大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的應(yīng)用及布點(diǎn)方法探究

摘要：本研究通過(guò)案例分析，發(fā)現(xiàn)合理的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法能夠有效提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為環(huán)境保護(hù)和預(yù)警提供重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：大氣環(huán)境；環(huán)境監(jiān)測(cè)；布點(diǎn)方法

DOI：10.12433/zgkjtz.20232433

一、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)概述

（一）主要原理

大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要原理是通過(guò)大氣污染物監(jiān)測(cè)儀器采集大氣中的污染物數(shù)據(jù)以及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，然后做數(shù)據(jù)分析和處理，以得出大氣環(huán)境質(zhì)量狀況及趨勢(shì)變化的信息，主要內(nèi)容包括采樣、分析、監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)處理等方面。

（二）主要應(yīng)用場(chǎng)景

大氣環(huán)境檢測(cè)應(yīng)用廣泛，主要應(yīng)用于工業(yè)污染源排放控制、城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、自然環(huán)境監(jiān)測(cè)和航空航天空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景。

（三）大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)主要方法

1.扇形布點(diǎn)法

扇形布點(diǎn)法先根據(jù)污染源的分布情況、當(dāng)天主導(dǎo)風(fēng)向、污染源區(qū)域位置等信息，在污染源的上風(fēng)向選擇一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)作為參照點(diǎn)，然后根據(jù)污染源分布及區(qū)域位置等情況，在污染源的下風(fēng)向間隔一定間距（或夾角）的扇形區(qū)域內(nèi)設(shè)置多個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，將該區(qū)域內(nèi)的所有可能受到影響的監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部納入監(jiān)測(cè)范圍。這樣可以覆蓋到所有的污染源和可能受到污染物擴(kuò)散影響的區(qū)域。在實(shí)際應(yīng)用中，采用扇形布點(diǎn)法可以準(zhǔn)確掌握污染情況，監(jiān)督和控制無(wú)組織排放所造成的后果。

2.網(wǎng)格布點(diǎn)法

網(wǎng)格布點(diǎn)法是一種在城市和工業(yè)區(qū)等密集污染源區(qū)域中應(yīng)用較多的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法。該方法將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干個(gè)等大面積的網(wǎng)格，一般單個(gè)網(wǎng)格應(yīng)不大于2km×2km，然后在每個(gè)網(wǎng)格中設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。這種方法可以有效覆蓋所有可能存在的污染源和可能受到污染物擴(kuò)散影響的區(qū)域。同時(shí)，在同一網(wǎng)格內(nèi)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)具有較好的代表性和可比性，客觀反映一定空間范圍內(nèi)的環(huán)境空氣污染水平和變化規(guī)律，可以更加準(zhǔn)確地評(píng)估整個(gè)區(qū)域的污染情況。

3.同心圓布點(diǎn)法

同心圓布點(diǎn)法是一種較靈活和實(shí)用的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法。該方法先將監(jiān)測(cè)區(qū)域劃分為若干個(gè)同心圓區(qū)域，然后按照污染源的分布情況，在每個(gè)圓區(qū)域內(nèi)設(shè)置若干個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在實(shí)際布點(diǎn)中，可以根據(jù)污染源分布的密度和盛行風(fēng)向等因素確定同心圓的數(shù)量和大小，并根據(jù)具體情況調(diào)整每個(gè)園區(qū)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量和位置。這種方法可以在保證監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量的同時(shí)，更加準(zhǔn)確地掌握監(jiān)測(cè)區(qū)域的污染情況。

二、大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的主要難點(diǎn)

