關(guān)于對城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位優(yōu)化的研究

姜 峰，邢巍巍，李翔宇，王 楊

（大連市生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116023）

引言

城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點是指用于監(jiān)測城市空氣質(zhì)量的固定點位，通常包括大氣環(huán)境監(jiān)測站、移動監(jiān)測車、遙感衛(wèi)星等。通過在不同地理位置和高度上設(shè)置監(jiān)測點位，可以對大氣環(huán)境中的主要污染物濃度進(jìn)行監(jiān)測和分析，以了解城市空氣質(zhì)量狀況及其變化趨勢。監(jiān)測點位通常會監(jiān)測大氣中的各種有害氣體、懸浮顆粒物等主要污染物濃度，并記錄氣象數(shù)據(jù)如溫度、濕度、風(fēng)速等，以便更好地評估城市大氣環(huán)境質(zhì)量。

1 城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位設(shè)置的原則

1.1 代表性原則

城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位應(yīng)該在城市的典型區(qū)域內(nèi)設(shè)置，以充分反映城市空氣質(zhì)量的總體狀況和變化趨勢。這意味著監(jiān)測點位應(yīng)該覆蓋城市的不同地理位置和人口密集區(qū)，包括城市中心、城市邊緣、工業(yè)區(qū)、居民區(qū)等。此外，還應(yīng)考慮到城市空氣質(zhì)量受污染源類型和排放規(guī)模的影響，對污染物濃度及其時空分布的監(jiān)測也應(yīng)具有代表性。

1.2 等間距原則

城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位應(yīng)該按照等間距原則設(shè)置，全面覆蓋城市區(qū)域。這個原則的目的是保證監(jiān)測點位之間的空間均勻性，使得監(jiān)測數(shù)據(jù)更具代表性。通常情況下，監(jiān)測點位之間的距離應(yīng)控制在5～10公里范圍內(nèi)。當(dāng)城市面積較大時，也可以采用網(wǎng)格布局的方式，將城市劃分為多個小區(qū)域，并在每個小區(qū)域內(nèi)設(shè)置監(jiān)測點位。

1.3 可比性原則

城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位的設(shè)置應(yīng)該具有可比性，這個原則要求監(jiān)測點位能夠與其他地區(qū)或其他國家的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。需要使用標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)測方法和設(shè)備，并參照國際標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范進(jìn)行監(jiān)測。這樣可以更好地了解城市空氣質(zhì)量在國際上的水平，為制定相應(yīng)的政策和措施提供參考[1]。

2 城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位設(shè)置的關(guān)鍵影響因素分析

2.1 污染源類型與排放規(guī)模

污染源類型和排放規(guī)模是城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位設(shè)置的關(guān)鍵影響因素。不同類型的污染源和排放規(guī)模對城市空氣質(zhì)量的影響程度不同，因此在監(jiān)測點位設(shè)置時應(yīng)該考慮這些因素。例如，工業(yè)區(qū)、交通干擾區(qū)和燃煤發(fā)電廠等污染源的排放量較大，應(yīng)該在這些區(qū)域設(shè)置更多的監(jiān)測點位；而居民區(qū)和商業(yè)區(qū)等污染物排放量較小的區(qū)域，則可以設(shè)置相對較少的監(jiān)測點位。

2.2 地理位置和天氣條件

地理位置和天氣條件也是城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位設(shè)置的重要影響因素，不同地理位置和氣候條件會對空氣質(zhì)量產(chǎn)生不同的影響。例如，在高山地區(qū)和海拔較高的地區(qū)，空氣稀薄，大氣污染物的濃度可能較低；而在潮濕和多雨的氣候條件下，大氣污染物的擴(kuò)散和沉降會受到影響。因此，在城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位設(shè)置中，應(yīng)該考慮到不同地理位置和天氣條件對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響，并相應(yīng)調(diào)整監(jiān)測點位的數(shù)量和位置。

2.3 地形和建筑物

城市的地形和建筑物也會對空氣質(zhì)量監(jiān)測點位的設(shè)置產(chǎn)生影響。例如，山區(qū)和河谷地帶的地形復(fù)雜，空氣流動方式和方向會受到限制，從而影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此外，在城市中心和高樓大廈周圍，由于建筑物的遮擋作用，大氣污染物的擴(kuò)散和沉降會受到影響。因此，在監(jiān)測點位設(shè)置中要考慮到地形和建筑物的影響，選取合適的位置，以保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性。

