Модели функциональных зависимостей демографических показателей и экологических характеристик
Разработаны модели динамики демографических показателей, загрязнений окружающей среды и их взаимосвязей на основе данных, полученных в Омске за период с 1970 по 2008 г. Выявлена зависимость между показателями смертности населения и загрязнением воздуха.
| Рубрика | Экология и охрана природы |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.03.2023 |
| Размер файла | 871,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Модели функциональных зависимостей демографических показателей и экологических характеристик
В.А. Ляпин, д-р мед. Наук
В.А. Маренко, канд. техн. наук
Разработаны модели динамики демографических показателей, загрязнений окружающей среды и их взаимосвязей на основе данных, полученных в Омске за период с 1970 г. по 2008 г. Выявлена линейная зависимость между показателями смертности населения и загрязнением воздуха, а также влияние загрязнения воздуха на заболеваемость миндалин. Результаты могут быть использованы в процессе стратегического планирования развития региона.
Ключевые слова: модель, статистика, демографические показатели, загрязнение окружающей среды.
Введение
В настоящее время во всем мире значительное внимание уделяется изучению влияния различных факторов на демографические показатели и состояние здоровья населения, которое во многом зависит от экологических, экономических и социальных факторов [1]. Ретроспективный анализ показал, что увеличение смертности в России в 90-е гг. ХХ в. связано с ухудшением условий жизни [2]. Естественная убыль населения, начиная с 1990 г., обусловлена социальными факторами [3]. Как показывает анализ, только 5% населения современной России умирает от старости, тогда как 95% смертей не являются следствием чисто биологических причин, это результат неблагоприятных социальных последствий [4]. Статистические исследования доказывают, что загрязнение воздуха на 43-45% повинно в ухудшении здоровья людей [5]. Поэтому анализ функциональных зависимостей между факторами, влияющими на здоровье населения, является актуальной задачей. Цель работы - построение и анализ моделей с показателями смертности, заболеваемости и загрязняющими факторами.
Модели динамики демографических показателей
Общественное здоровье фиксируется различными показателями: демографическими, показателями заболеваемости и т.д. Смертность является неотъемлемой частью нашей жизни. Она оказывает существенное влияние на динамику численности населения и определяется влиянием разнообразных социальных и экономических факторов [3]. На рис. 1 представлена графическая модель смертности населения Омской области за период с 1970 г. (на графике цифра 1) по 2004 г. (на графике цифра 34), построенная по нормированным значениям, с применением пакета Microsoft Excel.
Статистические исследования показали, что увеличение смертности в 90-е гг. XX в. в России связано с ухудшением условий жизни населения [2].
Рис. 1. Графические модели демографических показателей по Омску.
смертность население загрязнение воздух
Наш пример является иллюстрацией указанного факта. Практически в этот же период наблюдалось снижение рождаемости, что также обусловлено неблагоприятными жизненными факторами.
Модели загрязнения окружающей среды
Для построения моделей загрязнения окружающей среды использовано средство дисперсионного анализа из пакета Microsoft Excel, который применяется для изучения влияния различных факторов на интересующие нас признаки. В основе дисперсионного анализа лежит анализ отклонений всех единиц наблюдений исследуемой совокупности от среднего арифметического. В качестве меры отклонений берется дисперсия - средний квадрат отклонений. Метод однофакторного дисперсионного анализа применяется в тех случаях, когда исследуются изменения результативного признака под влиянием изменяющихся условий, градаций или составных частей какого-либо фактора. Их должно быть не менее трех [6]. В нашем исследовании фактор «загрязнение окружающей среды» состоит из нормированных значений показателей «загрязнение воздуха», «загрязнение воды» и «загрязнение почвы». Перечень веществ и их количества для показателя «загрязнение почвы» представлены соответствующим фрагментом базы данных (табл. 1).
Таблица 1
|
Номер |
Название вещества |
Нормированные значения по годам |
||||
|
1988 |
1989 |
2008 |
||||
|
1 |
Медь |
0,855 |
0,688 |
0,585 |
||
|
2 |
Свинец |
0,776 |
0,542 |
0,767 |
||
|
3 |
Цинк |
0,358 |
0,445 |
0,786 |
||
|
4 |
Кадмий |
0,122 |
0,478 |
1,000 |
||
|
5 |
Никель |
0,412 |
0,649 |
0,666 |
||
|
6 |
ДДТ |
0,036 |
1,000 |
0,111 |
||
|
7 |
ГХЦГ |
0,997 |
0,884 |
0,044 |
||
|
8 |
Тефлан |
0,119 |
0,028 |
0,014 |
||
|
9 |
Нефтепродукты |
1,000 |
0,333 |
0,590 |
Цель проведения однофакторного дисперсионного анализа состоит в подтверждении или опровержении нулевой гипотезы (Но), которая в нашем исследовании формулируется следующим образом: состав веществ, загрязняющих почву, не оказывает значимого влияния на суммарный показатель «загрязнение почвы».
