（新疆財(cái)經(jīng)大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院，烏魯木齊市，830012） 趙 靜 蒲 越

環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一個(gè)有機(jī)整體，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要以能源工業(yè)為基礎(chǔ)，而能源工業(yè)又是環(huán)境的重要污染源之一，經(jīng)濟(jì)發(fā)展則是解決能源和環(huán)境問題的根本保證，以環(huán)境為代價(jià)的能源發(fā)展方式難以持久，而孤立地就環(huán)境討論環(huán)境，社會(huì)經(jīng)濟(jì)就難以發(fā)展，能源的發(fā)展必受影響，環(huán)境保護(hù)也缺少物質(zhì)基礎(chǔ)。

新疆是中國礦產(chǎn)資源最為豐富的省區(qū)之一，礦產(chǎn)種類全，儲(chǔ)量大，開發(fā)前景廣闊。目前發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有138種，其中，5種儲(chǔ)量居全國首位，25種居全國前5位，40種居全國前10位，23種居西北地區(qū)首位。正是因?yàn)樾陆Y源豐富，新疆基本建成具有全國意義的石油和石油化工基地，煤炭基地，有色和稀有金屬基地等，同時(shí)，其他制造業(yè)也逐漸多了起來，為新疆的經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重要的貢獻(xiàn)。但是隨著工業(yè)制造業(yè)基地的建立，給新疆的空氣環(huán)境帶來了極大的威脅。但是，由于受諸多因素的影響，新疆工業(yè)經(jīng)濟(jì)總體上仍沿襲傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，“高耗能、高投入、高污染”所謂“三高”產(chǎn)業(yè)仍占主體地位，正日益對本來十分脆弱的生態(tài)環(huán)境造成不可忽視的壓力。因而，新疆工業(yè)發(fā)展已經(jīng)到了不得不拋棄傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，進(jìn)而選擇新型工業(yè)化道路，加快推進(jìn)新型工業(yè)化的嚴(yán)峻時(shí)刻。而加快推進(jìn)新型工業(yè)化首先要面臨產(chǎn)業(yè)的選擇與發(fā)展問題。根據(jù)經(jīng)典的環(huán)境理論，一般反映環(huán)境污染狀況主要分為三類指標(biāo)：廢水、廢氣和固體廢棄物三類指標(biāo)?；诒菊撐牡难芯恳暯?，同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)的可得性，引入工業(yè)廢水排放量、工業(yè)二氧化硫排放量、工業(yè)煙塵排放量、工業(yè)粉塵排放量和工業(yè)固體廢物排放量五類環(huán)境指標(biāo)，來反映環(huán)境污染狀況。因此采用多維標(biāo)度法對新疆工業(yè)制造業(yè)與空氣環(huán)境影響的關(guān)系進(jìn)行分析。

1 分析方法

多維標(biāo)度法（MultidimensionalScaling）就是解決這類問題的一種方法，它是一種在低維空間展示“距離”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的多元數(shù)據(jù)分析技術(shù)，簡稱MDS。多維標(biāo)度法起源于心理測度學(xué)，用于理解人們判斷的相似性。Torgerson拓展了Richardson及Klingberg等人在三、四十年代的研究，具有突破性地提出了多維標(biāo)度法，后經(jīng)Shepard和Kruskal等人進(jìn)一步加以發(fā)展完善。多維標(biāo)度法現(xiàn)在已經(jīng)成為一種廣泛用于心理學(xué)、市場調(diào)查、社會(huì)學(xué)、物理學(xué)、政治科學(xué)及生物學(xué)等領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析方法。

多維標(biāo)度法是一種利用客體間的相似性數(shù)據(jù)去揭示它們之間的空間關(guān)系的統(tǒng)計(jì)分析方法。它通過一系列技巧，識(shí)別構(gòu)成一個(gè)關(guān)鍵的維數(shù)，并在這個(gè)確定維數(shù)的空間中估計(jì)一組樣本的坐標(biāo)，其基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以是配對樣本間的距離陣，也可以是相似系數(shù)矩陣，而相似系數(shù)矩陣通過標(biāo)準(zhǔn)變換轉(zhuǎn)換成距離陣。

1.1 度量型多維標(biāo)度及其古典解法

度量型多維標(biāo)度分析從n×n 階距離矩陣D開始，該矩陣元素為dij。度量型多維標(biāo)度分析的目標(biāo)是從給定的數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的距離中發(fā)現(xiàn)p 維空間中的點(diǎn)構(gòu)圖，使得p 維空間n個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)歐幾里得距離矩陣，其元素與給定距離矩陣D中的元素盡可能相近。古典求解法是基于歐幾里得幾何學(xué)計(jì)算的距離矩陣。

