城市空氣污染數據的真實性判別及分析

章寶寧 魏玉欣

摘要：本文根據所搜集相關空氣質量和氣候數據，我們主要根據主成分分析法并結合高斯擴展模型針對污染源參數，氣象因子，監測點參數，及污染要素問的關系進行分析，通過方程求解、曲線擬合和線性回歸算法，利用數學軟件MATLAB進行編程計算，同時模型考慮了關于污染物之間的相關性、污染物變化的連續性，在時間、空間、地域和氣候等各層次上進行對比，來分析空氣質量數據的真實性及其類型和原因。同時為了解決個別指標超標對模型貢獻不明顯的缺陷，在用主成分分析法分析后，引入了對個別指標分析的方法，由此可初步判斷數據不真實類型是其主成分污染濃度不真實，因為最新出臺的《環境空氣質量法》數據指標過高，一些主要污染來源無法達到政策造成的造假現象。最后我們還進行了靈敏度分析和誤差分析，根據模型建立及數據收集資源條件限制，我們不排除數據分析所得出的結論存在一定的誤差。

關鍵詞：空氣質量分析：空氣污染物分析：綜合評價：主成分分析法：數據擬合

一、環境問題

空氣質量問題始終是政府、環境部門和全國人民關注的熱點問題。2016年的兩會上，政府工作報告中提出今后五年地級市及以上城市空氣質量優良天數比例超過80%。在十三五規劃草案里增加了環境質量的考核指標，對環境質量的指標考核更加全面、更加完善；和老百姓息息相關，切身利益更加貼近、更加結合。優良天數比例指的是區域內城鎮空氣質量優良以上的監測天數占全年監測總天數的比例、然而，由于各種客觀原因，會使所采集到的數據序列體現出一定的異常現象。

二、城市空氣污染物分析

研究城市防治問題，采用大氣污染的經典高斯擴展模型，結合氣象因素對污染物濃度的影響，分別估算由污染源排放所造成的的大氣污染物S02、N02、CO、O、PM2.5、PM10的濃度值。根據國家標準，分析各污染物之間的數量關系，建立模糊評價矩陣，最終劃分京津冀，長三角和珠三角的大氣污染等級。同時利用污染物主成分分析法，確定京津冀，長三角和珠三角在2015年下環境空氣質量是否符合《環境空氣質量評估標準》。通過查找到的數據得到京津冀。長三角和珠三角每處六個監測點共十八處監測點檢測到的空氣污染指數，由此可對京津冀、長三角和珠三角的空氣污染程度進行排序和分類。可根據高斯擴展模型來處理AQI數據中的污染物顆粒物含量，來做京津冀、長三角和珠三角間的污染物之間相關關系和連續性變化關系。

三、對人體健康的影響

根據空氣污染指數的模型，通過綜合考慮空氣質量狀況對人體的影響，再根據每個空氣質量級別所占的AQI范圍，我們將原定的空氣質量級別I和II（空氣質量狀況為“優”和“良”）合并占一份；將原定的空氣質量級別Ⅲ和Ⅳ（空氣質量狀況為“普通”和“不佳”）合并占2份；將原定的空氣質V（空氣質量狀況為“差”）占1份。對于該城而言，AQI最大值為192，最小值為76，將他們的差值分成4份，每份為29，從而我們可以定義該城市的空氣質量級別。

四、空氣污染數據的人造誘因

為了激勵城市政府重視空氣污染治理，地方官員的政績考核中往往包括諸如“藍天數”這樣的指標，即全年空氣污染指數低于100點的天數。比如環保部開發的“城考”體系，規定環保重點城市全年85%的天數必須達到藍天標準。分析發現，大約半數城市存在修改PM10污染濃度的嫌疑。但是二氧化硫和二氧化氮的數據修改并不明顯。由于PM10是中國多數城市無法達到藍天標準的誘因，因此在這個指標有所動作不足為奇

五、結論

反映一個地區空氣污染程度不僅看綜合因素，對于某個指標超標，我們還需單獨分析單個指標的歸屬。即先用主成分分析法對所有數據進行分析，得出一般結論，然后觀察比較某些異常的指標數據，采用標準法分析，取程度歸屬最嚴重的的值作為最終評價指標。