Наблюдения проведены с 1988 г. по 2008 г. в Омске. Составные части фактора «загрязнение почвы» даны в первом столбце табл. 1 (медь, свинец и др.), всего 9 наименований. Цифры в столбцах, начиная со второго, показывают количество содержащегося вещества в нормированном виде, обнаруженного в пробах почвы в разные годы наблюдений. С применением указанных значений вычисляются две оценки: межгрупповая и внутригрупповая дисперсии, а также F-критерий, который определяется по формуле F _ MSB MSW где числитель - значение межгрупповой дисперсии; знаменатель - значение внутригрупповой дисперсии. Дисперсионный анализ для показателя «загрязнение почвы» представлен в табл. 2, где расчет осуществлен с вероятностью ошибки 0,05 с применением вкладки «Анализ данных» программного средства Microsoft Excel.
Таблица 2
|
Источник вариации |
SS |
Df |
MS |
F |
P-значение |
F-крит. |
|
|
Между группами |
1,4914 |
20 |
0,0745 |
0,7024443 |
0,820068 |
1,633396 |
|
|
Внутри групп |
17,835 |
168 |
0,1061 |
||||
|
Итого |
19,325 |
188 |
Результаты однофакторного дисперсионного анализа для показателя «загрязнение атмосферного воздуха», включающего такие составные части как пыль, сернистый газ, окись углерода и другие (всего 13 наименований), даны в табл. 3.
Таблица 3
|
Источник вариации |
SS |
Df |
MS |
F |
P-значение |
F-крит. |
|
|
Между группами |
498 |
12 |
41,5 |
19,8 |
0 |
1,77 |
|
|
Внутри групп |
925 |
442 |
2,09 |
||||
|
Итого |
1423 |
454 |
В табл. 4 - результаты однофакторного дисперсионного анализа для показателя «загрязнение воды».
Таблица 4
|
Источник вариации |
SS |
Df |
MS |
F |
P-значение |
F-крит. |
|
|
Между группами |
35333,5 |
16 |
2208,34 |
15,89 |
6,9Е-36 |
1,66 |
|
|
Внутри групп |
73219,5 |
527 |
138,936 |
||||
|
Итого |
108553 |
543 |
Сначала сформулируем нулевую гипотезу (Но) о невлиянии состава веществ на результирующий показатель «загрязнение почвы». По табл. 2 значение Ркрит. = 1,63 разбивает критическую область на две части: область значимости и область незначимости (рис. 2, строка 1). Из табл. 2 наблюдаемое значение F = 0,70 попадает в область незначимости. Поэтому формулируется следующий вывод: «С вероятностью 95% нулевая гипотеза принимается», т.е. состав веществ, перечень которых приведен в табл. 1, не оказывает существенного влияния на загрязнение почвы. Доля степени влияния градаций фактора определяется по формуле
где K2=1.49/19.33 = 0.77, или приблизительно 8%, а доля влияния неустановленных компонентов показателя «загрязнение почвы» составляет K2 = 92%. К неустановленным компонентам можно отнести «объем загрязняющего вещества», «степень токсичности», «время года» и т.д.
Для показателя «загрязнение воздуха» Fpm. = 1,77 (табл. 3). Наблюдаемое значение F = 19,8 попадает в область значимости (рис 2, строка 2). Для этого показателя нулевая гипотеза отвергается. Показатель «загрязнение воздуха» зависит от вида вещества, входящего в его состав.
Для показателя «загрязнение воды» FKpum. = 1,66 (табл. 4). Наблюдаемое значение F = 15,89 попадает в область значимости (рис 2, строка 3). Для этого показателя нулевая гипотеза также отвергается. Показатель «загрязнение воды» зависит от состава веществ, входящих в соответствующие пробы, к ним относятся в том числе нефтепродукты, ДДТ, фенол и другие (всего 17 наименований).
Рис. 2. Области значимости и области незначимости для факторов загрязнения: почвы - строка 1, воздуха - 2, воды - 3.
Из выше изложенного следует, что с вероятностью 95% нулевая гипотеза для показателя «загрязнение почвы» принимается, а для двух других - нет.
