大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)存在的問題及優(yōu)化策略分析

楊 諾，冀 翔，馮元元

（鄂州市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，湖北 鄂州 436099）

國新辦發(fā)布會(huì)上提出：解決突出生態(tài)環(huán)境問題，促進(jìn)生態(tài)環(huán)保督察高質(zhì)量發(fā)展，可見，我國對(duì)生態(tài)環(huán)境問題的重視。目前，城市大氣污染問題的嚴(yán)峻性已經(jīng)上升為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，事關(guān)人們的生存和發(fā)展。近幾年，國家在推進(jìn)大氣環(huán)境治理工作中提出了可持續(xù)發(fā)展理念，也積極倡導(dǎo)大力發(fā)展綠色交通、綠色經(jīng)濟(jì)，根據(jù)中國生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2021年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》顯示，我國城市大氣環(huán)境得到了明顯改善，整體呈現(xiàn)向好趨勢(shì)，但向好趨勢(shì)不穩(wěn)定，大氣環(huán)境持續(xù)改善壓力大，城市大氣污染問題仍舊不容小覷。為有效改善城市大氣環(huán)境，相關(guān)部門及負(fù)責(zé)人應(yīng)運(yùn)用多種現(xiàn)代化大氣監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)城市大氣環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以預(yù)防為主，堅(jiān)持綜合防治，積極應(yīng)對(duì)大氣污染問題，全面提高大氣環(huán)境質(zhì)量。

1 我國大氣污染現(xiàn)狀

根據(jù)生態(tài)環(huán)境部2016～2020年中國生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)，詳見表1，我國達(dá)標(biāo)城市比例逐年上升，由2016年的24.9%上升至2020年的59.9%，SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5濃度呈持續(xù)下降趨勢(shì)，O3濃度穩(wěn)中略有波動(dòng)，無明顯降幅?？諝赓|(zhì)量的持續(xù)改善，是大氣污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)成果的最直接體現(xiàn)[1]。

表1 2015～2020年我國地級(jí)及以上城市平均空氣質(zhì)量狀況 單位：CO：mg/m3；其他污染物：mg/m3

通過表2中2016～2020年我國廢氣排放量統(tǒng)計(jì)表可以看出，二氧化硫、二氧化氮、顆粒物廢棄減排量分別達(dá)到56.6%、20.7%、35.3%，主要污染物的減排是空氣質(zhì)量改善的根本原因。但是隨著一次排放污染物濃度的明顯下降，我國大氣環(huán)境臭氧和細(xì)顆粒物復(fù)合污染特征更加明顯，臭氧和細(xì)顆粒物以二次生成為主，生成機(jī)理復(fù)雜，管控難度大，對(duì)環(huán)境管理和環(huán)境監(jiān)測(cè)提出了更高的要求。

表2 2016～2020年我國廢氣排放量統(tǒng)計(jì)表 單位：萬噸

2 大氣污染成因分析

大氣污染物種類較多，包括含氧化合物（NO、NO2、NH3等）、含硫化合物（SO2、H2S等）、含碳化合物（CO、VOCs等）、含鹵素化合物（HF、HCL等）、光化學(xué)氧化劑（O3、H2O2等）、顆粒物、有機(jī)污染物和放射性物質(zhì)等。通常情況下，按其物理形態(tài)可劃分為顆粒物和氣態(tài)污染物兩類，前者以粉塵、懸浮物、PM2.5和PM10為主，后者主要指硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等[2]。如果大氣中污染物濃度超標(biāo)，就會(huì)產(chǎn)生各種大氣環(huán)境污染問題，對(duì)人們的生產(chǎn)生活造成極大的影響。

2.1 自然原因

大氣環(huán)境污染的自然原因有很多種，基本上都是自然災(zāi)害，如霧霾天氣、沙塵暴、森林火災(zāi)及火山噴發(fā)等，如表3所示。在部分污染物排放方面自然源排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人為源。

表3 大氣污染的自然源

2.2 人為原因

人們的生產(chǎn)生活是造成大氣污染的主要原因，具體如下：（1）煤炭燃燒。我國城市化進(jìn)程加快，供暖鍋爐改造計(jì)劃提上日程，多數(shù)地區(qū)注重清潔能源的開發(fā)和利用，但不少地區(qū)依舊采用燃燒煤炭取暖的方式，導(dǎo)致燃煤區(qū)霧霾問題持續(xù)加劇。（2）尾氣排放。近年來，城市機(jī)動(dòng)車數(shù)量不斷增多，汽車尾氣隨意排放，使空氣中一氧化碳、碳?xì)浠衔锖土蜓趸锏闹笖?shù)持續(xù)增加，造成嚴(yán)重的大氣污染。（3）工業(yè)生產(chǎn)。目前，大部分工業(yè)生產(chǎn)中都開始使用新能源，但仍有部分企業(yè)使用化工原料，生產(chǎn)中會(huì)排出大量的有毒有害氣體，若是不加以控制或者治理不當(dāng)就會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成影響。（4）施工揚(yáng)塵。現(xiàn)代工程規(guī)模逐漸擴(kuò)大，項(xiàng)目數(shù)量也越來越多，在工程施工建設(shè)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，加劇了大氣污染。另外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)農(nóng)藥施用過量、秸稈燃燒等行為，也會(huì)污染大氣環(huán)境。

