淺談空氣自動監測與人工采樣監測的差異性

摘要：隨著科技的發展，空氣自動監測系統越來越廣泛的運用到了環境監測中，但其監測的數據跟人工采樣監測的數據發生了一些變化，本文將就這些差異進行探討，以拋磚引玉，產生共鳴。

關鍵詞：空氣監測 自動 人工采樣 差異

0 引言

通過對近幾年來的監測數據整理分析，發現空氣自動監測系統監測的年日均值與歷年人工采樣分析的年日均值在某些項目上發生了很大變化。本文將對空氣自動監測與人工采樣監測的差異進行闡述。

1 儀器的差異

空氣自動監測儀器大都采用了靈敏度高、性能穩定可靠、維修方便的自動檢測儀器。儀器具有響應速度快、連續運轉能力強、數據重現性、平行性、線性度好的特點，且所有檢測結果均以電信號的強弱反映數值的大小，電壓輸出低，便于與計算機連接。它與化學分析法相比，儀器分析法的相對誤差較大，電壓波動對監測結果有一定影響。人工監測過程使用的儀器比較簡單、靈敏度低，它主要以人工操作為主。分析方法為化學分析法，具有準確度高的特點，相對誤差一般為0.2%。

2 采樣過程的差異

監測過程中，采樣是所有環節中最重要的，取樣不當，分析的再精確也是徒勞的。有時取樣的失誤遠大于分析的失誤，因此，在采樣過程中選用靈敏度高、性能穩定的儀器對提高監測數據的準確性及精密度是至關重要的。空氣自動監測系統采樣過程受外界干擾因素少，由于定期對儀器進行零、標漂的校準，使得儀器在采樣過程中的誤差減小。連續自動監測還具有累計測定時間長、采樣頻率高的優點，其所獲取的監測數據在代表性和可靠性方面都優于人工監測。人工監測從采樣到數據的報出經歷了吸收液配置、儀器的連接、采樣流量的調節、時間的控制、樣品的分析、數據的計算等許多環節，而且儀器在連接過程中的密閉性，氣體溶解度隨溫度變化的變化，分析過程的系統誤差、偶然誤差、過失誤差及質量控制措施的執行力度都將影響數據監測結果的準確度和精密度，甚至發生嚴重的失誤。

3 項目分析方法的差異

人工采集氣態污染物多采用多孔玻板吸收管和化學吸收液采樣，在采樣、運輸、儲存過程中受溫度、日光照射的影響，容易發生化學反應，導致樣品質量發生變化。如二氧化硫，在日光照射下，二氯亞硫酸鹽絡合物中的亞硫酸根會被氧化為硫酸根，使得分析結果產生差異；而自動監測系統，樣氣直接進入反應室，通過光化學瞬時作用及參數的控制，成份變化較小。

4 污染物在空氣中的擴散機理差異

根據空氣動力學原理，作用在大氣上的力有氣壓梯度力、重力、地轉偏向力、摩擦力(即粘滯力)和慣性離心力，這些力的不同結合，構成了不同形式的風場，形成湍流。風速的脈動(或漲落)和風向的擺動就是湍流作用的結果。湍流具有極強的擴散能力，它比分子快105-106倍，但是在風場運動的主導風向上，由于平均風速比脈動風速大的多，所以平流輸送作用是主要的。因此，風速越大，湍流越強，污染物的擴散能力就越強，空氣中污染物濃度就越低。湍流是決定污染物在大氣中擴散能力的最本質因素。其他一切氣象因素都是通過風和湍流的作用來影響擴散能力的。但風速也是造成地面揚塵的主要因素，風速越大，揚塵產生的機率越大。一些特殊現象如“城市熱島效應”、“陽傘效應”，都將直接導致一段時間內城市空氣中污染物擴散能力降低，加之污染源不斷向外排放，此時空氣中污染物濃度將持續升高。