2.4 監(jiān)測儀器種類和數(shù)量

城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位的設(shè)置還需要考慮到監(jiān)測儀器的種類和數(shù)量。不同的監(jiān)測儀器對不同污染物的測量范圍和精度有所差異，因此在監(jiān)測點位設(shè)置時需要根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)和要求，選取適當(dāng)類型的監(jiān)測儀器，并配置統(tǒng)一的儀器規(guī)格和數(shù)量。同時，如果監(jiān)測儀器存在誤差或故障，可能會導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的失真或不準(zhǔn)確，從而影響城市空氣質(zhì)量的評估和管理。因此，監(jiān)測儀器的維護(hù)和校準(zhǔn)也應(yīng)該得到重視[2]。

3 城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位設(shè)置中存在的問題

3.1 監(jiān)測點位數(shù)量不足或分布不均

城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位數(shù)量不足或分布不均，是城市空氣質(zhì)量監(jiān)測中存在的一個重要問題。當(dāng)前，城市空氣質(zhì)量監(jiān)測點位數(shù)量和分布主要依據(jù)城市規(guī)模、人口密度、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等因素進(jìn)行設(shè)置，但是這些因素并不能完全反映城市環(huán)境的多樣性和復(fù)雜性。另外，監(jiān)測點位的設(shè)置還存在人為因素干擾，例如經(jīng)濟(jì)利益等，導(dǎo)致監(jiān)測點位數(shù)量和位置偏離真實需要。

3.2 監(jiān)測點位設(shè)置不合理

監(jiān)測點位設(shè)置不合理也是城市空氣質(zhì)量監(jiān)測中存在的一個問題。例如，監(jiān)測點位距離污染源過遠(yuǎn)，不能真實反映當(dāng)?shù)匚廴厩闆r；監(jiān)測點位受到道路交通和建筑物等因素干擾，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)失真；監(jiān)測點位缺乏代表性，無法全面反映區(qū)域內(nèi)空氣質(zhì)量狀況。這些因素都會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，從而影響城市空氣質(zhì)量管理措施和決策的制定。

3.3 監(jiān)測儀器精度和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一

監(jiān)測儀器的精度和標(biāo)準(zhǔn)會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和可比性，從而影響城市空氣質(zhì)量評估和管理。當(dāng)前，城市空氣質(zhì)量監(jiān)測儀器的種類繁多，但是精度和標(biāo)準(zhǔn)并不統(tǒng)一。同時，一些監(jiān)測點位使用的空氣質(zhì)量監(jiān)測設(shè)備可能存在精度不高的情況，導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性無法得到保障。尤其是在一些老舊設(shè)備的使用中，可能出現(xiàn)漂移或者故障，進(jìn)一步影響了監(jiān)測數(shù)據(jù)的可信度[3]。

4 城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位優(yōu)化策略

4.1 優(yōu)化監(jiān)測點位布局

在城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測中，合理的監(jiān)測點位布局能夠提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，為制定城市環(huán)境空氣質(zhì)量管理政策和措施提供科學(xué)依據(jù)。一方面，污染源的分布情況是影響城市環(huán)境空氣質(zhì)量的重要因素，因此在設(shè)置監(jiān)測點位時應(yīng)該考慮到污染源的分布情況。通過收集污染源數(shù)據(jù)、環(huán)境調(diào)查和遙感技術(shù)，可以繪制出污染源的空間分布圖，并結(jié)合人口密度、土地利用等因素進(jìn)行分析。根據(jù)這些分析結(jié)果，可以選擇適當(dāng)?shù)谋O(jiān)測點位置，以覆蓋不同類型的污染源，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性和準(zhǔn)確性。例如，在居民區(qū)等人口密集區(qū)域設(shè)置監(jiān)測點位，則可以更好地反映人口密集區(qū)的空氣質(zhì)量狀況。此外，還需要考慮污染源的類型、污染物種類和排放量等因素，從而針對性地選擇監(jiān)測點位。另一方面，不同環(huán)境特征和功能區(qū)域可能存在不同的污染源和污染物排放情況，從而影響空氣質(zhì)量。因此，在選擇監(jiān)測點位時，可以使用土地利用數(shù)據(jù)、環(huán)境調(diào)查和相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?；谶@些數(shù)據(jù)，可以確定不同環(huán)境特征和功能區(qū)域，并在這些區(qū)域內(nèi)設(shè)置監(jiān)測點位，從而更全面地了解不同環(huán)境特征和功能區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況，為制定相應(yīng)的政策和措施提供科學(xué)依據(jù)。

