因子在环境科学中的应用

因子分析在环境科学中的应用作者：徐婷婷解瑞丽

因子分析是从全部原始变量中将有关信息集中起来,通过探讨相关矩阵的内部结构,将多变量综合成少数因子,以再现原始信息之间的关系,并进一步探讨产生这些相关关系的内在原因的一种多元统计分析方法。

主成份分析与因子分析比较主成份分析和因子分析都是基于降维的思想主成份分析和因子分析计算方法相似，但因子分析在主成份分析基础上有所发展主成份分析提取的主成份不一定具有明确的含义，而因子分析主因子代表一定含义主成份分析只能对样本排序，因子分析还可以判定主要影响因素，找出问题本质因子分析广泛的应用于环境科学的各个领域：大气污染分析

大气颗粒物污染分析大气主要污染来源分析水环境问题分析

水污染的主要因素及水质评价基于因子分析定权的水质评价模型水体富营养化分析水化学特征分析矿石淋溶作用对地下水的影响噪声源分析土壤污染分析化学物质生物危害分析区域环境污染源分析总体环境质量检测大气颗粒物污染分析大气颗粒物来源及各源贡献率分析采用改良后的因子分析——绝对主因子分析法并引入了富集因子这一概念

北京市可吸入颗粒物污染源分析主因子载荷较高的组分富集因子污染源1Ca、Mg、Cr、OC（有机碳）、EC（元素碳）建筑水泥尘/机动车尾气尘/燃煤尘2Al、Na、Ti、Si均接近于1土壤风沙尘3二次粒子NH4+、NO3-、SO42-大气细粒子光化学反应二次来源4As、Ba、Cu、Mn、Pb、ZnCu、Pb、Zn、As明显大于10工业粉尘5K生物质燃烧6Ni油的燃烧大气颗粒污染物分析不同季节PM10水溶性组分分析选取沈阳市6个监测点位,采集2005年冬、春、夏、秋大气可吸入颗粒物样本，用因子分析法分析了沈阳市大气可吸入颗粒物水溶性组分的来源，得到以下结论：

春季，大气可吸入颗粒物主要有来源有工业源、土壤、建筑源、交通源；

夏季，主要来源有工业源、交通源；

秋季，主要来源有工业源、土壤、建筑源；

冬季，主要来源有工业源、交通源、土壤、建筑源；由沈阳市各种源对PM10水溶性组分的贡献率分析得，沈阳市工业、燃煤源对PM10水溶性组分的贡献最大,其中尤以夏季突出,说明工业、燃煤型污染相对较重。其次为土壤源,沈阳市夏季土壤源对PM10没有贡献,说明城市绿化及软硬覆盖较好。交通源排在第三位,这与近年来机动车保有量的迅猛增加有关,而在冬季贡献最大,与北方冬季气象、路况等因素相关。调整产业结构，减少重污染工业比重加强能源结构调整，鼓励开发、使用新型环保型能源加强对建筑工地日常监督管理改善路况，加强冬季特殊天气的车辆疏导水环境问题分析水污染的主要因素及水质评价水体中的污染物多种多样，不同水体污染因素与污染程度不同，选取水质指标高锰酸钾指数、pH值、悬浮物、溶解氧、生化需氧量、总氮、硝酸盐、总磷、总硬度等代表各种污染的指标进行因子分析可以判断出水体的主要污染因素，如有机污染、无机污染、重金属污染等，进而对各区域水体污染程度排序，根据分析结果可以分析不同区域污染状况与周围污染源的关系，找出主要治理对象和治理措施。关于这方面的研究非常多，说明因子分析在水质评价中的应用已经很成熟。水环境问题分析基于因子分析定权的水质评价模型该模型由因子得分系数和方差贡献率确定指标权重，然后以指标权重与各水样相应指标的标准化值进行加权平均得到水质评价的综合指标值，进而对评价样本进行排序和分级。它不仅可以区分水质的好坏，还可以掌握主要污染物的种类及其时空变化规律。各指标权重：

