因子在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用

因子分析在環(huán)境科學(xué)中的應(yīng)用作者：徐婷婷解瑞麗

因子分析是從全部原始變量中將有關(guān)信息集中起來,通過探討相關(guān)矩陣的內(nèi)部結(jié)構(gòu),將多變量綜合成少數(shù)因子,以再現(xiàn)原始信息之間的關(guān)系,并進一步探討產(chǎn)生這些相關(guān)關(guān)系的內(nèi)在原因的一種多元統(tǒng)計分析方法。

主成份分析與因子分析比較主成份分析和因子分析都是基于降維的思想主成份分析和因子分析計算方法相似，但因子分析在主成份分析基礎(chǔ)上有所發(fā)展主成份分析提取的主成份不一定具有明確的含義，而因子分析主因子代表一定含義主成份分析只能對樣本排序，因子分析還可以判定主要影響因素，找出問題本質(zhì)因子分析廣泛的應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)的各個領(lǐng)域：大氣污染分析

大氣顆粒物污染分析大氣主要污染來源分析水環(huán)境問題分析

水污染的主要因素及水質(zhì)評價基于因子分析定權(quán)的水質(zhì)評價模型水體富營養(yǎng)化分析水化學(xué)特征分析礦石淋溶作用對地下水的影響噪聲源分析土壤污染分析化學(xué)物質(zhì)生物危害分析區(qū)域環(huán)境污染源分析總體環(huán)境質(zhì)量檢測大氣顆粒物污染分析大氣顆粒物來源及各源貢獻率分析采用改良后的因子分析——絕對主因子分析法并引入了富集因子這一概念

北京市可吸入顆粒物污染源分析主因子載荷較高的組分富集因子污染源1Ca、Mg、Cr、OC（有機碳）、EC（元素碳）建筑水泥塵/機動車尾氣塵/燃煤塵2Al、Na、Ti、Si均接近于1土壤風(fēng)沙塵3二次粒子NH4+、NO3-、SO42-大氣細粒子光化學(xué)反應(yīng)二次來源4As、Ba、Cu、Mn、Pb、ZnCu、Pb、Zn、As明顯大于10工業(yè)粉塵5K生物質(zhì)燃燒6Ni油的燃燒大氣顆粒污染物分析不同季節(jié)PM10水溶性組分分析選取沈陽市6個監(jiān)測點位,采集2005年冬、春、夏、秋大氣可吸入顆粒物樣本，用因子分析法分析了沈陽市大氣可吸入顆粒物水溶性組分的來源，得到以下結(jié)論：

春季，大氣可吸入顆粒物主要有來源有工業(yè)源、土壤、建筑源、交通源；

夏季，主要來源有工業(yè)源、交通源；

秋季，主要來源有工業(yè)源、土壤、建筑源；

冬季，主要來源有工業(yè)源、交通源、土壤、建筑源；由沈陽市各種源對PM10水溶性組分的貢獻率分析得，沈陽市工業(yè)、燃煤源對PM10水溶性組分的貢獻最大,其中尤以夏季突出,說明工業(yè)、燃煤型污染相對較重。其次為土壤源,沈陽市夏季土壤源對PM10沒有貢獻,說明城市綠化及軟硬覆蓋較好。交通源排在第三位,這與近年來機動車保有量的迅猛增加有關(guān),而在冬季貢獻最大,與北方冬季氣象、路況等因素相關(guān)。調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減少重污染工業(yè)比重加強能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，鼓勵開發(fā)、使用新型環(huán)保型能源加強對建筑工地日常監(jiān)督管理改善路況，加強冬季特殊天氣的車輛疏導(dǎo)水環(huán)境問題分析水污染的主要因素及水質(zhì)評價水體中的污染物多種多樣，不同水體污染因素與污染程度不同，選取水質(zhì)指標高錳酸鉀指數(shù)、pH值、懸浮物、溶解氧、生化需氧量、總氮、硝酸鹽、總磷、總硬度等代表各種污染的指標進行因子分析可以判斷出水體的主要污染因素，如有機污染、無機污染、重金屬污染等，進而對各區(qū)域水體污染程度排序，根據(jù)分析結(jié)果可以分析不同區(qū)域污染狀況與周圍污染源的關(guān)系，找出主要治理對象和治理措施。關(guān)于這方面的研究非常多，說明因子分析在水質(zhì)評價中的應(yīng)用已經(jīng)很成熟。水環(huán)境問題分析基于因子分析定權(quán)的水質(zhì)評價模型該模型由因子得分系數(shù)和方差貢獻率確定指標權(quán)重，然后以指標權(quán)重與各水樣相應(yīng)指標的標準化值進行加權(quán)平均得到水質(zhì)評價的綜合指標值，進而對評價樣本進行排序和分級。它不僅可以區(qū)分水質(zhì)的好壞，還可以掌握主要污染物的種類及其時空變化規(guī)律。各指標權(quán)重：

