天津市津南区双港镇冬夏两季空气质量影响因素的分析和比较
猱艺科枚
Journal  of  Green  Science  and  Technology
第23卷第10期
2021年5月
天津市津南区双港镇冬夏两季空气质量
影响因素的分析和比较
李培君，赵君彥，张伯年
(天津市津南区生态环境监测中心，天津300350)
摘要：利用天津市津南区双潘镇环境空气自动站冬夏两季的监测结果，使用SPSS 分析软件进行了主成分
分析，出了影响天津市津南区双港镇冬夏两季环境空气质量的主要因素：冬季为NO2、CO 、PM2.s 、PM i 。、
SO2，贡献值较大；夏季为PM i °、PM2.s 、CO 、NO2，贡献值较小。分析验证了北方燃煤对空气污染的重要影
响，证明了《天津市清新空气行动方案》中煤改气工作的必要性，进一步明确了当前环境管理工作的方向和
任务。
关键词：SPSS 软件；燃煤；空气污染；主成分分析中图分类号：X831
文献标识码：A
文章编号：1674-9944(2021)10-0144-03
1引言
随着我国经济的飞速发展，人们生活水平日益提 高，对空气质量的关注日益提高。近几年的冬季，中国 北方绝大部分城市空气质量有显著提升，雾霾天气明显
减少，但冬季空气质量仍是人们关心的重要问题。大
多数学者的解释观点主要集中在三方面：一是气象条 件；二是沙尘和扬尘；三是燃煤这三点中，地理位置
决定气象条件，不可改变，沙尘和扬尘全国各地情况不
尽相同，但都可通过改变地表条件改善，而冬季燃煤是 北方和南方所具有的本质不同。
当前，我国对于环境空气质量主要是通过自动环境
监测数据来反映，天津市津南区在全区11个镇(街、园 区)全部安置了空气自动监测站，率先在天津市做到了
全区域空气质量立体式全覆盖监测，其中双港镇在锅炉
并网改造中保留了较大吨位的供热锅炉，本文采用双港 镇空气自动站的监测数据，对双港镇冬季和夏季的空气
质量进行分析，出冬夏两季空气质量的影响因素的
差异。
2污染因子的选择
由于供暖期与非供暖期存在较为明确的分界线，工
厂生产及人类活动是一年四季都存在的，而且在中国春
节长假期间，全国各地的绝大部分工厂是停产状态，因
此本文避开了 1月份，选取了 12月的数据作为冬季的 代表，对应半年时间，选取6月的数据作为夏季的代表。 空气自动监测站的监测因子PM 10,PM 2.5,SO 2,CO,O 3 和NO 2作为城市大气污染的指标，双港镇冬夏两季的 环境空气指标见如下。
3污染物主成分分析
主成分分析法是研究多个变量之间相关性的多元 统计方法。利用少数几个主分量来解释多个变量间的 内部结构。主成分分析是运用降维的方式，把涉及多因 素的问题中的多个指标转化为少数几个特征指标，在保
证分析结果精准度的基础上提高了效率"耳。
本文采用主成分分析法。对6种大气污染因子进 行主成分分析之前，先进行显著性检验，得出显著性系
数V0. 05，表明数据服从正态分布，各变量之间有相关 性。再通过SPSS 对相关数据进行标准化处理，求出无
量纲后数据的相关系数矩阵R 与R 的特征值、特征向 量和贡献率。
以下利用SPSS 软件对2020年6月份双港镇夏季 的环境空气各指标数据进行分析"知。
表1 2020年6月夏季双港镇环境空气指标主成分特征值和贡献率
Component
—
Initial  Eigenvalues Extraction  Sums  of  Squared  Loadings
Total % of  Variance
Cumulative  %
Total % of  Variance
Cumulative  %
1
哪些食物吃了可以帮助自然排大便2. 5814
3. 02343. 023  2. 581
43.02343.0232  1.46424.39267.416  1.46424.39267.4163  1.1081&46485. 880  1. 108
1&464
85.880
4.5579.2809
5.1595
.191
3.191
98. 3516
.099
1. 649
100.000
Extraction  Method : Principal  Component  Analysis.收稿日期=2021-03-16
作者简介：李培君(1984-)，女，工程师，硕士，主要从事水体、大气和土壤污染物分析研究工作。
144
李培君，等：天津市津南区双港镇冬夏两季空气质量影响因素的分析和比较环境与安全
由表1结果可知，根据特征根大于1的条件可确定
三个主成分，其累计率达85.880%，可充分保留原始信 息。三个主成分对原信息的解释能力分别为43. 023 %、
24.392%和18.464%。所以选取这三个主成分作为综
合指标，可以较全面地反应出天津市双港镇夏季的空气
质量。
为了研究夏季双港镇环境空气中污染物的相关性，
u盘删除数据恢复
本文对PM 10 ,PM 2.5、SC )2、CO 、O s  ,NO 2与选取的三个主 成分进行相关性分析，分析结果见表2。
表2 2020年6月夏季双港镇环境空气指标因子载荷
Factor
Component
1
2
3PM 10
0. 7480. 297—0.400PM2.50. 6440. 604
-0. 303
SO 2
0. 590-0. 6220. 345CO
0. 689
0.0770.603
o 3
-0.027
0. 7210.599no 2
0. 885
-0. 313
-
0.122
Extraction  Method : Principal  Component  Analysis.
