成都市環(huán)境空氣治理效應(yīng)評價——基于有序樣本聚類與分類檢驗?zāi)Ｐ?/h1>
2016-01-27 02:40:44呂王勇甘茂林
統(tǒng)計與信息論壇 2015年12期
符 璐，呂王勇，2，甘茂林
(1.四川師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與軟件科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610068；
2.可視化計算與虛擬現(xiàn)實四川省重點實驗室，四川 成都 610068)
?
成都市環(huán)境空氣治理效應(yīng)評價
——基于有序樣本聚類與分類檢驗?zāi)Ｐ?/p>
符璐1，呂王勇1，2，甘茂林1
(1.四川師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與軟件科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610068；
2.可視化計算與虛擬現(xiàn)實四川省重點實驗室，四川 成都 610068)
摘要：隨著環(huán)境空氣污染問題的加劇，政府對環(huán)境空氣的治理手段逐漸加強(qiáng)。通過構(gòu)造F統(tǒng)計量對有序樣本分類，立足分類檢驗法對空氣質(zhì)量影響因子含量變化進(jìn)行顯著性分析，進(jìn)而對政府治理環(huán)境的效應(yīng)進(jìn)行評價。利用成都市2013年12月至2015年3月空氣指數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)及成都市在近年采取的環(huán)境治理手段歷史資料，對成都市環(huán)境治理效應(yīng)評價，結(jié)果表明成都市在SO2、PM2.5、PM10、CO、NO2的治理方面有明顯的改善，但是O3的治理存在很大不足。
關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量；F統(tǒng)計量；分類檢驗；效應(yīng)評價；治理
環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞直接影響人類生存環(huán)境。政府面對嚴(yán)峻的環(huán)境空氣污染形勢，出臺了相關(guān)的治理措施。成都市在2013年到2014年先后頒布了《成都市深化今冬明春大氣污染治理十項措施》[1]、《成都市重污染天氣應(yīng)急預(yù)案(試行)》[2]、《成都市大氣污染防治行動方案(2014—2017年)》[3]、《成都市煙花爆竹燃放規(guī)定》[4]等等，加大了環(huán)境空氣治理的決心和力度。通過對比頒布措施前后的空氣質(zhì)量的變化能夠準(zhǔn)確反映出成都市環(huán)境空氣治理效應(yīng)，從而對成都市環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價。政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)的評價有利于提高政府對環(huán)境治理措施的有效監(jiān)管，進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量，更好的促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。
環(huán)境空氣質(zhì)量等級評價主要依據(jù)是空氣中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2及O3等影響因子的含量，因此政府環(huán)境治理手段是否有效主要取決于環(huán)境空氣中各影響因子含量是否有降低。目前環(huán)境空氣質(zhì)量研究主要涉及空氣質(zhì)量預(yù)測和空氣質(zhì)量等級評價。在空氣質(zhì)量等級評價中周美春等應(yīng)用模糊綜合評價的方法對溧陽市空氣質(zhì)量變化進(jìn)行評估[5]；徐衛(wèi)國等應(yīng)用灰色聚類的方法對空氣質(zhì)量進(jìn)行評估[6]；陳祖云等利用支持向量機(jī)對環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行等級劃分[7]；王玉云等運(yùn)用綜合污染指數(shù)法分析雅安市環(huán)境空氣時空動態(tài)變化趨勢及其影響因素[8]。在空氣質(zhì)量預(yù)測中蔣志方等運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的RAN模型對城市空氣質(zhì)量做出預(yù)測[9]；趙宏等運(yùn)用將遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合的GA-ANN的模型對環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測[10]；司志娟等運(yùn)用改進(jìn)型的灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測[11]。
對政府治理環(huán)境空氣的效應(yīng)評價尚未涉及。為了對政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價，需要對比政府采取治理措施前后空氣質(zhì)量的變化，空氣質(zhì)量好壞依賴于空氣中各影響因子的含量。因此對政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)評價，實質(zhì)是對政府采取治理措施前后空氣中各影響因子變化情況的度量。本文首先利用F統(tǒng)計量將成都市2013年12月至2015年3月空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)依時間順序劃分為三段，結(jié)合成都市政府實施的環(huán)境空氣治理措施，論證分段的合理性；再對各分類中的空氣質(zhì)量影響因子進(jìn)行分類檢驗，通過確定各類因子有無顯著差異，進(jìn)而對政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價。
