тИпОлОгИзАЦИя тЕРРИтОРИй пО уРОвНЮ АНтРОпОгЕННОй

О.Г. Матковская
ТИПОЛОГИЗАЦИЯ ТЕРРИТОРИЙ
ПО УРОВНЮ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ
НА АТМОСФЕРНЫЙ ВОЗДУХ
Аннотация:
Рассматривается методика типологизации территорий по уровню антропогенной нагрузки на атмосферной воздух. Основное содержание
данной методики заключается в том, что при группировке территорий
используется интегральный индикатор антропогенной нагрузки на воздушный бассейн на отдельных территориях.
Ключевые слова: антропогенная нагрузка, типологизация территории, состояние атмосферного воздуха, метод главных компонент, карта регионов по уровню
антропогенной нагрузки.
CLASSIFICATION OF TERRITORIES BY THE LEVEL
OF ANTHROPOGENIC LOAD ON A FREE AIR
Abstract:
The technique of territories classification according to the level of
anthropogenic load on free air is considered. The basic principal of the
given technique is that while grouping of territories the integrated indicator
of anthropogenic load on air basin in separate territories is used.
Keywords:
anthropogenic load, territory classification, free air state, method of principal
components, map of regions according to the level of anthropogenic load
* Статья поступила в редакцию 21 декабря 2011 г.
Введение
Исследование состояния атмосферного воздуха на региональном уровне имеет принципиально важное значение, поскольку позволяет: дать
характеристики экологической ситуации в регионах; выделить группы
районов по экологическому положению; оценить положение регионов
относительно друг друга; выявить аномальные регионы по состоянию
атмосферного воздуха; районировать систему природоохранных мероприятий для каждой однородной группы регионов с целью регулирования
уровня загрязненности атмосферного воздуха.
Несмотря на свою значимость в аналитической практике, статистические данные отдельных регионов (областей Беларуси) используются исследователями недостаточно активно и со значительными ограничениями
по набору характерных признаков [1, с. 10]. Такое положение обусловливается рядом причин, главной среди которых видится необходимость
обработки больших массивов данных и интегрирования разноплановых
показателей, нередко отражающих противоречивые тенденции. Решение
подобной задачи становится возможным с использованием метода факторного анализа, предполагающего формирование некоторой системы
показателей, представляющей наблюдаемые объекты [4], [5]. Избрав в
Экономика и управление * № 2 * 2012
79
О.Г. Матковская
качестве последних административные территориальные единицы – области – и поставив
целью их комплексное отображение по состоянию атмосферного воздуха, отберем следующие показатели антропогенной нагрузки
на воздушный бассейн:
X1 – плотность выбросов вредных веществ,
поступающих в атмосферный воздух от стационарных источников, тыс. т./км 2;
X2 – удельный вес загрязняющих веществ
1 и 2-го классов опасности в общем объеме
выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников, %;
X3 – число стационарных источников выбросов, тысяч единиц;
X4 – плотность выбросов вредных веществ,
поступающих в атмосферный воздух от передвижных источников, тыс. т./км 2;
X5 – коэффициент интенсивности нагрузки
жителей на единицу площади зеленых насаждений, чел./км 2.
Оценка и интерпретация значений
главных факторов
В связи с тем, что области имеют различные размеры территории и численность населения, показатели объемов выбросов вредных
веществ в атмосферный воздух рассчитаны
на единицу площади. В анализе использовались данные за 1995–2010 гг. Однако перед
процедурой реализации факторного анализа
возникла необходимость предварительной
подготовки исходных данных, которые, в свою
очередь, представлены в виде временных рядов. Каждый уровень временного ряда может
формироваться под воздействием большого
числа факторов, формирующих тенденцию
или циклические колебания ряда, что впоследствии может искажать надежность полученных результатов [3, с. 290]. По каждому исходному ряду динамики была устранена
автокорреляция уровней.
В ходе проведения факторного анализа с
использованием пакета Statistica отдельно
по каждой области методом максимального
правдоподобия был отобран первый значимый латентный фактор, который описывает в
среднем около 60% информации, заключенной
в исходных признаках X1 – X5.
Далее предстоит процедура экономической
интерпретации обобщенного фактора, которая
заключается в анализе абсолютных значений и
знаков нагрузок, представляющих собой коэффициенты корреляции главного фактора с наблюдаемыми переменными. Полученные факторные нагрузки для каждой области отражены в таблице 1.
Таблица 1 – Нагрузки главного фактора F1 для областей Республики Беларусь и г. Минска
по данным за 1996–2010 гг.
