基于主成分分析南京空气污染各成分的关系-论文.pdf

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1、2O14年4月绦色科技JournalofGreenScienceandTechnology第4期相关基于主成分分析南京空气污染各成分的关系贺永平(东南大学机械工程学院工业工程系，江苏南京2l1189)摘要：根据从南京9个空气环境监测站所得到的空气污染物数据，在空气各成分的相关性指标中，运用主成分分析法，对各个监测样本各个特征性指标进行了分类分析，结果表明：占总方差的79．038的3个因子来反映空气污染的总体程度，这3个因子归类分别为：①NOz、03、032和SO，②AQI和03，③PM。和C0。有主成分分析法可以准

2、确地探讨出空气各污染指数准确的内在关系，为当下的环境治理提供一些参考和帮助。关键词：空气污染；主成分分析；可吸入颗粒中图分类号：X169文献标识码：A文章编号：1674—9944(2014)04—0255—031主成分分析法2主成分分析法的应用主成分分析法(PrincipalComponentAnalysis，原始数据的处理和标准化。由于原始数据矩阵庞PCA)也称主分量分析或矩阵数据分析，通过变量变换大，如对全部指标进行分析，将会导致主次要成因相混的方法把相关的变量变为若干不相关的综合指标变量。淆；若仅选其中部分指

3、标，又可能会影响分析结果的代若某研究对象有两项指标和，从总体(，表性和完整性。此外，为了克服不同变量数值差异过大)中抽取了N个样品，它们散布在椭圆平面内(图1)，而造成的主成分分析误差，按照主成分分析法要求，应指标互与有相关性．，7和分别是椭圆的长轴和短对原始数据矩阵进行标准化，进而得到进行主成分分析轴，_l_，故与互不相关，其中rfi是点(，)的变量的相关系数矩阵，见表1。在长轴上的投影坐标，rk是该点在短轴上的投影坐标。2从图1可以看出点的N个观测值的波动大部分可以归玎2结为77轴上投影点的波动，而r]2轴上投

4、影点的波动较小。若叩作为一个综合指标，则'7可较好地反映出N个观测值的变化情况，的作用次要。综合指标叩称／．’为主成分，找出主成分的工作称为主成分分析。：／可见，主成分分析即选择恰当的投影方向，将高维／-．空间的点投影到低维空间上，且使低维空间上的投影尽可能多地保存原空间的信息，就是要使低维空间上投影的方差尽可能地大。图1主成份分析法示意表1相关系数矩阵AQIPM25PM10C0N0203032SO2数据解读：03z表示每8h测1次得到的，其余数据表示每1h测得的数据(包括03)收稿日期：2014—12～30作者简

5、介：贺永平(1991一)，男，陕西商洛人，东南大学机械工程学院工业工程系大学生。255贺永平：基于主成分分析南京空气污染各成分的关系环境与安全明南京空气中的O3是其主要污染物，而O3本身和其3空气污染物主成分分析结果计算他空气相比比较重，最容易在地面积淀，所以对空气的污染影响最大。主成分分析的计算结果中，新变量所代表的方差表4成分矩阵(即对应的特征值)贡献率和由原变量变换为新变量的线性变换系数(即对应的特征向量)就成为我们进行综合分析的重点。在主成分分析中一般要求少数新变量的累积方差贡献率应大于65。表2、表3和表

6、4分别给出了原始数据的公因子方差、各个主成分的解释的总方差和主成分的计算结果。j表2公因子方差最后我们看与第三主成分密切相关的是PM。和CO，PM。是空气中的可吸入颗粒，PM。和CO主要也是由工厂和汽车尾气排放，而结合南京的周边环境和周边工厂分布可知道，这些主要颗粒也是因为周边工厂大量排放污染气体所致。从表3的方差贡献率可以看出，第一主成分的方差表3各成分解释的总方差贡献率为40．386，远远大于第二、三主成分的22．157和16．495，所以可以得出南京空气污染物最严重的是第一主成分的NO、03和SO，其次是PM

7、。和CO。4结语城市空气污染物系统是一个有众多因子构成的复杂系统，其综合评价的指标也多如牛毛。而在空气污染的综合评价中运用主成分分析法，可以在损失比较小的提取方法：主成分分析情况下，得出影响空气质量的主要指标。同时可以对多个观测地点进行统计最后比较分析，而这也是主成分分在表4成分矩阵中我们看出，与第一主成分密切相析法的一大优点。对南京9个监测点的污染物进行统关的是NO。、03、03。和SO。它们与第一主成分的相计比较(表5)，再进行主成分分析后碍到南京的空气污关性绝对值都超过了65，这说明了第一主成分反映染严重，且

8、主要是南京的有毒气体大量排放，导致空气了南京空气污染气体排放严重，这些气体在空气中都比质量严重下滑，所以南京市应该加大对工业废气的排放较稳定，容易长时间聚集，使得空气严重恶化。而再看的监控和限制私家车数量的过度膨胀。与第二主成分密切相关的是AQI和03，AQI反映的是本文所提供的数据可以详见南京空气检测站。空气整体的质量水平，是其他检测数据的整体体现，说表5