一、基于F統(tǒng)計量的有序樣本分類法
針對有序樣本的分類，其核心是分割點的確定。文章在給定具體類別的前提下，通過構(gòu)建f統(tǒng)計量[12]26-27，來尋求最優(yōu)分割點，從而實現(xiàn)有序樣本分類。
設(shè)有序樣本序列依次為x1,x2,x3,…,xn, 設(shè)將樣本序列依次分成 k個長度為ni的序列，記分類后的樣本序列為
(1)
下面通過定義組內(nèi)離差平方和與組間離差平方和來定義F統(tǒng)計量。
組內(nèi)離差平方和：
(2)
組間離差平方和：
(3)
(4)
由式(4)知，在尋求最優(yōu)分割的點時，總是期望不同類別之間的差異SSA大，同一類別內(nèi)的差異SSE小，則F取最大值時所對應(yīng)的點即為最優(yōu)分割點。
二、分類檢驗
為了能夠準(zhǔn)確反映成都市政府環(huán)境空氣治理手段的有效性。采用分類檢驗的方法，對成都市政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價。
(5)
(一)兩總體均值之差的假設(shè)檢驗[13]169-176[14]182-185
兩總體方差未知時，兩總體均值是否相等的假設(shè)檢驗如下：
H0:μ(i)-μ(j)=0?H1:μ(i)-μ(j)≠0(i≠j)
(6)
檢驗統(tǒng)計量為：
(7)
則檢驗問題在水平α下對應(yīng)的接受域為：
(8)
(二)兩總體方差比的假設(shè)檢驗[15]376-377
(9)
檢驗統(tǒng)計量為：
(10)
則檢驗問題在水平為α下對應(yīng)的接受域為：
(11)
三、基于有序樣本分類與分類檢驗的政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)評價
數(shù)據(jù)來自中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺，數(shù)據(jù)包含成都市2013年12月至2015年3月空氣質(zhì)量指數(shù)及空氣質(zhì)量影響因子PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2及O3。首先利用成都市空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)，基于F統(tǒng)計量確定最優(yōu)分割點，將時間分段；并結(jié)合政府出臺的治理環(huán)境空氣政策進(jìn)行分類的合理性驗證。最后利用分類檢驗法進(jìn)行顯著性檢驗，從而對政府出臺的治理環(huán)境空氣政策的有效性做出評價。
(一)有序樣本分類
成都市政府在2013年11月至2015年年初，出臺并落實了4項主要的環(huán)境空氣質(zhì)量治理措施，對成都市的環(huán)境空氣質(zhì)量是否有積極影響？利用成都市2013年12月至2015年3月空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)做出時序圖，見圖1 。
圖1 成都市2013年12月至2015年3月空氣指數(shù)時序圖
依據(jù)時序圖可知成都市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)有一定的改善，結(jié)合成都市環(huán)境空氣治理措施出臺時間可將成都市空氣質(zhì)量分為3類，用式(4)計算f統(tǒng)計量，運(yùn)用全局搜索算法，確定其最優(yōu)分割點，詳見表1。
表1 成都市空氣質(zhì)量指數(shù)分類表
從分類結(jié)果及其成都?xì)夂驐l件知冬季和春季期間成都市降水量缺乏，夏季和秋季期間成都市降水量豐富。在政策方面，成都市面對嚴(yán)峻的空氣污染形勢在2013年11月初和12月31日相繼落實了《成都市深化今冬明春大氣污染治理十項措施》和《成都市重污染天氣應(yīng)急預(yù)案(試行)》治理措施；2014年2月14日和2015年1月1日又分別落實了《成都市大氣污染防治行動方案(2014—2017年)》和《成都市煙花爆竹燃放管理規(guī)定》?？紤]政策落實之后，空氣質(zhì)量的改善存在滯后性和季節(jié)性及降水因素的影響，知成都市歷年空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的分類結(jié)果是合理的。
(二)分類檢驗
政府對環(huán)境空氣的治理效應(yīng)本質(zhì)上依賴空氣質(zhì)量的影響因子的變化，而在空氣質(zhì)量評價體系中常用的影響因子有PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2及O3。故主要研究以上影響因子變化，利用分類結(jié)果，對每一類影響因子進(jìn)行分類檢驗?zāi)軌蚋玫胤从吵啥际协h(huán)境空氣質(zhì)量變化的具體情況，從而對政府治理效應(yīng)做出準(zhǔn)確評價。由前面可知成都市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)依序分為春季、夏秋季、冬季三類。對每一類環(huán)境空氣的影響因子進(jìn)行分類檢驗。利用式(1)與式(5)分別計算每一類影響因子對應(yīng)的均值與方差，結(jié)果見表2、表3。
表2 各類環(huán)境空氣影響因子均值表
表3 各類環(huán)境空氣影響因子方差表
表4 冬季與夏秋季和春季環(huán)境空氣影響因子對應(yīng)u值
表4和接受域知, 冬季中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的均值大于夏秋季對應(yīng)影響因子均值，說明冬季時政府采取的治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的治理具有改善效應(yīng)。而夏秋季O3的均值大于冬季O3均值，說明政府在冬季時采取的治理措施對空氣中O3治理存在不足，導(dǎo)致O3的污染加劇。
