Анализ показателей, оказывающих влияние на количество уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ

Экология стала для всего человечества не только наукой, а и способом мышления, поведения, реальностью действий, основой гуманизма, духовности и понимания единства человека с природой. Сложившаяся в мире экологическая ситуация вызывает обоснованную тревогу и опасения всех людей планеты.

Целью работы является анализ зависимости количества уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ от различных показателей, описывающих экологическую обстановку в регионах Российской Федерации.

Для проведения анализа была взята выборка значений следующих показателей по 63 регионам РФ за 2019 год. Данные были предварительно стандартизованы для обеспечения корректного сравнения значений наблюдений, собранных в различных условиях. Решение практических задач методами статистического анализа осуществляется в системе STATISTICA.

Показатели, участвующие в классификации, следующие: Y – Уловлено и обезврежено загрязняющих веществ (тысяча тонн); X1 – Число случаев лесных пожаров (единица); X2 – Выброшено в атмосферу загрязняющих веществ за отчетный год от сжигания топлива (для выработки электро- и теплоэнергии) (тысяча тонн); X3 – Доля уловленных и обезвреженных загрязняющих атмосферу веществ в общем количестве отходящих от стационарных источников (тысяча тонн); X4 – Забор воды из природных водных объектов (миллион кубических метров); X5 – Количество объектов, имеющих стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха (единица); X6 – Наличие автомобильного транспорта (штука); X7 – Объем выбросов вредных(загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автомобильного транспорта (тысяча тонн); X8 – Площадь лесных земель (тысяча гектаров); X9 – Погибло лесных насаждений (гектар); X10 – Число санаторно-курортных организаций (единица);

Переменная У (уловлено и обезврежено загрязняющих веществ) - зависимая переменная или результативный показатель, остальные независимые переменные - факторы или предикторы. Таким образом, воспользовавшись методами статистического анализа необходимо провести множественный регрессионный анализ зависимости количества уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ от ряда факторов, провести факторный анализ по исходным данным о странах.

Уравнение регрессии было построено при помощи процедуры оценивания «Пошаговая» с исключением на каждом шаге, в результате оно имеет вид:

Связь высокая, так как множественный R равен 0,89. Доля дисперсии объясненной регрессией (R²) составляет 80%. F_ф  = 57,33, что значительно превосходит F_кр = 4,49 при степени надежности Р=0,95, следовательно, обнаруженная линейная связь существенна.

На основании полученного уравнения регрессии можно сделать следующие выводы:

1. Если количество выброшенных в атмосферу загрязняющих веществ за отчетный год от сжигания топлива (для выработки электро- и теплоэнергии) (Х2) увеличатся на 1%, то объем уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ (Y) увеличится на 0,82% при прочих неизменных факторах;

2. Если доля уловленных и обезвреженных загрязняющих атмосферу веществ в общем количестве отходящих от стационарных источников (Х3) увеличится на 1%, то объем уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ (Y) увеличится на 0,2% при прочих неизменных факторах;

3. Если площадь лесных земель (Х8) увеличится на 1%, то объем уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ (Y) уменьшится на 0,38% при прочих неизменных факторах;

4. Если площадь погибших лесных насаждений (Х9) увеличатся на 1%, то объем уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ (Y) увеличится на 0,34% при прочих неизменных факторах;

Метод главных компонент объединяет множество данных в схожие группы – компоненты, что значительно упрощает модель, уменьшая число переменных.

График собственных значений факторов (Scree plot button) позволяет выбрать число значимых факторов для дальнейшего анализа. В данном случае убывание собственных значений слева направо замедляется на 3 факторе (Рис.1)

Рисунок 1. График «каменистой осыпи»         Рисунок 2. Факторные нагрузки

Наилучшие показатели коэффициентов информативности были получены при помощи метода вращения Varimax raw (рис.2).

Фактор 1 – «Чистота атмосферного воздуха» включает в себя четыре переменные:

X5 – Количество объектов, имеющих стационарные источники загрязнения атмосферного воздуха (единица, значение показателя за год);

X6 – Наличие автомобильного транспорта (штука);

X7 – Объем выбросов вредных(загрязняющих) веществ в атмосферный воздух от автомобильного транспорта (тысяча тонн, значение показателя за год);

X10 – Число санаторно-курортных организаций (единица, значение показателя за год);

, что больше допустимого уровня.

Фактор2 – «Состояние лесных насаждений» также включает в себя четыре переменные:

X1 – Число случаев лесных пожаров (единица);

X2 – Выброшено в атмосферу загрязняющих веществ за отчетный год от сжигания топлива (для выработки электро- и теплоэнергии) (тысяча тонн, значение показателя за год);

X8 – Площадь лесных земель (тысяча гектаров);

X9 – Погибло лесных насаждений (гектар, значение показателя за год);

,что больше допустимого уровня.

Фактор 3 - «Доля уловленных загрязняющих атмосферу веществ от общего количества» включает в себя только одну переменную:

X3 – Доля уловленных и обезвреженных загрязняющих атмосферу веществ в общем количестве отходящих от стационарных источников (тысяча тонн, значение показателя за год);

 что - меньше допустимого уровня.

Таким образом, первый фактор на 89,65% объясняет вариации переменных, а второй на 96,94%. Но модель нельзя считать полностью корректной, поскольку Кинф 3< 0,75. Применение других методов вращения улучшения в модель не приносит.

Проведение регрессионого анализа на главных компонентах показало, что все факторы оказались значимы. Уравнение регрессии имеет вид:

Связь хорошая, так как множественный R равен 0,72. Доля дисперсии объясненной регрессией (R²) составляет 52,43%. F_ф  = 21,68, что значительно превосходит F_кр = 3,59 при степени надежности Р=0,95, следовательно, обнаруженная линейная связь существенна.

Таким образом за 2019 год в регионах РФ 32,26% изменений объема уловленных и обезвреженных загрязняющих веществ зависело от чистоты атмосферного воздуха, 50,55% зависело от состояния лесных насаждений и 40,59% изменений приходились на доли уловленных загрязняющих атмосферу веществ.