楊敏　王世躍　張丹

摘? ?要：我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展導(dǎo)致了環(huán)境污染問題的加劇。中共十八大報(bào)告中提出“美麗中國(guó)，永續(xù)發(fā)展”的理念，將空氣質(zhì)量問題上升到國(guó)家層面。針對(duì)我國(guó)空氣質(zhì)量的狀況及研究熱點(diǎn)區(qū)域，為進(jìn)一步明確安徽省的空氣質(zhì)量時(shí)空分布特征，基于聚類分析，采用K均值聚類分析方法和層次聚類（系統(tǒng)聚類）得出安徽省各市空氣質(zhì)量等級(jí)的相似程度，并借助于方差分析對(duì)兩種分析方法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，最后根據(jù)空氣質(zhì)量的相似程度將安徽省各城市進(jìn)行分類，結(jié)果表明，在空間上安徽省16個(gè)地級(jí)市按空氣質(zhì)量變化可以劃分成三個(gè)區(qū)域，從地圖上呈現(xiàn)為由北至南污染狀況逐漸轉(zhuǎn)優(yōu)趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：空氣質(zhì)量;聚類分析;方差分析

中文分類號(hào)：X823? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1673-291X（2021）29-0043-03

引言

工業(yè)革命在給我們帶來財(cái)富的同時(shí)，也帶來了環(huán)境污染問題，其中空氣污染一直是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市擴(kuò)張中的重大問題，在這個(gè)快速發(fā)展經(jīng)濟(jì)和科技的時(shí)代，我國(guó)因?yàn)槲廴締栴}放慢了前進(jìn)的腳步。黨的十九大提出的“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”觀點(diǎn)，體現(xiàn)了我國(guó)現(xiàn)代化的治理體系以及貼近實(shí)際情況而表現(xiàn)出的強(qiáng)大治理能力。加大大氣污染治理力度，對(duì)我國(guó)來說，既是改善人民生活的重大民生工程，更是促進(jìn)社會(huì)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大政治任務(wù)。一方面體現(xiàn)著國(guó)家對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的重視，另一方面代表著黨中央對(duì)建設(shè)生態(tài)文明的堅(jiān)定決心和極大信心。

通過資料收集，發(fā)現(xiàn)關(guān)于空氣質(zhì)量對(duì)城市進(jìn)行地域劃分的研究非常少見。葉景山等采用函數(shù)型主成分分析法對(duì)福建省空氣質(zhì)量指數(shù)的影響因素進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合Arc GIS圖對(duì)其時(shí)空分布特征進(jìn)行描述。酈少將利用函數(shù)型數(shù)據(jù)的聚類分析方法對(duì)浙江省空氣質(zhì)量指數(shù)進(jìn)行研究，從而探討浙江省空氣污染的時(shí)空特征。從現(xiàn)有文獻(xiàn)來看，關(guān)于空氣質(zhì)量研究主要存在以下問題：（1）關(guān)于空氣質(zhì)量的相關(guān)研究側(cè)重于研究引發(fā)空氣質(zhì)量的不同因素的相關(guān)性，而并未按照不同因素將各城市進(jìn)行一個(gè)相似度劃分。（2）關(guān)于空氣質(zhì)量的定性研究較多，而借助于一定理論方法進(jìn)行定量研究的較少。

本文以安徽省16個(gè)市作為研究對(duì)象，對(duì)2013—2019年各市空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理（數(shù)據(jù)來源于中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站），主要基于函數(shù)聚類結(jié)果進(jìn)行分析，將安徽省各地級(jí)市按空氣污染程度進(jìn)行分類，并了解分析安徽省時(shí)空特征及影響因素。這不僅對(duì)更深層次了解我國(guó)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀有積極意義，而且可以為政府等有關(guān)部門制定環(huán)境治理與防護(hù)措施提供有力依據(jù)，從而營(yíng)造一個(gè)良好的大氣環(huán)境和社會(huì)環(huán)境。

一、研究方法的選擇

本文通過采集到的空氣質(zhì)量指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)安徽省16個(gè)市的空氣污染大氣進(jìn)行時(shí)空特征分析，截取2013年10月—2019年12月份期間的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)，對(duì)空氣質(zhì)量指數(shù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類匯總處理后，再采用聚類分析，根據(jù)其空氣質(zhì)量的相似程度將安徽省各城市進(jìn)行分類，最后采取方差分析對(duì)聚類結(jié)果的可靠度進(jìn)行度量。

