基于北京市数据的雾霾天气预测模型

基 于 主 成 分 分 析 法 的 雾 霾 环 境 分 析 以 北 京 市 雾 霾 天 数 为 例 山 东 财 经 大 学 王 梦 婷 姜 甜 甜 刘 晓 蕾 摘 要 由 于 雾 霾 天 数 对 政 府 从 宏 观 把 握 空 气 状 况, 制 定 相 应 政 策 更 具 有 实 际 意 义, 所 以 本 文 选 择 年 度 雾 霾 天 数 而 非 具 体 每 天 的 天 气 情 况 为 研 究 对 象, 以 期 为 政 府 控 制 雾 霾 提 供 可 行 性 建 议 本 文 从 区 域 经 济 发 展 地 区 环 境 人 们 生 活 水 平 城 市 开 发 状 况 等 角 度 出 发, 寻 求 影 响 雾 霾 天 数 的 关 键 因 素 按 照 全 面 性 区 别 性 适 宜 性 的 原 则 我 们 选 择 了 二 氧 化 硫 排 放 量 二 氧 化 氮 年 日 均 值 汽 车 保 有 量 地 区 生 产 总 值 煤 炭 消 耗 量 户 籍 人 口 施 工 面 积 可 吸 入 颗 粒 物 年 日 均 值 全 市 集 中 供 热 面 积 和 第 二 产 业 税 收 收 入 等 作 为 关 键 因 素, 构 建 了 影 响 雾 霾 天 数 的 统 计 指 标 体 系 其 中 NO 2 的 年 日 均 值 与 雾 霾 天 数 成 负 相 关, SO 2 汽 车 保 有 量 地 区 生 产 总 值 煤 炭 消 耗 量 户 籍 人 口 施 工 面 积 可 吸 入 颗 粒 物 年 日 均 值 全 市 集 中 供 热 面 积 和 第 二 产 业 税 收 收 入 与 雾 霾 天 数 成 正 相 关 对 指 标 数 据 进 行 主 成 分 分 析, 按 照 贡 献 率 90% 的 原 则, 选 择 前 两 个 主 成 分, 通 过 进 行 系 数 分 析 可 以 看 出 第 一 主 成 分 主 要 反 映 影 响 雾 霾 的 物 理 因 素, 称 之 为 物 理 因 子, 第 二 主 成 分 更 多 的 反 映 了 社 会 发 展 对 雾 霾 的 作 用, 我 们 称 之 为 社 会 因 子 构 建 上 述 物 理 因 子 社 会 因 子 对 雾 霾 天 数 的 线 性 回 归 模 型 并 以 北 京 市 数 据 为 例 对 模 型 进 行 了 实 证 检 验 和 分 析, 结 果 表 明 所 选 因 素 对 雾 霾 天 数 的 解 释 性 强, 模 型 设 定 合 理 对 模 型 进 行 深 入 分 析, 可 知 若 降 低 雾 霾 天 数 10 天, 需 降 低 SO 2 的 排 放 量 44.33 万 吨, 汽 车 保 有 量 减 少 36.59 百 万 辆, 地 区 生 产 总 值 减 少 67.70 亿 元, 煤 炭 消 耗 量 减 少 38.38 万 吨, 户 籍 人 口 减 少 39.54 万 户, 施 工 面 积 减 少 36.59 万 平 方 米, 可 吸 入 颗 粒 物 54.76 毫 克 / 立 方 米, 全 市 集 中 供 热 面 积 缩 减 39.15 万 平 方 米, 第 二 产 业 税 收 收 入 减 少 33.98 亿 元 这 一 结 论 对 政 策 的 制 定 具 有 很 强 的 指 导 意 义 关 键 词 : 雾 霾 天 数 ; 主 成 分 分 析 法 ; 线 性 回 归 模 型 1

第 一 章 前 言 一 研 究 对 象 雾 霾 天 气 的 气 象 学 定 义 在 气 象 学 上, 雾 和 霾 是 2 个 气 象 概 念 雾 的 气 象 学 定 义 为 : 大 量 微 小 水 滴 浮 游 空 中, 常 呈 乳 白 色, 使 水 平 能 见 度 小 于 1.0 km 雾 的 存 在 使 能 见 度 恶 化, 降 低 空 气 透 明 度 如 果 是 因 为 水 汽 使 悬 浮 在 近 地 面 空 气 中 的 水 汽 凝 结 ( 或 凝 华 ), 目 标 物 的 水 平 能 见 度 降 低 到 1.0 km 以 内 的 天 气 现 象 即 为 雾 形 成 雾 时 大 气 湿 度 应 该 是 接 近 饱 和 或 饱 和 的 雾 和 云 与 晴 空 区 之 间 有 明 显 的 边 界, 雾 滴 的 尺 度 比 较 大, 浓 度 分 布 不 均 匀, 其 大 小 为 