基于聚類分析和因子分析的我國各地區(qū)環(huán)境污染狀況研究

崔雪楊

【摘 要】本文利用多元統(tǒng)計中聚類分析和因子分析的方法，對我國31個省、自治區(qū)、直轄市的工業(yè)及生活排放污染物進行數(shù)據(jù)分析，通過借鑒已有的研究成果和相關(guān)文獻，選取了能較好衡量我國環(huán)境污染的八項指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上根據(jù)不同地區(qū)的因子得分情況提取出三個解釋性較好的公共因子，并給出了每個因子的地區(qū)排名和合理解釋，最后提出了幾點對策和建議。

【關(guān)鍵詞】 聚類分析 ?因子分析 ?環(huán)境污染評價

近年來隨著城市發(fā)展的需要，人類從環(huán)境獲取資源的數(shù)量越來越多，與此同時排放到環(huán)境中的氣體、液體和固體廢棄物也不斷增加。我國經(jīng)濟快速發(fā)展的過程是大量消耗自然資源的過程，也是環(huán)境和資源破壞遭到巨大破壞的過程，尤其是建立在工業(yè)領(lǐng)域的“高耗能、高投入、高污染”的粗放型生產(chǎn)方式上，而粗放型經(jīng)濟發(fā)展方式必然會給我國各個地區(qū)環(huán)境和生態(tài)帶來越來越大的沖擊壓力。環(huán)境污染、自然資源的破壞和再生能力的下降也在不斷威脅著人類的生存，這也使人們越來越關(guān)注環(huán)境和生態(tài)成本，如何處理好環(huán)境和經(jīng)濟的和諧發(fā)展問題已成為一個亟待解決的課題。

1 指標(biāo)的選取及數(shù)據(jù)來源

本文以全國31個地區(qū)為研究對象，通過借鑒已有研究成果及相關(guān)文獻選取了能較好衡量環(huán)境污染狀況的八項指標(biāo)，分別為：X1：工業(yè)廢水排放總量（萬噸）、X2：工業(yè)廢水中化學(xué)需氧量排放量（萬噸）、X3：生活污水排放量（萬噸）、X4：生活污水中化學(xué)需氧量排放量（萬噸）、X5：工業(yè)廢氣排放量（億標(biāo)立方米）、X6：工業(yè)二氧化硫排放量（萬噸）、X7：工業(yè)煙塵排放量（萬噸）、X8：工業(yè)固體廢物排放量（噸）。數(shù)據(jù)主要來源于2011年中國統(tǒng)計年鑒，并參考環(huán)保部網(wǎng)站公布的相關(guān)數(shù)據(jù)進行了核對和完善。

2 關(guān)于各地區(qū)環(huán)境污染水平的聚類分析

2.1 聚類分析的目的

為了對31個地區(qū)的環(huán)境污染水平及分類有大致的了解，首先對樣本進行聚類分析。本文通過不同聚類數(shù)設(shè)定結(jié)果的比較將聚類數(shù)設(shè)為4，并采用系統(tǒng)聚類法進行了初分類。

2.2 聚類分析的過程

（1）聚類結(jié)果樹狀圖見圖1。

（2）樹狀圖分類結(jié)果整理見表1。

2.3 聚類結(jié)果分析

由以上表格可以看出污染最嚴(yán)重的是山西和重慶，山西為我國的煤炭大省，由于以煤炭工業(yè)為中心的重工業(yè)體系，同時深處內(nèi)陸地區(qū)，降水少，因而產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染。重慶也是煤炭資源比較豐富的地區(qū)，也是老重工業(yè)基地，再加上盆地地形，多丘陵，空氣不流通等等原因?qū)е缕洵h(huán)境污染比較嚴(yán)重。

河北、河南、遼寧、山東、江蘇、廣西都是我國比較有名的工業(yè)區(qū)，再加上近年來經(jīng)濟發(fā)展勢頭都很猛，經(jīng)濟總量越大，需要的原料會越多，導(dǎo)致經(jīng)濟活動的副產(chǎn)品——污染物的排放就越多，而其環(huán)境污染狀況也隨之有惡化的趨勢。同時環(huán)境污染狀況應(yīng)該還與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有關(guān)，比如河北省、山東省以鋼鐵、建材等重工業(yè)為主、而廣西省則有色金屬開采和冶煉增長比較快。

3 關(guān)于各地區(qū)環(huán)境污染水平的因子分析

3.1 因子分析的目的

通過對各個環(huán)境污染指標(biāo)變量的共同信息進行提取，將環(huán)境污染指標(biāo)簡化為幾個可以被解釋的潛在公共因子，從而能夠大致了解各地區(qū)環(huán)境污染的主要原因，同時通過計算因子得分得到各個地區(qū)環(huán)境污染狀況嚴(yán)重程度的排名。

