我国城市空气质量的状况分析.docx
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我国城市空气质量的状况分析
我国城市空气质量的状况分析
目录
摘要
Abstract
第一章绪论
1.1城市空气质量研究的背景和意义
1.2常用的衡量空气质量好坏的指标
1.3我国城市空气质量的现状分析
1.4主要研究目的
1.5研究方法
第二章我国主要城市空气质量的分类
2.1聚类分析简介
2.1.1聚类分析的基本原理与步骤
2.2对各城市聚类的结果及分析
2.2.1衡量指标
2.2.2数据运算
2.2.3聚类结果及分析
第三章影响城市空气质量的因素
3.1模型的构建
3.2数据的运算
3.3结果分析及综合评价
第四章结论与对策建议
4.1主要结论
4.2对策与建议
参考文献
附录
第一章绪论
1.1城市空气质量研究的背景和意义
一、研究背景
随着科技的发展，工业的进步和全球人口急剧增多的因素的影响，人们赖以生存的环境遭到了很大的破坏，很多地区相继出现了酸雨、物种灭绝、土地沙化等环境问题。
环境问题已经成为当今世界各国普遍关注的问题之一，也是21世纪人类面临的重大挑战。
我国是一个人口大国，城市众多，人口密集。
但由于工业的发展，我们的很多城市都受到了不同程度的污染，尤其是空气的污染，直接对我们造成伤害,人们疾病的发生率也逐年提高。
空气中的污染物主要是可吸入颗粒、二氧化硫、二氧化氮等物质。
二、研究意义：
洁净大气是人类赖于生存的必要条件之一，一个人在五个星期内不吃饭或五天内不喝水，尚能维持生命，但超过5分钟不呼吸空气，便会死亡。
人体每天需要吸入10-12立方米的空气。
因此空气质量的好坏与人类的生存息息相关，评价空气的质量才能反映空气的好坏，才能开展治理等工作，才能让我们生活的更好。
影响因素：
空气质量的好坏反应了空气污染程度，它是依据空气中污染物的高低来判断的。
空气污染是一个复杂的现象，在特定时间和地点，空气污染物浓度受到许多因素影响。
来自固定和流动污染源的人为污染物排放大小是影响空气质量的最主要因素之一，其中包括车辆、船舶、飞机的尾气、工业企业生产排放、居民生活和取暖、垃圾焚烧等，城市的发展密度、地形地貌和气象等也是影响空气质量的重要因素。
1.2常用的衡量空气质量好坏的指标
AQI即空气质量指数,AQI数值越大、级别越高,说明空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。
是根据二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5、臭氧、一氧化碳六项空气污染物计算出来的。
1、总悬浮颗粒物TSP：
这是大气降尘的主要污染指标。
大气中的总悬浮颗粒物主要来自工业废气、建筑扬尘、交通尾气、物质燃烧等。
它含有可损害神经系统的铅、汞、锰等，还有致癌物苯并芘、砷、铬等。
总悬浮颗粒能吸附有害气体、液体、细菌等。
目前，许多国家对粒径小于10微米不能被人的上呼吸道所阻挡的可吸入性颗粒（即PM10）非常重视，尤其是粒径小于2.5微米的可吸入性气溶胶（即PM2.5）。
这种气胶微粒被吸入人体后，会渗透到肺部组织的深处，可引起支气管炎和肺癌等病变。
