环境统计学概述课件 44页

1环境统计学的概述教学要求：了解环境统计的意义和环境统计学的基本概念。认识环境数据，熟悉环境统计学的概率基础知识。掌握环境统计学的基本原理。重点难点：环境统计学的概率基础；环境统计学的基本原理。\n1.1环境统计学概述1.1.1环境统计的基本概念环境统计的含义可从环境统计工作、环境统计资料和环境统计学三个层面上来认识：环境统计工作是指为了取得和提供统计资料而进行的各项工作。它的全部内容和过程包括：环境统计设计、环境统计调查、环境统计整理和环境统计分析等几个方面。环境统计资料是环境统计工作的成果。它包括环境统计数字和环境统计分析报告两个方面的内容。环境统计数字用来反映各种环境现象的状况，环境统计分析报告用以阐明社会经济发展与环境保护的相互关系及其演变规律。\n环境统计学是数理统计理论与方法在环境保护实践和环境科学研究中的应用，它是研究和阐述环境统计工作规律和方法论的科学。它既是环境统计实践经验的理论概括，又是环境统计工作发展到一定阶段的必然产物。环境统计学与环境统计工作的关系是理论与实践的关系，环境统计学的理论与方法用以指导环境统计工作，推动统计工作的发展。\n1.1.2环境统计研究的范围和任务1.1.2.1环境统计研究的范围环境统计是以环境为主要研究对象，研究的范围涉及到人类赖以生产和生活的全部条件，包括影响生态系统平衡的各个因素及其变化所带来的后果。环境统计研究的主要内容包括：①环境统计的基本理论与方法主要研究统计方法在环境科学中的应用，如环境科学研究和环境保护实践中的统计设计，科学地、准确而及时地搜集和整理环境统计资料的方法，反映环境现象实际情况和特征的统计指标，对所研究的环境问题科学地进行统计描述、统计推断和预测等。\n②环境污染与防治统计如反映区域大气、水、土壤等环境质量状况统计，反映城市基本情况、污染排放、环境污染治理和综合利用状况的统计等。③自然资源利用与保护统计如反映土壤、森林、草原、水、海洋、气候、矿产、能源、旅游及自然保护区的实有数量、利用程度、保护情况的统计，反映生态环境破坏与建设情况的统计等。\n④环境管理统计如反映环境法规标准建设、行政管理制度的实施、环境经济手段的利用、宣传教育和科技措施等管理工作的实施情况统计。⑤环保系统自身建设统计如反映环保机构、人员、设备等基本情况统计等。\n1.1.2.2环境统计的基本任务(1)向各级政府及其环保部门提供各地区和全国的环境状况的数字资料和分析资料，为制订环境保护方针政策、计划提供科学的依据。(2)监督检查环境保护方针政策、环境保护计划的执行情况，提供反馈信息，及时发现新情况和新问题，以便及时采取措施、加强环境管理、协调经济发展与环境保护的关系。同时，依法对环境统计工作本身进行监督检查，反对篡改、虚报、瞒报统计数字等不法行为，保证统计数据的正确性和严肃性。\n(3)反映环境保护事业发展的规模、速度及其他部门的相互比例关系。(4)宣传教育群众、提高对环境保护工作的认识，并为群众参加环境管理、经济管理，提高企业经济效益服务，开展创造。“清洁工厂”、“清洁城市”等活动提供资料。(5)为总结环境保护工作的经验教训，开展环境科学研究工作服务。\n1.1.3环境统计的基本原则和要求1.1.3.1基本原则(1)环境统计应以我国的环境保护战略目标为基础，力求为保护环境提供及时、准确、有价值的环境统计数据和分析资料。(2)要建立一套科学的、完整的环境统计指标体系，建立一套科学的、切实可行的统计调查方法。1.1.3.2基本要求(1)提高认识、加强领导。(2)健全环境统计机构、固定环境统计人员，努力提高环境统计人员的业务水平。(3)抓好统计全过程中的薄弱环节。\n1.1.4环境统计在环境保护工作中的地位和作用环境统计在调查与实验设计、数据处理、统计推断以及统计分析结果的表达等方面都有重要的作用。环境统计资料所反映的情况，正是环境管理中所需要的环境信息，是环境管理决策的依据。环境统计是环境管理的基础和工具。环境统计和环境管理之间有着密切的关系。环境统计是环境保护工作的重要组成部分，是加强环境管理的基本手段，是制定方针、政策的科学依据，是编制环境规划和进行环境质量评价的可靠基础，是改善和保护环境，促进“三废”治理、消除“三废”污染不可缺少的重要工作。