3 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)存在的問題

大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)是大氣環(huán)境治理的基礎(chǔ)與技術(shù)支撐，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量與監(jiān)測(cè)能力直接影響環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)和環(huán)境管理的能力，目前我國在大氣監(jiān)測(cè)機(jī)制、大氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等方面都取得了一定的成效，但是面對(duì)新形勢(shì)下環(huán)境監(jiān)測(cè)的新要求，各地環(huán)境監(jiān)測(cè)仍然存在明顯的不足，主要包括以下幾個(gè)方面：

3.1 監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理制度不完善

數(shù)據(jù)的真、準(zhǔn)、全是環(huán)境監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)與底線，近年來我國在完善大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理體系建設(shè)方面不斷做出努力，通過監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)改革、監(jiān)測(cè)事權(quán)上升、站點(diǎn)運(yùn)維管理機(jī)制創(chuàng)新、不斷完善技術(shù)體系等措施提高大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，但是西安、臨汾等地人為干擾監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量案件的發(fā)生，仍然暴露出大氣監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理制度的不完善，防范和懲治環(huán)境監(jiān)測(cè)人為干擾的責(zé)任體系和工作機(jī)制不健全。

3.2 大氣環(huán)境監(jiān)察系統(tǒng)不健全

大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)過程中，需要構(gòu)建完善的環(huán)境監(jiān)察系統(tǒng)，但由于相關(guān)人員不夠重視此項(xiàng)工作，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)重疊、數(shù)據(jù)信息有誤等現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，難以高效利用數(shù)據(jù)開展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)工作[3]。加之現(xiàn)有監(jiān)測(cè)技術(shù)比較匱乏，未能達(dá)到大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)要求，致使大氣監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量得不到有效保障。

3.3 大氣監(jiān)測(cè)體系建設(shè)不完善

要實(shí)現(xiàn)對(duì)污染全過程的監(jiān)測(cè)與分析，僅僅依靠常規(guī)的地面監(jiān)測(cè)設(shè)備是不能滿足要求的。目前衛(wèi)星遙感、激光雷達(dá)、組分監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)，城市站、港口站、工業(yè)站、超級(jí)站、路邊站各類站點(diǎn)建設(shè)也不斷提上日程。但目前我國很多地區(qū)大氣監(jiān)測(cè)體系建設(shè)不夠完善，站點(diǎn)類型與監(jiān)測(cè)技術(shù)比較單一，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系管理機(jī)制不健全，導(dǎo)致污染全過程監(jiān)測(cè)和大氣污染成因分析無法有效進(jìn)行，難以為大氣污染防治管理提供科學(xué)精準(zhǔn)的管控建議。

3.4 監(jiān)測(cè)人員綜合素質(zhì)參差不齊

監(jiān)測(cè)人員的技術(shù)水平和職業(yè)素質(zhì)在一定程度上決定了大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的質(zhì)量?，F(xiàn)階段我國大氣監(jiān)測(cè)不僅要說得清現(xiàn)狀、說得準(zhǔn)問題，還要說明污染成因、機(jī)理和改善措施，這對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)人員的專業(yè)水平提出了更高的要求[4]。目前隨著監(jiān)測(cè)事權(quán)上收和機(jī)構(gòu)改革，地方監(jiān)測(cè)能力明顯下降，監(jiān)測(cè)人員水平參差不齊，在新監(jiān)測(cè)技術(shù)和監(jiān)測(cè)成因診斷方面存在明顯弱項(xiàng)，導(dǎo)致環(huán)境監(jiān)測(cè)對(duì)環(huán)境管理的技術(shù)支撐作用發(fā)揮不完全、不徹底。