環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞與季節(jié)、氣候等因素密切相關(guān)，因此對政府的治理效應(yīng)進(jìn)行評價，必須考慮到季節(jié)等因素作用。成都市在夏季和秋季降水量豐富，而在冬季與春季，降水缺乏，且包含春節(jié)期間，爆竹燃放量較大。而降水量和爆竹大量燃放對環(huán)境空氣有很大的影響，故僅通過夏秋季對比不能準(zhǔn)確評價政府治理效應(yīng)，需將冬季和春季影響因子進(jìn)行分類檢驗。同樣由表4和接受域知，春季中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的均值都小于冬季對應(yīng)影響因子的均值，說明成都市不同階段出臺的治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的治理具有改善效應(yīng)，同時說明在2014年春節(jié)期間成都市空氣質(zhì)量優(yōu)于2013年春節(jié)，即《成都市煙花爆竹燃放管理規(guī)定》對成都市環(huán)境空氣具有積極效應(yīng)。類似可知針對O3的治理仍存在不足，且O3污染加劇。
通過上述分析知，成都市環(huán)境空氣治理取得了一定的成績，但是環(huán)境空氣治理效果仍需考慮各影響因子波動變化。只有當(dāng)環(huán)境空氣質(zhì)量影響因子波動也相應(yīng)減弱，才能認(rèn)為環(huán)境空氣質(zhì)量因政府治理得到一定程度的改善。根據(jù)環(huán)境空氣影響因子方差的變化能夠刻畫環(huán)境空氣質(zhì)量影響因子波動變化。由式(10)分別計算冬季和夏秋季與冬季和春季各影響因子方差比。結(jié)果見表5和表6。
表5 冬季和夏秋季環(huán)境空氣影響因子方差比表
表6 冬季和春季類環(huán)境空氣影響因子方差比表
表7 環(huán)境空氣影響因子方差比在α=0.05時的接受域
由表5與表7知，冬季和夏秋季方差比中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的比值均大于接受域的上限，而O3在冬季和夏秋季方差比小于對應(yīng)的接受域的下限。從而可知冬季樣本中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2對應(yīng)方差大于夏秋季樣本中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2對應(yīng)方差，但冬季O3對應(yīng)的方差小于夏秋季中O3對應(yīng)的方差。因此成都市夏秋季環(huán)境空氣中的PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2較冬季的波動程度明顯減小，而對O3的治理效應(yīng)存在很大不足，使得其波動程度增大，污染加劇。類似由表6和表7知，春季對應(yīng)樣本中PM2.5、PM10、SO2、NO2對應(yīng)的方差小于冬季PM2.5、PM10、SO2、NO2對應(yīng)的方差；但春季樣本中CO對應(yīng)的方差與夏秋季CO對應(yīng)的方差比落在接受域內(nèi)，則認(rèn)為兩類中CO對應(yīng)的方差相等；冬季O3對應(yīng)的方差大于春季中O3對應(yīng)的方差。可知成都市政府在不同階段落實環(huán)境空氣治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、NO2的治理使其波動程度減小，CO的波動變化與春季相同，而針對O3治理存在很大不足，使其波動程度增大，污染加劇。
四、結(jié)論
利用成都市空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)，基于f統(tǒng)計量確定最優(yōu)分割點，對時間進(jìn)行分段，并結(jié)合成都市出臺的治理環(huán)境空氣政策進(jìn)行分類的合理性驗證；再對各分類中的空氣質(zhì)量影響因子進(jìn)行分類檢驗，確定各類因子有無顯著差異，從而對成都市環(huán)境治理效應(yīng)做出評價。分析說明成都市政府出臺環(huán)境的治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的治理已取得一定的效應(yīng)，但是針對臭氧的治理手段還存在不足，導(dǎo)致成都市環(huán)境空氣中O3含量上升，且波動增強(qiáng)，因此成都市應(yīng)加強(qiáng)對O3的治理。
參考文獻(xiàn)：
[1]成都市治理辦.成都市深化今冬明春大氣污染治理十項措施[EB/OL]. (2013-11-01).http:∥www.cdcg.gov.cn/special/2/detail.jsp?id=15436.
[2]成都市人民政府.成都市重污染天氣應(yīng)急預(yù)案(試行)[EB/OL]. (2013-12-31).http:∥www.chengdu.gov.cn/wenjian/detail.jsp?id=dAThoyyF4svON7LwbiTz.
[3]成都市人民政府.成都市大氣污染防治行動方案(2014—2017年)[EB/OL].(2014-02-14). http:∥www.chengdu.gov.cn/wenjian/detail.jsp?id=17GsQgLRNMSVnmN13eX4.
[4]成都市人民代表大會常務(wù)委員會.成都市煙花爆竹燃放管理規(guī)定[EB/OL]. (2014-11-26).http:∥www.chengdu.gov.cn/news/detail.jsp?id=835877.
[5]周美春,把旭峰,楊孟,鄧文英.溧陽市1985～2011年環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律的模糊綜合評價[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2014,40(1).
