理，评价，与预测，更不利于对城市空气质量进行细致客观的评价与城市之间污染程度的对比。 所以，新的评价体制应该充分地考虑到对信息的最大程度利用与对空气质量的综合客观分析。 第二．空气污染程度的评价最为直观与简便的方法是计算观测时间区间上的平均值，但是这种简便的数据处理方法具有较大的局限性，结合污染物种类与API 观测数据值分析，问题可以归结为基于API数据的综合评价问题，故可以引进综合评价问题的方法对平均值计算法进行适当的修正与改进，建立基于综合评价方法的评分体制，对空气质量进行评分与排序。 第三．这个对空气质量的综合排名问题以不同种类的污染物的API数值为基础，以对十个城市的污染程度进行综合排名为最终目的，具有一定的层次性，因此，还可以可以考虑建立以对十个城市的污染物排序为决策层，以不同种类的污染物API数据为准则层，以十个待评城市为方案层的选优排序问题，根据层次分析方法，确定方案层对决策层的“组合权重”，从而达到建立层次分析模型对十个城市污染程度进行综合排名的目的。 3.2 对成都11月份空气质量进行预测问题的分析 1）对成都十一月空气质量进行合理的预测，我们应该对数据进行有效的分析处理，考虑多方面因素，建立数学模型进行综合预测，通过对数据的初步观测，并作出成都市自2005年1月1至2010年11月4日的月平均API值折线图（如图3-1所示），我们发现，数据不具有很好的规律性，无法用一个确定的函数去描述，又通过对问题的分析，我们认为对空气质量的预测问题是一个针对环境系统的预测问题，而环境系统具有系统内部作用因素较多，系统内部各因素作用关系复杂的特点，因此，针对数据和问题的特点，我们考虑建立灰色预测模型，利用灰色系统分析方法，对数据进行有效利用，并作出最合理的预测。
对我国主要城市空气质量的聚类分析
对我国主要城市空气质量的聚类分析 摘要 本文应用多元统计分析中聚类分析理论，使用SPSS17.0软件和spss13.0对我国主要城市的空气质量进行了聚类分析，将31个城市按照空气质量的类型分为了四类。在此基础上，对这些城市的空气质量归属进行了回报判别，结果令人满意。 1引言 大气环境质量评价是环境质量评价的一项重要内容。对空气环境质量的充分认识对我国社会的可持续发展具有现实的指导意义。 在多元统计分析中，常常使用聚类分析和判别分析来解决样本的分类问题。在事先不知道应将样品或指标分为几类、怎么分类的情况下，可以使用聚类分析根据样本或指标的相似程度，将样本或指标归组分类。 聚类分析的基本思想是：在样品之间定义距离，在变量之间定义相似系数，距离或相似系数代表样品或者变量之间的相似程度。按相似程度的大小，将样品逐一归类，关系密切的类聚集到一个小的分类单位，然后逐步扩大，使得关系疏远的聚合到一个大的分类单位，直到所有的样品都聚集完毕，形成一个表示亲疏关系的谱系图，依次按照某些要求对样品进行分类。一般地，根据分类对象的不同，聚类分析可以分为Q型和R型两大类。Q型聚类分析是对样本进行分类处理，R型聚类分析是对变量进行分类处理。[2] 判别分析也是一种数据的分析方法。在事先已经建立了样品分类，需要将新样本归入到已知分类的样本组中时，就可以使用判别分析。 本文以4种空气质量指标为变量，采用系统聚类分析Ward方法（离差平方和法），对我国31个主要城市的空气质量类型进行了聚类。并在此基础上，对这些
城市的空气质量归属进行了回报判别。从结果来看，比较圆满地完成了预定目标。2聚类分析和主要城市空气质量类型的划分 2.1指标的选取 本文选取了全国31个城市的2008年的四项空气质量指标作为对空气质量类型划分的依据，所选数据全部来自《中国统计年鉴》，具体见下表。 主要城市空气质量指标 (2008年) 单位：毫克/立方米 城市 空气质量达到及可吸入颗粒物二氧化硫二氧化氮好于二级的天数 (天) 北京0.123 0.036 0.049 274 天津0.088 0.061 0.041 322 石家庄0.116 0.046 0.031 301 太原0.094 0.073 0.021 303 呼和浩特0.070 0.049 0.045 340 沈阳0.118 0.059 0.037 323 长春0.096 0.030 0.038 342 哈尔滨0.102 0.043 0.055 308 上海0.084 0.051 0.056 328 南京0.098 0.054 0.053 322 杭州0.110 0.052 0.053 301 合肥0.134 0.022 0.025 257 福州0.071 0.023 0.046 354 南昌0.083 0.050 0.036 344 济南0.126 0.052 0.022 295 郑州0.094 0.060 0.047 325 武汉0.113 0.051 0.054 294 长沙0.097 0.053 0.043 329