1~100µm 不 等, 平 均 直 径 在 l0~20µ m, 空 中 飘 浮 的 雾 滴 可 由 肉 眼 看 到 水 平 能 见 度 小 于 10.0 km 的 空 气 普 遍 混 浊 现 象 称 为 霾 或 灰 霾, 其 是 由 大 量 极 细 微 的 干 尘 粒 等 均 匀 的 浮 游 在 空 中 造 成 的 这 种 非 水 性 形 成 物 组 成 的 气 溶 胶 系 统 造 成 的 视 程 障 碍 在 水 平 能 见 度 小 于 10.0 km 时 称 为 霾 或 灰 霾 雾 霾 天 气 是 近 年 来 出 现 的 新 的 一 种 天 气 现 象, 是 雾 和 霾 的 混 合 物, 还 没 有 被 列 入 气 象 观 测 规 范 雾 与 霾 的 区 别 在 于 霾 发 生 时 相 对 湿 度 不 大, 而 雾 发 生 时 相 对 湿 度 接 近 饱 和 或 饱 和 霾 导 致 能 见 度 恶 化, 其 发 生 是 相 对 湿 度 小 于 60%, 且 能 见 度 小 于 10.0 km 时 的 大 气 浑 浊 导 致 视 野 模 糊 造 成 的 雾 导 致 能 见 度 恶 化, 其 发 生 是 相 对 湿 度 大 于 90% 能 见 度 小 于 1.0km 时 大 气 浑 浊 导 致 视 野 模 糊 造 成 的 因 此, 霾 和 轻 雾 的 混 合 物 共 同 造 成 的 大 气 浑 浊 视 野 模 糊 能 见 度 恶 化 大 多 是 在 相 对 湿 度 为 60%~90% 时 的 条 件 下 发 生 的, 但 其 主 要 成 分 是 霾 霾 与 晴 空 区 之 间 没 有 明 显 的 边 界, 这 点 与 雾 云 存 在 差 异, 灰 霾 粒 子 的 尺 度 比 较 小, 且 霾 粒 子 的 分 布 较 为 均 匀, 其 粒 子 是 肉 眼 看 不 到 的 空 中 飘 浮 颗 粒 物, 粒 子 大 小 为 0.001~10.000 µm, 平 均 直 径 为 1~2 µm 表 1: 雾 霾 定 义 定 义 平 均 直 径 水 平 能 见 度 相 对 湿 度 雾 l0~20µ m 小 于 1.0 km 小 于 60% 霾 1~2 µm 小 于 10.0 km 大 于 90% 雾 霾 霾 和 轻 雾 的 混 合 物 共 同 造 成 的 大 气 浑 浊 视 野 模 糊 能 见 度 恶 化 60%~90% 二 对 雾 霾 现 象 研 究 的 现 实 意 义 近 几 年 雾 霾 现 象 频 频 出 现, 华 北 地 区 的 雾 霾 现 象 尤 为 严 重, 其 中 又 以 北 京 市 的 雾 霾 危 害 程 度 最 为 突 出 雾 霾 现 象 不 仅 会 对 空 气 质 量 造 成 不 利 影 响, 同 时 还 会 影 响 人 们 的 身 体 健 康 雾 霾 天 气 对 人 们 的 身 体 和 心 理 健 康 状 况 都 有 影 响 从 身 体 健 康 上 说, 雾 霾 天 气 容 易 引 起 鼻 炎 支 气 管 炎 等 病 症, 长 期 处 于 这 种 环 境 还 会 诱 发 肺 癌 除 了 癌 症, 雾 霾 天 还 容 易 引 发 心 血 管 疾 2

病, 如 心 肌 梗 死 心 肌 缺 血 或 损 伤 此 外 雾 霾 笼 罩 时 气 压 较 低, 空 气 中 的 含 氧 量 有 所 下 降, 这 时 易 感 到 胸 闷 潮 湿 寒 冷 的 雾 和 霾, 还 会 造 成 冷 刺 激, 导 致 血 管 痉 挛 血 压 波 动 心 脏 负 荷 加 重 等 雾 霾 天 气 中 的 有 害 物 质 会 刺 激 人 体 的 敏 感 部 位, 容 易 诱 发 或 加 重 气 管 炎 咽 喉 炎 结 膜 炎 等 一 些 过 敏 性 病 症 从 心 理 健 康 上 说, 雾 霾 天 气 会 给 人 造 成 沉 闷 压 抑 的 感 觉, 会 刺 激 或 加 剧 心 理 抑 郁 状 态 上 述 现 象 和 问 题 与 人 们 的 生 活 息 息 相 关 政 府 一 直 把 改 善 天 气 状 况 作 为 日 常 工 作 的 重 中 之 重, 近 年 来 的 雾 霾 现 象 频 发 也 成 为 政 府 制 定 环 境 政 策 的 重 点 考 虑 从 雾 霾 的 定 义 来 看,PM2.5 二 氧 化 硫 氮 氧 化 物 可 吸 入 颗 粒 物 