[6]徐衛(wèi)國,張清宇,陳英旭.空氣質(zhì)量評價灰色聚類修正模型的建立與應(yīng)用[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,40(6).
[7]陳祖云,金波,鄔長福.支持向量機(jī)在環(huán)境空氣質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2012, 35(6I) .
[8]王玉云,劉子芳,趙兵,李大軍,王興偉,王松濤,歐發(fā)剛,劉輝.雅安市環(huán)境空氣質(zhì)量時空動態(tài)變化及改善途徑分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2014,40(3).
[9]蔣志方,王德明,杜曉亮,孟祥旭, 李慎芳.基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的RAN城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測模型[J].山東大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版,2010,40(6).
[10]趙宏,劉愛霞,王愷,白志鵬. 基于GA_ANN改進(jìn)的空氣質(zhì)量預(yù)測模型[J]. 環(huán)境科學(xué)研究,2009,22(11).
[11]司志娟,孫寶盛,李小芳.基于改進(jìn)型灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合模型的空氣質(zhì)量預(yù)測[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2013,7(9).
[12]何曉群.多元統(tǒng)計分析[M].第3版.北京:中國人民大學(xué)出版社,2011.
[13]茆詩松.高等數(shù)理統(tǒng)計[M].第2版.北京:高等教育出版社,2006.
[14]韋來生.數(shù)理統(tǒng)計[M].北京:科學(xué)出版社,2008.
[15]茆詩松.概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M].第2版.北京:高等教育出版社,2011.
[16]賈俊平.統(tǒng)計學(xué)[M].第5版. 北京:中國人民大學(xué)出版社,2012.
(責(zé)任編輯：馬慧)
呂王勇，女，四川邛崍人，理學(xué)博士，副教授，研究方向：隨機(jī)信號處理。
【統(tǒng)計應(yīng)用研究】
Evaluation of Chengdu Environment Air Management Effect:
Based on the Clustering and Classification Analysis on Ordinal Samples
FU lu1,LV Wang-yong1,2,GAN Mao-lin1
(1.College of Mathematics and Software Science,Sichuan Normal University, Chendu 610068, China;
2.Visual Computing and Virtual Reality Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610068,China)
Abstract:As the aggravation of environmental air pollution, the government has gradually strengthened its governing measures on ambient air. This article classified the ordinal samples by structuring F-statistics, and conducted significance analysis on content changes of air quality influencing factors with the adoption of classification test, thus put forward the evaluation of governmental management effect on environment. With relative data of air quality index during Dec., 2013 to Mar., 2015 in Chengdu City of Sichuan Province and materials of the city's environmental governing measures carried out in recent years, this article made an evaluation on environmental management effect of Chengdu government, and found out the government made significant improvements in controlling SO2, PM2.5, PM10, CO, NO2, but still had deficiencies in the governance of O3.
Key words:air quality; F-statistics; classification test; effect evaluation; governance
中圖分類號：O212.4∶F222
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號：1007-3116(2015)12-0079-05
作者簡介：符璐，男，陜西禮泉人，碩士生，研究方向：統(tǒng)計理論研究及其應(yīng)用；
基金項目：四川省教育廳重點項目《大數(shù)據(jù)時代下證劵客戶關(guān)系管理研究》(15ZA0030);可視化計算與虛擬現(xiàn)實四川省重點實驗室《基于改進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的證券公司客戶關(guān)系研究》 (KJ201410)
收稿日期：2015-04-17；
修訂日期：2015-05-26
猜你喜歡
“空氣質(zhì)量發(fā)布”APP上線環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)(2017年3期)2017-03-03 20:08:30 重視車內(nèi)空氣質(zhì)量工作 制造更環(huán)保、更清潔、更健康的汽車汽車與安全(2016年5期)2016-12-01 05:22:13 社會參與美國社區(qū)學(xué)院治理及對中國應(yīng)用型本科高校治理的啟示職教論壇(2016年24期)2016-11-14 09:04:33 關(guān)于治理潮州市區(qū)流動攤販占道經(jīng)營問題的思考考試周刊(2016年85期)2016-11-11 02:47:38 諧波分析與治理措施探討中國科技博覽(2016年22期)2016-11-01 13:38:45 治理背景下我國少數(shù)民族傳統(tǒng)體育運(yùn)動會的發(fā)展體育時空(2016年8期)2016-10-25 18:49:34 開展“大氣污染執(zhí)法年”行動 加快推動空氣質(zhì)量改善中國環(huán)境監(jiān)察(2016年11期)2016-10-24 05:25:12 淺析網(wǎng)絡(luò)輿情治理經(jīng)營者(2016年12期)2016-10-21 07:51:37 數(shù)據(jù)+輿情：南方報業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型提高服務(wù)能力的探索中國記者(2016年6期)2016-08-26 12:36:20 多功能空氣質(zhì)量遠(yuǎn)程檢測儀電子制作(2016年19期)2016-08-24 07:49:36
符 璐，呂王勇，2，甘茂林
(1.四川師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與軟件科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610068；
2.可視化計算與虛擬現(xiàn)實四川省重點實驗室，四川 成都 610068)
?