2013-2015年十堰市环境空气质量变化趋势分析研究
第41卷第12期2016年12月环境科学与管理ENVIＲONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT Vol.41No.12Dec．2016收稿日期：2016－06－22 作者简介：蔡敏（1990－），女，硕士，主要从事环境监测工作。文章编号：1674－6139（2016）12－0130－07 2013－2015年十堰市环境空气质量变化趋势分析研究 蔡敏1，王莹2，金安1，李朝1，吴双2，刘刚 1（1．湖北省十堰市环境保护监测站，湖北十堰442000；2．湖北省十堰市环境保护局，湖北十堰442000） 摘要：利用十堰市空气自动监测站的监测数据，采用综合指数、空气质量指数（A QI ）和Sp e a rm a n 秩相关系数 法等评价方法， 研究十堰市2013年－2015年环境空气质量变化情况及其影响因素，为城市的大气污染防治提供治理思路。结果表明：2013年－2015年十堰市城区空气质量逐年好转，除PM 10和PM 2．5外，其他因子均达标， 污染物贡献比例中，PM 10和PM 2．5污染负荷占比超过50%，为主要污染物；十堰市城区空气质量整体呈夏季较 好，冬季较差的趋势；全市中开发区铁二处空气质量较好，张湾区刘家沟空气质量较差；结合自然因素和人为因 素， 综合分析空气质量的变化情况，通过调整能源结构、减少污染源排放和使用清洁能源等多项措施，并注意季节特征和加强预警预报工作，进而改善空气质量。 关键词：环境空气质量；综合指数；气象因素；Sp e a rm a n 秩相关系数法 中图分类号：X 51文献标志码：A Th e An a l ys i s o f t h e V a ri a tion T ren d o f Air Qua lit y in Sh i ya n du rin g 2013to 2015 Ca i M in 1，Wa n g Y in g 2，J in An 1，L i Cha o 1，Wu Shua n g 2，L i u Ga n g 1 （1．Environment a l M onitorin g S t a tion o f Sh i ya n ，Sh i ya n 442000，Ch in a ； 2．Sh i Ya n Environment a l P rotection Bu re au ，Sh i ya n 442000，Ch in a ） Abstract ：Th e environment a l monitorin g da t a o f a ir p oll u t a nt s in Sh i Ya n f rom 2013to 2015w ere ev a l ua te d by a ir qua lit y com - p re h en s ive in d e x ， a ir qua lit y in d e x （A QI ）a n d Sp e a rm a n r a n k correl a tion coe ff icient to s t udy t h e v a ri a tion tren d a n d in f l u ence fa c -tor o f a ir qua lit y ．Th en p rovi d e d s ome i d e a o f a ir p oll u tion control f or t h e C itie s ．Ｒe su lt s sh o w e d t ha t ：（1）Th e v a l u e o f com p re -h en s ive p oll u tion in d e x d ecre as e d y e a r by y e a r ，in d ic a tin g t h e a ir qua lit y was im p rove d ．E x ce p t PM 10a n d PM 2．5，t h e ot h er s a-c h ieve d t h e s econ da r y s t a n da r d ．PM 10a n d PM 2．5w ere p rim a r y p oll u t a nt s ．