3.2 因子分析的過程

首先經(jīng)過原始變量相關(guān)系數(shù)、變量KMO和Bartlett球度檢驗和反映像相關(guān)矩陣驗證數(shù)據(jù)適合做因子分析，提取的公共因子見表2。

提取方法：主成份分析。

根據(jù)表中的數(shù)據(jù)，前3個因子累計方差貢獻率為85.338%，因此提取前3個因子作為公共因子。

由于初始載荷矩陣不夠清晰，進而采用方差最大正交旋轉(zhuǎn)得到了三個可解釋的因子。第一個因子主要解釋了工業(yè)廢水排放總量、工業(yè)廢水中化學(xué)需氧量排放量、生活污水排放量、生活污水中化學(xué)需氧量排放量，可解釋為液體因子;第二個因子主要解釋了工業(yè)廢氣排放量、工業(yè)二氧化硫排放量、工業(yè)煙塵排放量，可解釋為氣體因子;第三個因子主要解釋了工業(yè)固體廢物排放量，可解釋為固體因子。最后計算因子得分系數(shù)見表3。

采用回歸法估計因子得分系數(shù)，并輸出因子得分系數(shù)，據(jù)此得出因子得分函數(shù)為：

F1=0.307X1+0.161X2+0.477X3+0.397X4-0.166X5- ? ? ? ?0.058X6-0.231X7+0.118X8

F2=-0.054X1+0.093X2-0.250X3-0.150X4+0.401X5+ ? ? ?0.337X6+0.463X7-0.072X8

F3=-0.041X1-0.027X2+0.120X3+0.085X4-0.110X5+ ? ? ?0.110X6-0.076X7+0.997X8

在此基礎(chǔ)上不僅可以計算出各地區(qū)在各個因子上的因子得分，而且可以利用線性加權(quán)的方法計算各個地區(qū)環(huán)境污染狀況的因子得分，用旋轉(zhuǎn)后的方差貢獻率作為總得分系數(shù)，公式為：綜合得分=FAC1_1*36.567+FAC2_1*35.840+FAC3_1*12.931，按這3項得分和綜合得分的排名見表4。

3.3 因子分析結(jié)果解釋

通過對環(huán)境污染各項指標(biāo)進行因子分析，提取出了三個解釋性比較好的公共因子，分別為液體因子、氣體因子、固體因子。

按第一個因子液體因子排名，廣東省得分最高，其次為江蘇，最低為內(nèi)蒙古，廣東省在第一主因子方面排名較高主要是因為：廣東省水系發(fā)達，水資源豐富，但由于工業(yè)廢水和城市污水的排入，污染嚴(yán)重，水質(zhì)性缺水的威脅加劇。

按第二個因子氣體因子進行排名，可發(fā)現(xiàn)河北省，山西省得分比較高，它們之所以在第二主因子方面污染嚴(yán)重主要是因為河北、山西兩省能源、資源豐富，但是由于經(jīng)濟增長率持續(xù)加快，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)屬偏重型，如今能源消耗已大于能源生產(chǎn)總資源，工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人口增加所帶來的環(huán)境污染問題嚴(yán)重影響了兩省的生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的實施。

按第三個因子固體因子排名，重慶市、山西得分比較高，最低為寧夏，重慶第三因子污染嚴(yán)重主要是因為重慶是中國重要的老重工業(yè)基地，現(xiàn)代制造業(yè)基地，國家高技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地，隨著經(jīng)濟和技術(shù)的飛速發(fā)展，如果沒有良好的處理措施，必然會造成過多的固體廢物存在。

最后的綜合排名中，廣東、江蘇、山東、山西、河南、河北的排名都靠前，說明其環(huán)境污染狀況比較嚴(yán)重，需要加大治理力度。

4 對策及建議

（1）各地區(qū)環(huán)保部門應(yīng)根據(jù)污染狀況有針對性的采取措施治理環(huán)境污染;（2）政府及有關(guān)部門應(yīng)加強建設(shè)項目的監(jiān)管，完善環(huán)境污染防治法制建設(shè);（3）研發(fā)新技術(shù)，加大環(huán)境保護的科技投入，大力發(fā)展環(huán)保產(chǎn)業(yè);（4）進一步加強環(huán)境保護的宣傳工作，加強全社會對環(huán)境污染的廣泛重視;（5）加快對老工業(yè)、污染嚴(yán)重的企業(yè)項目的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，結(jié)合產(chǎn)業(yè)升級和技術(shù)改造，加快治理力度。

致謝：

感謝我的導(dǎo)師，她淵博的知識和人格魅力使我受益匪淺;感謝我的父母，他們的支持和鼓勵才使我有了前進的動力;感謝我周圍的同學(xué)和朋友讓我收獲了珍貴的友誼。

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