成都市環(huán)境空氣治理效應(yīng)評價
——基于有序樣本聚類與分類檢驗?zāi)Ｐ?/p>
符璐1，呂王勇1，2，甘茂林1
(1.四川師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與軟件科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610068；
2.可視化計算與虛擬現(xiàn)實四川省重點實驗室，四川 成都 610068)
摘要：隨著環(huán)境空氣污染問題的加劇，政府對環(huán)境空氣的治理手段逐漸加強(qiáng)。通過構(gòu)造F統(tǒng)計量對有序樣本分類，立足分類檢驗法對空氣質(zhì)量影響因子含量變化進(jìn)行顯著性分析，進(jìn)而對政府治理環(huán)境的效應(yīng)進(jìn)行評價。利用成都市2013年12月至2015年3月空氣指數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)及成都市在近年采取的環(huán)境治理手段歷史資料，對成都市環(huán)境治理效應(yīng)評價，結(jié)果表明成都市在SO2、PM2.5、PM10、CO、NO2的治理方面有明顯的改善，但是O3的治理存在很大不足。
關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量；F統(tǒng)計量；分類檢驗；效應(yīng)評價；治理
環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞直接影響人類生存環(huán)境。政府面對嚴(yán)峻的環(huán)境空氣污染形勢，出臺了相關(guān)的治理措施。成都市在2013年到2014年先后頒布了《成都市深化今冬明春大氣污染治理十項措施》[1]、《成都市重污染天氣應(yīng)急預(yù)案(試行)》[2]、《成都市大氣污染防治行動方案(2014—2017年)》[3]、《成都市煙花爆竹燃放規(guī)定》[4]等等，加大了環(huán)境空氣治理的決心和力度。通過對比頒布措施前后的空氣質(zhì)量的變化能夠準(zhǔn)確反映出成都市環(huán)境空氣治理效應(yīng)，從而對成都市環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價。政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)的評價有利于提高政府對環(huán)境治理措施的有效監(jiān)管，進(jìn)一步改善環(huán)境空氣質(zhì)量，更好的促進(jìn)人與自然的和諧發(fā)展。
環(huán)境空氣質(zhì)量等級評價主要依據(jù)是空氣中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2及O3等影響因子的含量，因此政府環(huán)境治理手段是否有效主要取決于環(huán)境空氣中各影響因子含量是否有降低。目前環(huán)境空氣質(zhì)量研究主要涉及空氣質(zhì)量預(yù)測和空氣質(zhì)量等級評價。在空氣質(zhì)量等級評價中周美春等應(yīng)用模糊綜合評價的方法對溧陽市空氣質(zhì)量變化進(jìn)行評估[5]；徐衛(wèi)國等應(yīng)用灰色聚類的方法對空氣質(zhì)量進(jìn)行評估[6]；陳祖云等利用支持向量機(jī)對環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行等級劃分[7]；王玉云等運(yùn)用綜合污染指數(shù)法分析雅安市環(huán)境空氣時空動態(tài)變化趨勢及其影響因素[8]。在空氣質(zhì)量預(yù)測中蔣志方等運(yùn)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化的RAN模型對城市空氣質(zhì)量做出預(yù)測[9]；趙宏等運(yùn)用將遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法相結(jié)合的GA-ANN的模型對環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測[10]；司志娟等運(yùn)用改進(jìn)型的灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行預(yù)測[11]。
對政府治理環(huán)境空氣的效應(yīng)評價尚未涉及。為了對政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價，需要對比政府采取治理措施前后空氣質(zhì)量的變化，空氣質(zhì)量好壞依賴于空氣中各影響因子的含量。因此對政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)評價，實質(zhì)是對政府采取治理措施前后空氣中各影響因子變化情況的度量。本文首先利用F統(tǒng)計量將成都市2013年12月至2015年3月空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)依時間順序劃分為三段，結(jié)合成都市政府實施的環(huán)境空氣治理措施，論證分段的合理性；再對各分類中的空氣質(zhì)量影響因子進(jìn)行分類檢驗，通過確定各類因子有無顯著差異，進(jìn)而對政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價。