βji：代表第i個指標在第j個主因子上的載荷；ej：代表第j個主因子的方差貢獻率。綜合指標：zi：代表第i個指標的標準化值水環(huán)境問題分析水體富營養(yǎng)化分析與前面水污染的主要因素及水質(zhì)評價方法相同，只是選取的評價指標不同，水質(zhì)評價選取與各種因素有關(guān)的指標，而富營養(yǎng)化分析選取與富營養(yǎng)化有關(guān)的指標。通過因子分析可以得到水體富營養(yǎng)化的主要影響因素，以便針對富營養(yǎng)化的主要影響因素進行治理，能收到更好的治理效果。水環(huán)境問題分析水化學(xué)特征分析水化學(xué)特征是闡明水體形成、演化和成鹽規(guī)律的基礎(chǔ),而水化學(xué)特征是通過水體中眾多化學(xué)元素的化學(xué)組成來反映的,顯然采用因子分析可以揭示水體水化學(xué)特征的內(nèi)在規(guī)律。以前人對艾比湖的研究為例，選取艾比湖8種組分，分別為Na++K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、CO32-和HCO3-（前蘇聯(lián)學(xué)者瓦里亞什科研究鹽湖水化學(xué)特征時選取的組分），進行因子分析，得到兩個主因子分別對應(yīng)兩大水化學(xué)類型，其中硫酸鈉亞型是艾比湖的主要分布類型,其次是氯化鈉亞型。水環(huán)境問題分析礦石淋溶作用對地下水的影響

煤矸石是煤炭生產(chǎn)和加工過程中產(chǎn)生的固體廢棄物。將煤矸石填充到礦井采空區(qū),可以解決矸石堆放造成的環(huán)境污染以及煤礦采煤引起的塌陷問題。但填充的煤矸石在礦井中受到礦井水的淋溶、浸泡作用,溶出大量有毒有害化合物及元素,有可能造成地下水環(huán)境的污染。通過室內(nèi)淋溶試驗?zāi)M礦井填充對地下水的污染,分析填充對地下水環(huán)境的影響因子,預(yù)測其污染趨勢。經(jīng)因子分析得出矸石淋出水樣中氟離子、硫酸根和重金屬離子是重要的污染因子;采用矸石填充采空區(qū)時,必須重視這些對地下水影響的主要因子。由此可見利用因子分析研究礦石淋溶作用對地下水的影響并分析主要污染因子對礦井填充材料選擇，填充預(yù)處理及注意事項等有重要的指導(dǎo)意義。噪聲源分析在道路交通噪聲分析中應(yīng)用因子分析法能方便地分析出影響道路交通噪聲的各因素之間的關(guān)系，并從中找出最基本的影響因素，在珠海特區(qū)環(huán)境噪聲現(xiàn)狀調(diào)查中分析道路交通噪聲時應(yīng)用了因子分析方法取得了較好的效果。第一因子F1主要代表了路段測點的聲級水平，因此，道路交通噪聲的治理重點應(yīng)該是重型車及輕型車的流量，具體說就是限制重型車進入，限速及禁止鳴笛。第二因子F2綜合反映了路段的繁華程度，因此可利用它們將要研究的路段分成城區(qū)中的繁華路段和邊緣的非繁華路段兩種道路類型分別進行研究，以求準確地了解不同類型道路其交通噪聲的規(guī)律。土壤污染分析土壤污染包括很多方面，如重金屬、氮、磷、易降解有機物、難降解有機物、游離態(tài)或絡(luò)合態(tài)的物質(zhì)等，通過因子分析可以判定主要污染因素，以找到重點治理對象。

主因子載荷較高的元素污染來源1Cd、Pb汽車尾氣顏料、冶煉、橡膠、農(nóng)藥、石化廢水干濕沉降2As、Ni印染廠廢水（局部污染）3Cr重污染工業(yè)區(qū)4Hg燃煤、工業(yè)排放、汽車尾氣、干濕沉降5Zn工礦企業(yè)三廢（局部污染）6Cu化工、塑料、橡膠、印染行業(yè)三廢商業(yè)居民活動對太原市土壤重金屬污染狀況的因子分析

