基于主成分分析的世界主要城市空气污染的研究.docx
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基于主成分分析的世界主要城市空气污染的研究
海南大学
毕业论文(设计)
题目:
基于主成分分析的世界主要城市空气污染的研究
学号:
姓名:
年级:
2009级
学院:
信息科学技术学院
系别:
数学系
专业:
信息与计算科学
指导教师:
完成日期:
2013年4月30日
摘要
随着人口的高速增长,工农业的高速发展,人类活动对大气环境的影响越来越大。
有些大气环境问题也越来越突出,如全球变暖、臭氧层遭破坏和酸雨的危害等。
有些大气污染所造成的危害已经没有了国界的限制,形成了全球性大气污染,成为与世界各国都有直接利害关系的问题。
全球性大气污染已引起了世界各国的普遍关注。
要解决这个问题,需要各国协调一致的行动,不论是发达国家还是发展中国家,都应为此进行努力,在公平合理的原则基础上,承担起各自的责任与义务。
治理空气污染已经到了刻不容缓的时刻。
本文主要运用SAS软件对《中国统计年鉴》2005年到2011年世界主要城市空气污染状况数据进行主成分分析,去除由总悬浮颗粒物、二氧化碳和二氧化硫三个污染因子衡量空气污染程度的冗余,得出主成分
,使其保留原有指标的主要信息,成为衡量城市污染状况的唯一指标,以便方便地获得一个城市的空气污染状况,并采取相应的措施治理该城市的环境污染。
关键词:
环境污染;主成分分析;贡献率;环境保护
Abstract
Withtherapidgrowthanddevelopmentofthepopulation,industryandagriculture,theinfluenceofhumanactivitiesontheatmosphericenvironmentismoreandmorebig.Someoftheatmosphericenvironmentalproblemisbecomingmoreandmoreprominent,suchasglobalwarming,ozonelayerdestructionandtheharmofacidrain,etc.Someharmhasbeencausedbyairpollutionwithoutthenationalbordersrestrictions,formedtheglobalatmosphericpollution,becomeadirectinterestwithallcountriesintheworld.Globalairpollutionhascausedwidespreadconcernaroundtheworld.Tosolvethisproblem,needconcertedactioninallcountries,bothdevelopedcountriesanddevelopingcountries,shouldmakeeffortsforthis;assumetheirrespectiveresponsibilitiesandobligations,onthebasisoftheprincipleoffairandreasonable.Soitisurgenttocontrolairpollutionhasreachedamoment.
Inthispassage,IusetheSASsoftwaretodealwiththedata,whichistheworld'smajorcitiesairpollutionofChinaStatisticalYearbookfrom2005to2011,withprincipalcomponentanalysis.Removingtheredundancy,thatusesthetotalsuspendedparticulate,carbondioxideandsulfurdioxidetojudgethedegreeofairpollution.Getthemainingredient
makeitincludethemaininformationoftheoriginalindicators,becometheonlyindicatorofurbanpollution.Soitisconvenienttoknowtheconditionsofacity'sairpollution,andtakesomeappropriatemeasurestocontrolofit.
KeyWords:
Environmentpollution;Principalcomponentanalysis;Contributionrate;theenvironmentalprotection
目录
一、绪论……………………………………………………………………
(1)
1.空气污染的概念及危害…………………………………………………
(1)
1.1空气污染的概念………………………………………………………
(1)
1.2空气污染的危害………………………………………………………
(1)
2.研究背景及意义………………………………………………………(6)
二、空气污染因子的概述………………………………………………(7)
1.二氧化碳的概念及来源……………………………………………(7)
2.二氧化硫的概念及来源……………………………………………(7)
3.悬浮颗粒的概念及来源………………………………………………(8)
三.数据的来源与描述………………………………………………(8)
1.数据的来源……………………………………………………………(8)
2.数据的描述……………………………………………………………(9)