Модели взаимовлияния смертности населения и загрязнения окружающей среды
В нашем исследовании регрессия используется для моделирования и анализа отношений между переменными, а также для того, чтобы увидеть, как эти переменные вместе влияют на конечный результат. Модель регрессии в математической статистике строится на основе известных данных, в роли которых выступают пары чисел. Их можно представить в декартовой системе координат в виде множества точек. Как правило, второе число (в нашем исследовании это показатель смертности) зависит от первого (показатель загрязнения). Построить регрессию - значит подобрать такую функцию, которая как можно точнее аппроксимирует множество точек. В построении моделей регрессии используют линейные, параболические, степенные и другие типы функций [6].
Связь между двумя переменными выглядит графически как облако рассеивания эллипсоидной формы, которое можно аппроксимировать прямой линией или линией регрессии. Уравнение регрессии имеет вид:
yj = bxj + a,
где b - коэффициент регрессии, задающий угол наклона прямой; а - свободный член, определяющий точку пересечения прямой с осью Y. Если на некоторой выборке измерены две переменные, которые коррелируют друг с другом, то, вычислив коэффициенты регрессии, получаем принципиальную возможность предсказания неизвестных значений одной переменной (у - зависимая переменная) по известным значениям другой переменной (х - независимая переменная).
Наблюдения проведены в Омске. Для построения модели взят диапазон данных с 1988 г. по 2004 г., представленный фрагментами значений комплексных показателей в нормированном виде (табл. 5).
Таблица 5
|
Годы |
Комплексный показатель загрязнения |
Смертность (у) |
|||
|
почвы (х1) |
воды (х2) |
воздуха(х3) |
|||
|
1988 |
0,63 |
0,12 |
0,12 |
0,97 |
|
|
1989 |
0,60 |
0,15 |
0,13 |
0,81 |
|
|
2004 |
0,38 |
0,31 |
0,39 |
0,33 |
Регрессионный анализ. Построить модель регрессии - это значит найти параметры той функции, которая будет в ней фигурировать. Для создания модели проводится кривая линия, зависимая от точек, расположенных на координатной плоскости, которая представляется линией тренда. Для аппроксимации в нашем исследовании использованы линии тренда, характеризующиеся следующими параметрами: уравнением, показывающем функциональную зависимость, и величиной достоверности аппроксимации R2, отражающей близость значений линий тренда к фактическим данным. Чем ближе значение R2 к 1, тем достовернее линия тренда.
В нашем исследовании между показателем смертности и тремя переменными загрязнения нулевая гипотеза отвергнута и подтверждена альтернативная: линейная связь между показателем смертности и хотя бы одной переменной загрязнения существует, так как F наблюдаемая больше F критической (5,8 > 3,4).
Графическая модель также подтвердила альтернативную гипотезу - наличие линейной связи (рис. 3).
На рис. 3 зафиксирована слабая линейная зависимость показателя смертности в Омске от переменной «загрязнение воздуха», полученная с применением программного средства Microsoft Excel. В правом верхнем углу на рисунке дано уравнение регрессии и коэффициент детерминации R2, который показывает, в какой степени изменчивость одной переменной обусловлена влиянием другой переменной. Так как атмосферный воздух является многокомпонентным жизнеобеспечивающим элементом природной среды, то его загрязнение оказывает непосредственное влияние на продолжительность жизни человека [7]. Две другие составляющие показателя загрязнения окружающей среды аппроксимированы полиномиальной функцией.
Рис. 3. Модель линейной зависимости между показателями «смертность» и «загрязнение воздуха»
Полиномиальная регрессия. Полиномиальная регрессия моделирует сложные нелинейные взаимосвязи. Показатель «смертность» в нашем исследовании связан с переменными загрязнения почвы и воды слабыми полиномиальными зависимостями (рис. 4 и 5), так как величина достоверности аппроксимации чуть больше 0,5.
В полиномиальной регрессии степень некоторых независимых переменных превышает единицу. В нашем случае - это квадратное уравнение, которое дано в правом верхнем углу рисунков.
Модели взаимовлияния заболеваемости населения и загрязнений воздуха. Здоровье населения в значительной степени определяется состоянием окружающей среды. Атмосферный воздух является важнейшим элементом, оказывающим постоянное влияние на организм человека. На рис. 6 дана аппроксимация функциональной зависимости заболеваемости миндалин от загрязнения атмосферного воздуха в Омске за период 1982-2004 гг.