Витебской
области
Гомельской
области
Гродненской
области
городу
Минску
Минской
области
Могилевской
области
X1
X2
X3
X4
X5
Собственные значения
фактора
Вклад фактора в дисперсию признаков
Брестской
области
Наблюдаемые переменные Xi
Факторные нагрузки главного фактора F1 по
0,934
0,885
-0,429
0,825
0,716
0,648
-0,845
0,663
-0,894
-0,702
0,757
0,860
-0,649
0,679
0,903
0,748
-0,845
0,963
-0,694
0,702
0,897
0,707
-0,463
0,890
0,821
0,829
0,722
-0,421
0,903
0,918
0,941
0,898
-0,528
0,923
0,554
3,030
2,866
3,012
3,175
2,983
3,043
3,128
0,606
0,573
0,602
0,635
0,597
0,609
0,626
Источник: авторская разработка.
Первый главный фактор F1 практически во
всех областях имеет наиболее высокие положительные нагрузки на факторные признаки:
X1 – плотность выбросов вредных веществ,
поступающих в атмосферный воздух от стационарных источников, тыс. т./км 2 (от 0,829
до 0,941);
X4 – плотность выбросов вредных веществ,
поступающих в атмосферный воздух от передвижных источников, тыс. т./км 2 (от 0,825 до
0,923).
80
Факторные признаки X2 (удельный вес загрязняющих веществ 1 и 2-го классов опасности в общем объеме выбросов загрязняющих
веществ от стационарных источников) и X5
(коэффициент интенсивности нагрузки жителей на единицу площади зеленых насаждений)
с полученным фактором также связаны достаточно высокими положительными нагрузками,
значения которых колеблются в пределах от
0,679 до 0,918. Исключение составляет признак X3 (число стационарных источников вы-
Экономика и управление * № 2 * 2012
ТИПОЛОГИЗАЦИЯ ТЕРРИТОРИЙ ПО УРОВНЮ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ…
бросов), который, в свою очередь, с первым
главным фактором связан отрицательной, но
менее значимой по своей величине нагрузкой
(от –0,421 до –0,649). Таким образом, учитывая распределение факторных нагрузок,
первый значимый фактор F1 был интерпретирован нами как антропогенная нагрузка на
атмосферный воздух.
Анализ динамики антропогенной
нагрузки на атмосферный воздух
Расчет матрицы значений главного фактора
F1 дает возможность проследить динамику
изменения антропогенной нагрузки на атмосферный воздух в областях за 15 лет с 1996 по
2010 гг. В исследуемом ряду динамики отсутствует 1995 г., так как после устранения
автокорреляции уровней ряд сократился на
один уровень (табл. 2).
Таблица 2 – Значения главного фактора (F1) по областям Республики Беларусь и г. Минску
по данным за 1996–2010 гг.
Годы
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
Брестская
1,278
1,593
1,236
0,398
-0,264
-0,191
-0,455
-0,640
-0,762
-0,716
-0,675
-1,310
-0,882
-0,403
-0,374
Витебская
0,769
1,093
0,400
0,049
-0,841
-0,955
-1,067
-0,717
-0,643
-0,768
-0,423
-0,144
-0,089
0,668
0,239
Области
Гомельская
Гродненская
1,072
1,713
1,829
1,746
1,295
1,364
1,157
0,878
0,456
-0,119
0,239
-0,178
0,032
-0,709
-0,385
-0,767
-0,339
-0,885
-0,230
-0,828
-0,195
-0,510
-0,950
-0,732
-0,898
-0,648
-0,650
-0,544
-0,424
-0,502
Минская
1,090
1,085
0,501
-0,617
-0,641
-0,857
-1,716
-1,296
-0,810
-0,414
0,031
0,313
0,975
0,641
0,311
Могилевская
1,285
1,607
1,028
0,366
-0,200
-0,308
-0,439
-1,008
-0,817
-1,425
-0,775
-0,742
-0,494
0,157
0,036
г. Минск
2,087
1,014
0,624
0,304
0,366
0,039
0,169
0,266
0,100
0,352
0,530
0,329
0,481
0,898
0,557
Источник: авторская разработка.
Из таблицы 2 видно, что в 1996 г. самый
высокий уровень антропогенной нагрузки на
атмосферный воздух наблюдался в Гродненской области и г. Минске, а самый низкий – в
Витебской области.
В то же время в г. Минске наблюдаются
максимальные темпы сокращения антропогенного воздействия.