Th e c ha n g e o f environment a l a ir qua lit y was t h e mo s t s e -rio us p oll u tion in w inter a n d t h e li gh te s t in su mmer．Th e a m b ient a ir qua lit y in s t a tion s f rom p oor to g oo d was L i u J i ag o u ，B in g H e x in c u n a n d T i e Erc hu ．C om b inin g w it h n a t u r a l fa ctor s a n d hu m a n fa ctor s ，com p re h en s ive a n a l ys i s t h e c ha n g e s in a ir qua lit y ，to im p rove t h e qua lit y o f t h e environment t h ro ugh ad o p tin g a n u m b er o f environment a l p rotection p olicie s su c h as adjus tin g t h e ener gy s tr u ct u re ，control em i ss ion s a n d us in g cle a n ener gy ，wh ic h p l ay e d a cr u ci a l role in im p rovin g t h e a ir qua lit y ，a ttention s e as on a l c ha r a cteri s tic s a n d s tren g t h enin g e a rl y wa rnin g a n d f orec as tin g w or k ． Key words ：a m b ient a ir qua lit y ；t h e com p re h en s ive in d e x met h o d ；meteorolo g ic a l element ；Sp e a rm a n r a n k correl a tion coe ff icient 2015年8月29日，《中华人民共和国大气污染 防治法》 的修订，明确了新时期大气污染防治工作的重点。环保部陈吉宁部长在2016年全国环境保 护工作会议上的讲话 ———《以改善环境质量为核心全力打好补齐环保短板攻坚战》中明确提出“十三 五”时期五个环境质量指标要有明显改善，其中就有三个为大气指标，即地级及以上城市PM 2．5浓度下降比例、地级及以上城市空气质量优良天数比例和重点地区重污染天数减少。随着中国城市化进程的加快和人民生活水平的不断提高，由人类活动产生的各类污染物明显增多，空气质量问题日益突出，越来越受到政府和公众的广泛关注，众多学者针对城 市空气质量问题开展了广泛的研究和探讨［1－4］。 ·031·
我国主要城市空气质量分析
我国主要城市空气质量分析 温桂林 厦门大学理学院地信0911 2009842023 【摘要】：空气质量的好坏严重影响到人们的身体健康，已被逐渐提上日程，本文通过聚类分析法和主成分分析法，研究现阶段哪些城市的空气质量好，以及各参数对坏境质量的影响。结果显示福州，南宁，海口，拉萨的空气质量相对较好，可吸入颗粒物是影响空气质量的主导因素。 【关键词】：空气质量；影响指标；聚类分析；主成分分析 0 前言 我国当前空气概况：近年来，我国经济飞速发展，这有赖于工业的进步的突出贡献，然而，工业也带来了一系列环境问题，特别是空气方面的问题。随着可吸入颗粒物，二氧化硫，酸雨等有害物质的增加，人们疾病的发生率也逐年提高。 研究意义：洁净大气是人类赖于生存的必要条件之一，一个人在五个星期内不吃饭或5天内不喝水，尚能维持生命，但超过5分钟不呼吸空气，便会死亡，人体每天需要吸入10─12立方米的空气。因此空气质量的好坏与人类的生存息息相关，评价空气的质量才能反映空气的好坏，才能开展治理等工作。 影响因素：空气质量的好坏反映了空气污染程度，它是依据空气中污染物浓度的高低来判断的。空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点空气污染物浓度受到许多因素影响。来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等。城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素。]