4 大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的措施

4.1 加大環(huán)境監(jiān)察力度

為推進(jìn)大氣污染治理工作全面落實(shí)，相關(guān)部門應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)督立法，尤其是行政執(zhí)法和監(jiān)管力度要有所加強(qiáng)，并進(jìn)一步完善常態(tài)化、動(dòng)態(tài)化執(zhí)法檢查機(jī)制，保障大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)及污染治理工作有序開展。首先，要結(jié)合管轄區(qū)域內(nèi)大氣污染情況做出明確的規(guī)定，以宣傳、教育的方式，督促各部門及相關(guān)人員做好環(huán)保工作。其次，要制定嚴(yán)明的規(guī)章制度，遵循因地制宜的原則，加大大氣污染監(jiān)測(cè)及環(huán)境質(zhì)量控制力度，按照相關(guān)規(guī)定實(shí)施環(huán)境監(jiān)測(cè)。最后，合理優(yōu)化城市布局，嚴(yán)禁在居民生活區(qū)或者市區(qū)內(nèi)開展任何工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，避免對(duì)居民造成不良影響。

4.2 持續(xù)完善監(jiān)測(cè)技術(shù)

相關(guān)部門在推動(dòng)大氣污染治理工作中，除了完善相關(guān)政策法規(guī)，還要建立健全監(jiān)測(cè)監(jiān)察機(jī)制，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化大氣污染監(jiān)測(cè)技術(shù)，特別是在信息化時(shí)代，更要注重大數(shù)據(jù)、5G、云計(jì)算的運(yùn)用，盡量減少人工監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)誤差，提升大氣污染物鑒別及環(huán)境監(jiān)測(cè)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性[5]。同時(shí)基于大數(shù)據(jù)整合思維，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)與人工智能的有機(jī)結(jié)合，通過運(yùn)用多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)大氣環(huán)境污染的全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，提高大氣監(jiān)測(cè)成效，為實(shí)施污染治理策略提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.2.1 光學(xué)監(jiān)測(cè)

大氣污染監(jiān)測(cè)中可以運(yùn)用原子吸收光譜技術(shù)，其應(yīng)用原理是利用金屬原子本身的吸附性，使金屬元素在基態(tài)原子作用下吸收待測(cè)原子，形成反射波長，然后對(duì)波長進(jìn)行相應(yīng)的處理，繪制成各式各樣的光譜圖。通過觀察和分析光譜圖，即可對(duì)目標(biāo)污染元素的存在與否作出判斷，一旦發(fā)現(xiàn)污染元素，要借助原子吸收光譜測(cè)試儀做定量分析，若是污染元素超過既定標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行污染治理。

4.2.2 電化學(xué)監(jiān)測(cè)

電化學(xué)監(jiān)測(cè)主要是利用污染物自身的化學(xué)性質(zhì)來開展有效的監(jiān)測(cè)，通過電化學(xué)傳感器與氣體反應(yīng)產(chǎn)生的電信號(hào)，根據(jù)數(shù)值情況，初步判斷空氣污染程度，其在有毒氣體監(jiān)測(cè)中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。由于不同污染物的化學(xué)性質(zhì)有所不同，運(yùn)用這種方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可以根據(jù)化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)來判定污染物的種類，常用電化學(xué)法監(jiān)測(cè)大氣中的二氧化硫、甲醛等污染物，為大氣污染治理提供參考。

4.2.3 車載設(shè)備監(jiān)測(cè)

車載設(shè)備監(jiān)測(cè)是大氣污染監(jiān)測(cè)中常用的一種技術(shù)手段，其應(yīng)用原理是在車輛上裝置特定的測(cè)量設(shè)備，再將車輛開到指定監(jiān)測(cè)點(diǎn)，自動(dòng)采集大氣環(huán)境信息進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。運(yùn)用車載設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是在風(fēng)力作用下，空氣中污染物會(huì)擴(kuò)散，使用車載監(jiān)測(cè)設(shè)備可以在一定程度上克服外界因素的干擾；二是應(yīng)用車載設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠隨時(shí)更換車輛位置，實(shí)現(xiàn)全方位、動(dòng)態(tài)性的監(jiān)測(cè)[6]。在具體操作中，可在出租車、公共汽車等車輛上安裝車載監(jiān)測(cè)設(shè)備，用以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)空氣中顆粒物、CO、O3、NO2、SO2以及VOC等參數(shù)，不斷完善環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

4.2.4 無人機(jī)監(jiān)測(cè)

無人機(jī)起飛巡檢速度快，且具有良好的隱蔽性，能夠規(guī)劃路徑，從而進(jìn)行靈活監(jiān)測(cè)。將無人機(jī)應(yīng)用于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)中，可以代替人力深入危險(xiǎn)區(qū)域獲取數(shù)據(jù)信息，極大地降低了操作風(fēng)險(xiǎn)，還能對(duì)污染物進(jìn)行溯源定位。在實(shí)際工作中，將無人機(jī)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多方面、全方位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，能從不同高度監(jiān)測(cè)三維空間分布情況，獲得更多的數(shù)據(jù)信息，如交通、空氣質(zhì)量、光線、風(fēng)向、溫室情況和其他參數(shù)，為大氣污染防治提供依據(jù)。例如，將氣體檢測(cè)儀、溫濕度傳感器裝置在無人機(jī)上，可以監(jiān)測(cè)焚燒污染物，有效采集空氣中氣體濃度的數(shù)據(jù)，為后續(xù)污染治理打下基礎(chǔ)。