\n1.1.5学习环境统计应注意的问题着重理解环境统计的基本原理与基本概念，掌握搜集、整理与分析资料的基本知识与技能，以及常用统计指标与基本统计方法的正确应用。弄清统计方法的基本思想及有关公式的应用条件和用法，但不必深究其数学原理。学习中要理论联系实际，结合专业知识，不断提高分析问题与解决问题的能力。重视原始资料的完整性与可靠性，对数据的处理应持严肃认真和实事求是的科学态度。注意培养科学的统计思维方法，养成依据统计学原理思考问题，进行分析、判断和推理的习惯。\n1.2环境统计分析的步骤与常用术语1.2.1环境统计分析的步骤（1）统计全过程设计设计是统计工作关键的一步。首先要明确研究的目的，要对被研究的事物有一定的了解，可根据以往工作的经验和参考文献，或通过试查和预备试验，掌握较多的信息。对统计工作的全过程要有一个全面的设想。（2）收集资料收集资料工作的任务是根据统计全过程设计的要求，及时取得准确、完整的原始数据。只有原始数据可靠，才能取得可靠的结论。因此，收集资料具有极其重要的基础意义。\n（3）整理资料整理资料就是把搜集到的原始资料，有目的、有计划地进行科学加工，使分散的、零乱的资料形成系统化、条理化的资料，以便进一步的统计分析。（4）分析资料分析资料就是运用各种统计分析方法，结合专业知识，计算有关指标，进行统计描述和统计推断，阐明事物的内在联系和规律。\n1.2.2统计学中的常用术语（1）统计总体与总体单位统计总体就是统计所要研究的具体对象的全体，它是由客观存在的、具有某种共同性质的许多个别单位所构成的集合体，简称总体。构成总体的个别单位，称为总体单位，亦称个体。统计总体具有以下三个特征：同质性同质性是构成统计总体的基础，也是一切统计研究的根本前提。\n变异性一方面，构成总体的各个单位必须是同质的；另一方面，各个单位之间一般都存在着差异，即变异性。所有客观事物都是同质性和变异性的对立统一体。没有同质性便没有统计总体，没有变异性则无所谓统计。大量性由于统计研究的目的是要揭示现象的规律性，而这个规律性只能在大量事物的普遍联系中表现出来，所以统计总体应该由大量的总体单位构成。\n（2）标志和标志表现统计标志是指总体各单位共同具有的属性或特征，是说明总体单位属性或特征的名称。按性质不同可分为品质标志和数量标志两种。品质标志是表明总体单位品质属性的名称，它不能用数值表示，只能用文字或符号、代码说明。数量标志是表明总体单位数量特征的名称，它用各种不同的数值表示。标志表现是各个总体单位关于某一标志的具体表现，分为品质标志表现和数量标志表现两种，品质标志表现用文字或符号、代码描述。数量标志表现用数量刻画，又称为标志值。\n（3）变异和变量标志变换自身表现形态的现象称之为变异。变异是产生统计的根源。可变的数量标志在统计中称为变量，其表现的具体数值即为变量值，亦称标志值。变量按其变量值是否具有连续性，分为连续型变量和离散型变量两种。若某变量任意相邻两个变量值之间可以连续不断分割，则称此变量为连续型变量。若某变量各变量值之间只能以整数断开而不能表现为小数的，则称此变量为离散型变量。\n（4）统计指标统计指标及其构成要素第一，统计指标是反映总体现象数量特征的概念：包括三个构成要素：①指标名称；②计量单位；③计算方法。第二，统计指标是反映总体现象数量特征的概念和具体数值：包括上述三个构成要素外，还包括：①时间；②空间;③指标数值。统计指标的这六个构成要素可以归纳为两个组成部分：①统计指标概念；②统计指标数值。\n统计指标的特点(1)数量性(2)综合性统计指标不仅是同质总体大量单位的总计，而且是大量单位标志值的差异综合。指标与标志的区别和联系指标和标志的主要区别是：①描述对象不同。指标是说明总体的综合属性和特征的；而标志则是说明总体单位特征的。②表现形式不同。指标都是用数值表示的，没有不用数值表示的统计指标；而标志有不用数值表示的品质标志与用数值表示的数量标志两种。指标与标志之间的联系主要表现在：①汇总联系。②变换关系。\n统计指标的种类按统计指标说明总体现象的内容不同将其分为数量指标和质量指标。