1[ 研究方法：对于空气质量的分析，各环境科研单位和研究人员都采用过很多种方法，本文主要应用dps软件作聚类分析，得到哪些城市的环保方面做的比较好，以便作为环保示范点，供其他城市借鉴学习；用spss作主成分分析对比分析各个影响参数对环境质量的影响程度，以便对国家环保局提出对大气的进一步改进。 1聚类分析 1.1方法基本思想： 基于所研究的样品或指标之间存在程度不同的相似性（亲疏关系——以样品间距离衡量）。根据一批样品的多个观测指标，具体找出一些能够度量样品或指标之间相似程度的统计量，以这些统计量为划分类型依据。把一些相似程度较大的样品聚合为一类，把另外一些彼此之间相似程度较大的样品又聚合为另一类，直到把所有的样品聚合完毕，这就是聚类的基本思想。]2[ 1.2衡量指标 衡量指标的选取对于聚类分析来说至关重要，具有决定性的意义，影响空气质量好坏的因素有很多，有，温度，湿度等等，为此本文选取了四个指标，分别是可吸入颗粒物，二氧化硫，二氧化氮，空气质量达到二级以上的天数。用以衡量我国主要的三十一个城市的空气质量]3[,原文数据如下：
EXCEL在空气质量指数计算及环境空气质量分析中的应用
EXCEL在空气质量指数计算及环境空气质量分析中的应用EXCEL在空气质量指数计算及环境空气质量分 析中的应用 蛇网 摘要文章根据《环境空气质量标准》(GB3095-2012)中所列各污染物标准限值、《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633-2012)中AQI的计算方法及《环境空气质量评价技术规范(试行)》(HJ663-2013)中规定的环境空气评价项目与评价方法，结合福州市环境空气监测数据，介绍如何利用excel 2003软件自动批量计算空气质量指数(AQI)、自动分析某时段的环境空气质量状况、自动绘制空气质量分级比例饼状图、自动生成主要污染物评价结果表等，为环境空气质量分析工作提供便利。 关键词 EXCEL;环境空气质量;AQI;自动计算 2013年1月1日起，京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市等共74个城市按照环境空气新标准《环境空气质量标准》(GB3095-2012)要求进行监测与评价。新标准增加了污染物监测项目，严格了部分污染物浓度限值。空气日报中，由包含六项污染物的空气质量指数(AQI)替换了原来包含三项污染物的空气污染指数(API)，评价方法更加复杂，靠人工计算工作量非常大。一些软件虽有自动统计功能，但也存在局限性，例如本单位的软件尚不能统计AQI，上级环保部门数据库虽然功能较齐全，但只能进行整年或者整月的统计，而且必须是上报后的数据才能统计出结果，时效性欠佳。EXCEL 2003是一款简单易学且普及的软件，使用门槛低，无人员权限限制。前人曾探讨过应用EXCEL来计算 评价单个AQI，但其在污染物浓度取值超出范围及存在两个以上首要污染物时存在漏洞，而且尚无对任意日期范围内自动统计及自动生成图表方面的研究。
空气质量分析
工业大学 数学建模培训模拟题 题目：空气质量分析（填写A或B题）组号：（如果有的话）
论文题目：空气质量分析 摘要 随着经济社会的高速发展，工业等发展迅速，这导致了空气质量的污染。空气污染问题越来越受到人们的重视。本文通过对相关数据的查阅，整理，作图比较四个城市的空气质量状况，并建立模型通过层次分析法以及一致性检验对不同年度月度各个城市的质量状况进行排序。最后通过查阅权威机构的数据资料等对所作的排序结果进行判定以及做出相应的解释。 针对问题一，先要把缺失的数据通过查阅文献和互联网来进行补齐或者删除，保证数据的完整。然后对数据进行预处理，通过各种分析剔除误差较大，独立的数据。建立完整有效的数据表格，导入spss软件后，对数据进行标准化处理并进行有效正确的编码以便后期对数据的处理。 针对问题二，要分析各城市6年间的空气质量变化趋势，需要根据第一问所整理数据进行作图，从所做的图中观察分析不同城市的空气质量变化趋势。根据图中的拐点等判断质量是向优转变还是向污染转变，达到对空气质量的检测目的。 针对问题三，先分别整理各城市的年度数据与月度数据，假设数据真实可靠，而且各指标等级对空气质量的影响因子对于不同城市来说是相同的。然后依次按