Графическое отображение динамики фактора F1 позволяет наглядно представить тенденции антропогенной нагрузки на атмосферный
воздух в областях (рис. 1).
Расположение кривых на графике показало,
что самый высокий уровень антропогенной
нагрузки на воздушный бассейн действительно соответствует г. Минску, так как кривая,
отражающая уровень антропогенной нагрузки
в городе на рисунке 1 располагается только
в зоне положительных значений по оси Fr.
Отмеченное ранее максимальное сокращение
негативного воздействия, присущее г. Минску
относительно других регионов, в начале исследуемого временного периода отразилось
на графике в заметном преломлении кривой.
Рисунок 1 – Динамика значений обобщенного фактора F1 по областям и г. Минску за 1996–2010 гг.
Источник: авторская разработка на основе данных таблицы 3.
Экономика и управление * № 2 * 2012
81
О.Г. Матковская
При оценке динамического поведения Fr выделяется три характерных временных периода:
1. 1996–1998 гг. (период интенсивного
снижения антропогенной нагрузки на атмосферный воздух практически во всех областях
Республики Беларусь).
2. 1999–2003 гг. (период неравномерного
сокращения антропогенной нагрузки на атмосферный воздух).
3. 2004–2010 гг. (период усиления антропогенной нагрузки на атмосферный воздух).
Типологизация территорий
по уровню антропогенной нагрузки
на атмосферный воздух
В дальнейшем была проведена классификация 6 областей и г. Минска в пределах трех
временных периодов с целью выделения качественно однородных территорий по уровню
антропогенной нагрузки на атмосферный воздух. Данная задача легко решается с помощью
приложения кластерного анализа [4, с. 468].
Кластерный анализ проводился по иерархическому агломеративному методу с применением алгоритма полной связи и метрики
Евклида. При построении типологической
группировки использованы непосредственно значения самих главных факторов (F1),
отдельно рассчитанных для каждой области.
В результате проведенного анализа методом объединения удалось обнаружить на
дистанциях 2,84; 3,07 и 3,09 соответственно
по каждой временной позиции кластеры трех
групп (табл. 3).
Таблица 3 – Результаты кластерного анализа областей Республики Беларусь и г. Минска
по данным за 1996−2010 гг.
№ кластера
Значения внутрикластерных расстояний
1
2
1
0,475
2
1,594
3
2,843
1
0,645
2
1,103
3
1,117
1
0,937
2
1,169
3
1,406
Состав кластера
3
1996–1998 гг.
№2 Витебская область;
№6 Минская область
№1 Брестская область;
№4 Гродненская область;
№3 Гомельская область;
№7 Могилевская область
№5 г. Минск;
1999–2003 гг.
№1 Брестская область;
№4 Гродненская область;
№7 Могилевская область
№3 Гомельская область;
№5 г. Минск
№2 Витебская область;
№6 Минская область
2004–2010 гг.
№1 Брестская область;
№3 Гомельская область;
№4 Гродненская область
№2 Витебская область;
№7 Могилевская область
№5 г. Минск;
№6 Минская область
Среднегодовой уровень антропогенной нагрузки на атмосферный
воздух
4
2,088
2,378
2,598
0,758
1,264
0,134
0,325
0,542
1,286
Источник: авторская разработка.
По результатам, представленным в таблице 3, можно отметить наличие определенной
неустойчивости во времени числа и состава
выделенных групп.
Так, по первой временной позиции (1996–
1998 гг.) выделяются два однородных кластера. Первый кластер включает следующие объекты: № 2 (Витебская область) и № 6 (Минская
область). Выделенный кластер имеет низкий
уровень антропогенной нагрузки на атмос82
ферный воздух, о чем свидетельствуют самые
низкие средние значения обобщенного фактора F1 = 2,088 (табл. 4, графа 4).
Во второй кластер включены объекты № 1
(Брестская область), № 3 (Гомельская область);
№ 4 (Гродненская область) и №7 (Могилевская область). По среднегодовым значениям
главного фактора F1 = 2,378 следует, что в
данных регионах отмечается средний уровень
антропогенной нагрузки на атмосферный воз-
Экономика и управление * № 2 * 2012
ТИПОЛОГИЗАЦИЯ ТЕРРИТОРИЙ ПО УРОВНЮ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ…
дух. Следовательно, в областях второй группы
наблюдаются в основном средние значения
всех показателей, отражающих антропогенную нагрузку на воздушный бассейн.
В качестве аномального объекта, находящегося на значительном удалении от двух однородных групп областей, выступает г. Минск.
