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(lái),通過(guò)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(jìn)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(jì)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(jì)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(duì)樣本排序，因子分析還可以判定主要影響因素，找出問(wèn)題本質(zhì)因子分析廣泛的應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)的各個(gè)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(lái)源分析水環(huán)境問(wèn)題分析

水污染的主要因素及水質(zhì)評(píng)價(jià)基于因子分析定權(quán)的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型水體富營(yíng)養(yǎng)化分析水化學(xué)特征分析礦石淋溶作用對(duì)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(cè)大氣顆粒物污染分析大氣顆粒物來(lái)源及各源貢獻(xiàn)率分析采用改良后的因子分析——絕對(duì)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(jī)碳）、EC（元素碳）建筑水泥塵/機(jī)動(dòng)車(chē)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(xì)粒子光化學(xué)反應(yīng)二次來(lái)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(yáng)市6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(yáng)市大氣可吸入顆粒物水溶性組分的來(lái)源，得到以下結(jié)論：

春季，大氣可吸入顆粒物主要有來(lái)源有工業(yè)源、土壤、建筑源、交通源；

夏季，主要來(lái)源有工業(yè)源、交通源；

秋季，主要來(lái)源有工業(yè)源、土壤、建筑源；

冬季，主要來(lái)源有工業(yè)源、交通源、土壤、建筑源；由沈陽(yáng)市各種源對(duì)PM10水溶性組分的貢獻(xiàn)率分析得，沈陽(yáng)市工業(yè)、燃煤源對(duì)PM10水溶性組分的貢獻(xiàn)最大,其中尤以夏季突出,說(shuō)明工業(yè)、燃煤型污染相對(duì)較重。其次為土壤源,沈陽(yáng)市夏季土壤源對(duì)PM10沒(méi)有貢獻(xiàn),說(shuō)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(lái)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的迅猛增加有關(guān),而在冬季貢獻(xiàn)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(qiáng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，鼓勵(lì)開(kāi)發(fā)、使用新型環(huán)保型能源加強(qiáng)對(duì)建筑工地日常監(jiān)督管理改善路況，加強(qiáng)冬季特殊天氣的車(chē)輛疏導(dǎo)水環(huán)境問(wèn)題分析水污染的主要因素及水質(zhì)評(píng)價(jià)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(biāo)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(biāo)進(jìn)行因子分析可以判斷出水體的主要污染因素，如有機(jī)污染、無(wú)機(jī)污染、重金屬污染等，進(jìn)而對(duì)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?chē)廴驹吹年P(guān)系，找出主要治理對(duì)象和治理措施。關(guān)于這方面的研究非常多，說(shuō)明因子分析在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用已經(jīng)很成熟。水環(huán)境問(wèn)題分析基于因子分析定權(quán)的水質(zhì)評(píng)價(jià)模型該模型由因子得分系數(shù)和方差貢獻(xiàn)率確定指標(biāo)權(quán)重，然后以指標(biāo)權(quán)重與各水樣相應(yīng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值進(jìn)行加權(quán)平均得到水質(zhì)評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)值，進(jìn)而對(duì)評(píng)價(jià)樣本進(jìn)行排序和分級(jí)。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(lèi)及其時(shí)空變化規(guī)律。各指標(biāo)權(quán)重：

βji：代表第i個(gè)指標(biāo)在第j個(gè)主因子上的載荷；ej：代表第j個(gè)主因子的方差貢獻(xiàn)率。綜合指標(biāo)：zi：代表第i個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值水環(huán)境問(wèn)題分析水體富營(yíng)養(yǎng)化分析與前面水污染的主要因素及水質(zhì)評(píng)價(jià)方法相同，只是選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)不同，水質(zhì)評(píng)價(jià)選取與各種因素有關(guān)的指標(biāo)，而富營(yíng)養(yǎng)化分析選取與富營(yíng)養(yǎng)化有關(guān)的指標(biāo)。通過(guò)因子分析可以得到水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因素，以便針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的主要影響因素進(jìn)行治理，能收到更好的治理效果。水環(huán)境問(wèn)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(guò)水體中眾多化學(xué)元素的化學(xué)組成來(lái)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(duì)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(shí)選取的組分），進(jìn)行因子分析，得到兩個(gè)主因子分別對(duì)應(yīng)兩大水化學(xué)類(lèi)型，其中硫酸鈉亞型是艾比湖的主要分布類(lèi)型,其次是氯化鈉亞型。水環(huán)境問(wèn)題分析礦石淋溶作用對(duì)地下水的影響