照污染指数、首要污染物、空气质量级别、空气质量状况分别与年份与月份做线性回归分析，画出散点图，得出相关系数，然后求得空气质量状况指数m与n,然后比较排序。 针对问题四，针对此问题，搜集与各城市空气质量状况相关的指数，经过查找，与各城市空气质量状况相关的参数有各个城市的人口数量，民用车辆，人均消费指数，工业企业数量，绿化覆盖面积，利用相关性分析法分析各个参数对空气质量状况的影响。 关键词：空气质量，层次分析法，一致性检验，相关性分析法 1 问题重述 1.1问题背景 环境问题是当前世界各国普遍关注的问题之一，是21世纪人类面临的重大挑战。在社会的高速发展中，在人们不断的创造物质财富，精神财富的同时，人们忽略的自己赖以生存的环境。人们只知道肆意地向大自然索取，却不知道回报。大自然发怒了，它开始了向人类的报复。温室效应，大气污染，臭氧空洞，森林锐减，酸雨蔓延，土地荒漠化，水质污染，生物多样化和遗传多样性减少，气候现象变化异常……生态破坏和环境污染不仅给经济发展和人民生活带来损失，更严重的是危害人民身体健康，并贻害子后代，破坏了人类赖以健康持久地生存的基本条件。 随着社会经济的快速发展，工业化水平的提高，人类活动对空气的污染越来越严重，尤其是在城市集中了大量的工厂、车辆、人口。空气质量因为车辆、船舶、飞机的尾气、工业企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等的原因，逐渐开始恶化。空气污染威胁着人类的日常生活，危害人体健康，给人们的工作带来不便，并影响或危害各种生物的生存，直接或间接地损害设备、建筑物等。 空气中极其微少的污染物，都能对人体健康产生极大的影响，导致各种疾病的发生，甚至夺去人的生命。从1873～1973 年这100 年间，全世界已发生过19 起重大空气污染事件，例如：1930年12 月，在比利时马斯河谷工业区有害气体和粉尘污染空气，短短一周就有60 多人死亡。1948 年10 月，美国宾夕法尼亚州多诺拉镇烟雾事件。由于空气污染致使43% 的居民急呼吸道疾病。1952 年12 月，英国伦敦光化学烟雾事件，两个月死亡人数高达12000 人！1955 年以后，日本四日市被硫酸雾笼罩。1964 年该市市民哮喘病大发作，有人因气喘
AQI与API 的 空气质量指数检测标准
API 和AQI是什么？ 近段时间，我国大部分地区出现雾霾天气，大范围的空气重度污染和严重污染，引起了社会公众对空气质量的强烈关注。那么，对于政府部门发布的各类空气质量数据，普通公众是否了解？最常见的指标API、AQI具体指什么？当空气出现不同程度污染时，不同人群应采取哪些相应防护措施？本期应知对这些问题进行解读。 答疑解惑1 何谓API？ 空气污染指数(Air Pollution Index；API)表征空气污染程度的量纲为1的数值。它是根据近地面几种主要的空气污染物浓度以及它们持续时间来确定的。根据我国空气污染特点和污染防治重点，目前计入空气污染指数的项目为:二氧化硫、氮氧化物和可吸入颗粒物或总悬浮颗粒物。(API及相关信息见表1) 表1空气污染指数API及相关信息 答疑解惑2 何谓AQI？ AQI，是英文名称Air Quality Index的首字母缩写，即空气质量指数，是定量描述空气质量状况的无量纲指数。AQI的数值越大、级别越高，说明空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。 看AQI时，不需要记住AQI的具体数值和级别，只需要注意优(绿色)、良(黄色)、轻度污染(橙色)、中度污染(红色)、重度污染(紫色)、严重污染(褐红色)6种评价类别和表征颜色。 2012年2月29日，环境保护部公布了新修订的《环境空气质量标准》
(GB3095—2012)，本次修订的主要内容:调整了环境空气功能区分类，将三类区并入二类区；增设了颗粒物(粒径小于等于2.5μm)浓度限值和臭氧8小时平均浓度限值；调整了颗粒物(粒径小于等于10μm)、二氧化氮、铅和苯并(a)芘等的浓度限值；调整了数据统计的有效性规定。 与新标准同步还实施了《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ633—2012)。 根据安排，新标准将分期实施。目前，京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市和省会城市已率先开始实施并发布AQI；2013年，113个环境保护重点城市和国家环保模范城市将开始实施；2015年，所有地级以上城市将开始实施；2016年1月1日，将在全国实施新标准。(AQI及相关信息见表2) 答疑解惑3 AQI与API有何不同？ AQI与API有着很大的区别。首先是名称上的改变，由“空气污染指数”到“空气质量指数”。 其次，AQI分级计算参考的标准是新修订的《环境空气质量标准》(GB3095－2012)，参与评价的污染物为细颗粒物(PM2.5)、可吸入颗粒物(PM10)、二氧化硫(SO2)、二氧化氮(NO2)、臭氧(O3)、一氧化碳(CO)6项，每小时发布一次；而API分级计算参考的标准