等 因 素 对 雾 霾 形 成 有 直 接 影 响, 但 是 这 些 因 素 处 于 较 低 的 微 观 层 次, 不 利 于 政 府 从 宏 观 上 把 握 和 制 定 有 效 的 政 策, 所 以 我 们 选 择 更 为 直 观 的 雾 霾 天 数 作 为 研 究 对 象 因 此 研 究 雾 霾 现 象 并 通 过 雾 霾 天 数 找 出 控 制 的 方 法 具 有 十 分 重 要 的 现 实 意 义 三 雾 霾 形 成 的 影 响 因 素 介 绍 ( 一 ) 物 理 因 子 近 年 以 来, 我 国 中 东 部 地 区 频 繁 出 现 雾 霾 天 气, 工 业 生 产 和 生 活 燃 煤 市 区 工 程 建 设 机 动 车 尾 气 排 放 地 形 因 素 等 被 指 为 雾 霾 成 因 通 常 在 低 层 大 气 中, 气 温 是 随 高 度 的 增 加 而 降 低 的. 但 某 些 情 况 下 会 出 现 逆 温 现 象, 气 温 会 随 高 度 的 增 加 而 升 高 逆 温 层 是 指 出 现 逆 温 现 象 的 大 气 层 在 逆 温 层 中, 较 暖 而 轻 的 空 气 位 于 较 冷 而 重 的 空 气 上 面, 形 成 一 种 极 其 稳 定 的 空 气 层, 笼 罩 在 近 地 层 的 上 空, 严 重 地 阻 碍 着 空 气 的 对 流 运 动 对 流 运 动 受 阻 导 致 近 地 层 空 气 中 的 各 种 有 害 气 体 汽 车 尾 气 烟 尘 以 及 水 汽 等, 只 能 飘 浮 在 逆 温 层 下 面 的 空 气 层 中, 无 法 向 上 向 外 扩 散, 有 利 于 云 雾 的 形 成, 导 致 能 见 度 降 低, 甚 至 由 于 空 气 中 的 污 染 物 不 能 及 时 向 大 气 中 扩 散, 造 成 大 气 污 染 加 重, 给 人 们 生 产 生 活 及 交 通 安 全 带 来 严 重 的 危 害 因 此, 常 见 的 雾 霾 形 成 的 影 响 因 素 包 括 有 害 气 体 汽 车 尾 气 烟 尘 以 及 水 汽 等 但 是, 这 些 因 素 是 导 致 雾 霾 的 普 遍 原 因, 不 利 于 地 区 政 策 的 有 效 制 定, 本 文 希 望 更 有 针 对 性 的 对 地 区 雾 霾 进 行 控 制, 因 此 选 择 更 具 有 特 殊 意 义 的 社 会 因 子 作 为 研 究 的 切 入 点 ( 二 ) 社 会 因 子 随 着 经 济 社 会 的 发 展, 人 类 活 动 日 益 频 繁, 地 区 汽 车 保 有 量 也 在 逐 年 增 加, 相 对 应 的 公 共 交 通 的 使 用 量 却 逐 年 下 降, 此 外, 伴 随 着 城 市 的 开 发, 地 区 的 建 筑 面 积 也 在 逐 年 扩 大, 建 筑 粉 尘 也 呈 逐 年 递 增 态 势, 另 外, 至 今 仍 有 许 多 工 厂 设 在 市 内, 大 量 的 硫 化 物 和 氮 化 物 的 排 放 随 着 工 业 的 发 展 也 在 不 断 增 多, 加 之 人 们 的 环 保 意 识 不 强, 在 家 庭 装 修 和 为 汽 车 冰 箱 喷 油 漆 中 使 用 的 黏 合 物 挥 发 出 的 有 机 物 会 增 加 大 气 氧 化 性, 可 以 生 成 更 多 的 二 次 颗 粒 物, 由 上 3

述 因 素 导 致 的 氮 氧 化 物 二 氧 化 硫 可 吸 入 颗 粒 物 的 大 量 排 放 加 剧 了 雾 霾 的 严 重 程 度, 使 雾 霾 天 数 不 断 增 多 这 些 因 素 具 有 明 显 的 地 域 性, 与 一 个 地 区 的 经 济 发 展 人 们 的 生 活 水 平 城 市 的 开 发 状 况 和 地 区 环 境 密 切 相 关, 同 时 这 些 因 素 的 可 控 性 也 比 较 强, 对 这 些 因 素 的 研 究 也 能 为 政 府 制 定 控 制 雾 霾 的 政 策 提 供 可 行 性 意 见 四 问 题 的 提 出 雾 霾 天 气 现 象 的 频 发 更 引 起 了 人 们 对 气 候 现 象 的 普 遍 关 注 人 们 希 望, 能 在 现 有 的 条 件 下 尽 可 能 多 地 了 解 雾 霾 天 气 现 象 的 统 计 特 性, 并 取 得 尽 可 