非本科工程師的踩坑心得：環境數據處理，為什麼跟線上課程教的都不一樣？

我是一名環境工程師。因為工作上有很多數據彙整業務，半路出家學了 Python，想把那些重複性的 Excel 作業自動化。

一開始，我嘗試把線上課程學到的 Pandas 技巧，套用到政府公開資料(Open data)跟實驗室的檢測報告上。結果，我卻迎來了嚴重的撞牆期。

我發現，不是我的程式碼寫錯了，而是環境科學領域的數據，根本不符合主流資料科學課程裡那種「完美、隨機、常態分佈」的假設。在反覆踩雷後，我慢慢體悟到：我們在做的其實不是純粹的數據分析，而是「領域知識驅動的數據工程」。

總結這段時間，我在處理環境數據時觀察到的 4 個底層的認知差異：

1. 缺失值（Missing Values）本身就是一種物理資訊

在學資料清理時，遇到缺失值，我直覺的想法就是「補值」(平均值或0)。
但後來我才意識到，在環境檢測中，缺失值往往有明確的物理原因：暴雨導致感測器通訊中斷、溫度過低導致設備失效，或是檢測儀器正在進行定期的標準氣體校正。如果在暴雨期間的空白處，硬是補上前幾個小時的平均雨量或是0，會直接導致後續的評估完全失真。

在環境數據中，缺失的原因本身就是關鍵資訊，不能隨便亂補。

2. 異常值（Outliers）不是雜訊，是評估與工程的核心

環境數據的異常值可能是極端天氣（颱風）、工廠突發性排放超標，或是土地使用改變。如圖，若單看PM2.5變化可能會認為10/3空氣品質良好，比對風速、降水量及中央氣象署的資料可以發現當時有颱風侵襲，才導致PM2.5偏低；若把PM2.5數值極低或甚至出現未檢出的數據與風速、降水量的峰值刪除或用平均值取代，會使分析結果失真。

在環境影響評估中，背景調查中的最大值往往代表著該區域對污染的「涵容能力」，或是判定開發強度的容許閾值；同時，在環境品質數據的呈現也對於「數據是否具代表性」格外重視。而在環境工程設計的角度，極端值代表的是工程設計或設備的邊界條件。

若把這些極端值當成雜訊洗掉，等於洗掉了真實的環境風險。

3. 時間序列的非平穩性與地球科學週期

環境數據的時間序列具有強烈的地球科學週期性，氣溫、水質、空氣品質不僅受一年四季影響，還有日夜週期，甚至受季風與豐枯水期的干擾。這使得我一開始嘗試套用一般商業預測的時間序列模型時，跑出來的結果簡直慘不忍睹。處理這類數據，如果不把環境的週期特性作為特徵放進去，根本無法建立有意義的關聯。

4. 左側設限資料（Left-censored Data）：化學分析的型別地獄

這是我在寫 script 時最頭痛的環節。當你在資料庫看到 <0.05，它不是缺失值，更不能單純當成字串處理。

Excel 會把 <0.05 當成字串而忽略。我一開始為了讓 Matplotlib 順利畫出折線圖，甚至寫過直接把它們轉成 0 或刪除的粗暴程式碼。後來才知道，這會嚴重破壞污染物的真實統計分佈，必須依據具體的環境場景進行合理轉換（例如替換為 1/2 MDL）。

寫在最後的請益

我們做這些數據處理，最終的輸出通常需要提送機關審查，方法必須有科學根據、符合法規，且能被稽核追溯。目前我正在嘗試把這些領域知識邏輯封裝成自動化的 python 清理模組。

如果你是熟悉資料工程的前輩，對於這類數據的架構設計有任何建議，非常歡迎留言交流！