5统计学作业——我国城市空气质量的状况分析
天津商业大学 Tianjin University of Commerce 学年论文 题目我国城市空气质量的状况分析 学院经济学院 专业金融学_____ 姓名胡鹏 学号120140017 完成时间2014年11月10日 我国城市空气质量的状况分析
摘要：本文针对我国城市的空气质量现状及影响城市空气质量的主要因素进行分析研究。运用聚类分析方法对我国城市空气质量等级进行分类，把空气质量状况最相似的城市聚成一类，分析原因、得出结论。并对影响城市空气质量的5个主要因素进行主成分分析，找出最能代表原来数据信息的2至3个因子代替原来的5个变量。建立回归模型，对结果进行分析，寻找解决空气质量问题的方法，并对原有方法进行改进，以便更为高效、快速地解决空气质量问题。 关键词：空气质量；聚类分析；主成分分析；回归分析 Abstract:This article mainly analyze urban air quality present situation in China and the key factors affecting urban air quality study. Using clustering analysis method on the classification of China's urban air quality levels, gather into the city air quality in most similar category, analysis of causes, concluded. Then 5 main factors affecting urban air quality to principal component analysis identify the most representative of the original data instead of the 2 to 3 factors 5 variables. Established regression model an analysis of the results, looking for ways to address air quality issues, and to improve the existing methods, to more efficient and faster to solve the air quality problem. Keywords: air quality;cluster analysis;Principal components analysis;regression analyze 一、我国城市空气质量的现状 我国是一个人口大国，城市众多，人口密集。但由于工业的发展，我们的很多城市都受到了不同程度的污染，直接对我们造成伤害,人们疾病的发生率也逐年提高。空气中的污染物主要是可吸入颗粒、二氧化硫、二氧化氮等物质。据环保部2012年统计2011年度各省、自治区、直辖市和八家中央企业主要污染物总量减排核查核算工作表明，全国化学需氧量、氨氮和二氧化硫排放量实现同比下降，氮氧化物排放量同比上升。“十二五”期间，国家对化学需氧量、氨氮、二氧化硫、氮氧化物4种主要污染物实施排放总量控制。其中，北京市、上海市、浙江省和河南省四项主要污染物排放量平均降幅全部位居前列。但同时仍有个别地区在污染减排工作中存在突出问题。 许多城市和地区空气污染依然严重，污染类型以烟煤型污染为主，颗粒物仍是影响中国城市空气质量的主要污染物。从2013年1月12日开始，北京、天津、河北、河南、江苏等地都笼罩在雾霾中，污染程度高。在全国73个监测城市中，33个城市的部门监测站点监测数据显示，空气质量指数超过300，北京PM2.5一度超过900微克/立方米以上，空气质量达到重度污染。 二、影响城市空气质量的因素 （一）衡量指标 衡量指标的选取对于聚类分析来说至关重要，具有决定性的意义，影响空气质量好坏的因素有很多，为便于比较各个城市空气质量指标的异同点，根据我国各主要城市2011年城市空气质量指标的数据表，可以采用多元统计分析中的系统聚类法对31个主要城市的空气质量指标进行分析。由下表一知，前三个指标和后一个指标的含义不一样，并且前三个指标不能完全代表空气质量状况，所以只用后一个指标对原始数据进行聚类分析，就能透彻地来衡量我国主要城市的空气质量。原文数据如下： 表一