方差分析在机动车污染物减排中的应用

周海阳

南京审计学院数学与统计学院，江苏南京 211815

方差分析在机动车污染物减排中的应用

周海阳

南京审计学院数学与统计学院，江苏南京 211815

为了找出影响机动车减排的主要原因，本文通过二因素方差分析分别对车辆使用增加年限、车辆排放标准和车辆使用油品进行比较，最终得出车辆使用油品对机动车减排的影响最为显著。

方差分析；污染物减排

引言

方差分析（Analysis of Variance，简称ANOVA），又称“变异数分析”或“F检验”，由英国统计学家R.A.Fisher创立。方差分析是分析试验数据的一种常用方法，对于试验所得的数据，由于试验条件不同（即同一因素的不同水平或不同因素的各个水平）会引起试验结果有所不同；另一方面由于各种随机因素的干扰，试验结果也会有所不同，由试验条件不同所引起的试验结果的差异是系统性的，而随机因素引起的差异是偶然性的。在一个试验中，各种因素综合在一起，它们相互制约，相互依存。方差分析的目的在于从试验数据中分析出各个因素的影响及各个因素的交互影响，以确定各个因素作用的大小。

方差分析最早应用于生物和农业，其后在很多科学研究方面都得到了广泛的应用。本文利用南京车辆尾气检测实时数据监控系统，对2009—2012年四年当中4月1日—30日检测结果进行统计，通过二因素方差分析找出影响机动车减排的主要原因。

1 影响机动车污染物减排的因素

截至2011年底，南京市机动车保有量突破130万辆，未来的5到10年仍将处于高速增长期。巨大保有量的背后，是日益加剧的尾气污染问题，而机动车尾气污染对空气质量以及人体健康的影响也将更加显著。根据《南京市机动车污染防治年报》数据显示，2011年南京市机动车排放一氧化碳（CO）15.6万吨，碳氢化合物（HC）2.04万吨，氮氧化物（NOx）3.0万吨，颗粒物（PM）0.255万吨。相关研究表明，影响机动车污染物减排的因素大致有以下三个方面：车辆使用增加年限、车辆排放标准和车辆使用油品。

下面三张表格给出了2009-2012年四年当中4月1日-30日NOX排放值检测结果。从数据中可以看出，车辆排放标准的提高和车辆使用油品标准的提高都会使得NOX排放值降低，而车辆使用年限的增加则会在一定程度上使得NOX排放值增加。

表1 排放标准和增加年限影响下的NOX排放值(单位:mg/Nm3)

表2 排放标准和使用油品影响下的NOX排放值(单位:mg/Nm3)

表3 增加年限和使用油品影响下的NOX排放值(单位:mg/Nm3)

2 影响机动车污染物减排的因素方差分析

根据三张表中的NOX排放值，分别利用二因素方差分析，得出车辆使用增加年限、车辆排放标准和车辆使用油品三个因素对NOX排放值影响是否显著，并找出影响最为显著的一个因素。

对表一进行二因素方差分析，记因素A为增加年限，因素B为排放标准， 方差分析表如下：

表4 方差分析表一

由于0.3 8＜F0.10(3，3)=5.3 9，1.88＜F0.10(1，3)=5.54，所以在α=0.10显著性水平下，上表数据显示：因素A即增加年限和因素B即排放标准对NOX排放值的影响都不十分显著。但相对来说，因素B即排放标准的水平变化对总的偏差平方和的贡献SB/ST(31.26%)比因素 即增加年限的水平变化对总的偏差平方和的贡献SA/ST(18.89%)大一些。

对表二进行二因素方差分析，记因素A为使用油品，因素B为排放标准， 方差分析表如下：

表5 方差分析表二

由于1 9.0 3＞F0.10(2，2)=9.0 0，16.91＞F0.10(1，2)=8.53，所以在α=0.10显著性水平下，上表数据显示因素A和因素B即使用油品和排放标准都对NOX排放值有显著影响，但SA/ST(66.79%)比SB/ST(29.68%)大，说明因素A的水平变化对总的偏差平方和的贡献大于因素B，因此使用油品对NOX排放值的影响较排放标准更为显著。

对表三进行二因素方差分析，记因素A为增加年限，因素B为使用油品，方差分析表如下：

表6 方差分析表三

由于0.8 9 2＜F0.10(3，6)=3.2 9，13.977＞F0.10(2，6)=3.46，所以在α=0.10显著性水平下，上表数据显示：因素A即增加年限对NOX排放值的影响非常不显著，而因素B即使用油品对NOX排放值的影响非常显著。两者对总的偏差平方和的贡献分别为SA/ST(7.30%)比SB/ST(76.31%)

综上所述，各因素对NOX排放值的影响由大到小排序：使用油品、排放标准、增加年限，其中使用油品对NOX排放值的影响尤为显著。

同样，对CO、HC排放值的影响因素分别进行二因素方差分析，得出各因素对排放值的影响由大到小排序均为：使用油品、排放标准、增加年限。

3 结语及现状

通过以上方差分析可以看出，在影响机动车污染物排放的因素中，车辆使用油品的影响最为显著，因此，进一步提升油品质量至关重要。相关数据表明，南京市2012年国4油供应后三种主要污染物平均浓度较2009年份下降约50%。2014年青奥会前，南京市将全面供应国4油品，国4及以上车用汽油或车用柴油供应量超过80%。

同时，也要加强对车辆排放标准的控制。2011年，南京市国0标准的车辆从2009年的8%下降为4.3%，国Ⅰ标准车辆从26.2%下降为18.8%，国Ⅱ标准车辆从36.6%下降为27.9%，国Ⅲ及以上标准车辆从29.3上升为49%，从而直接减少CO排放1万吨、HC排放0.16万吨、NOx排放0.33万吨。

另外，也要加强老旧车辆的淘汰更新。南京市从2010年8月份开始黄标车“以旧换新”补贴工作，在此期间共淘汰老旧车和黄标车1.52万辆。目前，南京主城区老旧车数量显著减少。

[1]约翰逊.实用多元统计分析.[M]清华大学出版社，2008

[2]王荣鑫.数理统计.[M]重庆大学出版社，2008 [3]李红.统计分析软件及应用实验.[M]经济科学出版社，2008

周海阳(1979—),女,江苏淮安人,讲师,硕士,主要从事概率论研究。

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.21.007