По первой временной позиции (1996–1998 гг.)
город занимает самое невыгодное положение
относительно других регионов, так как уровень антропогенной нагрузки на атмосферный
воздух у него самый высокий (F1 = 2,598).
В то же время следует отметить, что объемные показатели выбросов в атмосферный
воздух ввиду различных размеров территорий
изучаемых регионов, были приведены на единицу площади. А столичный город, пожалуй,
имеет самую малую территорию относительно
других регионов. Именно поэтому плотность
выбросов вредных веществ, поступающих в
атмосферный воздух от стационарных и передвижных источников в г. Минске превышает
по своим значениям аналогичные показатели в
других областях в среднем в 70–80 раз на протяжении всего изучаемого периода. Однако,
что касается других показателей, то и здесь
г. Минск выделяется среди других объектов
своими самыми высокими значениями. Так,
на протяжении 3-х лет (1996–1998 гг.) в столице наблюдался самый высокий удельный
вес загрязняющих веществ 1 и 2-го классов
опасности (в среднем 22 %, тогда как по республике – 17 %). Значения коэффициента
интенсивности нагрузки жителей на единицу площади зеленых насаждений также
превышают общереспубликанский уровень
в среднем на 15 %.
Следует отметить устойчивое положение
г. Минска в качестве объекта с самым высоким
уровнем антропогенной нагрузки на протяжении 15 лет, то есть с 1996 по 2010 гг.. Однако, если за 1996–1998 гг., как было отмечено
ранее, столичный город выступал в качестве
аномального объекта, то уже в 1999–2003 гг.
к нему присоединилась Гомельская область.
В результате этого образовалась однородная
по своим характеристикам группа с высоким
уровнем антропогенной нагрузки. Для г. Минска и на втором временном периоде остаются
характерными самые высокие значения всех
показателей, включенных в анализ. Что касается Гомельской области, которая совершила
перемещение из группы со средним уровнем
антропогенной нагрузки в группу с высоким,
то это, прежде всего, было вызвано: увеличением плотности выбросов от стационарных
источников в среднем на 5 %; ростом удельного веса загрязняющих веществ 1 и 2-го
классов опасности в среднем на 10 % и числа
стационарных источников в среднем на 5 %.
Остальные регионы распределились следующим образом: во второй кластер вошли
объекты № 1 (Брестская область); № 4 (Гродненская область) и № 7 (Могилевская область).
Данные объекты аналогично предыдущему
периоду характеризуются средним уровнем
антропогенной нагрузки на атмосферный
воздух.
Состав третьего кластера во втором временном периоде остался без изменений. В
него по-прежнему входят Витебская и Минская области, для которых характерен самый
низкий уровень антропогенной нагрузки на
атмосферу.
На третьем временном периоде (2004–
2010 гг.) происходит очередная перегруппировка областей. В первую группу с самым
низким уровнем негативного воздействия на
атмосферный воздух (F1 = 0,325) объединяются Брестская, Гомельская и Гродненская
области.
В то же время данные регионы отличаются
относительно высоким удельным весом загрязняющих веществ 1 и 2-го классов опасности. В первой группе областей около 18 %
загрязняющих веществ из общего объема
выбросов от стационарных источников приходится на загрязняющие вещества 1 и 2-го
классов опасности. В среднем же по Республике Беларусь данный показатель составляет
16 %.
Во вторую группу со средним уровнем антропогенной нагрузки на воздушный бассейн
включены Витебская и Могилевская области.
При этом следует отметить устойчивое положение Могилевской области в группе, для
которой характерен именно средний уровень
антропогенной нагрузки. Пожалуй, только
Могилевская область одна из немногих, на
протяжении всего исследуемого периода не
изменила своего положения относительно
других регионов. По Витебской области напротив, несмотря на постоянное расположение на протяжении 10 лет в группе с низким
уровнем антропогенной нагрузки, происходит
смещение в группу со средним уровнем. Это,
прежде всего, вызвано ростом объемных показателей выбросов загрязняющих веществ
от стационарных и передвижных источников
на единицу площади в среднем на 5–10 %
по сравнению с предыдущими периодами. В
Витебской области отмечается также усиление
Экономика и управление * № 2 * 2012
83
О.Г. Матковская
нагрузки со стороны жителей на единицу площади зеленых насаждений в среднем на 10 %.
