大氣環(huán)境監(jiān)測布點方法探討

翁 操

（惠州市惠東生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 惠州 516300）

環(huán)境監(jiān)測中大氣環(huán)境監(jiān)測可以了解大氣中污染物含量，對其污染物組成、發(fā)展趨勢等進(jìn)行研究，為環(huán)境保護(hù)提供良好的依據(jù)。大氣環(huán)境監(jiān)測需要對一氧化碳、臭氧、氮氧化物等分子狀污染物以及飄塵、懸浮顆粒等顆粒狀污染物進(jìn)行分析，工作中監(jiān)測布點方法的選擇對于監(jiān)測準(zhǔn)確性的提升具有重要意義，科學(xué)地選擇監(jiān)測點位，可以避免監(jiān)測過程中的干擾因素，并提升監(jiān)測的經(jīng)濟(jì)性與科學(xué)性。在實際進(jìn)行監(jiān)測布點時，需要結(jié)合監(jiān)測項目的要求以及地方特點等進(jìn)行綜合分析，了解布點的選擇條件，對不同布點方式的優(yōu)勢進(jìn)行分析探討，能夠更好地做出選擇，為后續(xù)工作提供有效的幫助。

1 大氣環(huán)境監(jiān)測的意義

1.1 保護(hù)生態(tài)環(huán)境

大氣環(huán)境監(jiān)測在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面具有重要意義。在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化程度不斷加深的背景下，大氣環(huán)境問題不容樂觀，據(jù)統(tǒng)計，自2018年以來，大氣環(huán)境問題在環(huán)境異常信息占比為78.5%。而大氣環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用能夠?qū)Ω鞯貐^(qū)的大氣質(zhì)量進(jìn)行評估，分析區(qū)域內(nèi)大氣污染環(huán)境問題，為當(dāng)?shù)氐拇髿馕廴局卫砉ぷ魈峁└涌煽康囊罁?jù)。大氣環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用可以對區(qū)域內(nèi)大氣污染物分布、濃度以及發(fā)展情況進(jìn)行分析，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的進(jìn)行具有良好作用，為了進(jìn)一步發(fā)揮大氣環(huán)境監(jiān)測的作用，在環(huán)境監(jiān)測過程中強化大氣監(jiān)測的技術(shù)以及設(shè)備條件也是現(xiàn)階段比較重要的工作。

1.2 保障人體健康

大氣環(huán)境監(jiān)測對于保障人體健康具有重要的意義。人體健康與大氣質(zhì)量息息相關(guān)，常見大氣污染物PM2.5除了對大氣環(huán)境具有負(fù)面影響外，其易附帶有毒性、有害物質(zhì)的特性也會對人體健康造成不良影響，伴隨著生態(tài)環(huán)境的變化，臭氧濃度緩慢升高等也對空氣質(zhì)量造成了影響，同樣不利于人體健康。社會生產(chǎn)發(fā)展中以重工化為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)以及閃通運輸產(chǎn)生的廢氣等，都是大氣污染的主要來源，同樣也對人體健康具有不良影響。大氣環(huán)境監(jiān)測可以對上述常見大氣污染物進(jìn)行監(jiān)測，了解工業(yè)區(qū)、閃通區(qū)、生活區(qū)等區(qū)域的大氣污染情況，環(huán)境保護(hù)部門可結(jié)合監(jiān)測結(jié)果向民眾發(fā)布出行建議，并及時開展重點區(qū)域的污染物治理，能夠在一定程度上緩解大氣環(huán)境問題對人體健康造成的負(fù)面影響，保障人體健康。

1.3 優(yōu)化社會環(huán)境

大氣環(huán)境監(jiān)測對于社會環(huán)境優(yōu)化同樣具有重要意義。大氣環(huán)境監(jiān)測工作能夠為生態(tài)環(huán)境、人體健康提供良好的幫助，對于社會生產(chǎn)發(fā)展結(jié)構(gòu)的變化也具有重要指導(dǎo)意義。據(jù)統(tǒng)計從2016至2020年間，全國共查辦涉氣環(huán)境違法案件19.33萬件，罰款總計140.51億元，而大氣環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用時了解涉氣環(huán)境違法的主要條件，有利于幫助提升生態(tài)環(huán)境執(zhí)法能力和水平，開展對違規(guī)排放企業(yè)的治理工作，在減少大氣污染排放的同時，優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變能源發(fā)展方向，創(chuàng)造更加優(yōu)質(zhì)的社會環(huán)境。