能 多 的 数 据 作 广 泛 的 应 用 同 时 通 过 统 计 模 拟 方 法 生 成 雾 霾 天 气 数 据, 提 供 更 多 的 研 究 资 料, 使 人 们 能 够 相 应 的 对 各 种 设 施 进 行 合 理 的 设 计, 制 定 有 效 的 应 急 响 应 措 施 本 文 利 用 已 有 的 数 据, 建 立 北 京 市 的 雾 霾 天 数 预 测 模 型 我 们 通 过 查 阅 大 量 的 文 献 资 料 发 现, 大 多 数 专 家 学 者 和 机 构 主 要 的 工 作 都 是 研 究 影 响 雾 霾 天 气 发 生 的 因 素, 很 少 对 未 来 的 雾 霾 天 数 情 况 进 行 模 拟 我 们 通 过 对 雾 霾 天 数 与 10 种 影 响 因 素 关 系 模 型 的 研 究, 针 对 北 京 市 的 雾 霾 天 数 数 据 情 况, 建 立 一 般 的 雾 霾 天 数 发 生 预 测 模 型, 并 以 此 探 讨 控 制 或 者 减 轻 雾 霾 的 方 法 五 研 究 对 象 背 景 介 绍 根 据 北 京 市 雾 霾 天 气 的 持 续 天 数 和 严 重 程 度, 结 合 已 有 的 数 据, 我 们 选 择 了 二 氧 化 硫 排 放 量 二 氧 化 氮 年 日 均 值 汽 车 保 有 量 地 区 生 产 总 值 煤 炭 消 耗 量 户 籍 人 口 施 工 面 积 可 吸 入 颗 粒 物 年 日 均 值 全 市 集 中 供 热 面 积 和 第 二 产 业 税 收 收 入 等 影 响 因 素 作 为 我 们 研 究 的 对 象, 并 通 过 主 成 分 分 析 法 从 中 筛 选 出 最 具 代 表 性 的 两 大 主 要 影 响 因 素 物 理 因 子 和 社 会 因 子 作 为 主 要 研 究 对 象 第 二 章 建 立 模 型 的 准 备 工 作 一 数 据 整 理 与 分 析 ( 一 ) 数 据 来 源 本 文 数 据 来 源 于 北 京 统 计 局 网 站 及 北 京 统 计 年 鉴 (2012) 由 于 雾 霾 的 记 录 主 要 从 2000 年 开 始, 所 以 数 据 选 择 从 2000-2012 年 4

表 2: 雾 霾 影 响 因 素 指 标 体 系 角 度 影 响 因 素 相 关 性 符 号 描 述 地 区 环 境 区 域 经 济 发 展 人 们 生 活 水 平 城 市 开 发 状 况 SO2 排 放 量 ( 万 吨 ) + S NO2 年 日 均 值 ( 毫 克 / 立 方 米 ) - N 可 吸 入 颗 粒 物 年 日 均 值 ( 毫 克 / 立 方 米 ) + D 地 区 生 产 总 值 ( 亿 元 ) + G 第 二 产 业 税 收 收 入 ( 亿 元 ) + T 汽 车 保 有 量 ( 百 万 辆 ) + M 煤 炭 消 耗 量 ( 万 吨 ) + C 全 市 集 中 供 热 面 积 ( 万 平 方 米 ) + H 户 籍 人 口 ( 万 户 ) + P 施 工 面 积 ( 万 平 方 米 ) + B 表 2( 续 ): 雾 霾 影 响 因 素 指 标 数 据 年 份 S N M G C P B D H T 2000 9.8 0.071 20.6 111.84207.81107.5 6995.9 0.162 10860 150.64 2001 11.5 0.071 20.6 111.74229.21122.3 8203.3 0.165 14729 161.06 2002 11.9 0.076 26 111.54330.51136.3 9697.7 0.166 18172 142.24 2003 18.3 0.072 40.8 111.14648.21148.811262.2 0.141 25108 161.06 2004 12.3 0.071 44.7 114.15139.61162.913121.9 0.149 28150 210.52 2005 14.7 0.066 57 112.15521.91180.714096.2 0.142 31736 173.18 2006 17.6 0.066 71.4 113 5904.11197.614069.2 0.161 34977 198.9 2007 15.2 0.066 79.8 114.5 6285 