煤矸石是煤炭生產(chǎn)和加工過(guò)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(wèn)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(guò)室內(nèi)淋溶試驗(yàn)?zāi)M礦井填充對(duì)地下水的污染,分析填充對(duì)地下水環(huán)境的影響因子,預(yù)測(cè)其污染趨勢(shì)。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(shí),必須重視這些對(duì)地下水影響的主要因子。由此可見(jiàn)利用因子分析研究礦石淋溶作用對(duì)地下水的影響并分析主要污染因子對(duì)礦井填充材料選擇，填充預(yù)處理及注意事項(xiàng)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(shí)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(cè)點(diǎn)的聲級(jí)水平，因此，道路交通噪聲的治理重點(diǎn)應(yīng)該是重型車(chē)及輕型車(chē)的流量，具體說(shuō)就是限制重型車(chē)進(jìn)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(lèi)型分別進(jìn)行研究，以求準(zhǔn)確地了解不同類(lèi)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(jī)物、難降解有機(jī)物、游離態(tài)或絡(luò)合態(tài)的物質(zhì)等，通過(guò)因子分析可以判定主要污染因素，以找到重點(diǎn)治理對(duì)象。

主因子載荷較高的元素污染來(lái)源1Cd、Pb汽車(chē)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(chē)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(dòng)對(duì)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(guò)對(duì)化學(xué)物質(zhì)生態(tài)毒理學(xué)指標(biāo)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(duì)它們的環(huán)境毒理學(xué)指標(biāo)進(jìn)行因子分析，提取出四個(gè)主因子。因子1主要滿與魚(yú)柱毒、老藻毒物、溞黑毒正再相關(guān),可認(rèn)健為它之反映苗的是躲化合瓜物對(duì)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(yù)介質(zhì)母中的溜分配,沒(méi)有厘改變森化學(xué)士物質(zhì)贈(zèng)本身魔的狀絡(luò)態(tài),這3個(gè)指改標(biāo)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(chēng)之沫為分竊配性矩因子;可將比反映社化學(xué)儲(chǔ)物質(zhì)叉降解渡性的因子3歸結(jié)盤(pán)為降磨解性避因子澤。然后顧可以類(lèi)根據(jù)廊各化走合物厭綜合堆因子穗得分水對(duì)化貞合物牧的毒靜性進(jìn)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(diǎn)工畜業(yè)企堆業(yè)環(huán)眼境監(jiān)瞇測(cè)數(shù)搬據(jù)為睜樣本謊，進(jìn)微行因誤子分院析，警得到3個(gè)公華因子——資源符消耗耐因子簡(jiǎn)、水協(xié)污染尸因子今和固近體廢狠棄物奇因子塑。第1個(gè)因段子上權(quán)鬼重較盟大的錘企業(yè)進(jìn)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(jì)、恒參與弦區(qū)域編內(nèi)循貿(mào)環(huán)經(jīng)狡濟(jì)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(diǎn)晚。第2個(gè)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(duì)嚴(yán)辜重，梨重點(diǎn)螺治理亞這些鵝單位乞的水悠污染額問(wèn)題袖；對(duì)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(gè)因頁(yè)子上權(quán)謎重較汗大的壤企業(yè)濁有嚴(yán)色重大數(shù)氣污諒染和疲固體傻廢物插污染主，因雜對(duì)這絞些單洽位的廢氣懶、固勵(lì)體廢醒物加哪強(qiáng)治冰理；兩采用賢先進(jìn)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(jìn)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。總體瞇環(huán)境繁質(zhì)量績(jī)監(jiān)測(cè)就全鳴國(guó)31個(gè)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(fèi)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(gè)環(huán)甩境污缺染指羞標(biāo)之臭間的預(yù)關(guān)系,分析妥了全重國(guó)各稿地區(qū)督環(huán)境瞎污染貢的特獎(jiǎng)?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(guó)酸秋雨控圣制區(qū),其酸醬雨污漠染很然嚴(yán)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(qiáng)對(duì)獎(jiǎng)工業(yè)飾和生婆活廢數(shù)水的撈治理,使之脆達(dá)到秧國(guó)家域污水爛排放姐標(biāo)準(zhǔn)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(shuō)明奔其環(huán)箭境污字染較揮嚴(yán)重,應(yīng)采鉗取措央施治莖理環(huán)乖境污門(mén)染,促進(jìn)貴經(jīng)濟(jì)懲、社嗚會(huì)和各環(huán)境住的可兇持續(xù)甲發(fā)展僑。小結(jié)通過(guò)秘對(duì)因棕子分湖析在任環(huán)境讓各個(gè)顏領(lǐng)域殼應(yīng)用煩的分嗽類(lèi)介粗紹，悼可以把發(fā)現(xiàn)鍬因子騎分析觸在環(huán)達(dá)境領(lǐng)絮域應(yīng)云