区域生态环境质量综合评价方法及应用研究

区域生态环境质量综合评价方法及应用研究

时序全局主成分分析法是经典的主成分分析法和时间序列分析方法的结合，利用这种方法可以对区域生态环境的总体水平随时间的变化态势的进行综合评价。本文基于时序全局主成分分析法以安徽淮河流域地区为例，分析描绘该区域生态环境的变化趋势。最终的描绘结果与安徽淮河流域区域生态环境变化的实际情况是相吻合的。

标签：时序全局主成分;区域生态环境;安徽省淮河流域

1 引言

在人类社会经济快速发展的今天，自然环境所遭受的破坏也是日益严重，如何在谋求区域经济发展的同时，做到保护自然环境以及合理的使用自然资源就成为一个重要的研究课题，而研究这个课题的一个前提条件就是充分掌握该区域生态环境的质量状况并做出合理、科学的区域环境综合评价。只有这样，才能为实现区域经济与环境的协调发展提供现实依据。

本文以时序全局主成分分析法作为环境综合评价的一种途径，它的优点在于其综合评价的结果更具有代表性和稳定性，能够更好的体现区域生态环境质量的动态过程。本文以安徽省淮河流域为例，探讨时序全局主成分分析方法在生态环境质量综合评价方面的应用。

2 时序全局主成分法的基本思想

时序全局主成分法的基本思想是，采用时序立体数据表，对n个点求出一条（最佳）拟合直线，使得这n个点到该直线的垂直距离的平方和最小，并称这条直线维第一主成分，然后再求与第一主成分相互独立的，且与n个点的垂直距离平方和最小的第二主成分。由此类推可得其他主成分。

3 时序全局主成分方法的具体步骤

3.1 建立时序立体数据表及标准化处理

选取对环境产生影响的指标数据建立时序立体数据表，对指标数据进行标准化处理，消除由于量纲的不同造成的影响，从而得到标准化决策矩阵。

3.2 对决策化矩阵进行因子分析

对决策化矩阵进行因子分析,求出其协方差矩阵，再求出相关矩阵。求出相关矩阵的特征根及其所对应的特征向量。

3.3 提取主成分

一般來说，协方差矩阵的特征根个数与主成分的数量是相等的，因此，需要衡量每个主成分对原来所选变量的变化程度的反映情况。主成分的贡献率越大，说明主成分的综合能力越强。选取累计贡献率达到80%以上的前n个主成分，由这n个主成分就可以较好的反映我所选取的各项评价指标。

3.4 构造区域经济增长评价模型

将提取的前n个主成分的特征向量与标准化后的数据相乘，就可以得到各个主成分得分F1、F2….Fn。再以每个主成分的方差贡献率为权重，就得到综合评价函数：Z=L1

*F1+L2

*F2+…..+Ln

*Fn（L为各主成分方差贡献率）

3.5 时序分析

绘制时间序列动态趋势图，由趋势图可以直观的看到随年份变化该区域生态坏境变化的具体状况，并由此可进一步进行分析和研究。

4 应用举例

为了更详细的说明时序全局主成分分析法在区域生态环境变化中的应用，以下将以安徽省淮河流域为例，给出具体的分析步骤和方法。

4.1 指标体系构建及数据标准化处理

本文选取安徽淮河流域2000-2007年的工业废水排放达标率（x1）（%）、水资源总量（X2）（亿立方米）、耕地面积（X3）（公顷）、工业废气排放量（x4）（立方米/人）、工业废水排放量（X5）（吨/人）、工业固体废物产生量（X6）（吨/人）、绿地面积（x7）（公顷）、工业二氧化硫去除量（X8）（吨）、（三废）综合利用产品产值（X9）（万元）、污染治理项目本年完成投资额（X10）（万元）、全年降水量（X11）（亿立方米）等11项指标共8年的数据，来作为该区域生态环境的样本点。利用spass软件进行无量纲化处理后得到新的标准化数据。

4.2 区域环境变化的动态描述和评价

利用spass软件对数据进行因子分析并得到累计贡献率、特征值、方差贡献率，提取累计贡献率已经达到了82.787%的3个主成分，这3个主成分基本上保留了原来指标的信息。对载荷矩阵中的数据经过处理得到的三个主成分的特征向量，然后得到3个主成分的值，以F1，F2，F3的方差贡献率为权重，带入综合评价函数，可得每个年份的综合评价值,Z=-1.421，-0.686，-0.94，-0.832，-0.15，1.432，1.463，1.128

4.3 时序分析

以纵坐标代表综合主成分得分，横坐标坐标代表时间

绘制时间序列动态趋势图，如图1所示。

图1反映的是2000-2007年8年时间淮河流域生态环境的变化趋势，从图中可以看到综合主成分的评价值基本上处于逐年增大的状况，从02年至05年增长率较高，说明由于区域经济的快速发展给该区域的环境承受能力带来了空前的挑战，增长方式的不合理性逐渐体现。到2007年综合评价值开始递减，说明淮河流域生态环境的恶化趋势得到了一定的遏制，一系列节能减排政策和淮河污染防治措施的实施有力提高了工业“三废”的排放量达标率，对区域生态环境的优化产生重要影响。以上的描绘结果与安徽淮河流域区域生态环境变化的实际情况是相吻合的，证实了时序全局主成分分析方法对生态环境质量综合评价的可行性和可靠性。

5 结论

通过以安徽省淮河流域生态环境变化为例的实证分析可以看出，基于时序全局主成分分析法建立的区域生态环境变化趋势评价方法是切实可行的，同时也是准确和客观的。

通过主成分的综合评价值，可以清楚的看到区域生态环境的变化趋势。其次，由主成分贡献率可以了解到，在生态环境变化的过程中，是哪些因素起到了重要的作用，有利于我们了解其中的相关机理，并对此作出相应的政策与建议。

参考文献

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注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”