在1996年修订的国家环境空气质量标准中，已增加了PM10的控制标准，但考虑到对人体健康危害最大的是PM2.5，2012年10月11日，国家环境保护部副部长吴晓青表示，新的《环境空气质量标准》颁布后，环保部明确提出了新标准实施的“三步走”目标。
按照计划，2012年年底前，京津冀、长三角、珠三角等重点区域以及直辖市、计划单列市和省会城市要按新标准开展监测并发布数据。
截至目前，全国已有195个站点完成PM2.5仪器安装调试并试运行，有138个站点开始正式PM2.5监测并发布数据。
2011年1月1日开始，环保部发布的《环境空气PM10和PM2.5的测定重量法》开始实施。
首次对PM2.5的测定进行了规范，但在环保部进行的《环境空气质量标准》修订中，PM2.5并未被纳入强制性监测指标。
2012年05月24日环保部公布了《空气质量新标准第一阶段监测实施方案》，要求全国74个城市在10月底前完成PM2.5“国控点”监测的试运行。
2、二氧化硫：
主要由燃煤排放引起。
二氧化硫在大气中会氧化而形成硫酸盐气溶胶，毒性将增大10倍以上，它将会严重危害人体健康，导致胸闷。
眼睛刺激、呼吸困难，甚至呼吸功能衰竭。
在此环境下的降水便是酸雨，它会使水质及土壤酸化，从而导致鱼类和植物大量死亡。
二氧化硫曾是一些发达国家在工业发展时期的主要污染物。
被列为世界八大公害事件的比利时马斯河谷、美国的多诺拉等烟雾事件，均系二氧化硫严重污染所致。
我国是燃煤大国，每年排放的二氧化硫居世界前列，所以对二氧化硫及其次生污染的防治必须加大力度。
3、氮氧化物：
主要是一氧化氮和二氧化氮，主要由机动车尾气造成。
它对人们呼吸器官有较强的刺激作用，可引起气管炎、肺炎、肺气肿等。
氮氧化物与水可生成硝酸盐、亚硝酸盐。
进入人体，可生成强致癌物亚硝酸氨，也可与人体血液中的血红蛋白结合，使人产生缺氧症状。
1952年美国洛杉矶光化学烟雾事件的罪魁祸首便是氮氧化物。
此外，它还使植物大面积受损。
值得注意的是，随着城市现代化交通的高速发展，我国许多城市的氮氧化物也严重超标，由机动车（也含助动车）的激增引发的光化学烟雾污染，在许多城市已被环境监测部门发现。
我国目前采用的空气污染指数分为五个等级：
一级：
空气污染指数≤50优级
二级：
空气污染指数≤100良好
三级：
空气污染指数≤200轻度污染
四级：
空气污染指数≤300中度污染
五级：
空气污染指数＞300重度污染
绿色代表空气质量优，黄色代表良好，橙色代表轻度污染，红色代表中度污染，紫色代表重度污染，褐红色代表严重污染。
另外，相应的颜色对应的空气质量指数分别为，0-50，51-100，101-150，151-200，201-300，大于300。
1.3我国城市空气质量的现状分析
（1）近年来，大气污染物排放总量呈逐年降低态势。
二氧化硫排放量，从1998年的2091万吨减少到2001年的1948万吨，减排143万吨，减幅6.8%，其中生活污染源减少116万吨，高于工业污染源，减幅达23.3%；烟尘排放量，从1998年的1445万吨减少到2001年的1070万吨，减排385万吨，减幅26.5%，其中工业污染源减少326万吨，高于生活污染源，减幅达27.7%；工业粉尘排放量从1998年的1321万吨减少到2001年的991万吨，减排330万吨，减幅达25%.