Особо интересной представляется наполняемость третьей группы областей, для которой характерен относительно высокий уровень антропогенной нагрузки на атмосферный воздух. Попрежнему она включает г. Минск и Минскую
область, которая до 2004 г. отличалась самым
низким уровнем данного показателя. После
2004 г. плотность выбросов вредных веществ,
поступающих в атмосферу от стационарных
источников, выросла на 5 %, от передвижных
источников – 20 %; удельный вес загрязняющих
веществ 1 и 2-го классов опасности в общем
объеме вредных выбросов от стационарных источников увеличился в среднем на 20 %.
По результатам проведенной классификации областей с использованием геоинформационных технологий автором составлены три
карты распределения территорий по уровню
антропогенной нагрузки в разрезе выделенных
ранее трех временных периодов (1996–1998 гг.,
1999–2003 гг., 2004–2010 гг.). Представленные
карты (рис. 2–4) могут быть использованы для
разработки дифференцированных программ и
планов действий по охране воздушного бассейна, направленных на улучшение состояния
атмосферного воздуха регионов и территорий
с высокой антропогенной нагрузкой.
Выводы
Изучение территориальных различий в
уровне антропогенной нагрузки на атмосферный воздух производилось на основе разработанной автором методики типологизации
регионов. Впервые при группировке территорий были использованы значения интегральных характеристик состояния атмосферного
воздуха, что позволило отразить механизм
формирования уровня антропогенного загрязнения атмосферного воздуха на отдельных территориях.
Первая подгруппа объединяет области с
наиболее высоким среднегодовым уровнем
антропогенного загрязнения, вторая подгруппа – области со средним, а третья – с низким.
Анализ распределения регионов в пределах
трех групп позволяет констатировать, что в
Рисунок 2 – Карта среднегодового уровня антропогенной нагрузки на атмосферный воздух
по областям Республики Беларусь за 1996–1998 гг.
Источник: авторская разработка.
84
Экономика и управление * № 2 * 2012
ТИПОЛОГИЗАЦИЯ ТЕРРИТОРИЙ ПО УРОВНЮ АНТРОПОГЕННОЙ НАГРУЗКИ…
Рисунок 3 – Карта среднегодового уровня антропогенной нагрузки на атмосферный воздух
по областям Республики Беларусь за 1999–2003 гг.
Рисунок 4 – Карта среднегодового уровня антропогенной нагрузки на атмосферный воздух
по областям Республики Беларусь за 2004−2010 гг.
Экономика и управление * № 2 * 2012
85
О.Г. Матковская
большинстве из них наблюдается значительное усиление антропогенной нагрузки. Так
происходит в Минской, Витебской, Гомельской областях. В г. Минске на протяжении
всего временного периода этот уровень самый
высокий.
На основании распределения факторных
нагрузок по обобщенному признаку F1 (антропогенное воздействие на атмосферный
воздух) стало возможным отразить механизм формирования уровня интенсивности
антропогенной нагрузки на атмосферный
воздух в областях. В результате формируется система природоохранных мероприятий,
которая позволила бы управлять этими механизмами. Следовательно, классификация
областей по уровню антропогенной нагрузки
на атмосферный воздух становится мощным
инструментом управления природоохранной
деятельностью, направленной на снижение
вредного воздействия на воздушный бассейн
отдельных территорий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агафонов, Н. Экологическая политика должна опуститься на региональный уровень /
Н. Агафонов, Р. Исляев // Зеленый мир. – 1995. – № 15. – С. 10–12.
2. Ежегодник состояния загрязнения атмосферного воздуха в городах и промышленных
центрах Республики Беларусь за 2010 год. – Минск: Республиканский центр радиационного
контроля и мониторинга окружающей среды, 2010. – 93 с.
3. Елисеева, И.И. Эконометрика: учеб. / И.И. Елисеева. – М: Финансы и статистика, 2008. –
576 с.
4. Сошникова, Л.А. Многомерный статистический анализ в экономике: учеб. пособие
для вузов / Л.А. Сошникова [и др.]; под ред. проф. В.Н. Тамашевича. – М.: ЮНИТИ-ДАНА,
1999. – 598с.
5. Ниворожкина, Л.И. Многомерные статистические методы в экономике: учеб. / Л.И. Ниворожкина, С.В. Арженовский – М.: Наука-Спектр, 2008. – 224 с.
6. Охрана окружающей среды в Беларуси: стат. сб. / Нац. стат. комитет Респ. Беларусь –
Минск, 2011. – 233с.
7. Статистический ежегодник 2011: стат. сб. / Нац. стат. комитет Респ. Беларусь – Минск,
2011. – 598 с.
86
Экономика и управление * № 2 * 2012