4.2.5 衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)

遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)大氣環(huán)境方面有其一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，重點(diǎn)要根據(jù)大氣環(huán)境狀況及污染物分布情況，合理布設(shè)采樣點(diǎn)，一般采取功能區(qū)布點(diǎn)、扇形布點(diǎn)、網(wǎng)格布點(diǎn)等方法，實(shí)現(xiàn)全方位的監(jiān)測(cè)。如應(yīng)用網(wǎng)格布點(diǎn)法，可以將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為多個(gè)網(wǎng)格，把兩條直線的交匯處視為采樣點(diǎn)，準(zhǔn)確地獲取風(fēng)向、設(shè)備設(shè)施、建筑物等指標(biāo)。通常用衛(wèi)星遙感來監(jiān)測(cè)大氣成分，利用遙感技術(shù)獲取溫室氣體、O3濃度以及干濕沉降等信息，通過分析大氣成分，預(yù)測(cè)空氣中污染物的濃度，或可運(yùn)用遙感監(jiān)測(cè)臭氧層，明確臭氧層孔洞部位，及時(shí)采取防護(hù)措施，以免臭氧層受到破壞[7]。

4.3 聯(lián)合開展科研攻關(guān)

大氣污染防治必須對(duì)癥下藥，目前臭氧和細(xì)顆粒物復(fù)合污染是影響空氣質(zhì)量的關(guān)鍵因素，這兩者都是以二次生產(chǎn)為主，粗暴式管控措施對(duì)其濃度消減作用甚微。要對(duì)癥下藥就必須弄清弄懂臭氧和細(xì)顆粒物的污染成因。目前隨著立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)的不斷完善，為污染成因診斷提供了基礎(chǔ)，但由于各地監(jiān)測(cè)人員水平和監(jiān)測(cè)能力有限，導(dǎo)致污染成因分析水平有限，各地應(yīng)聯(lián)合高校、科研院所和社會(huì)力量開展聯(lián)合科研攻關(guān)，制定本地化的大氣污染防控政策。2017年，生態(tài)環(huán)境部牽頭組織科技、農(nóng)業(yè)、工信、氣象、衛(wèi)生、科研院校等部門對(duì)京津冀及周邊地區(qū)秋冬季大氣重污染成因、重點(diǎn)行業(yè)和污染物排放管控技術(shù)進(jìn)行集中攻關(guān)，組建科技攻關(guān)團(tuán)隊(duì)對(duì)京津冀及周邊地區(qū)大氣污染傳輸通道“2+26”城市開展駐點(diǎn)監(jiān)測(cè)和技術(shù)指導(dǎo)，完成“2+26”城市2017～2018年秋冬季顆粒物來源解析，弄清了京津冀及周邊地區(qū)大氣污染成因，為區(qū)域內(nèi)大氣污染精準(zhǔn)防治提供了科學(xué)依據(jù)[8]。各地科學(xué)研究基礎(chǔ)薄弱，應(yīng)創(chuàng)新科研體制機(jī)制，聯(lián)合高?？蒲性核值艹鞘泻蛦挝?，加快人才引進(jìn)，為大氣科學(xué)研究注入動(dòng)力，為各地大氣污染精準(zhǔn)防控提供技術(shù)支撐。

5 結(jié)語

大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)在監(jiān)測(cè)污染發(fā)生、實(shí)現(xiàn)污染追蹤、診斷污染成因和發(fā)布污染預(yù)報(bào)信息方面發(fā)揮著重要的作用，是實(shí)現(xiàn)本地化科學(xué)精準(zhǔn)污染防治與管控的基礎(chǔ)與技術(shù)支撐。面對(duì)各地環(huán)境監(jiān)測(cè)存在的不足與問題，相關(guān)部門及單位要加強(qiáng)對(duì)大氣監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究與應(yīng)用，了解大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展的新形勢(shì)與新需求，合理運(yùn)用電化學(xué)、光學(xué)、無人機(jī)、遙感等監(jiān)測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)對(duì)顆粒物、臭氧及其前體物的協(xié)同監(jiān)測(cè)，同時(shí)不斷優(yōu)化大氣環(huán)境網(wǎng)絡(luò)與管理機(jī)制，提升大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)能力與水平，強(qiáng)化大氣污染監(jiān)測(cè)與治理效率，不斷持續(xù)改善大氣環(huán)境質(zhì)量，為人們提供舒適的生活環(huán)境。