虽然近年来污染物排放有所减低，但污染仍然很严重。
据专家分析，二氧化硫排放量水平仍高于环境承受能力的60%左右。
（2）环境质量总体上有好转趋势，但许多城市和地区环境污染依然严重。
城市空气质量总体上友好装趋势，但是城市空气污染仍较严重，污染类型以煤烟型污染为主，颗粒物仍是影响中国城市空气质量的主要污染物，其中人口在100万~200万的特大城市最重。
酸雨分布面积变化不大。
1995~2000年降水平均PH值≦5.6的城市比例呈逐年下降趋势，近三年有所回升，总体变化不大。
两控区酸雨和二氧化硫控制初见成效。
近年来，酸雨控制区降水平均PH值小于5.6的城市比例呈减少趋势。
在全国的600多座城市中，大气环境质量符合国家一级标准的不到1%。
（3）老的问题还远没有解决，新的问题接踵而来。
20多年来，中国对大气污染的控制是十分有限的，主要针对一些常规污染物，如二氧化硫、烟尘、工业粉尘等。
虽然通过努力这些污染物排放量有所减少，但是环境污染的严峻形势并没有得到扭转，大气中的氮氧化物污染已经呈现出明显的恶化趋势。
但遗憾的是政府部门对此并没有给予足够的重视，因此并没有得到应有的控制。
氮氧化物污染加重，有些城市已出现光化学烟雾现象。
1.4主要研究目的
分析我国城市空气质量的现状，找出哪些因素影响空气质量，从而便于相关部门对症下药，做出合理可行的对策，进一步改善环境。
1.5研究方法
研究方法：
对于空气质量的分析，各环境研究人员都采用过很多种方法，本文主要应用SPSS软件做聚类分析，得到哪些城市的环保方面做得比较好，以便作为环保示范点，供其他城市借鉴学习；用SPSS软件做主成分分析对比分析各个影响参数对环境质量的影响程度，以便对国家环保局提出对大气的进一步改进。
第二章我国主要城市空气质量的分类
2.1聚类分析简介
2.1.1聚类分析的基本原理与步骤
聚类分析的基本思想是：
距离相近的样品（或变量）先聚成类，距离相远的后聚成类，过程一直进行下去，每个样品（或变量）总能聚到合适的类中。
系统聚类过程是：
假设总共有n个样品（或变量），第一步将每个样品（或变量）独自聚成一类。
共有n类；第二步根据所确定的样品（或变量）“距离”公式，把距离较近的两个样品（或变量）聚合为一类，其他的样品（或变量）仍各自聚成一类，这样，形成（n-1）个类中“距离”最近的两个类进一步聚成一类，这样形成（n-2）类；……以上步骤一直进行下去，最后将所有的样品（或变量）全聚成一类。
本文采用聚类分析中欧式距离来度量样品与样品（即地区与地区）之间的相似程度，用Ward方法对全国31个主要城市的城市空气质量指标进行系统聚类。
并根据聚类结果进一步进行客观分析来研究我国主要城市的空气质量现状。
2.2对各城市聚类的结果及分析
2.2.1衡量指标
衡量指标的选取对于聚类分析来说至关重要，具有决定性的意义，影响空气质量好坏的因素有很多，有，温度，湿度等等，为此本文选取了四个指标，分别是可吸入颗粒物，二氧化硫，二氧化氮，空气质量达到二级以上的天数。
用以衡量我国主要的三十一个城市的空气质量
原文数据如下：
城市
可吸入颗粒物
二氧化硫
二氧化氮
空气质量达到及好于二级的天数（天）
北京
0.121
0.034
0.053
285
天津
0.101
0.056
0.040
307
石家庄
0.104
0.045
0.035
318
太原
0.106
0.075
0.022
296
呼和浩特
0.074
0.049
0.040
346
沈阳
0.110
0.059
0.037
328
长春
0.085
0.034
0.043
340
哈尔滨
0.101
0.046
0.054
311
上海
0.081
0.035
0.053
334
南京
0.100
0.035
0.048
315
杭州
0.097
0.041
0.052
327
合肥
0.111
0.023
0.027
321
福州
0.064
0.014
0.040
353
南昌
0.079
0.054
0.037
347
济南
0.123
0.050
0.025
295
郑州
0.099
0.053
0.046
322
武汉
0.105
0.044
0.054
301
长沙
0.092
0.039
0.042
333
广州
0.070
0.039
0.056
347
南宁
0.050
0.032
0.028
362
海口
0.038
0.007
0.016
365
重庆
0.105
0.053
0.037
303
成都
0.111
0.038
0.055
315
贵阳
0.074
0.058
0.026
347
昆明
0.067
0.041
0.046
365
拉萨
0.050
0.008
0.021
361
西安
0.113
0.048
0.046
304
兰州
0.150
0.059
0.043
236
西宁
0.141
0.042
0.032
280
银川
0.090
0.044
0.031
328
乌鲁木齐
0.140
0.093
0.068
262
2.2.3聚类结果及分析
对全国31个主要城市2011年的城市空气质量指标进行分析研究。
由于空气质量指标涉及到多因素、多指标，为便于比较各个城市空气质量指标的异同点，根据我国各主要城市2011年城市空气质量指标的数据表（见附表1），可以采用多元统计分析中的系统聚类法对31个主要城市的空气质量指标进行分析。
分析选用了五个指标：
1、可吸入颗粒X1；2、二氧化硫（X2）；3、二氧化氮（X3）4、空气质量达到二级以上的天数（X4）；5、空气质量达到二级以上占全年比重（X5），用来反映全国各城市空气质量的状况，原始数据（见附表一）。
2.2.2数据运算
本文采用聚类分析中的欧式距离来度量样品（即地区与地区）之间的相似程度，用Ward方法对我国31个主要城市的城市空气质量进行系统聚类，聚类结果见树图1和树图2.