4.1 顆粒物在空氣中的沉降規律 污染源排放到大氣中的顆粒物，其沉降過程主要受外力和重力影響。外力主要為流體作用力，即風力對空氣的作用。風力越大，顆粒物越不易沉降。靜風情況下，顆粒僅受重力和顆粒之間相互引力的作用，隨著凝聚力加強，顆粒重力也就越大，多個單一顆粒成為一種集合體，其沉降速度也增強。這時高度差異產生了顆粒在空氣中的濃度分布的不同，越低，顆粒物濃度越大，越高，濃度越小。不同粒徑的顆粒物沉降到地面的時間相差很大，粒徑為10μm的顆粒物一般需要4-9小時，粒徑為1μm的需要19-48天，而粒徑小于0.1μm的需要5-15年。大氣中各種顆粒物都有一定的大小和分布，因此它們的沉降速度也不相等。當雨、雪、霜、霧、露水等降水作用發生時，塵粒在運動過程中與空氣中的液滴相遇并發生慣性碰撞，使較大的塵粒被液滴俘獲，夾帶著塵粒的液滴，由于重力作用沉于地面。雨水的淋洗作用的大小取決于降水中液滴的大小、塵粒的空氣動力學直徑等因素。

4.2 氣態污染物在空氣中的擴散、降解規律 污染源排放到大氣中的氣態污染物，其削減過程除擴散稀釋外，一部分通過光化學反應生成二次污染物，如當SO2氣體進入大氣后會發生一系列催化、光化學氧化反應，形成硫酸、硫酸鹽和有機硫化物，然后以干沉降或濕沉降的方式降落到地球表面；NOX轉化為硝酸、硝酸鹽，硝酸鹽顆粒可直接沉降進入水體或土壤中。另一部分低濃度的污染物通過植物吸收轉移，剩余的在大氣中累積，隨條件的變化，在大氣中周而復始的循環著，當條件達到成熟時經過一系列物理、化學反應轉化為其它物質。

5 采樣點相對高度的差異

空氣自動監測系統一般均安置在固定的實驗室內，根據空氣自動監測的有關要求，結合監測點位的地理環境特點，采樣口高度為3-15米。而人工采樣儀器零散，運輸不方便，采樣高度受到限制，一般為1.5-4.5米。由于兩種采樣方法的采樣高度不同和顆粒物在空氣中濃度的分布隨高度的不同導致監測結果的不同。采樣口過高，可能會導致儀器采不到樣或采樣不完全，數據偏低，不能充分反映城市污染狀況；采樣口過低，大氣氣流經過建筑物時，流線受到建筑物的擾動，建筑物背風面經常形成所謂的“空穴”和“尾流”，因此一般建筑物上的排氣口和低矮煙囪釋放的廢氣極易被下洗氣流帶向地面，導致近地面空氣中污染物濃度較高，加之二次揚塵的污染，尤其在北方地區，風大、氣候干燥，綠地少，裸露面積大，二次揚塵嚴重，沙塵暴天氣增多，使得監測數據偏大，造成數據代表性和可靠性降低。

6 數據獲取率的差異

空氣自動監測系統在正常情況下是長年連續運轉的，全年的累計監測時間若按90%計算，年監測時間為7800小時。以每15秒采集一個監測數據，任何一個監測項目的日均值都是由5760個數據求出的，其年均值至少由1.9ⅹ106個數據求得的。而現行的人工監測每月最多監測12天，每天監測4次，每次測定45分鐘，一個日均值只由4個數據求得，年均值也僅為576個數據求得，全部采樣時間只有全年的5%。雖然目前的采樣時間及頻率是經過各種統計分析而確定的，但由于各地方的生活習慣、污染物排放強度在時間存在一定差異，用5%時間內采集的數據與用90%時間內的采集的數據來反映全年的年平均值，各自的代表性、可靠性是不言而喻的。

7 結束語

通過以上的比較分析，雖然空氣自動監測系統得到了廣泛應用，但目前我國環境空氣質量監測存在的問題主要包括現有城市空氣自動監測系統尚未完善；部分區域監測點位不能滿足評價區域和國家空氣質量的要求；環境背景點和對照點不足；現有城市點位的監測數據已不能代表城市發展后的環境空氣質量；監測項目單一，國際普遍關注的一氧化碳等項目我國僅有少數城市開展監測，難以與國際城市進行對比。只有加大科技投入，才能適應環境監測的發展。

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