1.2 非度量型多維標(biāo)度

與度量型多維標(biāo)度分析一樣，非度量型多維標(biāo)度分析的目標(biāo)是要在p 維空間上找到點(diǎn)的坐標(biāo)，使得觀測到的近似程度和點(diǎn)之間的距離相一致。非度量型多維標(biāo)度分析的提出是基于度量型多維標(biāo)度分析的兩個(gè)主要弱點(diǎn)：①相異性和距離之間顯性函數(shù)聯(lián)系的定義是為了從給定相異性導(dǎo)出距離。②歐幾里得幾何在決定對象構(gòu)圖時(shí)有局限。非度量型多維標(biāo)度分析的思想是要找到相異性和距離之間的一個(gè)不太嚴(yán)格的關(guān)系。

2 我國各省份經(jīng)濟(jì)差異

2.1 指標(biāo)介紹

為了分析新疆工業(yè)制造業(yè)對空氣的影響，選取2014年新疆15個(gè)重點(diǎn)工業(yè)制造業(yè)，如表1所示，其中其他行業(yè)作為獨(dú)立的一個(gè)行業(yè)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

其次選取11個(gè)變量及相應(yīng)的解釋如表2所示：X1：2014年工業(yè)總產(chǎn)值（萬元）；X2：工業(yè)廢氣排放量（億立方米）；X3：工業(yè)二氧化硫排放量（萬噸）；X4：工業(yè)氮氧化物排放量（萬噸）；X5：工業(yè)煙（粉）塵排放量（萬噸）；X6：煤炭消耗量（萬噸）；X7：柴油消耗量（萬噸）；X8：天然氣消耗量（億立方米）；X9：電力消耗量（億千瓦時(shí)）；X10：工業(yè)廢水化學(xué)需氧量排放量（噸）；X11：工業(yè)廢水氨氮排放量（噸）。

2.2 多維標(biāo)度分析

利用R3.3.2統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，首先將變量的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，其次計(jì)算行業(yè)間的距離矩陣，然后通過內(nèi)積矩陣計(jì)算特征值，選擇合適的維度，最后做出新疆工業(yè)結(jié)構(gòu)空間分布圖。（見表3、4）

通過表5可以看出，15個(gè)特征值中，前12個(gè)特征值為正數(shù)，后三個(gè)特征值為負(fù)數(shù)，在前12個(gè)特征值中，可以明顯看出前兩個(gè)特征值比其它特征值都大出很多，因此為了提供切實(shí)可行的解釋，通過特征值計(jì)算解釋變化的比例，如表6所示。

根據(jù)維數(shù)解釋的變化的比例和比例之和可以看出，前三個(gè)維數(shù)已經(jīng)解釋了數(shù)據(jù)的一大部分，而從第四個(gè)維數(shù)往后所解釋的比例明顯沒有前三個(gè)維數(shù)多，前三個(gè)維數(shù)所解釋變化的比例就已經(jīng)達(dá)到了82.08909%，因此最終模型取三個(gè)維數(shù)也是合理的。因此新疆工業(yè)行業(yè)的坐標(biāo)值和新疆工業(yè)結(jié)構(gòu)空間分布圖分別如表7及圖1所示。

表1 新疆工業(yè)制造行業(yè)表

表2 變量表

表3 原始數(shù)據(jù)表

表4 原始數(shù)據(jù)表

表5 特征值表

圖1 新疆工業(yè)結(jié)構(gòu)空間定位圖

2.3 空間定位圖的含義解釋

圖1給出的就是2014年新疆15個(gè)工業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)的擬合定位圖，并且是經(jīng)過正交旋轉(zhuǎn)后的結(jié)果。由圖可見，黑色金屬礦采選業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)、造紙及紙制品業(yè)、皮革、毛皮、羽絨及制品業(yè)、木材加工及竹、藤、草制品業(yè)、家具制造業(yè)等行業(yè)均集中在原點(diǎn)位置，而電力、熱力的生成和供應(yīng)業(yè)、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)、其他行業(yè)均在距離原點(diǎn)較遠(yuǎn)的位置。