数量指标是反映总体规模大小，数量多少的统计指标。由于它们反映的是现象的总量，因此又称总量指标；它可以说明事物的广度。质量指标是说明总体内部数量关系和总体单位水平的统计指标。质量指标是数量指标的派生指标，其表现形式均为相对数或平均数，所以又叫做对比关系指标，用来说明事物的深度。\n统计指标体系一个统计指标只能从某一个方面反映环境现象的某个特征，要全面反映环境现象的整体特征，就必须把一系列相互联系的环境统计指标结合使用。这一系列的统计指标就构成统计指标体系。因此，统计指标体系就是由一系列相互联系、相互制约的统计指标所构成的整体。我国现行环境统计指标体系包括工业污染与防治、生活及其他污染与防治、农业污染与防治、环境污染治理投资、自然生态环境保护、环境管理及环保系统自身建设等七个方面。\n1.3环境数据1.3.1数据定义与数据性质数据的定义：数据是事实或图形的载体和表达，其表达形式包括语言、符号、数学公式和信号。数据是关于自然、社会现象和科学试验的定量或定性的记录，是科学研究最重要的基础；研究数据就是对数据进行采集、分类、录入、储存、统计分析，统计检验等一系列活动的统称。在计算机科学中，数据是指所有能输入到计算机并被计算机程序处理的符号的介质的总称，是用于输入计算机进行处理，具有一定意义的数字、字母、符号和模拟量等的通称。数据是决策的基础，准确决策需要无偏差的数据。数据集由观测、变量和数值组成。\n环境数据的量纲：量纲是描述，不是数值。常用量纲由力、质量、长度和时间。质量、长度和时间是基本量纲，通过计算可得到派生量纲，如密度、浓度、流速、滞留时间等。环境数据的类型：环境数据按来源分为原始数据与间接数据；按数据性质分单个数据和聚合数据；按变量特性分为连续型变量与离散型变量、定性变量与定量变量（计数数据与计量数据）、自然数据与试验数据。\n若某变量任意相邻两个变量值之间可以连续不断分割，则称此变量为连续型变量。若某变量各变量值之间只能以整数断开而不能表现为小数的，则称此变量为离散型变量。将观察单位按性质或类别进行分组，清点各组观察单位的个数，这样所得的数据称为计数数据。属离散型变量。对每个观察单位用定量的方法测定某标志值的大小所得的资料，称为计量数据。计量数据一般具有计量单位，属于连续型数据。\n1.3.2环境数据的获取与整理环境统计调查统计调查是根据统计研究的目的和任务，运用各种科学的调查形式和方法，有计划、有组织地搜集反映总体单位特征的原始数据的过程。环境统计调查就是按照确定的环境统计指标体系搜集反映环境现象特征的原始数据。搞好统计调查，详尽占有资料，对于整个统计工作具有重要意义。环境统计数据的搜集工作必须符合准确性、及时性和完整性的要求。准确、及时、完整地搜集统计数据，这是统计分析结果准确可靠的基础。只有统计调查所取得的原始数据是准确可靠的，才能保证统计分析的结论符合客观实际。\n统计按调查组织方式的不同，可分为统计报表制度和专门调查两大类。环境统计报表制度是以原始记录为基础，按一定的表格形式和时间程序，自下而上提供环境统计资料的调查组织形式。专门调查是为了解某种现象或研究某项问题而专门组织的调查形式。这种调查形式大都是一时性调查，如普查、抽样调查、重点调查、典型调查等。\n(1)普查普查是为某一种研究目的而专门组织的一次性全面调查。主要用来调查现象在某一时点的状况。(2)重点调查重点调查是一种非全面调查，主要用来搜集某些重点单位的统计资料。(3)典型调查典型调查是在调查对象中，有意识地选择少数典型单位进行调查研究的方法。典型调查的方法一般有两种：一种是“解剖麻雀”式的典型调查，通过典型单位来说明事物的一般情况或一般规律；一种是“划类选典”的典型调查，通过各类的典型资料，从数量上推算总体。\n(4)抽样调查抽样调查是一种非常重要的非全面调查组织形式，它是按随机原则从被研究的总体中抽取一部分单位组成样本，根据样本的调查结果对总体的数量特征作出具有一定可靠程度的推断。抽样调查具有如下特点：①调查单位是按随机原则抽取的，排除了人们主观因素的影响。②抽样调查的目的是根据样本的数量特征对总体的数量特征作出推断。③抽样误差可以控制和计算。