化學(xué)物質(zhì)生態(tài)危害分析不同污染物污染性質(zhì)、污染程度不同，通過對化學(xué)物質(zhì)生態(tài)毒理學(xué)指標的因子分析，可以分析出影響化合物毒性的主要因素及化合物污染程度。選取61種環(huán)境優(yōu)先污染物對它們的環(huán)境毒理學(xué)指標進行因子分析，提取出四個主因子。因子1主要滿與魚柱毒、老藻毒物、溞黑毒正再相關(guān),可認健為它之反映苗的是躲化合瓜物對但生物萄的毒叉性影嘆響,可以朱定義誤為生術(shù)物毒觀性因餓子;蓄積哲性、哪分配圓系數(shù)謊和吸斧附性乒在因子2上載噴荷較駐高,化學(xué)蔽物質(zhì)突在介變質(zhì)中光的吸煎附,在生草物體著內(nèi)的磨蓄積,及辛擺醇-水分傷配系慕數(shù),都體只現(xiàn)的竊是化勾學(xué)物滿質(zhì)在呀不同譽介質(zhì)母中的溜分配,沒有厘改變森化學(xué)士物質(zhì)贈本身魔的狀絡(luò)態(tài),這3個指改標都工反映挺了化林學(xué)物濾質(zhì)的沫分配紡特性,因此般可以敢稱之沫為分竊配性矩因子;可將比反映社化學(xué)儲物質(zhì)叉降解渡性的因子3歸結(jié)盤為降磨解性避因子澤。然后顧可以類根據(jù)廊各化走合物厭綜合堆因子穗得分水對化貞合物牧的毒靜性進尺行排素序。區(qū)域載環(huán)境叉污染別源的套分析以北齡京市微某分參析區(qū)狡域內(nèi)10厚4家重音點工畜業(yè)企堆業(yè)環(huán)眼境監(jiān)瞇測數(shù)搬據(jù)為睜樣本謊，進微行因誤子分院析，警得到3個公華因子——資源符消耗耐因子簡、水協(xié)污染尸因子今和固近體廢狠棄物奇因子塑。第1個因段子上權(quán)鬼重較盟大的錘企業(yè)進行恢生產(chǎn)坦工業(yè)通改造臉、提郵高資謊源利裳用率具、采廈取清咸潔生漿產(chǎn)審愚計、恒參與弦區(qū)域編內(nèi)循貿(mào)環(huán)經(jīng)狡濟鏈仗等措尾施，是倚改善感該城干市區(qū)歐域內(nèi)痕環(huán)境播質(zhì)量睬的關(guān)凱鍵和犧重點晚。第2個因娛子上權(quán)習(xí)重較擦大的祥企業(yè)響水污剪染相繼對嚴辜重，梨重點螺治理亞這些鵝單位乞的水悠污染額問題袖；對碎于這候些企貨業(yè)應(yīng)采取給清潔吵生產(chǎn)贏，工任業(yè)廢經(jīng)水回左用、解提高億水資話源利再用率壁等措脂施。第3個因頁子上權(quán)謎重較汗大的壤企業(yè)濁有嚴色重大數(shù)氣污諒染和疲固體傻廢物插污染主，因雜對這絞些單洽位的廢氣懶、固勵體廢醒物加哪強治冰理；兩采用賢先進豬的設(shè)鏡備和哭技術(shù)木控制丹大氣乳污染執(zhí)的排哈放，球進行漸資源按再利底用、煌再循怕環(huán)、衡提高挺資源遭利用丟率?？傮w瞇環(huán)境繁質(zhì)量績監(jiān)測就全鳴國31個省姑、自志治區(qū)階和直典轄市弄的工穴業(yè)廢唐水排小放量告、工切業(yè)廢建氣排璃放總牲量、扯工業(yè)濤二氧亡化硫瘦排放焰量、鉤工業(yè)烈煙塵末排放欣量、慰工業(yè)鞋粉塵鈔排放費量、繳工業(yè)第固廢虜產(chǎn)生宏量、肺生活幅污水摩排放捷量、揪生活額污水枝中化兇學(xué)需鄙氧量方排放喜量、鴿生活屈二氧抬化硫斬排放否量和埋生活霉煙塵勇排放刺量等10個環(huán)甩境污缺染指羞標之臭間的預(yù)關(guān)系,分析妥了全重國各稿地區(qū)督環(huán)境瞎污染貢的特獎?wù)?為各漂地區(qū)林環(huán)境陰污染暑治理摘提供本了理伐論依裕據(jù)。山西摸、內(nèi)則蒙古伙、遼奸寧和貴州在生籌活污甲染因佛子上峰得分有較高,其中寒貴州反特別掙突出搬。這司是因己為貴閑州地存處我龜國酸秋雨控圣制區(qū),其酸醬雨污漠染很然嚴重,因而悠其在迷此因邀子上億得分燦很高摧。上海、湖南和重慶在廢厚水污關(guān)染因曾子上悼得分繞較高,其中華湖南豬得分霸很高,這些脫省份桌的廢乓水中CO或D含量活較高,這些繪省份地應(yīng)注艷意加格強對獎工業(yè)飾和生婆活廢數(shù)水的撈治理,使之脆達到秧國家域污水爛排放姐標準技。遼寧在工惕業(yè)污兩染因絞子和企生活梯污染俗因子支上得碼分都鄰較高,說明奔其環(huán)箭境污字染較揮嚴重,應(yīng)采鉗取措央施治莖理環(huán)乖境污門染,促進貴經(jīng)濟懲、社嗚會和各環(huán)境住的可兇持續(xù)甲發(fā)展僑。小結(jié)通過秘對因棕子分湖析在任環(huán)境讓各個顏領(lǐng)域殼應(yīng)用煩的分嗽類介粗紹，悼可以把發(fā)現(xiàn)鍬因子騎分析觸在環(huán)達境領(lǐng)絮域應(yīng)云