a. 3 components  extracted
表2中数值表示该污染指标因子作为主成分线性 组合的系数，系数的绝对值越大，则主成分对该因子的
代表性越大。
由表2可知：PM i °、PM2.s 、CO 、NO2与第一主成分 的绝对值相关性均超过60%，说明上述污染物均与第
葡萄籽油一主成分关系密切，表明双港镇夏季环境空气中PM 】。、
PM 2.5,CO,NO 2排放量相对较高，上述4种污染因子的
门锁十大品牌来源与理化性质有一定的相似性，并且性质相对稳定， 在环境空气中停留时间较长，从而影响了空气质量。
与第二主成分相关性大的是PM 2.5,SO 2,O 3o 其 中,pm 2.5,o 3与第二主成分呈正相关，说明pm 2.5,o 3
对空气质量的影响较大。so 2与第二主成分呈负相关，
SO2数值越大，第二主成分越低，空气质量越好阪。在 夏季，双港镇的空气质量受so 2数值影响不大。
与第三主成分相关性超过60%的污染因子是CO, 说明双港镇夏季环境空气中co 的排放量较高。而co
为机动车源排放的标识物。
综上，双港镇夏季环境空气中污染最严重的是第一 主成分的pm 10,pm 2.5,co ,no 2，这表明双港镇夏季环 境空气污染的来源较多，包括：道路扬尘、机动车尾气以 及工业排放的废气和粉尘等。好名
以下利用SPSS 软件对2020年12月份双港镇夏季 的环境空气各指标数据进行分析"知O
表3 2020年12月冬季双港镇环境空气指标主成分特征值和贡献率
Component
—
Initial  Eigenvalues Extraction  Sums  of  Squared  Loadings Total % of  Variance
Cumulative  %
Total % of  Variance Cumulative  %1  4.84480.74180.741  4. 84480.74180.741
2
0. 531
8.85189. 592
30. 378
6.29495. 886
4
0.166  2. 7629& 64750.0490.821
99. 4686
0.032
0. 532
100.000
Extraction  Method : Principal  Component  Analysis
由表3结果可知，根据特征根大于1的条件可确定 1个主成分，其累计率达80. 741%，可充分保留原始信 息。1个主成分F1对原信息的解释能力为80.741%。
因此，选取第一主成分作为综合指标，可以较全面地反
应出天津市双港镇冬季的空气质量。
为了研究冬季双港镇环境空气中污染物的相关性，
本文对PM 10 ,PM 2.s 、SO2、CO 、O3 ‘NO?与选取的第一主 成分进行相关性分析，分析结果见表4。
Extraction  Method : Principal  Component  Analysis, a.