1213.314146.7 0.148 37203 216 2008 19.1 0.049 87.8 109.16327.11229.914145.3 0.122 42501 209.91 2009 19.1 0.053 114.8 110.26570.31245.814380.6 0.121 44240 235.2 2004 19.2 0.057 143.2 110.36954.11257.815572.1 0.121 46715 303.14 2011 20.1 0.055 156.7 108.16995.41263.418065.2 0.16 50794 319.6 2012 22.4 0.08 168.5 116.77698.81287.519765.4 0.22 56476.1 432.8 ( 二 ) 数 据 分 析 1. 数 据 预 处 理 为 了 方 便 研 究, 我 们 将 数 据 进 一 步 标 准 化 和 方 向 化 由 于 各 影 响 因 素 之 间 的 量 纲 不 同, 所 以 先 将 所 有 的 自 变 量 和 因 变 量 进 行 标 准 化 为 了 方 便 起 见, 标 准 化 后 的 数 据 仍 然 使 用 原 来 5

的 符 号 S N M G C P B D H T 2. 主 成 分 分 析 我 们 通 过 对 10 个 影 响 因 素 的 主 成 分 分 析, 可 得 出 两 个 主 要 因 子, 即 物 理 因 子 (Physical Factor, 简 记 为 PF ), PF S N M G C P B D H T, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 主 要 反 映 二 氧 化 硫 排 放 量 二 氧 化 氮 年 日 均 值 对 雾 霾 天 数 的 影 响 ; 社 会 因 子 (Social Factor, 简 记 为 SF ), SF S N M G C P B D H T, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 主 要 反 映 汽 车 保 有 量 地 区 生 产 总 值 煤 炭 消 耗 量 户 籍 人 口 施 工 面 积 全 市 集 中 供 热 面 积 和 第 二 产 业 税 收 收 入 对 雾 霾 天 数 的 影 响 3. 线 性 回 归 分 析 雾 霾 天 数 ( 简 记 为 Haze ), 则 物 理 因 子 社 会 因 子 对 雾 霾 天 数 的 线 性 回 归 分 析 模 型 为, Haze PF SF 0 1 2 2 其 中 : N(0, ) 6

二 建 模 思 路 与 研 究 框 架 建 模 思 路 与 研 究 框 架 用 图 1 来 表 示 : 区 域 经 济 发 展 城 市 开 发 状 况 人 们 生 活 水 平 地 区 环 境 地 区 生 产 总 值 第 二 产 业 税 收 收 入 户 籍 人 口 施 工 面 积 汽 车 保 有 量 煤 炭 消 耗 量 集 中 供 热 米 面 积 二 氧 化 硫 排 放 量 二 氧 化 氮 年 日 均 值 可 吸 入 颗 粒 物 物 理 因 子 社 会 因 子 线 性 回 归 预 测 模 型 结 论 与 建 议 图 1 建 模 思 路 与 研 究 框 架 第 三 章 问 题 求 解 一 主 成 分 分 析 法 介 绍 ( 一 ) 主 成 分 分 析 原 理 主 成 分 分 析 法 是 霍 特 林 于 1933 年 首 先 提 出 来 的, 其 原 理 是 利 用 降 维 的 思 想, 把 原 来 众 多 具 有 一 定 相 关 性 ( 比 如 p 个 指 标 ), 重 新 组 合 成 一 组 新 的 互 相 无 关 的 综 合 指 标 来 代 替 原 来 的 指 标 通 常 数 学 上 的 处 理 就 是 将 原 来 p 个 指 标 作 线 性 组 合, 作 为 新 的 综 合 指 标 最 经 典 的 做 法 就 是 用 PF( 选 取 的 第 一 个 线 性 组 合, 即 第 一 个 综 合 指 标 ) 的 方 差 来 表 达, 即 Var( PF) 7