聚類分析就是將多個(gè)對(duì)象或者個(gè)體按相似程度進(jìn)行分類。本文以安徽省16個(gè)地級(jí)市為例，基于聚類分析理論分別引入AQI指數(shù)和二氧化硫、一氧化碳、PM10、二氧化氮、PM25、臭氧指標(biāo)等各項(xiàng)污染物的日均值共7個(gè)變量，以城市名標(biāo)注個(gè)案，采用K-均值聚類分析方法和層次聚類（系統(tǒng)聚類）得出安徽省各市空氣質(zhì)量等級(jí)相似程度。

其次借助方差分析對(duì)兩種分析方法結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。方差分析是一種分析調(diào)查或試驗(yàn)結(jié)果是否有差異的統(tǒng)計(jì)分析方法，分析分類結(jié)果的顯著性及7個(gè)變量對(duì)所得結(jié)果的顯著程度，剔除不關(guān)鍵變量。

二、基于聚類分析研究安徽省空氣污染時(shí)空特征及影響因素

（一）聚類數(shù)的確定

在根據(jù)大氣污染狀況程度對(duì)安徽省不同地區(qū)進(jìn)行分類時(shí)，由于聚類要素對(duì)分類結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性存在巨大影響，因此首先確定聚類要素為大氣污染物含量，然后對(duì)其進(jìn)行處理并將地區(qū)確定為聚類對(duì)象。

在本次聚類分析中，把PM25日均值、一氧化碳日均值、AQI指數(shù)、質(zhì)量等級(jí)、二氧化氮日均值、當(dāng)天AQI排名、PM102日均值、二氧化硫日均值以及臭氧指標(biāo)日均值作為聚類分析的指標(biāo)，利用SPSS軟件進(jìn)行系統(tǒng)聚類，對(duì)安徽省16個(gè)市2013年10月28日至2019年12月31日數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的聚類分析，根據(jù)聚類結(jié)果得到以下分類。

根據(jù)初步聚類結(jié)果分析，決定把安徽省各地區(qū)分成三個(gè)類別。

（二）聚類結(jié)果分析

利用SPSS軟件進(jìn)行層次聚類操作和K-均值聚類分析的操作，得到聚類結(jié)果的譜系圖，如圖1。

綜合聚類分析結(jié)果，充分考慮我國(guó)大氣生態(tài)安全的經(jīng)驗(yàn)和安徽省的實(shí)際情況，把安徽省16個(gè)市分為三個(gè)類別。其中第一個(gè)類別包括淮北市、毫州市、淮南市、蚌埠市、蕪湖市、馬鞍山市、滁州市、宿州市、合肥市、阜陽市、銅陵市這11個(gè)市;第二個(gè)類別包括安慶市、宣城市、池州市、六安市這4個(gè)市;第三個(gè)類別由黃山市構(gòu)成，黃山市獨(dú)成一類。

第一類質(zhì)量等級(jí)，當(dāng)天AQI排名，AQI指數(shù)和二氧化氮、二氧化硫、PM25、一氧化碳、臭氧指標(biāo)、PM10各項(xiàng)24小時(shí)均值的指標(biāo)值都比較高，空氣質(zhì)量在安徽省較差;第二類指標(biāo)值在中等水平，空氣質(zhì)量在安徽省中等;第三類指標(biāo)值在較低的水平，空氣質(zhì)量在安徽省較好。

觀察安徽省地圖分布發(fā)現(xiàn)，第一類的城市都分布在安徽省的中北部，空氣質(zhì)量較差;第二類的城市分布在安徽省的中南部，空氣質(zhì)量在安徽省在中等水平;第三類城市處于最南部，空氣質(zhì)量較高。

三、基于方差分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)

為研究臭氧指標(biāo)、PM25、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、PM10各項(xiàng)空氣污染物日均值和AQI指數(shù)等因素與上述聚類中分類匯總的結(jié)果之間是否具有顯著差異，選取單因素方差分析法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，結(jié)果如表1。