\n按调查对象包括的范围不同，可分为全面调查和非全面调查。全面调查是对被调查总体的每个单位都要进行调查，如普查和统计报表制度。非全面调查是对被调查总体中的一部分单位进行调查，如抽样调查、重点调查、典型调查等。按调查的时间是否连续，可分为经常性调查和一次性调查。经常性调查是对被研究对象进行经常性的连续不断地登记，以反映现象在某一时期内发展变化情况。一次性调查是指对调查对象进行不连续的调查，是为了获得现象在某一时点上的状况。一次性调查可以定期或不定期地进行。\n环境统计调查方案环境统计调查是一项复杂而要求严格的工作，为了能够及时、准确；完整地搜集到所需要的资料，在进行某项调查之前，尤其是进行较大型或普查形式的调查活动,必须事先制定一个周密的调查方案，以便有计划、有步骤地进行调查工作。调查方案应包括以下几个方面的主要内容：(1)确定调查的目的和指标首先应根据环保工作需要，明确调查的目的。调查目的总的分为两类：一类是为了解总体的情况；另一类是探讨事物间的相互关系,环境污染与人群健康的关系，环保措施与效果的关系等。调查指标是根据调查目的选定的统计指标。调查指标要精选，重点要突出，不可贪多求全，分散精力。\n(2)确定调查对象和调查单位确定调查对象，就是确定调查的总体，划清总体的同质范围。确定调查总体后，组成这个调查总体的个体单位就是调查单位(或观察单位)。(3)确定调查项目和调查表调查项目就是对调查单位进行调查登记的各项问题，包括分析项目和备查项目。确定调查项目应注意三点：①调查项目要精选。②项目的定义要明确。③各项目之间尽可能相互联系。把调查项目按照提问的逻辑顺序列成表格，就是调查表。调查表的填写应力求简便清楚，多用选择、填空以及简单的符号(如“√”，“×”．，“0”，“－”等)或数字，少用文字回答。为了正确统一填写调查表，应编制填表说明。\n(4)确定调查的时间调查时间是指调查资料所属的时间，即调查资料所反映的现象客观存在的时间。如果要统计时期指标，就要规定调查资料所属的起止时间；如果统计的是时点指标，则要规定统一标准时点。如我国于2000年11月1 日进行了第五次全国人口普查的登记工作，全国总人口为129533万人。2010年11月1日零时为第六次人口普查的标准时点。(5)确定调查组织形式和方法统计调查的组织形式和方法有多种，我国常用的调查组织形式有统计报表、普查、重点调查、典型调查、抽样调查等。搜集资料的具体方法有直接观察法、凭证法；采访法等。\n(6)拟定调查的组织实施计划包括组织领导，宣传动员，调查时间进度，人员培训，任务分工与联系，经费预算，调查表、宣传资料、器材的准备以及资料的检查制度等内容。此外，在大规模调查前，最好先进行小范围试点，以便检查、修改调查计划。\n实验设计实验设计，广义上是指实验研究课题设计，也就是整个实验计划的拟定。主要包括课题的名称、实验目的、研究依据、研究内容及预期达到的效果、实验方案、实验单位的选取、重复数的确定、实验单位的分组、实验的记录和要求、实验结果的分析方法、经济效益或社会效益估计、已具备的条件、需要购置的仪器设备、参加研究人员的分工、实验的时间和地点、进度安排、经费预算、成果鉴定、学术论文或专著的撰写等内容。狭义上指实验单位的选取、重复数目的确定及实验单位的分组。\n(1)重复性原则重复是指实验中同一处理实施在两个或两个以上的实验单位上。(2)随机性原则随机性是指在进行实验设计时，试验对象的分配、实验次序的安排都必须是随机的，以避免实验人员主观倾向的影响。(3)局部控制原则实验条件的局部控制是指在实验时采取一定的技术措施或方法来来控制和降低非实验因素对实验结果的影响。(4)双盲原则实验设计是在双盲情况下进行的，即实验对象本身不知道自己被分配在处理组或对照组中，测定反应的人也不知道哪些对象在处理组，哪些对象在对照组。\n环境统计数据的整理对原始资料进行科学加工，使之系统化、条理化，以便于分析。环境统计数据的整理包括原始数据的检查、统计分组和统计汇总三个基本环节。\n频数分布频数分布的概念在统计分组的基础上，将各观察单位按组归类整理，并按一定顺序排列，标出各组单位数，形成观察单位在各组间的分布，称为频数分布。