由于前三个指标和最后两个指标的含义不一样，所以要对原始数据左边两次聚类分析，才能更透彻的从不同指标来衡量我国主要城市的空气质量。
第一种情况是按二级以上天数及所占比重作为衡量标准对各个城市空气质量做聚类分析。
明显可见全国31个主要城市被分为四类，分类结果见树图1.又有（附表三）明显可见，各类所包含的省市自治区、直辖市如下：
第一类有5个城市，其中包括北京、兰州太原乌鲁木齐武汉；第二类有15个城市，其中包括长沙成都哈尔滨杭州合肥济南南京沈阳石家庄天津西安西宁银川郑州重庆；第三类有7个城市，其中包括长春广州贵阳呼和浩特南昌南宁上海；第四类有4个城市，其中包括福州海口昆明拉萨；根据《中华人民共和国环境保护法》和《中华人民共和国大气污染犯防治法》制订的《环境空气质量标准》（GB3095-1996）规定（见注解1）二类区即二级标准为城镇规划中确定的居住区、商业交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区。
从（附表一）可以看出我国31个主要城市都已经达到二级标准，但不同的是达到二级标准的天数各不相同。
可以看出：
第一类的五个城市明显是达到二级标准天数及所占比重最少的。
这主要归因于其特殊的城市职能和地理位置，工业发展比较快，工业企业比较多，而且人口密度过大，又容易受西北沙尘暴袭击。
诸多因素影响导致空气质量严重恶劣，是重点治理对象。
第二类的15个城市居于中等。
主要区域为城镇规划确定的居民区、商业区交通居民混合区、文化区、一般工业区和农村地区；也相对存在一些不足之处，有待个相关部门的进一步调查及相关对策治理。
第三类的7个城市与其他大城市相比处于中中上等水平。
与空气质量较好的城市相比，I级天数较少，III级天数较多，仍存在着不少差距。
但是上海是进步最大的一个城市。
其中上海市政府加大力度控制大气污染源排放和建设城市绿地是促进城区空气质量变好的重要原因。
这是其他城市应该学习和借鉴的。
重点是分到第三类的4个城市，其中昆明二级以上天数所占比重达到100%，是中国空气最好的城市。
其余三个相对前三类也有明显优势。
主要区域为自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护的地区。
第二种情况是按前三个变量（即可吸入颗粒、二氧化氮、二氧化硫）对我国的主要城市空气质量进行系统聚类分析。
其含义和第一种情况相反，综合反映出来的意义是一样的，结合树图2及（附表二）的分析显示，结果也明显和第一种情况相匹配。
以下就不再对第二种情况做过多叙述。
第三章影响城市空气质量的因素
3.1模型的构建
3.2数据的运算
3.3结果分析及综合评价
第四章结论与对策建议
4.1主要结论
4.2对策与建议
附表一2011年数据
12-19主要城市空气质量指标（2011年）
单位：
毫克/立方米
城市
可吸入颗粒物
二氧化硫
二氧化氮
空气质量达到及
空气质量达到二级以上
（PM10）
（SO2）
（NO2）
好于二级的天数
天数占全年比重（%）
（天）
北京
0.113
0.028
0.056
286
78.4
天津
0.093
0.042
0.038
320
87.7
石家庄
0.099
0.052
0.041
320
87.7
太原
0.084
0.064
0.023
308
84.4
呼和浩特
0.076
0.054
0.039
347
95.1
沈阳
0.096
0.059
0.033
332
91.0
长春
0.091
0.026
0.043
345
94.5
哈尔滨
0.099
0.041
0.046
317
86.8
上海
0.080
0.029
0.051
337
92.3
南京
0.097
0.034
0.049
317
86.8
杭州
0.093
0.039
0.058
333
91.2
合肥
0.113
0.022
0.025
303
83.0
福州
0.069
0.009
0.032
360
98.6