βji：代表第i个指标在第j个主因子上的载荷；ej：代表第j个主因子的方差贡献率。综合指标：zi：代表第i个指标的标准化值水环致境问寇题分员析水体策富营加养化赏分析与前具面水统污染献的主呀要因纪素及营水质形评价会方法伴相同辞，只旁是选听取的元评价匆指标腰不同逢，水亚质评金价选嫩取与虽各种贪因素压有关惹的指俊标，皇而富领营养加化分澡析选炕取与纽奉富营庙养化责有关贱的指娘标。通过海因子龄分析封可以晒得到锯水体倍富营切养化置的主盏要影钳响因葱素，稀以便则针对巴富营昂养化厚的主极要影慕响因箩素进防行治那理，距能收念到更羊好的晋治理浅效果院。水环窄境问刷题分俊析水化妇学特拴征分正析水化居学特剥征是胀阐明抢水体旺形成异、演哗化和竞成盐斜规律傲的基努础,而水合化学才特征烈是通疮过水包体中彼众多卧化学捎元素袋的化蛙学组雨成来耍反映覆的,显然祥采用唯因子单分析宫可以境揭示刚水体枕水化握学特平征的势内在牛规律到。以省前人楚对艾丸比湖柜的研顺究为店例，沙选取堂艾比薪湖8种组掘分，抬分别猴为Na++K+、Mg2+、Ca2+、Cl-、SO42-、CO32-和HC兔O3-（前羞苏联多学者禽瓦里裙亚什讽科研怠究盐咳湖水残化学绵特征健时选医取的泪组分欠），物进行乳因子冲分析纪，得法到两展个主踪蝶因子拳分别训对应革两大斥水化怎学类塘型，插其中来硫酸好钠亚集型是正艾比裕湖的候主要容分布忽类型,其次扒是氯钓化钠驴亚型猛。水环善境问英题分搜析矿石赔淋溶功作用岔对地录下水敲的影济响煤矸错石是名煤炭宇生产狠和加貌工过规程中株产生羞的固嚷体废脸弃物未。将顿煤矸论石填嚼充到择矿井逆采空树区,可以首解决梁矸石是堆放搬造成抬的环蹄境污插染以太及煤合矿采惹煤引留起的棉塌陷攀问题势。但掩填充揪的煤泡矸石踩在矿演井中打受到目矿井雷水的穗淋溶晚、浸撒泡作膛用,溶出牺大量摊有毒港有害锐化合厅物及耍元素,有可拘能造僻成地灿下水卸环境踩的污理染。拆通过颗室内劣淋溶端试验众模拟牲矿井义填充伞对地耀下水仅的污盯染,分析币填充泽对地挺下水陵环境仿的影筐响因政子,预测饿其污权染趋度势。雀经因底子分鬼析得遗出矸械石淋定出水桌样中忧氟离蝴子、陪硫酸当根和政重金句属离硬子是节重要朴的污叠染因度子;采用市矸石英填充呢采空殖区时,必须跌重视凤这些博对地策下水牧影响殊的主匪要因齐子。由此张可见利用倚因子鉴分析寺研究平矿石林淋溶汽作用躺对地塔下水扭的影悉响并长分析扎主要材污染卧因子靠对矿规井填腐充材虑料选绪择，撒填充福预处搏理及冻注意甚事项致等有戏重要骆的指扒导意攻义。噪声确源分否析在道禁路交烘通噪鸽声分朱析中壮应用揪因子忧分析歪法能宏方便画地分程析出挠影响颂道路澡交通匙噪声雕的各稠因素违之间摇的关翼系，识并从既中找难出最确基本勤的影闸响因裳素，印在珠昂海特排区环端境噪彩声现洋状调玩查中免分析业道路名交通闹噪声旅时应惹用了止因子娘分析俭方法慈取得着了较琴好的观效果皇。第一包因子F1主要愤代表勉了路叹段测凭点的蚀声级睛水平密，因差此，栽道路径交通梅噪声岂的治老理重风点应任该是判重型底车及更轻型纽奉车的皱流量厘，具糖体说露就是限制熟重型彻车进赏入，妥限速塘及禁勉止鸣释笛。第二党因子F2综合历反映距了路富段的暗繁华睬程度样，因排此可长利用析它们蹄将要感研究俗的路困段分瞎成城邪区中六的繁锯华路披段和毛边缘货的非叶繁华膝路段孙两种弟道路顾类型苏分别磁进行贿研究杀，以授求准确我地了贞解不银同类获型道阴路其罪交通拴噪声刷的规悼律。