一、基于F統(tǒng)計量的有序樣本分類法
針對有序樣本的分類，其核心是分割點的確定。文章在給定具體類別的前提下，通過構(gòu)建f統(tǒng)計量[12]26-27，來尋求最優(yōu)分割點，從而實現(xiàn)有序樣本分類。
設(shè)有序樣本序列依次為x1,x2,x3,…,xn, 設(shè)將樣本序列依次分成 k個長度為ni的序列，記分類后的樣本序列為
(1)
下面通過定義組內(nèi)離差平方和與組間離差平方和來定義F統(tǒng)計量。
組內(nèi)離差平方和：
(2)
組間離差平方和：
(3)
(4)
由式(4)知，在尋求最優(yōu)分割的點時，總是期望不同類別之間的差異SSA大，同一類別內(nèi)的差異SSE小，則F取最大值時所對應(yīng)的點即為最優(yōu)分割點。
二、分類檢驗
為了能夠準(zhǔn)確反映成都市政府環(huán)境空氣治理手段的有效性。采用分類檢驗的方法，對成都市政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)做出評價。
(5)
(一)兩總體均值之差的假設(shè)檢驗[13]169-176[14]182-185
兩總體方差未知時，兩總體均值是否相等的假設(shè)檢驗如下：
H0:μ(i)-μ(j)=0?H1:μ(i)-μ(j)≠0(i≠j)
(6)
檢驗統(tǒng)計量為：
(7)
則檢驗問題在水平α下對應(yīng)的接受域為：
(8)
(二)兩總體方差比的假設(shè)檢驗[15]376-377
(9)
檢驗統(tǒng)計量為：
(10)
則檢驗問題在水平為α下對應(yīng)的接受域為：
(11)
三、基于有序樣本分類與分類檢驗的政府環(huán)境空氣治理效應(yīng)評價
數(shù)據(jù)來自中國空氣質(zhì)量在線監(jiān)測分析平臺，數(shù)據(jù)包含成都市2013年12月至2015年3月空氣質(zhì)量指數(shù)及空氣質(zhì)量影響因子PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2及O3。首先利用成都市空氣質(zhì)量指數(shù)數(shù)據(jù)，基于F統(tǒng)計量確定最優(yōu)分割點，將時間分段；并結(jié)合政府出臺的治理環(huán)境空氣政策進(jìn)行分類的合理性驗證。最后利用分類檢驗法進(jìn)行顯著性檢驗，從而對政府出臺的治理環(huán)境空氣政策的有效性做出評價。
(一)有序樣本分類
成都市政府在2013年11月至2015年年初，出臺并落實了4項主要的環(huán)境空氣質(zhì)量治理措施，對成都市的環(huán)境空氣質(zhì)量是否有積極影響？利用成都市2013年12月至2015年3月空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)做出時序圖，見圖1 。
圖1 成都市2013年12月至2015年3月空氣指數(shù)時序圖
依據(jù)時序圖可知成都市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)有一定的改善，結(jié)合成都市環(huán)境空氣治理措施出臺時間可將成都市空氣質(zhì)量分為3類，用式(4)計算f統(tǒng)計量，運(yùn)用全局搜索算法，確定其最優(yōu)分割點，詳見表1。
表1 成都市空氣質(zhì)量指數(shù)分類表
從分類結(jié)果及其成都?xì)夂驐l件知冬季和春季期間成都市降水量缺乏，夏季和秋季期間成都市降水量豐富。在政策方面，成都市面對嚴(yán)峻的空氣污染形勢在2013年11月初和12月31日相繼落實了《成都市深化今冬明春大氣污染治理十項措施》和《成都市重污染天氣應(yīng)急預(yù)案(試行)》治理措施；2014年2月14日和2015年1月1日又分別落實了《成都市大氣污染防治行動方案(2014—2017年)》和《成都市煙花爆竹燃放管理規(guī)定》?？紤]政策落實之后，空氣質(zhì)量的改善存在滯后性和季節(jié)性及降水因素的影響，知成都市歷年空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的分類結(jié)果是合理的。
(二)分類檢驗
政府對環(huán)境空氣的治理效應(yīng)本質(zhì)上依賴空氣質(zhì)量的影響因子的變化，而在空氣質(zhì)量評價體系中常用的影響因子有PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2及O3。故主要研究以上影響因子變化，利用分類結(jié)果，對每一類影響因子進(jìn)行分類檢驗?zāi)軌蚋玫胤从吵啥际协h(huán)境空氣質(zhì)量變化的具體情況，從而對政府治理效應(yīng)做出準(zhǔn)確評價。由前面可知成都市環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)依序分為春季、夏秋季、冬季三類。對每一類環(huán)境空氣的影響因子進(jìn)行分類檢驗。利用式(1)與式(5)分別計算每一類影響因子對應(yīng)的均值與方差，結(jié)果見表2、表3。
表2 各類環(huán)境空氣影響因子均值表
表3 各類環(huán)境空氣影響因子方差表
表4 冬季與夏秋季和春季環(huán)境空氣影響因子對應(yīng)u值
表4和接受域知, 冬季中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的均值大于夏秋季對應(yīng)影響因子均值，說明冬季時政府采取的治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的治理具有改善效應(yīng)。而夏秋季O3的均值大于冬季O3均值，說明政府在冬季時采取的治理措施對空氣中O3治理存在不足，導(dǎo)致O3的污染加劇。