2 大氣環(huán)境監(jiān)測布點點位選取原則

2.1 代表性原則

代表性原則是大氣環(huán)境監(jiān)測布點選擇中應(yīng)該關(guān)注的內(nèi)容。大氣環(huán)境布點的點位應(yīng)該具有代表性，即能夠真實有效地反映該地區(qū)的大氣環(huán)境情況，特別是重點區(qū)域的污染物濃度監(jiān)測，需要結(jié)合其所處地形特點、氣候特征等進(jìn)行綜合分析，選擇最具代表性，能夠準(zhǔn)確反映該地區(qū)環(huán)境情況的點位，便于對大氣污染情況的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行判斷[1]。

2.2 一致性原則

一致性原則也是大氣環(huán)境監(jiān)測布點選擇的重要內(nèi)容。大氣環(huán)境監(jiān)測的點位的污染物情況應(yīng)該與周邊具有一致性，即監(jiān)測點的污染物種類、濃度等都應(yīng)該與監(jiān)測周圍保持一致性，一致性是大氣環(huán)境監(jiān)測中數(shù)據(jù)準(zhǔn)確與合理性的重要評估依據(jù)，同時也是進(jìn)行后續(xù)環(huán)境問題分析的前提條件，在布點選擇時應(yīng)該進(jìn)行一致性的有效分析[2]。

2.3 經(jīng)濟(jì)性原則

經(jīng)濟(jì)性原則同樣也是大氣環(huán)境監(jiān)測布點選擇中應(yīng)該重點關(guān)注的原則。大氣環(huán)境監(jiān)測的覆蓋面較廣，在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行大面積布點需要耗費一定量的人力物力資源條件，而現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)測資源相對有限，為此在實際監(jiān)測中需要堅持經(jīng)濟(jì)性原則，在保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)準(zhǔn)確基礎(chǔ)上，將有限資源盡可能用到重點區(qū)域內(nèi)，在污染物嚴(yán)重區(qū)域多布點，提升對重點區(qū)域的監(jiān)測質(zhì)量，而在污染物相對較少的區(qū)域可以減少布點，合理化應(yīng)用現(xiàn)有的監(jiān)測資源。

2.4 科學(xué)性原則

科學(xué)性原則是大氣環(huán)境監(jiān)測布點點位選擇的重要原則。大氣環(huán)境監(jiān)測布點必須要保證科學(xué)合理，在實際監(jiān)測中應(yīng)該結(jié)合不同區(qū)域的實際情況合理地進(jìn)行布點，比如對人體健康危害較大的污染物監(jiān)測時，應(yīng)該考慮人體身高所處范圍的監(jiān)測條件，將高度控制在1.5～2.0 m，或選擇參考值1.7 m；而當(dāng)監(jiān)測對植物有重大影響污染物時，則應(yīng)該考慮植物的高度特點，選擇與植物中心葉面保持一致的監(jiān)測高度[3]。

3 大氣環(huán)境監(jiān)測常規(guī)布點方法

3.1 功能區(qū)布點法

功能區(qū)布點法是大氣環(huán)境監(jiān)測常規(guī)布點方法。功能區(qū)布點法根據(jù)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)功能區(qū)進(jìn)行劃分，將監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、工業(yè)區(qū)等進(jìn)行分割，而后根據(jù)人力、物力資源條件以及環(huán)境污染情況進(jìn)行監(jiān)測點布置[4]。功能區(qū)布點法是一種簡單且高效的布點方式，當(dāng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)功能區(qū)相對明確，且功能區(qū)內(nèi)污染分布相對均勻時，可考慮應(yīng)用功能區(qū)布點法。在實際應(yīng)用中為了保證布點的科學(xué)性與可靠性，監(jiān)測人員還需要盡可能細(xì)化功能區(qū)分類，對商業(yè)、居民與工業(yè)區(qū)域中的內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化，加入文化區(qū)、閃通區(qū)、公共休閑區(qū)等更加詳細(xì)的功能區(qū)域劃分，為后續(xù)分析大氣污染狀況奠定良好基礎(chǔ)。在功能區(qū)內(nèi)進(jìn)行大氣環(huán)境監(jiān)測布點，需要明確采樣點位置、數(shù)目等信息，功能區(qū)布點能否達(dá)到良好的監(jiān)測目的，需要結(jié)合環(huán)境污染情況進(jìn)行實際分析，盡可能地保證功能區(qū)監(jiān)測布點位于大氣污染擴(kuò)散規(guī)律的位置上，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性。

