城市空气污染数据的真实性判别及分析

章宝宁 魏玉欣

摘要：本文根据所搜集相关空气质量和气候数据，我们主要根据主成分分析法并结合高斯扩展模型针对污染源参数，气象因子，监测点参数，及污染要素问的关系进行分析，通过方程求解、曲线拟合和线性回归算法，利用数学软件MATLAB进行编程计算，同时模型考虑了关于污染物之间的相关性、污染物变化的连续性，在时间、空间、地域和气候等各层次上进行对比，来分析空气质量数据的真实性及其类型和原因。同时为了解决个别指标超标对模型贡献不明显的缺陷，在用主成分分析法分析后，引入了对个别指标分析的方法，由此可初步判断数据不真实类型是其主成分污染浓度不真实，因为最新出台的《环境空气质量法》数据指标过高，一些主要污染来源无法达到政策造成的造假现象。最后我们还进行了灵敏度分析和误差分析，根据模型建立及数据收集资源条件限制，我们不排除数据分析所得出的结论存在一定的误差。

關键词：空气质量分析：空气污染物分析：综合评价：主成分分析法：数据拟合

一、环境问题

空气质量问题始终是政府、环境部门和全国人民关注的热点问题。2016年的两会上，政府工作报告中提出今后五年地级市及以上城市空气质量优良天数比例超过80%。在十三五规划草案里增加了环境质量的考核指标，对环境质量的指标考核更加全面、更加完善；和老百姓息息相关，切身利益更加贴近、更加结合。优良天数比例指的是区域内城镇空气质量优良以上的监测天数占全年监测总天数的比例、然而，由于各种客观原因，会使所采集到的数据序列体现出一定的异常现象。

二、城市空气污染物分析

研究城市防治问题，采用大气污染的经典高斯扩展模型，结合气象因素对污染物浓度的影响，分别估算由污染源排放所造成的的大气污染物S02、N02、CO、O、PM2.5、PM10的浓度值。根据国家标准，分析各污染物之间的数量关系，建立模糊评价矩阵，最终划分京津冀，长三角和珠三角的大气污染等级。同时利用污染物主成分分析法，确定京津冀，长三角和珠三角在2015年下环境空气质量是否符合《环境空气质量评估标准》。通过查找到的数据得到京津冀。长三角和珠三角每处六个监测点共十八处监测点检测到的空气污染指数，由此可对京津冀、长三角和珠三角的空气污染程度进行排序和分类。可根据高斯扩展模型来处理AQI数据中的污染物颗粒物含量，来做京津冀、长三角和珠三角间的污染物之间相关关系和连续性变化关系。

三、对人体健康的影响

根据空气污染指数的模型，通过综合考虑空气质量状况对人体的影响，再根据每个空气质量级别所占的AQI范围，我们将原定的空气质量级别I和II（空气质量状况为“优”和“良”）合并占一份；将原定的空气质量级别Ⅲ和Ⅳ（空气质量状况为“普通”和“不佳”）合并占2份；将原定的空气质V（空气质量状况为“差”）占1份。对于该城而言，AQI最大值为192，最小值为76，将他们的差值分成4份，每份为29，从而我们可以定义该城市的空气质量级别。

四、空气污染数据的人造诱因

为了激励城市政府重视空气污染治理，地方官员的政绩考核中往往包括诸如“蓝天数”这样的指标，即全年空气污染指数低于100点的天数。比如环保部开发的“城考”体系，规定环保重点城市全年85%的天数必须达到蓝天标准。分析发现，大约半数城市存在修改PM10污染浓度的嫌疑。但是二氧化硫和二氧化氮的数据修改并不明显。由于PM10是中国多数城市无法达到蓝天标准的诱因，因此在这个指标有所动作不足为奇

五、结论

反映一个地区空气污染程度不仅看综合因素，对于某个指标超标，我们还需单独分析单个指标的归属。即先用主成分分析法对所有数据进行分析，得出一般结论，然后观察比较某些异常的指标数据，采用标准法分析，取程度归属最严重的的值作为最终评价指标。