4.2 增加監(jiān)測點位數(shù)量

增加監(jiān)測點位數(shù)量可以更全面地了解城市不同區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況，為科學(xué)制定環(huán)境保護(hù)政策和措施提供更有力的支持。首先，在增加監(jiān)測點位時，可以根據(jù)區(qū)域性空氣污染的特點和重點污染源的分布情況，合理確定監(jiān)測點位的密度。例如，在工業(yè)園區(qū)、交通樞紐和商業(yè)中心等污染源集中的區(qū)域，應(yīng)增加相應(yīng)的監(jiān)測點位數(shù)量，以更準(zhǔn)確地反映這些區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況。同時，還應(yīng)考慮到人口密集區(qū)、居民區(qū)和教育區(qū)等人口活動密集區(qū)域，以及城市邊緣地帶和特殊地形地貌的影響，有針對性地增加監(jiān)測點位數(shù)量。其次，除了固定的監(jiān)測點位外，增加移動監(jiān)測點位可以進(jìn)一步擴(kuò)大監(jiān)測范圍，覆蓋更廣的區(qū)域。移動監(jiān)測點位可以靈活調(diào)整位置，根據(jù)實時需要對不同區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的時空分辨率。具體而言，移動監(jiān)測點位可以采用車載監(jiān)測設(shè)備、無人機(jī)或者人工巡查等方式進(jìn)行監(jiān)測，選擇具有代表性的路線和時間段，覆蓋城市不同區(qū)域的空氣質(zhì)量狀況。同時，還可以在突發(fā)事件、重點活動和污染源排放高峰期等特殊情況下增加移動監(jiān)測點位，及時掌握相關(guān)區(qū)域的空氣質(zhì)量變化情況[4]。

4.3 考慮風(fēng)向風(fēng)速因素

風(fēng)向和風(fēng)速是影響城市環(huán)境空氣質(zhì)量的重要因素，在城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位的選擇和優(yōu)化中需要充分考慮。首先，不同風(fēng)向和風(fēng)速會對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生不同的影響。因此，在選擇監(jiān)測點位時，需要綜合考慮城市不同區(qū)域的風(fēng)向和風(fēng)速特點，選擇能夠較全面地反映城市空氣質(zhì)量狀況的監(jiān)測點位。例如，在城市主要污染源附近設(shè)置監(jiān)測點位時，需要考慮污染物排放方向和風(fēng)向的一致性，以及風(fēng)速大小對污染物傳播的影響。其次，不同時間段和不同季節(jié)的風(fēng)向和風(fēng)速存在差異，這會對監(jiān)測結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，在選擇監(jiān)測點位時，需要考慮城市不同時間段和不同季節(jié)的風(fēng)向和風(fēng)速變化規(guī)律。例如，在冬季，城市常常出現(xiàn)靜穩(wěn)天氣，風(fēng)速較小，污染物容易積累，因此應(yīng)該在城市主要污染源附近和城市中心設(shè)置監(jiān)測點位。最后，為更加準(zhǔn)確地選擇和優(yōu)化城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位，可以進(jìn)行風(fēng)場模擬分析。通過數(shù)值模型計算和實測數(shù)據(jù)分析，可以得到城市不同區(qū)域的風(fēng)向和風(fēng)速分布情況，以及不同風(fēng)向和風(fēng)速下污染物的擴(kuò)散和輸送情況。在此基礎(chǔ)上，選擇最佳的監(jiān)測點位，并進(jìn)行實時監(jiān)測，以便更好地了解城市空氣質(zhì)量狀況。例如，在高層建筑密集區(qū)等一些特殊的環(huán)境條件下，需要進(jìn)行風(fēng)場模擬分析，以確定最佳的監(jiān)測點位。

4.4 統(tǒng)一監(jiān)測儀器標(biāo)準(zhǔn)

在實際監(jiān)測中，由于不同的監(jiān)測機(jī)構(gòu)、監(jiān)測點和監(jiān)測目的等因素的存在，可能造成監(jiān)測數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性和缺乏可比性。統(tǒng)一監(jiān)測儀器標(biāo)準(zhǔn)能夠解決這些問題，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。一方面，在制定統(tǒng)一的監(jiān)測儀器標(biāo)準(zhǔn)時，需要考慮監(jiān)測目的、監(jiān)測指標(biāo)、監(jiān)測范圍和監(jiān)測精度等因素，并據(jù)此確定適用的監(jiān)測儀器類型和規(guī)格。例如，在監(jiān)測PM2.5、PM10等顆粒物時，可以采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的激光散射式顆粒物計或β射線吸收法測量器；在監(jiān)測二氧化硫時，可以采用紫外熒光法監(jiān)測儀器等。通過確立統(tǒng)一的監(jiān)測儀器選擇標(biāo)準(zhǔn)，可以保證不同監(jiān)測機(jī)構(gòu)或監(jiān)測點使用的監(jiān)測儀器具有一致性和可比性，從而提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性。另一方面，需要對監(jiān)測儀器的使用和維護(hù)進(jìn)行規(guī)范化管理，主要包括制定監(jiān)測儀器的操作規(guī)程、指導(dǎo)監(jiān)測人員正確使用和維護(hù)監(jiān)測儀器、加強設(shè)備檢修和維護(hù)等。此外，還應(yīng)建立監(jiān)測儀器的質(zhì)量保證體系，包括在購買監(jiān)測儀器前進(jìn)行質(zhì)量評估、定期進(jìn)行設(shè)備校準(zhǔn)和檢驗、建立完善的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等。這些措施將有助于提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性、穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