越 大, 表 示 PF 包 含 的 信 息 越 多 因 此 在 所 有 的 线 性 组 合 中 选 取 的 PF 应 该 是 方 差 最 大 的, 故 称 PF 为 第 一 主 成 分 如 果 第 一 主 成 分 不 足 以 代 表 原 来 p 个 指 标 的 信 息, 再 考 虑 选 取 SF 即 选 第 二 个 线 性 组 合, 为 了 有 效 地 反 映 原 来 信 息,PF 已 有 的 信 息 就 不 需 要 再 出 现 在 SF 中, 用 数 学 语 言 表 达 就 是 要 求 Cov( PF, SF) 0, 则 称 SF 为 第 二 主 成 分, 依 此 类 推 可 以 构 造 出 第 三 第 四 第 p 个 主 成 分 ( 二 ) 主 成 分 分 析 数 学 模 型 PF a S a N a M +a G+a C +a P+a B+a D+a H +a T, i 1i 2i 3i 4i 5i 6i 7i 8i 9i 10i SF b S b N b M +b G+b C +b P+b B+b D+b H+b T, i 1i 2i 3i 4i 5i 6i 7i 8i 9i 10i 其 中 a 1i, a 2i, a 3i,, a 10i ( i =1,,m ); b 1i, b 2i, b 3i,, b 10i (i =1,, m ) 为 自 变 量 的 协 方 差 阵 的 特 征 值 对 应 的 特 征 向 量,S,N,,T 是 原 始 变 量 经 过 标 准 化 处 理 的 值 二 雾 霾 影 响 因 素 指 标 数 据 的 主 成 分 分 析 以 北 京 市 数 据 为 例 对 2000-2012 年 S N M G C P B D H T 数 据 进 行 主 成 分 分 析, 由 于 各 影 响 因 素 之 间 的 量 纲 不 同, 所 以 先 将 所 有 的 自 变 量 和 因 变 量 进 行 标 准 化, 成 为 无 量 纲 变 量 之 后 进 行 回 归 计 算 具 体 结 果 见 表 3 表 3: 主 成 分 分 析 结 果 Total Variance Explained Initial Eigenvalues Extraction Sums of Squared Loadings Component Total % of Variance Cumulative % Total % of Variance Cumulative % 1 7.528 68.436 68.436 7.528 68.436 68.436 2 2.583 23.485 91.921 2.583 23.485 91.921 3 0.416 3.777 95.699 4 0.211 1.918 97.617 5 0.122 1.109 98.726 6 0.094 0.855 99.581 7 0.025 0.232 99.813 8 0.015 0.140 99.953 9 0.005 0.042 99.995 10 0.000 0.004 99.999 8

表 4: 第 一 主 成 分 第 二 主 成 分 系 数 构 成 Component Matrix a Component 1 2 S 0.905-0.122 N -0.371 0.898 M 0.982-0.037 G 0.030 0.876 C 0.984-0.043 P 0.987-0.102 B 0.968 0.077 D 0.128 0.910 H 0.991-0.083 T 0.916 0.298 从 表 4 可 知 雾 霾 天 数 与 汽 车 保 有 量 煤 炭 消 耗 量 户 籍 人 口 施 工 面 积 全 市 集 中 供 热 面 积 第 二 产 业 税 收 收 入 这 几 个 指 标 存 在 着 极 其 显 著 的 关 系, 与 二 氧 化 硫 排 放 量 存 在 着 显 著 关 系 三 主 成 分 对 雾 霾 天 数 进 行 线 性 回 归 分 析 由 上 节 计 算 可 得 第 一 二 主 成 分, 即 物 理 因 子 PF 社 会 因 子 SF 如 下, PF 0.33S 0.14N 0.36M 0.01G 0.36C 0.36P, 0.35B 0.05D 0.36H 0.33T SF 0.08S 0.56N 0.02M 0.55G 0.03C 0.06P, 0.05B 0.57D 0.05H 0.19T 以 每 个 主 成 分 所 对 应 的 特 征 值 占 所 提 取 主 成 分 总 的 特 征 值 之 和 的 比 例 作 为 权 重 计 算 主 成 分 综 合 模 型, 即 用 第 一 主 成 分 PF 中 每 个 指 标 所 对 应 的 系 数 乘 上 第 一 主 成 分 PF 所 对 应 的 贡 献 率 再 除 以 所 提 取 两 个 主 成 分 的 两 个 贡 献 率 之 和, 然 后 加 上 第 二 主 成 分 SF 中 每 个 指 标 所 9