南昌
0.088
0.056
0.038
347
95.1
济南
0.104
0.051
0.036
320
87.7
郑州
0.103
0.051
0.047
318
87.1
武汉
0.100
0.039
0.056
306
83.8
长沙
0.083
0.040
0.047
341
93.4
广州
0.069
0.028
0.049
360
98.6
南宁
0.073
0.026
0.033
351
96.2
海口
0.041
0.008
0.016
365
100.0
重庆
0.093
0.038
0.031
324
88.8
成都
0.100
0.031
0.051
322
88.2
贵阳
0.079
0.049
0.030
349
95.6
昆明
0.065
0.037
0.044
365
100.0
拉萨
0.040
0.009
0.023
364
99.7
西安
0.118
0.042
0.041
305
83.6
兰州
0.138
0.048
0.042
244
66.8
西宁
0.105
0.043
0.026
316
86.6
银川
0.095
0.038
0.030
333
91.2
乌鲁木齐
0.132
0.079
0.068
276
75.6
附表2原始数据聚类后的分类排序表
城市
可吸入颗粒物
二氧化硫
二氧化氮
空气质量达到二级以上天数
空气质量达到二级以上占全年比重
根据前三变量分类
根据二级以上天数
附表3根据达到二级以上天数的各城市空气质量分类表
地区
第一类
北京、兰州、太原、乌鲁木齐、武汉
第二类
长沙、成都、哈尔滨、杭州、合肥、济南、南京沈阳、石家庄、天津、西安、西宁、银川、郑州重庆
第三类
长春、广州、贵阳、呼和浩特、南昌、南宁、上海
第四类
福州、海口、昆明、拉萨
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经典古文名篇
（一）；1.陋室铭刘禹锡（唐）字梦得《刘梦得文集》；山不在高，有仙则名；2．马说韩愈（唐）字退之《昌黎先生集》；世有伯乐，然后有千里马；马之千里者，一食（shí）或尽粟一石（dàn）；策之不以其道，食（sì）之不能尽其材（才），鸣之；3．师说韩愈（唐）；古之学者必有师；嗟乎！
师道之不传也久矣！
欲人之无惑也难矣！
古之圣；圣人无常师；李氏子蟠，年十七
经典古文名篇
（一）
1.陋室铭刘禹锡（唐）字梦得《刘梦得文集》
山不在高，有仙则名。
水不在深，有龙则灵。
斯是陋室，惟吾德馨。
苔痕上阶绿，草色入帘青。
谈笑有鸿儒，往来无白丁。
可以调素琴，阅金经。
无丝竹之乱耳，无案牍之劳形。
南阳诸葛庐，西蜀子云亭。
孔子云：
何陋之有？
2．马说韩愈（唐）字退之《昌黎先生集》
世有伯乐，然后有千里马。
千里马常有，而伯乐不常有。
故虽有名马，只辱于奴隶人之手，骈死于槽枥之间，不以千里称也。
马之千里者，一食（shí）或尽粟一石（dàn）。
食（sì）马者不知千里而食（sì）也。
是马也，虽有千里之能，食（shí）不饱，力不足，才美不外见（现），且欲与常马等不可得，安求其能千里也？
策之不以其道，食（sì）之不能尽其材（才），鸣之而不能通其意，执策而临之，曰：
“天下无马！
”呜呼！
其真无马邪（ye）？
其真不知马也。
3．师说韩愈（唐）
古之学者必有师。
师者，所以传道受（授）业解惑也。
人非生而知之者，孰能无惑？
惑而不从师，其为惑也，终不解矣。
生乎吾前，其闻道也固先乎吾，吾从而师之；生乎吾后，其闻道也亦先乎吾，吾从而师之。
吾师道也，夫庸知其年之先后生于吾乎？
是故无贵无贱，无长无少，道之所存，师之所存也。
嗟乎！
师道之不传也久矣！
欲人之无惑也难矣！
古之圣人，其出人也远矣，犹且从师而问焉；今之众人，其下圣人也亦远矣，而耻学于师。
是故圣益圣，愚益愚。
圣人之所以为圣，愚人之所以为愚，其皆出于此乎？
爱其子，择师而教之；于其身也，则耻师焉，惑矣。
彼童子之师，授之书而习其句读（d?
