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多元统计分析论文中国城市环境污染及其治理摘要随着中国城市化和工业化进程的不断推进，城市的人口密度和环境污染日益严重，环境问题已经成为21世纪人类最大的威胁。本文从2000年到2010年全国31个省份的实测数据出发，运用主成分分析、聚类分析、因子分析等多元统计方法，展现、分析中国城市环境污染物的释放变化情况和环境治理投资水平，以及投资治理的成效。关键词城市环境污染治理多元统计主成分分析因子分析正文一、引言进入21世纪以来，中国的经济迅猛发展，与2000年相比，2010年的国民总收入增加了311.5%，年平均增长速度达到10.7，人均国内生产总值更是增加了281.7%（如下左图），人民生活水平有了显著提高。而与此同时，中国城市化的程度也越来越高（如下右图），大量人口从农村转移到城市定居或工作，城市以不到10%的面积供养几乎一半的人口，而在2011年，我国城镇化率首次超过50%，达到51.3%，如此巨大的人口密度与资源消耗，让城市环境不堪重负。20002002200420062008201010000150002000025000300002000~2010年中国人均国民生产总值年份人均GDP单位：元20002002200420062008201036384042444648502000~2010年中国城市化率年份城市化率(%)二、城市污染物释放情况城市环境污染是指人类的生产生活过程中，向环境中排放出的污染物超出环境的自净能力，从而使环境遭到破坏，一般分为气体污染、水污染、固体废弃物污染、土壤污染等方面。而在城市中，环境污染尤指SO2、粉尘等带来的气体污染，工厂排放废水污染，工业固体废弃物和生活垃圾污染。中国城市的环境污染问题形势比较严峻，例如在空气质量上，只有38.6%的城市达到了国家环境空气质量二级标准（居住区标准），25.7%的城市环境空气质量低于三级，京津冀、长江三角洲、珠江三角洲等区域PM2.5和O3污染加重，灰霾现象频繁发生，上海、广州、天津、深圳等城市灰霾天数占到了30%~50%。这主要是以煤炭为主的能源消耗攀升，和快速增加的机动车数量引起的。为分析我国城市总体污染物释放变化情况，选取了2000年~2010年全国城市污水排放量（亿立方米）、工业废气排放总量(亿标立方米)、工业粉尘排放量(万吨)、工业烟尘排放总量(万吨)、城市生活垃圾清运量(万吨)、工业固体废弃物排放量(万吨)这六个指标，并进行主成分分析，目的是减少变量个数，力求选多元统计分析论文1取出能代表每年城市污染物释放的综合统计量，以便研究10年间的污染变化情况。得到主成分分析的效果很好（如下碎石图），第一主成分的贡献率达到85.7%，第一、第二主成分的累积贡献率为96.1。所以可以选取第一主成分作为环境污染综合情况的指标，可以得到我国城市释放污染程度的变化情况（如下右图）。从而可以看出，城市环境负荷日益增加，人类对环境的破坏也越来越严重，这是工业化与经济发展的必然结果，但是如果我们不加以重视，环境问题不仅会影响我们的生活质量、健康水平，还会带来更严重的自然灾难。碎石图Variances01234Comp.1Comp.2Comp.3Comp.4Comp.5Comp.62000~2010年中国城市环境污染情况050000100000150000200000三、城市环境治理中国的经济发展起步较晚，而发展速度很快，充分借鉴了西方国家发展的经验。在环境问题上也一直较为重视，中国的环保事业起自1973年，基本与经济建设同步开始，先后经历了工业污染的点源治理（1973-1978）、污染综合防治（1979-1983）、城市环境综合整治（1984-1999）、生态建设与环境质量全面改善（2000-）四个阶段。从左下图可以看出，中国城市环境治理投资在GDP中的比例有明显递增的趋势，体现出人们对环境问题的重视程度的加深，环境治理的力度越来越大，同时也侧面反映了对治理的需求逐步加大。而就各省份而言，为了考察不同地区对污染治理投资情况，对全国31个省、直辖市、自治区2003~2010年的城市环境治理投资数据进行样本聚类，以便观察出各地区环境投资力度的不同，因为各地区的经济发展水平不同，所以选取的指标为环境治理投资占GDP的比重。样本间距离采用欧氏距离，并采用ward法进行系统聚类，得到聚类图如左下图。可以看出，30号样本（宁夏）可归为第一类，26号样本（西藏）、21号样本（海南）、17号样本（湖北）、18号样本（湖南）、9号样本（上海）、23号样本（四川）、13号样本（福建）、16号样本（河南）、24号样本（贵州）可归为第二类，其余样本归为第三类，结合数据和实际情况可知，宁夏环境投资占GDP2000200220042006200820101.01.11.21.31.41.51.6城市环境治理投资占GDP比例年份环境投资占GDP比重(%)多元统计分析论文2的比重遥遥领先，宁夏是处于西部的自治区，本身矿区较多，发展上相对落后，近年的工业水平不断提升带来的环境问题较多，同时治理力度也不断加大，09年空气污染指数同比下降14.3%，说明了治理效果较好。而第二类的西藏、海南、湖南、湖北、上海、四川、福建、河南、贵州环境投资较低，第三类的地区环境治理投资较高。在环境治理投资中，各项目的比例构成也发生很大变化，从2000年到2010年，工业污染源的治理投资逐渐缩小，而城市环境基础设施建设投资逐步加大，这与我国环保四个阶段相呼应，先清理工业污染点源，再提高城市环境质量，由污染量的减小过渡到质的提升。而建设项目“三同时”环保投资也有所提高，它是我国预防为主的环保政策的体现，即建设项目中环境保护设施必须与主体工程同步设计、同时施工、同时投产使用。建设项目“三同时”环保投资的增加说明了我国环境污染治理由治理为主走向预防为主，环保事业迈上新的台阶。