3.2 扇形布點法

扇形布點法是通過將采樣點設(shè)置在距點源不同距離的弧線上的布點方式，當(dāng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有明顯主導(dǎo)風(fēng)向時，可選用扇形布點法。扇形布點法的整體布點形態(tài)為扇形平面，布點時將點源作為頂點，根據(jù)主導(dǎo)風(fēng)向的軸線在風(fēng)向下行區(qū)域劃定扇形區(qū)域，完成布點。扇形布點法的扇形角度多為45 °，也可根據(jù)實際情況調(diào)整角度大小，但通常不超過90 °，在布點過程中需要注意弧線上采樣點的數(shù)量和角度設(shè)計，一般每條弧線上的采樣點為3～4個，兩條弧線之間的角度為10 °～20 °，在具體進(jìn)行監(jiān)測時，需要結(jié)合監(jiān)測區(qū)域的具體范圍和污染情況適當(dāng)調(diào)整其角度和布點數(shù)量，以提升監(jiān)測的準(zhǔn)確性[5]。扇形布點法在應(yīng)用時必須確認(rèn)污染點源，以其為起點，在后續(xù)監(jiān)測中為了保證其準(zhǔn)確性可在上風(fēng)向位置設(shè)置對照點。

3.3 網(wǎng)格布點法

網(wǎng)格布點法在大氣環(huán)境監(jiān)測中也比較常用，當(dāng)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)污染源數(shù)量較多且分布均勻時，選擇網(wǎng)格布點方法能夠得到更加準(zhǔn)確的監(jiān)測結(jié)果。網(wǎng)格布點法一般將監(jiān)測區(qū)域的地面劃分為網(wǎng)格，在網(wǎng)格方格的中心或直線閃點處設(shè)置采樣點。

網(wǎng)格布點法是一種受人為主觀因素影響較小的監(jiān)測方式，通常以人口分布、人力物力條件、污染源強度等作為網(wǎng)格劃分依據(jù)，網(wǎng)格的大小通常比較均勻，能夠相對直觀地反映污染物的空間分布。

現(xiàn)階段，生態(tài)環(huán)境部門在大氣環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)管中經(jīng)常應(yīng)用網(wǎng)格布點法，在“千里眼”大氣環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)管應(yīng)用中，通過衛(wèi)星遙感、地面微站以及大數(shù)據(jù)等綜合檢測手段的應(yīng)用，可以將全國大氣污染重點區(qū)域的39個城市約42.8萬平方公里的區(qū)域劃分為6萬個網(wǎng)格，并進(jìn)行網(wǎng)格布點監(jiān)測，實現(xiàn)大氣環(huán)境的有效監(jiān)管。網(wǎng)格布點法能夠真實反映所代表的區(qū)域的污染情況，具有一致性和代表性的特點，但在污染濃度較高的區(qū)域的氣體實際濃度反映方面略微乏力，在實際應(yīng)用中需要結(jié)合具體情況進(jìn)行考慮[6]。

3.4 同心圓布點法

同心圓布點法是一種對重大污染源具有良好監(jiān)測效果的方法，在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)有多個污染源且重大污染源比較集中時，選擇同心圓布點法可以更好地完成監(jiān)測活動。同心圓布點法通常以污染源中心作為圓心，畫出大小不同的同心圓，然后做出若干射線，并將圓周與射線的閃點作為采樣點。在同心圓布點法應(yīng)用中，圓周上布點的數(shù)量和分布并不一定均勻，通常在上風(fēng)向的監(jiān)測點數(shù)目少，下風(fēng)向監(jiān)測點數(shù)目較多。同心圓布點法可以對污染成片狀集中式分布的區(qū)域進(jìn)行有效監(jiān)測，能夠保證重污染區(qū)域監(jiān)測的準(zhǔn)確性，是一種能夠同時滿足大氣環(huán)境監(jiān)測代表性、一致性、經(jīng)濟(jì)性、科學(xué)性的監(jiān)測布點方法，同樣具有良好的應(yīng)用價值。

4 大氣環(huán)境監(jiān)測點位優(yōu)化方法

4.1 物元分析法

物元分析法是一種適用于大氣環(huán)境監(jiān)測布點工作的分析方式，在大氣環(huán)境監(jiān)測中具有實用性，在實際應(yīng)用中可對各類監(jiān)測方法點位進(jìn)行優(yōu)化。其監(jiān)測中主要通過最大值和最小值分析，得到最佳監(jiān)測點。在實際應(yīng)用中，需要將監(jiān)測數(shù)據(jù)中最大值與最小值提煉出來，而后將最大值設(shè)定為最佳點A，將最小值設(shè)定為最劣點B，并將二者平均值設(shè)定為期望點C，將A、B、C組合成標(biāo)準(zhǔn)原矩陣RAC、RAB、RBC，建立關(guān)聯(lián)函數(shù)，通過計算綜合關(guān)聯(lián)函數(shù)并結(jié)合函數(shù)值畫出點聚圖，即可得到最佳監(jiān)測點的分析結(jié)果，完成點位優(yōu)化[7]。