Рис. 4. Модель полиномиальной зависимости показателя «смертность» от переменной «загрязнение воды»
Рис. 5. Модель полиномиальной зависимости показателя «смертность» от переменной «загрязнение почвы»
Рис. 6. Модель полиномиальной зависимости заболеваемости миндалин от загрязнения воздуха
Миндалины являются защитным механизмом первой линии на пути вдыхаемых чужеродных патогенов. Модель показывает, что пик по этому заболеванию в Омске пройден.
Рис. 7 иллюстрирует отсутствие такой зависимости, что позволяет предположить, независимость заболеваемости хроническим отитом от за грязнений воздушной среды, так как достоверность аппроксимации K2 меньше 0,5 в отличие от зависимости, указанной на рис. 6.
Рис. 7. Модель отсутствия функциональной зависимости заболеваемости хроническим отитом от загрязнения воздуха.
Заключение
В настоящее время органами государственной власти поставлены и решаются задачи по сохранению населения и здоровья людей в рамках ценностно-ориентированного здравоохранения. Планируется создание новой модели медицинской организации с целью повышения удовлетворенности населения качеством медицинской помощи. В 2020 г. проведен опрос населения Омска по проблеме удовлетворенности медицинским обслуживанием. Представлены научно обоснованные доказательства, что более значимым для удовлетворенности пациента медицинским обслуживанием в поликлинике будет его грамотная маршрутизация на уровне регистратуры и кабинета общего приема [8].
В настоящее время управленческая деятельность в системе здравоохранения ориентирована на создание условий по увеличению инвестирования в здоровье населения и экологию окружающей среды. Результаты нашего исследования могут использоваться в процессе стратегического планирования по развитию города и региона в целом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Токкулиева Б.Б. Структура заболеваемости и смертности населения в современных условиях // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных нвук. - 2013. - № 2. - С. 287-288.
2. Кузнецов Л.В., Мамаев В.Б., Ершова Д.А. Кинетический анализ возрастной смертности населения Российской Федерации: общая смертность // Успехи геронтологии. - 2009. - Т. 22, № 4. - С. 548-552.
3. Пастухова Е.Я., Морозова Е.А., Челомбитко А.Н. Взаимосвязь социально-экономических факторов и различных причин смертности населения региона// Фундаментальные исследования. - 2019. - № 6. - С. 121-125.
4. Воронин Г.Л. Смертность как социальная проблема: 2001-2017 гг. // Вестник Института социологии. - 2021. - Т. 12, № 3. - C. 189-208.
5. Абущинова Д.В., Разумная С.Е., Таран К.П. Влияние экологии на здоровье человека // Бюллетень медицинских интернет-конференций. - 2016. - Т. 6, №5. - С. 671-676.
6. Наследов А.Д. Математические методы психологического исследования. Анализ и интерпретация данных. - СПб.: Речь, 2007.
7. Евстропов В.М., Зубкова Т.А., Куц А.А. Экология и здоровье // Экология и безопасность жизнедеятельности: сборник статей XVIII Международной научно-практической конференции / МНИЦ ПГАУ. - Пенза: РИО ПГАУ, 2018. - С.144-146.
8. Ляпин В.А., Маренко В.А. Модели «неудовлетворенности граждан» медицинским обслуживанием в период пандемии // Информатика и системы управления. - 2022. - № 1 (71). - С. 53-61.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История развития проблемы загрязнения окружающей среды автотранспортом в мире, России и Республике Башкортостан. Анализ данных инструментальных замеров атмосферного воздуха в салонах АТС в период с 2008 г. по 2010 г. на содержание вредных веществ.
дипломная работа [706,2 K], добавлен 22.07.2012Естественные и искусственные источники загрязнения окружающей среды: воздуха, почвы, воды. Основные вредные примеси антропогенного происхождения. Виды и тяжесть влияния человеческой деятельности на природу, масштабы таких экологических воздействий.
реферат [23,4 K], добавлен 11.11.2013Естественное и антропогенное загрязнение окружающей среды. Характеристика болезней, вызываемых загрязнением окружающей среды. "Минамата" - заболевание человека и животных, вызываемое соединениями ртути. Болезнь "Итай-итай", "Юшо" и "Черные малютки".
презентация [317,7 K], добавлен 11.05.2015Учет и управление экологическими рисками населения от загрязнений окружающей среды. Методы очистки и обезвреживания отходящих газов ОАО "Новоросцемент". Аппараты и устройства, используемые для очистки аспирационного воздуха и отходящих газов от пыли.
дипломная работа [113,0 K], добавлен 24.02.2010Характеристика основных загрязнителей окружающей среды. Затраты на охрану окружающей среды. Структура экологических издержек общества. Расчет оплаты за размещение отходов и природоохранные мероприятия. Охрана труда и техника безопасности, промсанитария.