u）者，非吾所谓传其道解其惑者也。
句读之不知，惑之不解，或师焉，或不（fǒu）焉，小学而大遗，吾未见其明也。
巫医乐师百工之人，不耻相师。
士大夫之族，曰师曰弟子云者，则群聚而笑之。
问之，则曰：
“彼与彼年相若也，道相似也，位卑则足羞，官盛则近谀。
”呜呼！
师道之不复，可知矣。
巫医乐师百工之人，君子不齿，今其智乃反不能及，其可怪也欤！
圣人无常师。
孔子师郯（tán）子、苌（cháng）弘、师襄、老聃（dàn）。
郯子之徒，其贤不及孔子。
孔子曰：
三人行，则必有我师。
是故弟子不必不如师，师不必贤于弟子，闻道有先后，术业有专攻，如是而已。
李氏子蟠，年十七，好古文，六艺经传皆通习之，不拘于时，学于余。
余嘉其能行古道，作《师说》以贻之。
4.爱莲说周敦颐（北宋）字茂叔《周元公集》
水陆草木之花，可爱者甚藩（fán）。
晋陶渊明独爱菊。
自李唐来，世人甚爱牡丹。
予独爱莲之出淤泥而不染，濯清涟而不妖，中通外直，不蔓不枝，香远益清，亭亭净植，可远观而不可亵玩焉。
予谓菊，花之隐逸者也；牡丹，花之富贵者也；莲，花之君子者也。
噫！
菊之爱，陶后鲜有闻。
莲之爱，同予者何人？
牡丹之爱，宜乎众矣！
5.得道多助，失道寡助《孟子?
公孙丑》（战国）名轲字子舆
天时不如地利，地利不如人和。
三里之城，七里之郭，环而攻之而不胜。
夫还而攻之，必有得天时者矣，然而不胜者，是天时不如地利也。
城非不高也，池非不深也，兵革非不坚利也，米粟非不多也，委而去之，是地利不如人和也。
故曰，域民不以封疆之界，固国不以山溪之险，威天下不以兵革之利。
得道者多助，失道者寡助。
寡助之至，亲戚畔（叛）之。
多助之至，天下顺之。
以天下之所顺，攻亲戚之所畔，故君子有不战，战必胜矣。
6．生于忧患，死于安乐《孟子?
告子》
舜发于畎亩之中，傅说（yua）举于版筑之间，胶鬲举于鱼盐之中，管夷吾举于士，孙叔敖举于海，百里奚举于市。
故天将降大任于是人也，必先苦其心志，劳其筋骨，饿其体肤，空乏其身，行拂乱其所为，所以动心忍性，曾（增）益其所不能。
人恒过，然后能改；困于心，衡于虑，而后作；征于色，发于声，而后喻。
入则无法家拂（bì）士，出则无敌国外患者，国恒亡
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