從行業(yè)特征來看，廢氣污染高排放的電力、熱力的生成和供應(yīng)業(yè)、石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)等行業(yè)均處于x軸的正半軸方向，而低廢氣排放的黑色金屬礦采選業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)等行業(yè)處于x軸的負(fù)半軸方向，因此可以認(rèn)為x軸反應(yīng)的是廢氣的排放程度，數(shù)值越大則代表該行業(yè)廢氣排放量越高；經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值高的石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)等行業(yè)處于y軸的正半軸方向，而經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值低的電力、熱力的生成和供應(yīng)業(yè)等行業(yè)位于y軸的負(fù)半軸方向，因此可以認(rèn)為y軸反應(yīng)的是行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益地位，數(shù)值越大則說明該行業(yè)經(jīng)濟(jì)地位越高；廢水污染高排放的石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)等行業(yè)均處于z軸的正半軸方向，而經(jīng)廢水污染低排放的電力、熱力的生成和供應(yīng)業(yè)等行業(yè)位于z軸的負(fù)半軸方向，因此可以認(rèn)為z軸反應(yīng)的是廢水污染程度，數(shù)值越高則說明該行業(yè)廢水污染越大。

表6 各維數(shù)數(shù)解釋變化比例表

表7 新疆工業(yè)行業(yè)坐標(biāo)值

3 結(jié)論及建議

通過圖1分析結(jié)果表明，新疆化學(xué)工業(yè)依舊是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主體力量，具備比較雄厚的基礎(chǔ)，在帶來高產(chǎn)值的同時(shí)，石油加工、煉焦及核燃料加工業(yè)和化學(xué)原料及化學(xué)制品制造業(yè)的廢氣以及廢水的排放量均非常高，這種工業(yè)結(jié)構(gòu)也是造成污染的主要原因之一；另外電力、熱力的生成和供應(yīng)業(yè)的廢氣排放量居于15個(gè)行業(yè)之首，主要是因?yàn)樾陆蟛糠值貐^(qū)均采用熱力發(fā)電，在消耗了巨大煤炭資源的同時(shí)，也排出了很多廢氣，對空氣環(huán)境帶來了極大的威脅；剩下的行業(yè)，如黑色金屬礦采選業(yè)、有色金屬礦采選業(yè)、農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)、造紙及紙制品業(yè)、非金屬礦物制品業(yè)、水泥行業(yè)等均處于中等位置，廢氣和廢水的排放量較小，但是產(chǎn)值也相應(yīng)較??；而手工業(yè)如皮革、毛皮、羽絨及制品業(yè)，木材加工及竹、藤、草制品業(yè)、家具制造業(yè)等行業(yè)的廢氣，廢水排放量基本沒有，屬于綠色工業(yè)，但是產(chǎn)值也非常小，在新疆并不屬于主導(dǎo)工業(yè)。積極發(fā)展對經(jīng)濟(jì)增長有突破性重大帶動(dòng)作用的科技含量高的行業(yè)，使工業(yè)結(jié)構(gòu)向著減物質(zhì)化和高知識(shí)化的方向發(fā)展；同時(shí)，加快利用高新技術(shù)和先進(jìn)適用技術(shù)對產(chǎn)業(yè)的改造，提高資源的利用效率，增加科技含量，增強(qiáng)工業(yè)結(jié)構(gòu)的整體素質(zhì)。

3.1 先發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)，積極發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)

隨著年來進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，新技術(shù)產(chǎn)業(yè)特別是電子信息產(chǎn)業(yè)科技含量高、發(fā)展速度快、滲透力和帶動(dòng)力強(qiáng)，而且資源消耗低、環(huán)境污染少，加快發(fā)展以電子信息產(chǎn)業(yè)為代表的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是改變工業(yè)結(jié)構(gòu)性污染和降低工業(yè)發(fā)展對自然資源依賴程度的重要環(huán)節(jié)。

3.2 加速高新技術(shù)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造

圍繞增加品種、改善質(zhì)量、節(jié)能降耗、防治污染和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，充分發(fā)揮高新技術(shù)的“種子”效應(yīng)，強(qiáng)化支柱產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，適時(shí)地推動(dòng)工業(yè)行業(yè)結(jié)構(gòu)及其科技結(jié)構(gòu)合理性轉(zhuǎn)變。一方面，加快工業(yè)的信息化建設(shè)。充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，有效解決工業(yè)發(fā)展基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、能源緊張、設(shè)備陳舊落后、管理水平較低等瓶頸問題，盡快全面信息化。另一方面，加快產(chǎn)業(yè)新技術(shù)化的進(jìn)程。加快發(fā)展能夠推動(dòng)工業(yè)升級的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)和配套技術(shù)，重點(diǎn)支持電力煤氣的產(chǎn)供業(yè)、石油加工及焦煉業(yè)等重點(diǎn)行業(yè)和重點(diǎn)企業(yè)的節(jié)水、節(jié)能和綜合防治“三廢”的技術(shù)改造。

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