四.研究方法与软件的介绍…………………………………………(9)
1.研究方法的介绍………………………………………………………(9)
1.1主成分分析的概念…………………………………………………(9)
1.2主成分分析的基本思想及原理……………………………………(9)
1.3主成分分析的主要作用……………………………………………(10)
1.4主成分分析的计算步骤……………………………………………(11)
2.软件的介绍……………………………………………………………(12)
2.1SAS的由来和发展…………………………………………………(12)
2.2SAS在处理数据上的优势…………………………………………(12)
五.数据的处理…………………………………………………………(13)
1.从协方差矩阵出发对所有变量进行主成分分析……………………(13)
2.从相关矩阵出发做主成分分析………………………………………(13)
六.分析与结论…………………………………………………………(17)
参考文献…………………………………………………………………(21)致谢………………………………………………………………………(21)
附件………………………………………………………………………(22)
基于主成分分析的世界主要城市空气污染的研究
一、绪论
1.空气污染的概念及危害
1.1空气污染概念
空气污染即空气中含有一种或多种污染物,其存在的量、性质及时间会伤害到人类、植物及动物的生命,损害财物、或干扰舒适的生活环境,如臭味的存在。
换言之,只要是某一种物质其存在的量,性质及时间足够对人类或其他生物、财物产生影响者,我们就可以称其为空气污染物;而其存在造成之现象,就是空气污染。
换言之,某些物质在空气中不正常的增量就产生空气污染的情形。
大气是由一定比例的氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气和固体杂质微粒组成的混合物。
就干燥空气而言,按体积计算,在标准状态下,氮气占78.08%,氧气占20.94%,稀有气体占0.93%,二氧化碳占0.03%,而其他气体及杂质体积都大约是0.02%。
各种自然变化往往会引起大气成分的变化。
例如,火山喷发时有大量的粉尘和二氧化碳等气体喷射到大气中,造成火山喷发地区烟雾弥漫,毒气熏人;雷电等自然原因引起的森林大面积火灾也会增加二氧化碳和烟粒的含量等等。
一般来说,这种自然变化是局部的,短时间的。
随着现代工业和交通运输的发展,向大气中持续排放的物质数量越来越多,种类越来越复杂,引起大气成分发生急剧的变化。
当大气正常成分之外的物质达到对人类健康、动植物生长以及气象气候产生危害的时候,我们就说大气受了污染。
按照国际标准化组织(ISO)的定义,“空气污染(大气污染)通常系指由于人类活动或自然过程引起某些物质进入大气中,呈现出足够的浓度,达到足够的时间,并因此危害了人体的舒适、健康和福利或环境的现象”。
1.2空气污染的危害
大气污染的危害主要有以下几个方面
(1)危害人体
人需要呼吸空气以维持生命。
一个成年人每天呼吸大约2万多次,吸入空气达15~20立方米。
因此,被污染了的空气对人体健康有直接的影响。
大气污染物对人体的危害是多方面的,主要表现是呼吸道疾病与生理机能障碍,以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。
比如,1952年12月5~8日英国伦敦发生的煤烟雾事件死亡4000人。
人们把这个灾难的烟雾称为"杀人的烟雾"。
据分析,这是因为那几天伦敦无风有雾,工厂烟囱和居民取暖排出的废气烟尘弥漫在伦敦市区经久不散,烟尘最高浓度达4.46毫克/米3,二氧化硫的日平均浓度竟达到3.83毫升/米3。
二氧化硫经过某种化学反应,生成硫酸液沫附着在烟尘上或凝聚在雾滴上,随呼吸进入器官,使人发病或加速慢性病患者的死亡。
这也就是所谓的光化学污染。
由上例可知,大气中污染物的浓度很高时,会造成急性污染中毒,或使病状恶化,甚至在几天内夺去几千人的生命。
其实,即使大气中污染物浓度不高,但人体成年累月呼吸这种污染了的空气,也会引起慢性支气管炎、支气管哮喘、肺气肿及肺癌等疾病。
(2)对植物的危害
大气污染物,尤其是二氧化硫、氟化物等对植物的危害是十分严重的。
当污染物浓度很高时,会对植物产生急性危害,使植物叶表面产生伤斑,或者直接使叶枯萎脱落;当污染物浓度不高时,会对植物产生慢性危害,使植物叶片褪绿,或者表面上看不见什么危害症状,但植物的生理机能已受到了影响,造成植物产量下降,品质变坏。
(3)影响气候
大气污染物对天气和气候的影响是十分显著的,可以从以下几个方面加以说明:
①减少到达地面的太阳辐射量:
从工厂、发电站、汽车、家庭取暖设备向大气中排放的大量烟尘微粒,使空气变得非常浑浊,遮挡了阳光,使得到达地面的太阳辐射量减少。
据观测统计,在大工业城市烟雾不散的日子里,太阳光直接照射到地面的量比没有烟雾的日子减少近40%。
大气污染严重的城市,天天如此,就会导致人和动植物因缺乏阳光而生长发育不好。
②增加大气降水量:
从大工业城市排出来的微粒,其中有很多具有水气凝结核的作用。
因此,当大气中有其他一些降水条件与之配合的时候,就会出现降水天气。
在大工业城市的下风地区,降水量更多。
③下酸雨:
有时候,从天空落下的雨水中含有硫酸。
这种酸雨是大气中的污染物二氧化硫经过氧化形成硫酸,随自然界的降水下落形成的。
硫酸雨能使大片森林和农作物毁坏,能使纸品、纺织品、皮革制品等腐蚀破碎,能使金属的防锈涂料变质而降低保护作用,还会
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