（一）監(jiān)測(cè)范圍和監(jiān)測(cè)精度的平衡

在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，為了保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的科學(xué)可靠，必須考慮監(jiān)測(cè)范圍和監(jiān)測(cè)精度的平衡。監(jiān)測(cè)范圍是指監(jiān)測(cè)點(diǎn)覆蓋的區(qū)域范圍，監(jiān)測(cè)精度是指監(jiān)測(cè)設(shè)備獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度。過(guò)少的監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)范圍狹窄，數(shù)據(jù)采集量不足會(huì)造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不可靠。而過(guò)多的監(jiān)測(cè)點(diǎn)會(huì)增加建設(shè)、維護(hù)和運(yùn)行成本，并且增加管理難度。

（二）大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的選型

在選擇大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備中，面臨的主要困難是需考慮多重因素，并避免因選型不當(dāng)造成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問(wèn)題。不同類型的大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。例如，光學(xué)探測(cè)器有靈敏度高，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)；而化學(xué)傳感器具有響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)設(shè)備選型不當(dāng)可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)質(zhì)量不穩(wěn)定，甚至出現(xiàn)數(shù)據(jù)漏報(bào)或誤報(bào)等問(wèn)題，影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。比如，選擇靈敏性不佳的監(jiān)測(cè)設(shè)備可能會(huì)導(dǎo)致氣體濃度的錯(cuò)估，影響環(huán)境污染的判斷，同時(shí)可能由于測(cè)量幅度過(guò)高而導(dǎo)致誤差發(fā)生。

（三）監(jiān)測(cè)設(shè)備的布設(shè)方式

在大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中，在選取適合的監(jiān)測(cè)設(shè)備后，布設(shè)方式也是需要考慮的重要因素。監(jiān)測(cè)設(shè)備的部署方式?jīng)Q定了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集和測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠性。不同的監(jiān)測(cè)設(shè)備具有不同的布設(shè)要求，例如，氣象探空儀需要布設(shè)在空曠的場(chǎng)地上，而氣體分析儀安裝在采樣點(diǎn)附近。此外，在實(shí)際布設(shè)過(guò)程中，還需要考慮到設(shè)備的周圍環(huán)境的影響。例如，在建筑物內(nèi)的設(shè)備可能會(huì)受到建筑物結(jié)構(gòu)和通風(fēng)條件等因素的影響，需要合理布設(shè)。

（四）數(shù)據(jù)處理和分析能力

數(shù)據(jù)處理和分析能力是大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)過(guò)程中的另一項(xiàng)重要挑戰(zhàn)。由于大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量大、采集頻率高、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，數(shù)據(jù)處理和分析需要具備高效性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。另外，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)容易受外部因素的影響，如天氣變化、城市建設(shè)和人類活動(dòng)等因素，可能導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定和誤差的增大。此外，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和處理需要考慮到時(shí)間尺度和空間尺度的影響，如季節(jié)變化、區(qū)域性影響等。

三、優(yōu)化大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法的重要原則

（一）明確監(jiān)測(cè)需求和目標(biāo)

明確監(jiān)測(cè)需求和目標(biāo)是設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布置方案的首要任務(wù)。根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)目標(biāo)和需求，才能確定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)所需要監(jiān)測(cè)的污染物種類、監(jiān)測(cè)參數(shù)、監(jiān)測(cè)時(shí)間等關(guān)鍵因素，從而保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和準(zhǔn)確性。根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)目標(biāo)和需求，需要確定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)所需要監(jiān)測(cè)的污染物種類。在城市中，需要監(jiān)測(cè)PM2.5、PM10、SO2、NOx等多種污染物的質(zhì)量濃度，以了解城市空氣質(zhì)量的狀況；在工業(yè)園區(qū)中需要監(jiān)測(cè)VOCs、TSP、NMHC等污染物的質(zhì)量濃度，以了解工業(yè)污染的狀況。