土壤件污染伶分析土壤祥污染窜包括扯很多窃方面胶，如予重金寨属、鱼氮、荡磷、某易降萝解有势机物掌、难业降解迟有机啊物、希游离化态或谷络合博态的坐物质灶等，通过作因子固分析应可以包判定筹主要察污染念因素继，以叼找到墨重点爬治理例对象。主因子载荷较高的元素污染来源1Cd、Pb汽车尾气颜料、冶炼、橡胶、农药、石化废水干湿沉降2As、Ni印染厂废水（局部污染）3Cr重污染工业区4Hg燃煤、工业排放、汽车尾气、干湿沉降5Zn工矿企业三废（局部污染）6Cu化工、塑料、橡胶、印染行业三废商业居民活动对太旺原市版土壤请重金锡属污躁染状贞况的歪因子吴分析化学都物质尸生态露危害拳分析不同惕污染醋物污孟染性抽质、承污染特程度支不同笼，通畅过对战化学稼物质国生态稿毒理尖学指立标的幻玉因子肚分析岛，可以膜分析意出影轰响化晃合物辩毒性肌的主同要因蛙素及斗化合愧物污旦染程凳度。选取61种环舍境优栋先污彩染物滴对它恐们的缴环境治毒理治学指应标进域行因尼子分增析，谨提取隐出四怖个主驳因子考。因子1主要性与鱼展毒、休藻毒鬼、溞负毒正被相关,可认牢为它签反映饶的是卵化合漫物对罩生物泽的毒护性影肯响,可以校定义戒为生旁物毒此性因与子;蓄积价性、晕分配财系数欲和吸话附性世在因子2上载欣荷较待高,化学露物质宝在介液质中筐的吸倒附,在生眠物体劫内的垦蓄积,及辛闻醇-水分茂配系可数,都体戏现的武是化厦学物虑质在滥不同宏介质数中的姨分配,没有呀改变悼化学苏物质粉本身概的状塌态,这3个指停标都董反映分了化因学物拦质的后分配更特性,因此抗可以对称之吊为分治配性筛因子;可将蒜反映茫化学倦物质爽降解灿性的因子3归结更为降马解性温因子项。然后句可以秘根据际各化县合物业综合方因子风得分慎对化厚合物刷的毒馅性进辈行排售序。区域责环境乏污染脚源的优分析以北恒京市坊某分浮析区陷域内10按4家重腾点工驼业企龟业环乞境监承测数孟据为朴样本狠，进适行因震子分槐析，分得到3个公蚂因子——资源过消耗疤因子爽、水泻污染会因子碎和固霞体废街弃物订因子蔑。第1个因猜子上权摆重较壳大的勇企业进行尺生产库工业败改造肝、提驶高资算源利版用率脑、采慈取清鉴洁生缎产审骑计、拔参与浙区域瓣内循央环经爹济链配等措呈施，是串改善小该城树市区旱域内艇环境块质量滨的关屡键和悦重点尾。第2个因吴子上权末重较狭大的割企业载水污辜染相孔对严仓重，眠重点旗治理叹这些柔单位鼻的水擦污染盾问题下；对帅于这捧些企灶业应采取械清洁新生产绣，工念业废糟水回搂用、句提高连水资抽源利贤用率塔等措虽施。第3个因胶子上权互重较趣大的晨企业杂有严翁重大秒气污絮染和缩慧固体芳废物肝污染旦，因冒对这筑些单焦位的废气驳、固缸体废毙物加考强治磁理；国采用泊先进德的设哈备和兔技术牧控制坐大气饱污染男的排袄放，诱进行音资源转再利肥用、床再循存环、线提高藏资源恋利用卡率。总体皱环境妄质量狗监测就全崇国31个省前、自飞治区兵和直杆辖市毅的工效业废轰水排云放量斑、工薄业废俭气排环放总件量、久工业特二氧协化硫班排放带量、畜工业颗烟尘争排放卵量、茅工业芬粉尘谎排放浆量、栽工业惰固废亏产生著量、赴生活蝇污水幼排放胁量、测生活挡污水商中化漠学需胖氧量执排放敌量、忍生活蜻二氧着化硫使排放镇量和仆生活迁烟尘桑排放盾量等10个环滩境污仔染指色标之理间的族关系,分析株了全追国各肺地区孔环境互污染幸的特章征,为各伶地区壁环境更污染咽治理处提供限了理井论依紫据。山西渠、内朱蒙古竿、辽取宁和贵州在生外活污五染因眨子上功得分息较高,其中坦贵州晃特别拆突出请。这夹是因色为贵拨州地俱处我叹国酸蔑雨控枪制区,其酸恨雨污天染很务严重