方差分析在機動車污染物減排中的應用

周海陽

南京審計學院數學與統計學院，江蘇南京 211815

方差分析在機動車污染物減排中的應用

周海陽

南京審計學院數學與統計學院，江蘇南京 211815

為了找出影響機動車減排的主要原因，本文通過二因素方差分析分別對車輛使用增加年限、車輛排放標準和車輛使用油品進行比較，最終得出車輛使用油品對機動車減排的影響最為顯著。

方差分析；污染物減排

引言

方差分析（Analysis of Variance，簡稱ANOVA），又稱“變異數分析”或“F檢驗”，由英國統計學家R.A.Fisher創立。方差分析是分析試驗數據的一種常用方法，對于試驗所得的數據，由于試驗條件不同（即同一因素的不同水平或不同因素的各個水平）會引起試驗結果有所不同；另一方面由于各種隨機因素的干擾，試驗結果也會有所不同，由試驗條件不同所引起的試驗結果的差異是系統性的，而隨機因素引起的差異是偶然性的。在一個試驗中，各種因素綜合在一起，它們相互制約，相互依存。方差分析的目的在于從試驗數據中分析出各個因素的影響及各個因素的交互影響，以確定各個因素作用的大小。

方差分析最早應用于生物和農業，其后在很多科學研究方面都得到了廣泛的應用。本文利用南京車輛尾氣檢測實時數據監控系統，對2009—2012年四年當中4月1日—30日檢測結果進行統計，通過二因素方差分析找出影響機動車減排的主要原因。

1 影響機動車污染物減排的因素

截至2011年底，南京市機動車保有量突破130萬輛，未來的5到10年仍將處于高速增長期。巨大保有量的背后，是日益加劇的尾氣污染問題，而機動車尾氣污染對空氣質量以及人體健康的影響也將更加顯著。根據《南京市機動車污染防治年報》數據顯示，2011年南京市機動車排放一氧化碳（CO）15.6萬噸，碳氫化合物（HC）2.04萬噸，氮氧化物（NOx）3.0萬噸，顆粒物（PM）0.255萬噸。相關研究表明，影響機動車污染物減排的因素大致有以下三個方面：車輛使用增加年限、車輛排放標準和車輛使用油品。

下面三張表格給出了2009-2012年四年當中4月1日-30日NOX排放值檢測結果。從數據中可以看出，車輛排放標準的提高和車輛使用油品標準的提高都會使得NOX排放值降低，而車輛使用年限的增加則會在一定程度上使得NOX排放值增加。

表1 排放標準和增加年限影響下的NOX排放值(單位:mg/Nm3)

表2 排放標準和使用油品影響下的NOX排放值(單位:mg/Nm3)

表3 增加年限和使用油品影響下的NOX排放值(單位:mg/Nm3)

2 影響機動車污染物減排的因素方差分析

根據三張表中的NOX排放值，分別利用二因素方差分析，得出車輛使用增加年限、車輛排放標準和車輛使用油品三個因素對NOX排放值影響是否顯著，并找出影響最為顯著的一個因素。

對表一進行二因素方差分析，記因素A為增加年限，因素B為排放標準， 方差分析表如下：

表4 方差分析表一

由于0.3 8＜F0.10(3，3)=5.3 9，1.88＜F0.10(1，3)=5.54，所以在α=0.10顯著性水平下，上表數據顯示：因素A即增加年限和因素B即排放標準對NOX排放值的影響都不十分顯著。但相對來說，因素B即排放標準的水平變化對總的偏差平方和的貢獻SB/ST(31.26%)比因素 即增加年限的水平變化對總的偏差平方和的貢獻SA/ST(18.89%)大一些。

對表二進行二因素方差分析，記因素A為使用油品，因素B為排放標準， 方差分析表如下：

表5 方差分析表二

由于1 9.0 3＞F0.10(2，2)=9.0 0，16.91＞F0.10(1，2)=8.53，所以在α=0.10顯著性水平下，上表數據顯示因素A和因素B即使用油品和排放標準都對NOX排放值有顯著影響，但SA/ST(66.79%)比SB/ST(29.68%)大，說明因素A的水平變化對總的偏差平方和的貢獻大于因素B，因此使用油品對NOX排放值的影響較排放標準更為顯著。

對表三進行二因素方差分析，記因素A為增加年限，因素B為使用油品，方差分析表如下：

表6 方差分析表三

由于0.8 9 2＜F0.10(3，6)=3.2 9，13.977＞F0.10(2，6)=3.46，所以在α=0.10顯著性水平下，上表數據顯示：因素A即增加年限對NOX排放值的影響非常不顯著，而因素B即使用油品對NOX排放值的影響非常顯著。兩者對總的偏差平方和的貢獻分別為SA/ST(7.30%)比SB/ST(76.31%)

綜上所述，各因素對NOX排放值的影響由大到小排序：使用油品、排放標準、增加年限，其中使用油品對NOX排放值的影響尤為顯著。

同樣，對CO、HC排放值的影響因素分別進行二因素方差分析，得出各因素對排放值的影響由大到小排序均為：使用油品、排放標準、增加年限。

3 結語及現狀

通過以上方差分析可以看出，在影響機動車污染物排放的因素中，車輛使用油品的影響最為顯著，因此，進一步提升油品質量至關重要。相關數據表明，南京市2012年國4油供應后三種主要污染物平均濃度較2009年份下降約50%。2014年青奧會前，南京市將全面供應國4油品，國4及以上車用汽油或車用柴油供應量超過80%。

同時，也要加強對車輛排放標準的控制。2011年，南京市國0標準的車輛從2009年的8%下降為4.3%，國Ⅰ標準車輛從26.2%下降為18.8%，國Ⅱ標準車輛從36.6%下降為27.9%，國Ⅲ及以上標準車輛從29.3上升為49%，從而直接減少CO排放1萬噸、HC排放0.16萬噸、NOx排放0.33萬噸。

另外，也要加強老舊車輛的淘汰更新。南京市從2010年8月份開始黃標車“以舊換新”補貼工作，在此期間共淘汰老舊車和黃標車1.52萬輛。目前，南京主城區老舊車數量顯著減少。

[1]約翰遜.實用多元統計分析.[M]清華大學出版社，2008

[2]王榮鑫.數理統計.[M]重慶大學出版社，2008 [3]李紅.統計分析軟件及應用實驗.[M]經濟科學出版社，2008

周海陽(1979—),女,江蘇淮安人,講師,碩士,主要從事概率論研究。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.007