реферат [34,6 K], добавлен 16.06.2009Особенности экологических и гигиенических проблем воздушной среды: химические загрязнители, мероприятия по профилактике загрязнений атмосферного воздуха. Гигиеническое, экологическое значение воды и почвы, как факторов передачи инфекционных заболеваний.
контрольная работа [50,4 K], добавлен 05.04.2010Контроль изменений природной среды, получение качественных и количественных характеристик происшедших изменений в ней как основная задача экологического мониторинга. Методы геофизического мониторинга. Контроль и мониторинг состояния воздуха и вод.
контрольная работа [50,8 K], добавлен 18.10.2010Методы оценки загрязнения газовых потоков. Основные требования к отбору проб газа и его анализу и методы измерений. Методы оценки параметрических загрязнений. Методы оценки загрязнения водной среды, почв, грунтов и растительности. Идентификации изменений.
реферат [26,2 K], добавлен 05.11.2008Направления государственного регулирования природопользования и охраны окружающей среды. Причины загрязнения окружающей среды. Взаимосвязь экономики и природопользования, модели и подходы к экономическому развитию с учетом экологических требований.
курсовая работа [112,9 K], добавлен 30.11.2010Сущность понятия "температурная инверсия". Влияние загрязнения воздуха на здоровье человека. Конце6нтрация озона и уровень смертности в летний период. Негативное влияние твердых примесей, проживания вблизи оживленной дороги на состояние здоровья.
презентация [173,3 K], добавлен 01.05.2014Основные понятия о мониторинге окружающей среды, методы контроля загрязнений окружающей среды. Анализ методов контроля загрязнений. Рациональное и комплексное использование полезных ископаемых и энергетических ресурсов. Понятие экологического риска.
курсовая работа [47,4 K], добавлен 15.03.2016Роль гигиенической и экологической наук в обеспечении профилактических задач здравоохранения. Медицина окружающей среды. Факторы, формирующие здоровье населения. Окружающая среда и здоровье населения. Изменения показателей здоровья населения. Морбидность.
реферат [16,4 K], добавлен 07.02.2009Влияние автотранспорта на состояние окружающей среды. Идентификация экологических аспектов и воздействий. Технические и организационные мероприятия по уменьшению воздействия производства на окружающую среду. Разработка плановых экологических показателей.
курсовая работа [37,7 K], добавлен 19.12.2015Изучение взаимосвязи человека и окружающей среды. Обоснование экологической обусловленности болезней. Анализ основных видов загрязнений воздуха, воды, пищевых продуктов. Здоровье и искусственные пищевые добавки. Канцерогенные вещества в окружающей среде.
реферат [29,1 K], добавлен 11.05.2010Контроль за загрязнением атмосферного воздуха в селитебной зоне. Контроль метеорологических условий в жилой зоне. Анализ радиационной обстановки в жилых и рабочих помещениях. Оценка качества питьевой воды потенциометрическим и фотометрическим методами.
лабораторная работа [360,3 K], добавлен 05.06.2012Состояние окружающей природной среды в районе размещения объекта. Возможное воздействие проектируемого объекта на компоненты окружающей среды в процессе строительства и эксплуатации. Охрана атмосферного воздуха, земель и подземных вод от загрязнений.
практическая работа [37,6 K], добавлен 24.03.2011Информационное обеспечение экологических исследований. Структура и особенности экспертной системы. Преимущества геоинформационных систем. Модели в "математической экологии". Системы получения данных. Объединение различных информационных технологий.
реферат [373,0 K], добавлен 11.12.2014Общие сведения о влиянии антропогенных факторов на здоровье населения. Влияние загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы на здоровье человека. Список заболеваний, связанных с загрязнением атмосферного воздуха. Основные источники опасности.
реферат [36,1 K], добавлен 11.07.2013Проблема загрязнения атмосферного воздуха - одна из наиболее острых экологических проблем Кемеровской области. Параметры роста, развития березы как фактор тестирования наличия атмосферных токсикантов. Использование березы для мониторинга окружающей среды.
курсовая работа [222,6 K], добавлен 13.12.2009Сущность и обоснование теоремы Коуза, ее значение в исследовании проблемы внешних эффектов. Трансакционные издержки: понятие, значение в борьбе с загрязнением окружающей среды. Практическое применение теоремы Коуза при выявлении загрязнения природы.
курсовая работа [85,2 K], добавлен 06.01.2016
