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(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源分析水環(huán)境問題分析

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)量檢測大氣顆粒物污染分析大氣顆粒物來源及各源貢獻(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(gè)監(jiān)測點(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(duì)PM10水溶性組分的貢獻(xiàn)率分析得，沈陽市工業(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,說明工業(yè)、燃煤型污染相對(duì)較重。其次為土壤源,沈陽市夏季土壤源對(duì)PM10沒有貢獻(xiàn),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(jī)動(dòng)車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(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)域污染狀況與周圍污染源的關(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)致境問寇題分員析水體策富營加養(yǎng)化賞分析與前具面水統(tǒng)污染獻(xiàn)的主呀要因紀(jì)素及營水質(zhì)形評(píng)價(jià)會(huì)方法伴相同辭，只旁是選聽取的元評(píng)價(jià)匆指標(biāo)腰不同逢，水亞質(zhì)評(píng)金價(jià)選嫩取與雖各種貪因素壓有關(guān)惹的指俊標(biāo)，皇而富領(lǐng)營養(yǎng)加化分澡析選炕取與紐奉富營廟養(yǎng)化責(zé)有關(guān)賤的指娘標(biāo)。通過海因子齡分析封可以曬得到鋸水體倍富營切養(yǎng)化置的主盞要影鉗響因蔥素，稀以便則針對(duì)巴富營昂養(yǎng)化厚的主極要影慕響因籮素進(jìn)防行治那理，距能收念到更羊好的晉治理淺效果院。水環(huán)窄境問刷題分俊析水化婦學(xué)特拴征分正析水化居學(xué)特剝征是脹闡明搶水體旺形成異、演嘩化和競成鹽斜規(guī)律傲的基努礎(chǔ),而水合化學(xué)才特征烈是通瘡過水包體中彼眾多臥化學(xué)捎元素袋的化蛙學(xué)組雨成來耍反映覆的,顯然祥采用唯因子單分析宮可以境揭示剛水體枕水化握學(xué)特平征的勢內(nèi)在牛規(guī)律到。以省前人楚對(duì)艾丸比湖柜的研順究為店例，沙選取堂艾比薪湖8種組掘分，抬分別猴為Na++K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、CO32-和HC兔O3-（前羞蘇聯(lián)多學(xué)者禽瓦里裙亞什諷科研怠究鹽咳湖水殘化學(xué)綿特征健時(shí)選醫(yī)取的淚組分欠），物進(jìn)行乳因子沖分析紀(jì)，得法到兩展個(gè)主蹤蝶因子拳分別訓(xùn)對(duì)應(yīng)革兩大斥水化怎學(xué)類塘型，插其中來硫酸好鈉亞集型是正艾比裕湖的候主要容分布忽類型,其次扒是氯釣化鈉驢亞型猛。水環(huán)善境問英題分搜析礦石賠淋溶功作用岔對(duì)地錄下水敲的影濟(jì)響煤矸錯(cuò)石是名煤炭宇生產(chǎn)狠和加貌工過規(guī)程中株產(chǎn)生羞的固嚷體廢臉棄物未。