1 components  extracted
表4 2020年12月冬季双港镇环境空气指标因子载荷
Factor
Component怎么挖比特币
1
PM 10
0. 908PM2.50. 913SO 20.853CO
0. 924o 3
-0.837NO2
0. 951
表4中数值表示该污染指标因子作为主成分线性
组合的系数，系数的绝对值越大，则主成分对该因子的
代表性越大。
由表 4 可知：PM 10、PM 2. s 、SO?、CO 、Os 、NO 2 与第 一主成分的绝对值相关性均超过80%，说明上述污染
物都与第一主成分关系非常密切。其中,PM 1o ,PM 2.5,
SO 2XO.NO 2与第一主成分呈正相关，说明这5种污染
因子对空气质量的影响较大，且来源与理化性质有一定 的相似性，是影响空气质量的主要因素。03与第一主 成分呈负相关，说明在冬季，受气象因素影响双港镇的
空气质量受Q 数值影响不大。
综上，双港镇冬季环境空气中污染最严重的是第一
主成分的PM 10 ,PM 2.5 ‘SO?、CO 、NC )2，主要影响因素依 次为:no 2xo ,pm 2.5,pm 10,so 2.这表明双港镇冬季
环境空气污染的主要来源是燃煤燃气供热。
这与《2020年津南区大气污染形势、成因与防治建 议报告》中津南区境内氮氧化物和颗粒物主要来自于燃
煤供热站、燃气供热站、工业企业燃气锅炉，较小比例来 自于工艺过程源的结论一致⑴。
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2021年5月绿科技第10期
4分析与讨论
(1)根据分析结果可以比较看出，双港镇冬季环境空气的主要影响因素主要是NO2、CO、PM2.s、PM】。、SO2，贡献值为80.741%；双港镇夏季环境空气的主要
影响因素主要是PM10、PM ns、CO、NC)2，但贡献值仅为43.023%,Os对夏季空气质量也有所影响。
(2)燃煤的主要污染物是SOnNO*、粉尘(PM】。、PM：*)，通过冬夏两季主要污染物的对比不难看出，
冬季燃煤对空气质量有直接和决定性的影响卬，夏季污染物来源组成复杂，包含：道路扬尘、机动车尾气以及工业排放的废气和粉尘等。臭氧是季节因素起了决定作用，而氮氧化物、挥发性有机物是PM?"和臭氧的共同前体物。因此需要强化氮氧化物、挥发性有机物的减排，从
而降低PM：*和臭氧浓度，实现对PM：』和臭氧污染的协同控制。
(3)近年来企业更加重视环境保护的社会效益，各种环保设施升级换代，重点针对主要污染物，如脱硫设备，除尘设备等，使主要污染物等到了有效的控制。通
过分析，燃煤污染中最主要的SO2没有成为双港镇冬季环境空气污染的最主要因素，证明当地对于环境治理
非常重视，有效抑制了主要污染物的产生，取得了良好的效果。
(4)针对北方燃煤供暖对环境造成的影响，本文给出几点对应的建议：第一，坚持煤改燃的改造升级，大力推广利用效率更高，更加环保的清洁能源。第二，统筹供热规划，减并小锅炉，进一步扩大集中供暖的覆盖面，加快对现有锅炉和发电机组等的技术改造。第三，加快工业污染物处理设备的更新换代，在处理次级和三级污染物上下功夫，使工业排放符合生态循环的要求。
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（上接第141页）
pollutant concentration indexes during the winter heating period in Shenyang City from2017to2020,and makes clear the contribution of heating industry,social production and transportation to the emissions of air quality pollutants. The results show that the atmospheric environment quality of Shenyang City during the central heating period from 2019to2020was significantly improved than that of previous years,and the air quality was mainly controlled by the total emissions of ground pollutants,and had no significant correlation with meteorological factors・The pollutant e-missions of heating enterprises accounted for60%〜80%of the total emissions of atmospheric pollutants in winter, and were positively correlated with the heating areas.Social production and transportation contributed20%to40% of the total air pollutants.Therefore,pollutant emission from central heating is still the main sources of air pollutants in Shenyang City in winter,and energy conservation and emission reduction from the perspective of heating industry is still an important measure and means to improve winter air quality.
Key words:air quality；winter heating；A Q I；air pollutants
(上接第143页)
兰州市空气质量逐年变好。
(4)兰州市2016〜2020年六类污染物分担率逐步由颗粒物PM】。为主向气态污染物NO?为主转变。
(5)AQCI和PM】。、PM2.5、NO?、C0呈现出显著的正相关，而AQCI与SC>2、O3与其他污染物浓度及相关性不显著。
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