環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞與季節(jié)、氣候等因素密切相關(guān)，因此對政府的治理效應(yīng)進(jìn)行評價，必須考慮到季節(jié)等因素作用。成都市在夏季和秋季降水量豐富，而在冬季與春季，降水缺乏，且包含春節(jié)期間，爆竹燃放量較大。而降水量和爆竹大量燃放對環(huán)境空氣有很大的影響，故僅通過夏秋季對比不能準(zhǔn)確評價政府治理效應(yīng)，需將冬季和春季影響因子進(jìn)行分類檢驗。同樣由表4和接受域知，春季中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的均值都小于冬季對應(yīng)影響因子的均值，說明成都市不同階段出臺的治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的治理具有改善效應(yīng)，同時說明在2014年春節(jié)期間成都市空氣質(zhì)量優(yōu)于2013年春節(jié)，即《成都市煙花爆竹燃放管理規(guī)定》對成都市環(huán)境空氣具有積極效應(yīng)。類似可知針對O3的治理仍存在不足，且O3污染加劇。
通過上述分析知，成都市環(huán)境空氣治理取得了一定的成績，但是環(huán)境空氣治理效果仍需考慮各影響因子波動變化。只有當(dāng)環(huán)境空氣質(zhì)量影響因子波動也相應(yīng)減弱，才能認(rèn)為環(huán)境空氣質(zhì)量因政府治理得到一定程度的改善。根據(jù)環(huán)境空氣影響因子方差的變化能夠刻畫環(huán)境空氣質(zhì)量影響因子波動變化。由式(10)分別計算冬季和夏秋季與冬季和春季各影響因子方差比。結(jié)果見表5和表6。
表5 冬季和夏秋季環(huán)境空氣影響因子方差比表
表6 冬季和春季類環(huán)境空氣影響因子方差比表
表7 環(huán)境空氣影響因子方差比在α=0.05時的接受域
由表5與表7知，冬季和夏秋季方差比中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的比值均大于接受域的上限，而O3在冬季和夏秋季方差比小于對應(yīng)的接受域的下限。從而可知冬季樣本中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2對應(yīng)方差大于夏秋季樣本中PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2對應(yīng)方差，但冬季O3對應(yīng)的方差小于夏秋季中O3對應(yīng)的方差。因此成都市夏秋季環(huán)境空氣中的PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2較冬季的波動程度明顯減小，而對O3的治理效應(yīng)存在很大不足，使得其波動程度增大，污染加劇。類似由表6和表7知，春季對應(yīng)樣本中PM2.5、PM10、SO2、NO2對應(yīng)的方差小于冬季PM2.5、PM10、SO2、NO2對應(yīng)的方差；但春季樣本中CO對應(yīng)的方差與夏秋季CO對應(yīng)的方差比落在接受域內(nèi)，則認(rèn)為兩類中CO對應(yīng)的方差相等；冬季O3對應(yīng)的方差大于春季中O3對應(yīng)的方差。可知成都市政府在不同階段落實環(huán)境空氣治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、NO2的治理使其波動程度減小，CO的波動變化與春季相同，而針對O3治理存在很大不足，使其波動程度增大，污染加劇。
四、結(jié)論
利用成都市空氣質(zhì)量指數(shù)歷史數(shù)據(jù)，基于f統(tǒng)計量確定最優(yōu)分割點，對時間進(jìn)行分段，并結(jié)合成都市出臺的治理環(huán)境空氣政策進(jìn)行分類的合理性驗證；再對各分類中的空氣質(zhì)量影響因子進(jìn)行分類檢驗，確定各類因子有無顯著差異，從而對成都市環(huán)境治理效應(yīng)做出評價。分析說明成都市政府出臺環(huán)境的治理措施針對PM2.5、PM10、SO2、CO、NO2的治理已取得一定的效應(yīng)，但是針對臭氧的治理手段還存在不足，導(dǎo)致成都市環(huán)境空氣中O3含量上升，且波動增強(qiáng)，因此成都市應(yīng)加強(qiáng)對O3的治理。
參考文獻(xiàn)：
[1]成都市治理辦.成都市深化今冬明春大氣污染治理十項措施[EB/OL]. (2013-11-01).http:∥www.cdcg.gov.cn/special/2/detail.jsp?id=15436.
[2]成都市人民政府.成都市重污染天氣應(yīng)急預(yù)案(試行)[EB/OL]. (2013-12-31).http:∥www.chengdu.gov.cn/wenjian/detail.jsp?id=dAThoyyF4svON7LwbiTz.
[3]成都市人民政府.成都市大氣污染防治行動方案(2014—2017年)[EB/OL].(2014-02-14). http:∥www.chengdu.gov.cn/wenjian/detail.jsp?id=17GsQgLRNMSVnmN13eX4.