將頓煤矸論石填嚼充到擇礦井逆采空樹區(qū),可以首解決梁矸石是堆放搬造成抬的環(huán)蹄境污插染以太及煤合礦采惹煤引留起的棉塌陷攀問題勢。但掩填充揪的煤泡矸石踩在礦演井中打受到目礦井雷水的穗淋溶晚、浸撒泡作膛用,溶出犧大量攤有毒港有害銳化合廳物及耍元素,有可拘能造僻成地燦下水卸環(huán)境踩的污理染。拆通過顆室內(nèi)劣淋溶端試驗(yàn)眾模擬牲礦井義填充傘對(duì)地耀下水僅的污盯染,分析幣填充澤對(duì)地挺下水陵環(huán)境仿的影筐響因政子,預(yù)測餓其污權(quán)染趨度勢。雀經(jīng)因底子分鬼析得遺出矸械石淋定出水桌樣中憂氟離蝴子、陪硫酸當(dāng)根和政重金句屬離硬子是節(jié)重要樸的污疊染因度子;采用市矸石英填充呢采空殖區(qū)時(shí),必須跌重視鳳這些博對(duì)地策下水牧影響殊的主匪要因齊子。由此張可見利用倚因子鑒分析寺研究平礦石林淋溶汽作用躺對(duì)地塔下水扭的影悉響并長分析扎主要材污染臥因子靠對(duì)礦規(guī)井填腐充材慮料選緒擇，撒填充福預(yù)處搏理及凍注意甚事項(xiàng)致等有戲重要駱的指扒導(dǎo)意攻義。噪聲確源分否析在道禁路交烘通噪鴿聲分朱析中壯應(yīng)用揪因子憂分析歪法能宏方便畫地分程析出撓影響頌道路澡交通匙噪聲雕的各稠因素違之間搖的關(guān)翼系，識(shí)并從既中找難出最確基本勤的影閘響因裳素，印在珠昂海特排區(qū)環(huán)端境噪彩聲現(xiàn)洋狀調(diào)玩查中免分析業(yè)道路名交通鬧噪聲旅時(shí)應(yīng)惹用了止因子娘分析儉方法慈取得著了較琴好的觀效果皇。第一包因子F1主要憤代表勉了路嘆段測憑點(diǎn)的蝕聲級(jí)睛水平密，因差此，栽道路徑交通梅噪聲豈的治老理重風(fēng)點(diǎn)應(yīng)任該是判重型底車及更輕型紐奉車的皺流量厘，具糖體說露就是限制熟重型徹車進(jìn)賞入，妥限速塘及禁勉止鳴釋笛。第二黨因子F2綜合歷反映距了路富段的暗繁華睬程度樣，因排此可長利用析它們蹄將要感研究俗的路困段分瞎成城邪區(qū)中六的繁鋸華路披段和毛邊緣貨的非葉繁華膝路段孫兩種弟道路顧類型蘇分別磁進(jìn)行賄研究殺，以授求準(zhǔn)確我地了貞解不銀同類獲型道陰路其罪交通拴噪聲刷的規(guī)悼律。土壤件污染伶分析土壤祥污染竄包括扯很多竊方面膠，如予重金寨屬、魚氮、蕩磷、某易降蘿解有勢機(jī)物掌、難業(yè)降解遲有機(jī)啊物、希游離化態(tài)或谷絡(luò)合博態(tài)的坐物質(zhì)灶等，通過作因子固分析應(yīng)可以包判定籌主要察污染念因素繼，以叼找到墨重點(diǎn)爬治理例對(duì)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(dòng)對(duì)太旺原市版土壤請重金錫屬污躁染狀貞況的歪因子吳分析化學(xué)都物質(zhì)尸生態(tài)露危害拳分析不同惕污染醋物污孟染性抽質(zhì)、承污染特程度支不同籠，通暢過對(duì)戰(zhàn)化學(xué)稼物質(zhì)國生態(tài)稿毒理尖學(xué)指立標(biāo)的幻玉因子肚分析島，可以膜分析意出影轟響化晃合物辯毒性肌的主同要因蛙素及斗化合愧物污旦染程凳度。選取61種環(huán)舍境優(yōu)棟先污彩染物滴對(duì)它恐們的繳環(huán)境治毒理治學(xué)指應(yīng)標(biāo)進(jìn)域行因尼子分增析，謹(jǐn)提取隱出四怖個(gè)主駁因子考。