四、投资治理成效从以上分析知，我国对环境污染越来越重视，在环境方面的投资也越来越大，为分析环境治理投资的成效如何，考察环境治理和释放污染所形成的综合效果，对2001~2010年城市生活垃圾无害化处理率（%）、建城区绿化覆盖率（%）、人均公园绿地面积（平方米）、城市污水处理率（%）、工业SO2排放达标率（%）、工业烟尘排放达标率（%）、工业粉尘排放达标率（%）、工业固体废弃物综合利用率（%）这八个指标的实测数据进行因子分析，这些统计量都是代表城市环境建设情况，从中试图找到代表环境治理成效的公共因子。经过试验，建立含有一个公共因子的因子模型最为合适，参数估计采用极大似然估计方法，旋转方法采用最大方差旋转，得到公共因子的贡献率91.3%，且在0.05的显著水平下通过检验，用此公共因子代表我国城市环境质量水平。结合实际数据，从左下图可以看出我国的环境投资治理较为有效，公共因子代表的环境治理水平呈明显的递增趋势，不仅废水、废气的排放达标率和垃圾、废弃物的处理利用率逐步提升，城市绿化也覆盖面积越来越大，虽然在经济发展过程当中释放出的污染越来越严重，但是环境治理水平也在同步提升，且治262117189231316243019111229282732014257841522610152310246810ClusterDendrogramhclust(*,ward)dHeight城市环境基础设施建设工业污染源治理“三同时”环保投资2000年环境投资构成城市环境基础设施建设工业污染源治理“三同时”环保投资2010年环境投资构成多元统计分析论文3理的效率越来越高，使得城市环境质量呈正向提高。五、结语城市环境质量与居民生活水平休戚相关，我国较快的经济发展不可避免的带来环境的破坏，虽然从最初我国便定下发展与治理结合，不走西方旧路的方针，但是环境问题依然严峻。通过以上分析可以看出，我国环境压力很大，但同时国家对环境治理极其重视，在环境上的投资不断加大，且取得了良好效果，治理方向已经从清理污染源向提升城市环境文明转变，相信以此趋势，我国的城市环境质量会越来越好。参考文献《中国统计年鉴》2011年国家统计局《环境统计数据》2003~2010年国家统计局《中国城市环境保护》国家环保总局《2010年环境统计年报》国家环保总局《统计建模与R软件》薛毅2001~2010年全国城市环境质量水平0100200300400500多元统计分析论文4附录：数据及程序一、绘图：2000~2010年中国人均国内生产总值数据：人均国内生产总值（元）20007857.67609320018621.7062220029398.054458200310541.97114200412335.57764200514185.35951200616499.7045200720169.46136200823707.71462200925607.53065201029991.81646程序：x=read.table(1.txt)xV1V2120007857.676220018621.706320029398.0544200310541.9715200412335.5786200514185.3607200616499.7048200720169.4619200823707.71510200925607.53111201029991.816attach(x)plot(V1,V2,type=l)plot(V1,V2,type=o,main=2000~2010年中国人均国民生产总值,xlab=年份,ylab=人均GDP单位：元,col=red)多元统计分析论文520002002200420062008201010000150002000025000300002000~2010年中国人均国民生产总值年份人均GDP单位：元rm(list=ls(all=TRUE))二、绘图：2000~2010年中国城市化率数据：年份（年）城市化率（%）200036.22200137.66200239.09200340.53200441.76200542.99200644.34200745.89200846.99200948.34201049.95多元统计分析论文6程序：x=read.table(1.txt)xV1V21200036.222200137.663200239.094200340.535200441.766200542.997200644.348200745.899200846.9910200948.3411201049.95attach(x)plot(V1,V2,main=2000~2010年中国城市化率,xlab=年份,ylab=城市化率(%),type=h,col=4)20002002200420062008201036384042444648502000~2010年中国城市化率年份城市化率(%)多元统计分析论文7rm(list=ls(all=TRUE))三、主成分分析：2000~2010年中国城市污染物释放情况数据：年份城市污水排放量（亿立方米）工业废气排放总量(亿标立方米)工业粉尘排放量(万吨)烟尘排放总量(万吨)城市生活垃圾清运(万吨)量工业固体废弃物排放量(万吨)2000331.813814510921165.4118193186.22001328.6160863990.61069.9134702893.82002337.61752579411012.7136502635.22003349.21989061021.31048.5148571940.92004356.5237696904.810951550917622005359.5268988911.21182.5155771654.72006362.5330990808.41088.8148411302.12007361388169698.7986.6152151196.72008364.9403866584.9901.615438781.82009371.2436064523.6847.715734710.52010378.7519168448.7