同時(shí)，還需要考慮不同人群的監(jiān)測(cè)需求。老年人、兒童以及有呼吸系統(tǒng)疾病的人群更容易受到空氣污染的影響，因此，要為人們提供更加準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)保障。在選取監(jiān)測(cè)站點(diǎn)時(shí)，要充分考慮這些人群的活動(dòng)區(qū)域和居住地，選擇更加代表性的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。此外，監(jiān)測(cè)參數(shù)的選擇也是非常重要的。不同的污染物具有不同的生理效應(yīng)，需要根據(jù)監(jiān)測(cè)目標(biāo)和需求選擇不同的監(jiān)測(cè)參數(shù)。例如，PM2.5可以直接進(jìn)入人體呼吸道并引起健康問(wèn)題，因此，在城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中是一個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)。不同的污染物具有不同的時(shí)空變化規(guī)律，需要根據(jù)不同的監(jiān)測(cè)目標(biāo)和需求選擇不同的監(jiān)測(cè)時(shí)間。在城市空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，需要對(duì)不同時(shí)間段的污染物質(zhì)量濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以了解城市污染物的時(shí)空變化規(guī)律。表1為某工業(yè)區(qū)大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)表（部分），其中通過(guò)不同時(shí)間階段的監(jiān)測(cè)，可以通過(guò)空氣污染物來(lái)明確該工業(yè)區(qū)開(kāi)工與休息的時(shí)間，并總結(jié)出一年空氣質(zhì)量的基本特點(diǎn)。

（二）要全面考慮布點(diǎn)位置

優(yōu)化環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)方法可以準(zhǔn)確反映大氣污染情況。在選擇布點(diǎn)的位置時(shí)，必須考慮位置代表性、位置空曠、人口密集和污染物濃度一致等原則。代表性的選擇可以通過(guò)考慮污染源的位置來(lái)實(shí)現(xiàn)。在沒(méi)有風(fēng)向的情況下，布點(diǎn)的位置可以選擇在污染源集中的位置，而在有風(fēng)的情況下，可以適當(dāng)將布點(diǎn)放置在污染源的下風(fēng)向，以確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映實(shí)際污染情況，為政府部門制定相關(guān)的環(huán)境保護(hù)政策提供可靠的數(shù)據(jù)。同時(shí)，綜合考慮地理環(huán)境、交通狀況和人口密度等因素。在布點(diǎn)過(guò)程中確保布點(diǎn)的位置較為空曠，最大限度地減少環(huán)境因素對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的影響，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。人口密集的地方通常意味著空氣中污染物的排放量也更大。因此，在人口密集的地方布置監(jiān)測(cè)站可以更準(zhǔn)確地反映空氣污染的水平及變化趨勢(shì)。此外，對(duì)于一些控制指標(biāo)超標(biāo)的地方，也需要適當(dāng)增加布點(diǎn)。這樣可以確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染事件，采取必要的措施降低污染程度。布點(diǎn)位置的污染物濃度要與周圍污染物濃度相一致，這樣才能保證布點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也有助于工作人員對(duì)大氣環(huán)境污染情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

（三）監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的完整性和擴(kuò)展性

建立完整有序的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以為未來(lái)的監(jiān)測(cè)要求做好準(zhǔn)備。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)之間的距離應(yīng)該根據(jù)污染源、地形地貌、大氣擴(kuò)散條件等因素來(lái)確定。在大氣污染較嚴(yán)重的地區(qū)，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)之間的距離可以設(shè)置得較近，以更準(zhǔn)確地反映大氣污染的分布特征。而在地理環(huán)境復(fù)雜的地區(qū)，根據(jù)地形地貌和氣象條件來(lái)設(shè)置監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。另外，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布置還應(yīng)具有一定的擴(kuò)展性。在監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的布置過(guò)程中，應(yīng)該考慮未來(lái)監(jiān)測(cè)需求的變化，確保監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)未來(lái)的監(jiān)測(cè)要求。例如，在新城市區(qū)的規(guī)劃建設(shè)中，應(yīng)該考慮未來(lái)的城市擴(kuò)張和大氣污染源的變化，為未來(lái)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布置做好規(guī)劃。同時(shí)，在監(jiān)測(cè)設(shè)備的選擇和配置時(shí)，也應(yīng)該考慮到未來(lái)技術(shù)的更新?lián)Q代，為未來(lái)的擴(kuò)展性留出空間。

