对全国31个主要城市空气质量的聚类分析

对全国31个主要城市空气质量的聚类分析

作者：董兴军

来源：《报刊荟萃（下）》2018年第03期

摘 要：随着经济发展和城市化进程的加快，空气污染物的排放量不断增加，大气环境污染问题日趋严重。本文通过对全国31个环保重点城市的二氧化硫、二氧化氮、PM10、一氧化碳、臭氧的年平均浓度、PM2.5以及空气质量达到及好于二级的天数等七个变量用聚类分析方法，通过K均值聚类法，对各城市空气质量进行聚类分析，评价各环保重点城市的空气质量状况并提出对策建议。

关键词：空气质量；K均值聚类法；对策建议 一、研究目的及意义

城市空气质量直接反映城市的宜居性和环保水平，影响城市经济发展，招商引资，关系城市居民生活质量。本文旨在通过2015年全国31个主要环保城市的空气质量，利用聚类分析方法划定各城市空气质量所属的类别，并对其背后的原因进行解读，从而认清各城市空气质量存在的问题。为解决城市空气质量问题提出对策建议。综合治理城市空气污染，改善城市环境空气质量是树立和落实科学发展观的具体体现，是城市建设和管理的重要内容，也是广大城市居民的迫切愿望。要真正做到“让人民群众呼吸上清新空气”，使城市变成“绿水青山”，为子孙后代创造良好的生活空间，就必须认清现在全国各主要城市空气质量存在的问题，并解决空气质量问题。

二、指标体系的建立

以我国31个重点环保城市在2015年的空气质量情况为样本，选取二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5的年平均浓度，以及一氧化碳日均值第95百分位浓度、臭氧日最大8小时第90百分位浓度和空气质量达到及好于二级的天数等7个变量作为统计指标。其中需要注意的是，前五项指标均属于逆向指标，即越小意味着空气质量越好，最后一项指标则属于正向指标，其值越大越好。文章数据均来自2015国家统计年鉴。 三、对数据的描述性统计分析

对31个城市空气质量指标的7个变量的描述性统计分析如下表，其中变量V1代表二氧化碳年平均浓度，V2代表二氧化氮年平均浓度，V3代表PM10年平均浓度，V4代表一氧化碳日均值第95百分位浓度，V5代表臭氧日最大8小时第90百分位浓度，V6代表PM2.5年平均浓度，V7代表是空气质量达到及好于二级的天数。 四、模型简介

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K均值聚类法的算法包括三个步骤：一将所有样品分成K个初始类；二通过欧氏距离将某个样品划入离中心最近的类中，并对获得样品与失去样品的类重新计算中心坐标；三重复上一个步骤，直到所有样品都不能再分类为止。 五、实证分析

首先确定分类数K，可以画出组内平方和和提取聚类个数的二维图，如果随着聚类个数的增加，组内平方和下降变得缓慢了，即可确定分类数K。如下图所示，从组内平方和和提取聚类个数的二维图可以看出，从一类到四类组内平方和下降的很快，之后下降缓慢，建议选用聚类个数为四的解决方案。

从K均值聚类结果看，第一类含有4个城市，第二类有12个城市，第三类有8个城市，第四类有7个城市。第一类城市有较高的二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5年平均浓度和较高的一氧化碳日均值第95百分位浓度，较少的年好于二级的天数；第二类城市空气质量优于第一类城市；第三类城市空气质量优于第二类城市；第四类城市的各逆向指标值均最低，正向指标值最高，空气质量最优。基于此，依次将四类的空气质量评定为差、较差、良、优四个等级。具体分类结果见表5.2。 六、对策建议

地方政府对环境质量负责，走可持续发展的道路。各级政府要对本辖区的空气环境质量负责，充分认识走可持续发展道路的重要性。在研究经济社会发展的重大战略和重大项目时，应充分考虑环境保护的要求。发展清洁能源，改善能源消费结构。

空气质量问题已经不容我们忽视，随着一天一天情况的恶化，社会的各阶层都开始逐渐参与改善工作中，在为环境问题出谋划策并做出贡献，但再多的防霾、预警措施都是治标不治本，而真正应做到从源头抓起。因此，强化每个人的环境意识，倡导低碳生活才是作为每个社会成员最先应该做到的，并将之付诸实际。节约能源就是环保，就能减少污染气体的排放。环保减排的思想是一种习惯，而不是短时的宣传。我们要牢固树立“绿水青山就是金山银山”的意识。只有树立了正确的意识，才能从根本上去解决问题。 参考文献：

[1]张继娟，魏世强.我国城市大气污染现状与特点.四川环境，2006（03）：104-108. [2]鲁然英.城市环境空气质量及其评价方法研究：（硕士）.兰州大学，2006. [3]张丽芳.聚类方法及应用研究[D].广州：中山大学，2006.

作者简介：董兴军，男，汉族，山东枣庄人，硕士，主要研究方向：应用统计学。

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