对 应 的 系 数 乘 上 第 二 主 成 分 SF 所 对 应 的 贡 献 率 再 除 以 所 提 取 两 个 主 成 分 的 两 个 贡 献 率 之 和 用 Eviews 软 件 进 行 影 响 雾 霾 天 数 因 素 对 雾 霾 天 数 的 线 性 回 归 分 析, 可 得 结 果 如 下 : 表 5: 显 著 性 检 验 结 果 此 时 可 得 物 理 因 子 PF 社 会 因 子 SF 对 雾 霾 天 数 Haze 的 线 性 回 归 模 型 : Variable Coefficient Std. Error t-statistic Prob. C 59.23080 1.819257 32.55769 0.0000 PF 3.003998 0.286792 10.47450 0.0000 SF 2.062117 0.749977 2.749573 0.0205 R-squared 0.918113 Mean dependent var 59.23077 Adjusted R-squared 0.901735 S.D. dependent var 20.92508 Akaike info S.E. of regression 6.559424 criterion 6.798857 Sum squared resid 430.2604 Schwarz criterion 6.929230 Hannan-Quinn Log likelihood -41.19257 criter. 6.772059 F-statistic 56.05962 Durbin-Watson stat 2.577531 Prob(F-statistic) 0.000004 注 : 此 处 的 C 是 常 数 项 Haze 59.23080 3.003998 PF 2.062117 SF 由 表 5 可 知, R 2 =0.918113, 修 正 的 可 决 系 数 为 0.901735, p 值 小 于 0.05, 说 明 显 著 性 很 高, 模 型 对 样 本 的 拟 合 度 较 好 将 原 始 变 量 带 入 上 述 模 型 可 得 最 终 标 准 化 的 数 据 模 型 如 下 : Haze 0.2256S 0.0002N 0.2733M 0.1477G 0.26055C 0.2529 P 0.273325B 0.1826D 0.25545H 0.2943T 四 实 际 的 分 析 由 上 式 可 知, NO 2 的 年 日 均 值 与 雾 霾 天 数 成 负 相 关, SO 2 汽 车 保 有 量 地 区 生 产 总 值 煤 炭 消 耗 量 户 籍 人 口 施 工 面 积 可 吸 入 颗 粒 物 年 日 均 值 全 市 集 中 供 热 面 积 和 第 二 产 业 税 收 收 入 与 雾 霾 天 数 成 正 相 关 由 于 NO 2 与 雾 霾 天 数 的 相 关 性 很 弱, 所 以 在 此 不 予 以 进 一 步 分 析 在 保 持 其 他 因 素 不 变 时, 若 降 低 雾 霾 天 数 10 天, 需 降 低 SO 2 的 排 放 量 44.33 万 吨, 汽 车 保 有 量 减 少 36.59 百 万 辆, 地 区 生 产 总 值 减 少 67.70 亿 元, 煤 炭 消 耗 量 减 少 38.38 万 吨, 户 籍 人 口 减 少 39.54 万 户, 施 工 面 积 减 少 36.59 万 平 方 米, 可 吸 入 颗 粒 物 54.76 毫 克 / 立 方 米, 全 市 集 中 供 热 面 积 缩 减 39.15 万 平 方 米, 第 二 产 业 税 收 收 入 减 少 33.98 亿 元 10