按品质标志分组后形成的频数分布数列称品质分布数列，简称品质数列，按数量标志分组形成的频数分布数列称为变量分布数列，简称变量数列。\n频数分布表的编制采用组距分组频数分布表的编制方法和步骤：(1)计算全距(极差)。找出观察值中最大值和最小值，最大值与最小值之差称为全距或极差，常用R表示。(2)确定组数、组距和组限。一般分8-l5组为宜。组距＝全距÷组数。组限是相邻两组的界限。离散型变量，相邻组的组限相连但不重叠，称为异限分组。连续型变量，相邻组的组限必须重叠，称为同限分组。同限分组时，如果遇到某变量值恰好等于相邻组的组限时，例行规定将这个变量值划入下限所在一组，称之为“上限不在内”原则。(3)列表划记，编制频数分布表。\n环境统计数据的显示（统计表与统计图）统计表是将统计资料和指标用表格列出。合理的统计表可将统计数据和分析结果简明而正确地表达出来，既可避免冗长的文字叙述，又可使数据系统化、条理化，便于理解、对比和分析。统计图是用点的位置、线段的升降、直条的长短、面积的大小等形式，将被研究对象的特征、发展变化的趋势和规律、内部构成、相互关系、对比情况等形象而生动地表达出来，使人一目了然，印象清晰。\n统计表由标题、横标目、纵标目、线条及数字构成，必要时在横标目或纵标目之上冠以总标目，有时还有文字说明或备注。编制统计表总的原则：结构简单，层次分明，内容安排合理，重点突出，数据准确，便于比较分析。编制统计表的具体要求如下：(1)标题标题是统计表的总名称，应简明确切，能概括说明表的基本内容，必要时注明资料的时间、地点。标题应写在表的上端中间位置，文章中的附表应有表号，表号位置与标题同行。\n(2)标目有横标目和纵标目之分，各标目文字要简明，有单位的标目要注明单位。常见的问题是标目过多，层次不清。(3)线条线条不宜过多。一般上下横线用粗线，表的左上角不宜有斜线，左右两侧不封口，习惯上称为“开口表”。(4)数字表内数字必须准确，一律用阿拉伯数字，字体要清晰，填写要整洁，同一指标的小数值数应一致，位数要对齐，表内不留空格。暂缺或未记录，可用“…”表示，无数字可用“—”表示，数字若是“0”，则填写“0”。表内相邻有相同数字均应照写，不能用“同上”“同左”或用符号“〞”等代替。(5)备注一般不列入表内，必要时可用“﹡”标出，将说明写在表的下面。\n绘制统计图的基本要求(1)根据统计资料的性质和分析目的，选择适当的图形。(2)要有标题，简明扼要地说明资料的内容，必要时注明时间、地点，一般写在图的下面中间位置。(3)纵横两轴要有标目和标目单位。(4)纵轴尺度自下而上，横轴尺度自左而右，数量一律由小到大，并需用等距标明。(5)图形绘制要准确、美观，给人以清晰印象。要注意纵横轴比例，一般以5：7为宜，过大或过小易造成错觉。同一资料若按不同比例绘制，给人的印象也会不同。(6)图线应粗细适当，绘制时定点要准确，比较不同的事物要用不同的线条(实线、虚线、点线)或颜色表示，并附图例说明。图例一般放在图内右上角空隙处或图外适当位置。\n常用统计图(1)直条图直条图是用等宽直条的长短来表示相互独立的各个指标的数值大小。常用的有单式和复式两种。直条图可以反映不同事物在同一时期的对比情况，也可以比较同一事物在不同时期的变化情况。(2)构成图构成图用来反映事物内部各部分的比重。有构成比直条图和圆形图两种。①构成比直条图。以直条全长为l00%，再以直条中各段长度表示各构成部分的比重。②圆形图，以圆的整个面积代表100%，以圆内各扇形面积代表事物内部各部分所占的比重。\n(3)普通线图普通线图适用于连续性资料，用以说明某现象数量随另一现象而变迁的趋势，如说明事物随时间发展而变化的情况。(4)直方图和多边图采用组距分组，则应绘制直方图，直方图以横轴表示分组变量值，纵轴表示频数或频率。多边图也称折线图，它也是反映频数分布形态的一种图形。(5)散点图散点图表示两种事物的相关性和趋势，根据点的散布情况，推测两种事物有无相关关系。(6)茎叶图茎叶图具有直条图的特点，可以表示各组数据的差异，而且可以反映各组内部数据的分布情况。(7)统计地图统计地图是用以表示统计资料在地域上的分布图形。