[4]成都市人民代表大會常務(wù)委員會.成都市煙花爆竹燃放管理規(guī)定[EB/OL]. (2014-11-26).http:∥www.chengdu.gov.cn/news/detail.jsp?id=835877.
[5]周美春,把旭峰,楊孟,鄧文英.溧陽市1985～2011年環(huán)境空氣質(zhì)量變化規(guī)律的模糊綜合評價[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2014,40(1).
[6]徐衛(wèi)國,張清宇,陳英旭.空氣質(zhì)量評價灰色聚類修正模型的建立與應(yīng)用[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2008,40(6).
[7]陳祖云,金波,鄔長福.支持向量機(jī)在環(huán)境空氣質(zhì)量評價中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2012, 35(6I) .
[8]王玉云,劉子芳,趙兵,李大軍,王興偉,王松濤,歐發(fā)剛,劉輝.雅安市環(huán)境空氣質(zhì)量時空動態(tài)變化及改善途徑分析[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2014,40(3).
[9]蔣志方,王德明,杜曉亮,孟祥旭, 李慎芳.基于結(jié)構(gòu)優(yōu)化的RAN城市環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)測模型[J].山東大學(xué)學(xué)報：工學(xué)版,2010,40(6).
[10]趙宏,劉愛霞,王愷,白志鵬. 基于GA_ANN改進(jìn)的空氣質(zhì)量預(yù)測模型[J]. 環(huán)境科學(xué)研究,2009,22(11).
[11]司志娟,孫寶盛,李小芳.基于改進(jìn)型灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組合模型的空氣質(zhì)量預(yù)測[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2013,7(9).
[12]何曉群.多元統(tǒng)計分析[M].第3版.北京:中國人民大學(xué)出版社,2011.
[13]茆詩松.高等數(shù)理統(tǒng)計[M].第2版.北京:高等教育出版社,2006.
[14]韋來生.數(shù)理統(tǒng)計[M].北京:科學(xué)出版社,2008.
[15]茆詩松.概率論與數(shù)理統(tǒng)計[M].第2版.北京:高等教育出版社,2011.
[16]賈俊平.統(tǒng)計學(xué)[M].第5版. 北京:中國人民大學(xué)出版社,2012.
(責(zé)任編輯：馬慧)
呂王勇，女，四川邛崍人，理學(xué)博士，副教授，研究方向：隨機(jī)信號處理。
【統(tǒng)計應(yīng)用研究】
Evaluation of Chengdu Environment Air Management Effect:
Based on the Clustering and Classification Analysis on Ordinal Samples
FU lu1,LV Wang-yong1,2,GAN Mao-lin1
(1.College of Mathematics and Software Science,Sichuan Normal University, Chendu 610068, China;
2.Visual Computing and Virtual Reality Key Laboratory of Sichuan Province, Chengdu 610068,China)
Abstract:As the aggravation of environmental air pollution, the government has gradually strengthened its governing measures on ambient air. This article classified the ordinal samples by structuring F-statistics, and conducted significance analysis on content changes of air quality influencing factors with the adoption of classification test, thus put forward the evaluation of governmental management effect on environment. With relative data of air quality index during Dec., 2013 to Mar., 2015 in Chengdu City of Sichuan Province and materials of the city's environmental governing measures carried out in recent years, this article made an evaluation on environmental management effect of Chengdu government, and found out the government made significant improvements in controlling SO2, PM2.5, PM10, CO, NO2, but still had deficiencies in the governance of O3.
Key words:air quality; F-statistics; classification test; effect evaluation; governance
中圖分類號：O212.4∶F222
文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號：1007-3116(2015)12-0079-05
作者簡介：符璐，男，陜西禮泉人，碩士生，研究方向：統(tǒng)計理論研究及其應(yīng)用；
基金項目：四川省教育廳重點項目《大數(shù)據(jù)時代下證劵客戶關(guān)系管理研究》(15ZA0030);可視化計算與虛擬現(xiàn)實四川省重點實驗室《基于改進(jìn)的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的證券公司客戶關(guān)系研究》 (KJ201410)
收稿日期：2015-04-17；
修訂日期：2015-05-26
猜你喜歡
環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)(2017年3期)2017-03-03 20:08:30
汽車與安全(2016年5期)2016-12-01 05:22:13
職教論壇(2016年24期)2016-11-14 09:04:33
考試周刊(2016年85期)2016-11-11 02:47:38
中國科技博覽(2016年22期)2016-11-01 13:38:45
體育時空(2016年8期)2016-10-25 18:49:34
中國環(huán)境監(jiān)察(2016年11期)2016-10-24 05:25:12
經(jīng)營者(2016年12期)2016-10-21 07:51:37
中國記者(2016年6期)2016-08-26 12:36:20
電子制作(2016年19期)2016-08-24 07:49:36