4.2 相關(guān)系數(shù)法

相關(guān)系數(shù)法是資源調(diào)查中常用的方法，在大氣環(huán)境監(jiān)測中一般與網(wǎng)格布點法配合使用，可以結(jié)合網(wǎng)格布點法數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析。相關(guān)系數(shù)法通過數(shù)量指標(biāo)利用相應(yīng)公式可完成兩個變量之間的相互關(guān)系分析，進(jìn)而完成后續(xù)的推算工作。在大氣環(huán)境監(jiān)測布點優(yōu)化中，相關(guān)系數(shù)法主要以網(wǎng)格布點法所獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過對網(wǎng)格數(shù)與監(jiān)測點數(shù)相關(guān)系數(shù)的計算，分析網(wǎng)格所代表的污染物濃度的真實度。二者的相關(guān)系數(shù)越大，則表明大氣污染分布規(guī)律越真實。然后，通過對監(jiān)測點污染物濃度以及平均濃度的計算，得出變異系數(shù)與各點方差，根據(jù)各系數(shù)與方差之間的分析，得出最佳監(jiān)測點[8]。

4.3 t 檢驗法

t檢驗法是一種適用于檢驗樣本含量較小的檢驗方法，主要根據(jù)t分布理論評估差異發(fā)生概率，在大氣環(huán)境監(jiān)測點位的優(yōu)化上也具有一定作用。在實際應(yīng)用中，t檢驗法與網(wǎng)格布點法適應(yīng)度較高，一般用于網(wǎng)格布點法的點位優(yōu)化。在t檢驗法中選擇網(wǎng)格布點法監(jiān)測數(shù)據(jù)，在檢驗中通過平均濃度數(shù)據(jù)、污染區(qū)域劃分，結(jié)合大氣監(jiān)測方法的方便程度、安全性、位置關(guān)系等評價標(biāo)準(zhǔn)，綜合制定各類方案，通過比較選出其中的最優(yōu)方案。而后以t進(jìn)行優(yōu)選點的檢驗，并評估總樣本差異是否顯著，并根據(jù)顯著性水平的數(shù)值，通過t分布表查出t的數(shù)值，進(jìn)而完成最佳監(jiān)測點位選擇[9]。

4.4 特征分析法

特征分析法是從變量中提取各變量的綜合特征，而后進(jìn)行變量間內(nèi)在關(guān)系分析論證的方法，在大氣環(huán)境監(jiān)測布點優(yōu)化中同樣具有一定作用，特征分析法的歸類分析同樣具有良好的適用性，可以對各類布點方法的點位優(yōu)化進(jìn)行有效處理，選取最佳點位。特征分析法根據(jù)污染程度將監(jiān)測點進(jìn)行歸類，選取不同類別的點位作為代表，并根據(jù)原始監(jiān)測數(shù)據(jù)建立聯(lián)系度關(guān)系矩陣Y=XA，其中X為編碼矩陣，A為變量權(quán)矩陣，通過求解X、A以及最大特征值λ，解決聯(lián)系度最大問題，最后完成關(guān)系矩陣Y的計算。在計算完成后，特征分析法可繪制得到變量聯(lián)系度的折線圖，并通過大小歸類從中選取大氣環(huán)境監(jiān)測的優(yōu)化點位[10]。

5 結(jié)語

大氣環(huán)境監(jiān)測工作的進(jìn)行對于科學(xué)評估環(huán)境質(zhì)量，為環(huán)境治理提供良好依據(jù)具有重要的意義，而監(jiān)測布點的科學(xué)與合理則需要結(jié)合各類條件進(jìn)行分析。常規(guī)布點方法中功能區(qū)布點法、扇形布點法、網(wǎng)格布點法以及同心圓布點法可以適應(yīng)不同污染源類型的監(jiān)測，在實際應(yīng)用中可以結(jié)合風(fēng)向、污染源數(shù)量等特點進(jìn)行分析，選定更加適宜的監(jiān)測方式。在優(yōu)化監(jiān)測點位的研究中，以監(jiān)測數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)污染物監(jiān)測值的輕重程度等進(jìn)行計算，能夠結(jié)合污染程度歸類對大氣環(huán)境監(jiān)測布點進(jìn)行更為科學(xué)的規(guī)劃，提升監(jiān)測的質(zhì)量水平。