第 四 章 结 论 与 建 议 一 结 论 至 此, 我 们 已 完 成 了 对 影 响 北 京 市 雾 霾 指 标 的 模 拟, 线 性 回 归 方 程 产 生 的 数 据 保 留 了 实 际 数 据 的 统 计 特 点, 并 具 有 一 定 的 随 机 性, 可 以 作 为 北 京 市 雾 霾 天 气 的 有 效 模 拟 通 过 预 测 的 数 据 和 实 际 数 据 的 情 况 可 以 判 断 未 来 的 年 度 雾 霾 天 数, 对 雾 霾 控 制 方 法 的 研 究 有 很 大 的 帮 助 因 此, 雾 霾 天 数 的 控 制 主 要 针 对 二 氧 化 硫 排 放 量 二 氧 化 氮 年 日 均 值 汽 车 保 有 量 地 区 生 产 总 值 煤 炭 消 耗 量 户 籍 人 口 施 工 面 积 可 吸 入 颗 粒 物 年 日 均 值 全 市 集 中 供 热 面 积 和 第 二 产 业 税 收 收 入 等 正 向 指 标 二 建 议 本 文 通 过 对 雾 霾 影 响 因 素 与 其 出 现 天 数 的 线 性 回 归 预 测 模 型 的 研 究, 可 以 总 结 出 对 雾 霾 影 响 最 主 要 的 因 素 可 以 分 为 物 理 因 子 和 社 会 因 子, 从 这 两 个 因 素 出 发, 同 时 参 考 线 性 回 归 预 测 的 结 果, 我 们 可 以 得 出 有 效 控 制 雾 霾 的 因 素 对 应 两 大 主 要 因 素, 本 文 对 雾 霾 现 象 的 控 制 从 两 大 方 面 提 出 建 议 : 一 是 适 当 改 善 产 业 结 构, 减 少 第 二 产 业 的 比 重, 并 适 当 减 少 市 区 工 业 的 比 重, 尽 量 将 污 染 比 较 严 重 的 企 业 迁 往 郊 区, 从 而 减 少 市 区 二 氧 化 硫 二 氧 化 氮 等 有 害 气 体 的 排 放, 达 到 转 移 污 染 源 的 目 的 另 外, 在 工 地 施 工 方 面, 可 以 选 择 天 气 干 燥 的 时 间 施 工, 从 而 减 少 粉 尘 在 空 气 中 的 悬 浮 量 ; 二 是 从 社 会 方 面 来 看, 可 以 分 散 居 民 的 居 住 地 点, 降 低 人 口 密 度, 从 而 减 少 每 个 地 区 的 汽 车 保 有 量, 分 散 污 染 源, 此 外 还 可 以 采 取 汽 车 单 双 号 限 行 政 策, 减 少 开 私 家 车, 多 使 用 公 共 交 通 工 具, 鼓 励 小 排 量 汽 车 的 使 用, 尽 量 减 少 大 排 量 汽 车 的 使 用 量, 进 而 减 少 废 气 的 排 放, 达 到 有 效 控 制 雾 霾 污 染 物 排 放 的 目 的 对 于 每 个 公 民 来 说, 要 增 强 自 己 的 环 保 意 识, 使 用 节 能 空 调 和 冰 箱, 在 日 常 生 活 中 做 到 节 能 减 排, 从 而 减 少 空 气 中 的 颗 粒 物, 通 过 实 施 以 上 两 个 方 面 的 措 施, 可 以 达 到 减 少 雾 霾 天 数, 控 制 雾 霾 的 目 的 11

参 考 文 献 [1] 何 晓 群 : 现 代 统 计 分 析 方 法 与 应 用 [M]. 北 京 : 中 国 人 民 大 学 出 版 社,2007. [2] 李 艳 双 曾 珍 香 张 闽 : 主 成 分 分 析 法 在 多 指 标 综 合 评 价 方 法 中 的 应 用 [J]. 河 北 工 业 大 学 学 报,1999(1). [3] 国 家 统 计 局 编 : 中 国 统 计 年 鉴 [M]. 北 京 : 中 国 统 计 出 版 社,2002. [4] 洪 楠 :SPSS FOR Windows 统 计 分 析 教 程 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社,2000. [5] 彭 介 寿 赵 金 先 : 主 成 分 分 析 法 与 企 业 综 合 经 济 效 益 评 价 [J]. 企 业 经 济,2003(6). [6] 李 万 彪 : 大 气 概 论 [M]. 北 京 : 人 民 出 版 社,2009. [7] 吴 兑 : 雾 与 霾 的 区 别 和 灰 霾 天 气 预 警 建 议 [J]. 北 京 气 象,2004(4). [8] 晓 风 : 雾 的 成 因 及 危 害 [J]. 北 京 气 象,2010(4). 12