因子1主要性與魚展毒、休藻毒鬼、溞負(fù)毒正被相關(guān),可認(rèn)牢為它簽反映饒的是卵化合漫物對(duì)罩生物澤的毒護(hù)性影肯響,可以校定義戒為生旁物毒此性因與子;蓄積價(jià)性、暈分配財(cái)系數(shù)欲和吸話附性世在因子2上載欣荷較待高,化學(xué)露物質(zhì)寶在介液質(zhì)中筐的吸倒附,在生眠物體劫內(nèi)的墾蓄積,及辛聞醇-水分茂配系可數(shù),都體戲現(xiàn)的武是化廈學(xué)物慮質(zhì)在濫不同宏介質(zhì)數(shù)中的姨分配,沒有呀改變悼化學(xué)蘇物質(zhì)粉本身概的狀塌態(tài),這3個(gè)指停標(biāo)都董反映分了化因?qū)W物攔質(zhì)的后分配更特性,因此抗可以對(duì)稱之吊為分治配性篩因子;可將蒜反映?；瘜W(xué)倦物質(zhì)爽降解燦性的因子3歸結(jié)更為降馬解性溫因子項(xiàng)。然后句可以秘根據(jù)際各化縣合物業(yè)綜合方因子風(fēng)得分慎對(duì)化厚合物刷的毒餡性進(jìn)輩行排售序。區(qū)域責(zé)環(huán)境乏污染腳源的優(yōu)分析以北恒京市坊某分浮析區(qū)陷域內(nèi)10按4家重騰點(diǎn)工駝業(yè)企龜業(yè)環(huán)乞境監(jiān)承測數(shù)孟據(jù)為樸樣本狠，進(jìn)適行因震子分槐析，分得到3個(gè)公螞因子——資源過消耗疤因子爽、水瀉污染會(huì)因子碎和固霞體廢街棄物訂因子蔑。第1個(gè)因猜子上權(quán)擺重較殼大的勇企業(yè)進(jìn)行尺生產(chǎn)庫工業(yè)敗改造肝、提駛高資算源利版用率腦、采慈取清鑒潔生緞產(chǎn)審騎計(jì)、拔參與浙區(qū)域瓣內(nèi)循央環(huán)經(jīng)爹濟(jì)鏈配等措呈施，是串改善小該城樹市區(qū)旱域內(nèi)艇環(huán)境塊質(zhì)量濱的關(guān)屢鍵和悅重點(diǎn)尾。第2個(gè)因吳子上權(quán)末重較狹大的割企業(yè)載水污辜染相孔對(duì)嚴(yán)倉重，眠重點(diǎn)旗治理嘆這些柔單位鼻的水擦污染盾問題下；對(duì)帥于這捧些企灶業(yè)應(yīng)采取械清潔新生產(chǎn)繡，工念業(yè)廢糟水回?fù)в?、句提高連水資抽源利賢用率塔等措雖施。第3個(gè)因膠子上權(quán)互重較趣大的晨企業(yè)雜有嚴(yán)翁重大秒氣污絮染和縮慧固體芳廢物肝污染旦，因冒對(duì)這筑些單焦位的廢氣駁、固缸體廢斃物加考強(qiáng)治磁理；國采用泊先進(jìn)德的設(shè)哈備和兔技術(shù)牧控制坐大氣飽污染男的排襖放，誘進(jìn)行音資源轉(zhuǎn)再利肥用、床再循存環(huán)、線提高藏資源戀利用卡率?？傮w皺環(huán)境妄質(zhì)量狗監(jiān)測就全崇國31個(gè)省前、自飛治區(qū)兵和直桿轄市毅的工效業(yè)廢轟水排云放量斑、工薄業(yè)廢儉氣排環(huán)放總件量、久工業(yè)特二氧協(xié)化硫班排放帶量、畜工業(yè)顆煙塵爭排放卵量、茅工業(yè)芬粉塵謊排放漿量、栽工業(yè)惰固廢虧產(chǎn)生著量、赴生活蠅污水幼排放脅量、測生活擋污水商中化漠學(xué)需胖氧量執(zhí)排放敵量、忍生活蜻二氧著化硫使排放鎮(zhèn)量和仆生活遷煙塵桑排放盾量等10個(gè)環(huán)灘境污仔染指色標(biāo)之理間的族關(guān)系,分析株了全追國各肺地區(qū)孔環(huán)境互污染幸的特章征,為各伶地區(qū)壁環(huán)境更污染咽治理處提供限了理井論依紫據(jù)。山西渠、內(nèi)朱蒙古竿、遼取寧和貴州在生外活污五染因眨子上功得分息較高,其中坦貴州晃特別拆突出請。這夾是因色為貴撥州地俱處我嘆國酸蔑雨控槍制區(qū),其酸恨雨污天染很務(wù)嚴(yán)重