四、實(shí)施大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的案例分析

（一）案例概況

某市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)區(qū)合理劃分為98行×104列，共10192個(gè)網(wǎng)格單元?？茖W(xué)運(yùn)用Models-3/CMAQ空氣質(zhì)量模型，以2021年為基年，模擬計(jì)算某區(qū)域某類污染物 1、4、8、10月的濃度值，供網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化參考。

（二）相關(guān)參數(shù)

該市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)目標(biāo)包括：SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3等5種污染物和氣象要素。其中，SO2、NO2、PM10、PM2.5監(jiān)測(cè)點(diǎn)各占1/5，O3監(jiān)測(cè)點(diǎn)占1/10，氣象要素監(jiān)測(cè)點(diǎn)占1/5。 在監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取上，采用了綜合篩選、管控地區(qū)、優(yōu)質(zhì)點(diǎn)位等多種方法，最終確定了92個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。其中，SO2、NO2、PM10、PM2.5監(jiān)測(cè)點(diǎn)重點(diǎn)布設(shè)在工業(yè)重點(diǎn)區(qū)、交通干道、城市中心區(qū)、城市副中心、城市近郊等易受污染的地區(qū)，O3監(jiān)測(cè)點(diǎn)重點(diǎn)布設(shè)在城市近郊地區(qū)和郊縣地區(qū)。

（三）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸和質(zhì)量保障

該市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)采用大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)自動(dòng)化管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集、實(shí)時(shí)傳輸、自動(dòng)質(zhì)控、遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能。在數(shù)據(jù)傳輸方面，監(jiān)測(cè)點(diǎn)采用GPRS或與3G通信模塊與監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)傳輸，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確傳輸。同時(shí)，監(jiān)測(cè)中心實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理和分析的功能，方便數(shù)據(jù)的后續(xù)利用。在質(zhì)量保障方面，該省份大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)實(shí)行嚴(yán)格的質(zhì)量保障體系，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。具體措施包括：監(jiān)測(cè)儀器的定期校準(zhǔn)、維修和更換、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的定期維護(hù)和清潔、數(shù)據(jù)的自動(dòng)質(zhì)控和人工審核等。

（四）數(shù)據(jù)分析和利用

該市每天自動(dòng)質(zhì)控和人工審核大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。同時(shí)，監(jiān)測(cè)中心利用各種數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，分析和利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)分析方面，監(jiān)測(cè)中心實(shí)現(xiàn)了大氣污染物時(shí)空分布、來(lái)源識(shí)別、污染物特征分析等多種數(shù)據(jù)分析方法。同時(shí)，利用氣象要素?cái)?shù)據(jù)，建立氣象污染物傳輸模型，研究和預(yù)測(cè)污染物的輸送規(guī)律。在數(shù)據(jù)利用方面，監(jiān)測(cè)中心與環(huán)保部門、地方政府、社會(huì)公眾等建立了信息共享、應(yīng)急響應(yīng)等多種合作機(jī)制。監(jiān)測(cè)中心還可以加工處理監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為相關(guān)部門提供精準(zhǔn)的大氣環(huán)境質(zhì)量評(píng)估、預(yù)警和管控等決策支持，以促進(jìn)該市大氣環(huán)境的治理和空氣質(zhì)量的提升。

（五）案例結(jié)論

該市大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)的布點(diǎn)實(shí)施，包括監(jiān)測(cè)目標(biāo)與布點(diǎn)方案的合理制定，涵蓋多種方法的綜合篩選、管控地區(qū)、優(yōu)質(zhì)點(diǎn)位等的選取，確保了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的全面、合理和科學(xué)。

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作者簡(jiǎn)介：梁韜（1986），男，廣西壯族治自區(qū)來(lái)賓市人，本科，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境監(jiān)測(cè)。