4.5 定期維護(hù)和校準(zhǔn)監(jiān)測儀器

通過定期的維護(hù)和校準(zhǔn)，可以確保監(jiān)測儀器的正常運行，從而提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性。首先，對于城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位的監(jiān)測儀器，需要建立完善的維護(hù)管理制度，確定監(jiān)測儀器的維護(hù)周期和內(nèi)容，制定維護(hù)計劃和流程，指定專門的維護(hù)人員負(fù)責(zé)監(jiān)測儀器的日常維護(hù)工作等。同時，還應(yīng)建立維護(hù)記錄和檔案，對每次維護(hù)進(jìn)行詳細(xì)記錄，并及時跟蹤和分析監(jiān)測儀器的使用情況和故障情況。這些措施將有助于確保監(jiān)測儀器得到及時、全面地維護(hù)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。其次，定期進(jìn)行監(jiān)測儀器的校準(zhǔn)和檢驗是非常重要的，可以及時發(fā)現(xiàn)和糾正監(jiān)測儀器的漂移和偏差，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。校準(zhǔn)是指通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)裝置對監(jiān)測儀器進(jìn)行檢查和調(diào)整，以確保其測量結(jié)果符合規(guī)定的準(zhǔn)確性要求。因此，需要制定定期的校準(zhǔn)和檢驗計劃，包括確定校準(zhǔn)周期和方法、選擇合適的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和設(shè)備、組織專業(yè)的校準(zhǔn)人員進(jìn)行操作等。

4.6 引入先進(jìn)監(jiān)測技術(shù)

城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作是一個不斷發(fā)展和創(chuàng)新的過程，監(jiān)測儀器和技術(shù)也在不斷更新?lián)Q代。因此，需要引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，以提高城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位的監(jiān)測能力和數(shù)據(jù)分析能力。首先，遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)是一種能夠?qū)崟r獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸和管理的先進(jìn)技術(shù)。在城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位中，可以引入遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)，通過無線傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)手段，實時監(jiān)測空氣質(zhì)量參數(shù)，并將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)街行臄?shù)據(jù)庫或云平臺進(jìn)行集中管理和分析，可以減少人工干預(yù)，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時性和準(zhǔn)確性。同時，遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)還可以實現(xiàn)對監(jiān)測設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和故障診斷，提高設(shè)備管理的效率。其次，高精度傳感器技術(shù)是目前較為先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地監(jiān)測空氣質(zhì)量參數(shù)。因此，在城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位中，可以引入高精度傳感器技術(shù)，替代傳統(tǒng)的監(jiān)測儀器，提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的精度和可靠性。另外，高精度傳感器技術(shù)可以實現(xiàn)對多種污染物的同時監(jiān)測，具有快速響應(yīng)、高靈敏度、低功耗等優(yōu)點。最后，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)是一種能夠?qū)嫶蟮谋O(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析的先進(jìn)技術(shù)。在城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位中，可以引入大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對收集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入挖掘和分析，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的規(guī)律和趨勢，分析污染源、影響因素等，并預(yù)測未來的空氣質(zhì)量變化情況，以幫助決策者更好地制定環(huán)境管理策略和措施，提高城市空氣質(zhì)量水平[5]。

5 結(jié)語

綜上所述，城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測點位的設(shè)置是保障公眾健康和有效治理空氣污染的重要任務(wù)。在設(shè)置監(jiān)測點位時，應(yīng)遵循代表性、等間距、可比性等原則，同時要明確影響監(jiān)測點設(shè)置的關(guān)鍵因素，了解當(dāng)前存在的不足之處，并進(jìn)一步優(yōu)化監(jiān)測點位布局、增加監(jiān)測點位數(shù)量、考慮風(fēng)向風(fēng)速因素、統(tǒng)一監(jiān)測儀器標(biāo)準(zhǔn)、定期對監(jiān)測儀器進(jìn)行維護(hù)和校準(zhǔn)以及引入先進(jìn)監(jiān)測技術(shù)，從而更準(zhǔn)確地監(jiān)測和評估城市空氣質(zhì)量，為科學(xué)決策和環(huán)境管理提供有力支持。