環境科學專業與計量的關系

謝 靜

(山東省計量科學研究院，山東濟南 250101)

環境科學專業與計量的關系

謝 靜

(山東省計量科學研究院，山東濟南 250101)

隨著我國社會主義現代化建設的發展，環境保護工作越來越引起人們的關切和重視。要搞好環境保護工作，需要對污染物含量進行準確的測定，需要通過制定科學有效的污染物在環境中的基準值和標準值以評價環境質量，需要研究污染物在環境中的遷移轉化規律及其對人類或其它生物的危害等。這都需要運用計量學尤其是化學計量學的許多知識。因此，環境科學與計量學尤其是化學計量學的關系十分密切，計量學對促進環境保護工作起著十分重要的作用。

一、環境監測中的計量

環境監測包括對水體、土壤和大氣中污染物及其它影響因子的測定，是進行環境保護工作的基礎。通過環境監測，人們可以深入認識和掌握環境污染的根源和危害，用于評價環境質量、預測發展趨勢，為制訂環境法規，環境標準及預防和治理環境提供科學依據，從而揭示新的污染問題，探明污染原因，為環境保護提供方向。

環境監測需要對許多污染物的濃度進行測定，這與化學計量密切相關。表1中是常見的能夠反映環境質量的環境監測項目，對這些項目的測定需要運用儀器設備來實現，該過程需要化學計量學的許多原理來實現。因此，對污染物濃度的測定是化學計量學的一個重要研究內容，二者有著密切的關系。

監測項目 可用的測定設備pH值 pH計硝酸鹽、亞硝酸鹽和氨氮 紫外可見分光光度計磷酸鹽 紫外可見分光光度計汞原子熒光儀鎘、鉻、銅、鉛等重金屬 原子吸收光譜儀TOC 總有機碳分析儀DDT、666等農藥 氣相色譜儀化學需氧量(CODCr)水質在線自動檢測儀

對污染物濃度的測定需要實現準確性和精確性，通過計量認證可以有效實現這一點。對污染物濃度測定的準確性和精確性與測量儀器密切相關，它要求儀器有良好的準確度、精密度和重復性來保證;在保證儀器具備良好的上述性能方面，除了在設計、制造，維護等一系列工作中努力實現外，最重要的一條就是要進行定期校準即定期檢定。用于環境監測的計量器具以法律的形式作出了規定，這使得環境監測工作除了遵循環保法律，還要在工作中認真執行計量法規，做到依法管理，進行法制計量。為了使監測數據能更準確的反映環境質量，目前許多環境監測部門都已對監測儀器進行了計量認證，這為促進環境保護事業的發展起著十分重要的作用。

二、環境標準制定中的計量

環境標準是對某些環境要素所作的統一的、法定的和技術的規定。環境標準是環境保護工作中最重要的工具之一。環境標準用來規定環境保護技術工作，考核環境保護和污染防治的效果。環境標準是按照嚴格的科學方法和程序制訂的。環境標準的制訂還要參考國家和地區在一定時期的自然環境特征、科學技術水平和社會經濟發展狀況。環境標準過于嚴格，不符合實際，將會限制社會和經濟的發展;過于寬松，又不能達到保護環境的基本要求，造成人體危害和生態破壞。環境標準具有法律效力，同時也是進行環境規劃、環境管理、環境評價和城市建設的依據。

中國的環境標準主要有:環境標準物質標準、環保儀器設備標準、環境質量標準、污染物排放標準(或污染控制標準)、環境基礎標準、環境方法標準等六類。環境標準物質標準是在環境保護工作中，用來標定儀器、驗證測量方法，進行量值傳遞或質量控制的材料或物質，對這類材料或物質必須達到的要求所作的規定。它是檢驗方法標準是否準確的主要手段。環保儀器設備標準是指為了保證污染治理設備的效率和環境監測數據的可靠性和可比性，對環保儀器、設備的技術要求所作的規定。環境質量標準是指為了保護人類健康，維持生態良性平衡和保障社會物質財富，并考慮技術條件，對環境中有害物質和因素所作的限制性規定。污染物控制標準(污染物排放標準)是指中國已頒布的國家級污染物控制標準。環境基礎標準是指在環境保護工作范圍內，對有指導意義的符號、指南、導則等的規定，是制訂其它環境標準的基礎。環境方法標準是指在環境保護工作范圍內以全國普遍適用的試驗、檢查、分析、抽樣、統計、作業等方法為對象而制訂的標準。

由其定義可知，以上環境標準具有統一性和可溯源性的基本特征，這需要通過計量工作來實現。其中，統一性是計量學最本質的特性，其集中地反映在統一制度和統一量值這兩個方面，這也是環境標準計量所追求的最基本目標。環境標準計量的可溯源性體現在“量值要準確可靠，就必須要能溯源到計量單位量值的基準、標準”;環境標準物質之所以成為環境監測“測量的基準”，就是因為其標準值準確、可靠，而且能夠追溯到國際單位制。

三、節能減排中的計量

節能減排，廣義而言，是指節約物質資源和能量資源，減少廢棄物和環境有害物(包括三廢和噪聲等)的排放;狹義而言，是指節約能源和減少環境有害物質排放。通過節能減排，能夠很好地促進環境保護工作，實現人與自然的和諧發展。

通過進行能源計量對企業等進行能源審計是實現節能減排的一個重要途徑。能源計量是指對企業和其他用能單位通過所配備的計量器具，對使用的各種能源實施計量的行為。能源計量與節能監測、能源審計、能源統計、能源利用狀況分析是企業能源管理和節能工作的基礎，而能源計量是基礎中的基礎。如果企業沒有合理配備能源計量器具，能源管理部門就難以獲得準確可靠的能源計量數據，對企業的節能監測、能源審計、能源統計、能源利用狀況也就難以進行科學的分析和統計，從而無法為企業的能源管理和節能工作提供可靠、準確的指導方向，可能造成企業能源嚴重浪費，增加生產成本。

面對我國人口眾多，資源特別是主要礦產資源人均占有量不足，能源利用率低，生存環境的不斷惡化、可持續發展戰略受到嚴重的挑戰等嚴峻的形勢，通過節能與加強能源計量工作、提高能源利用率、靠計量量化管理企業、靠計量量化指導生產、靠計量量化降耗挖潛，是工業企業降低成本、增加效益、提高競爭力的必然選擇，是形成有利于節約資源的生產模式和消費方式、建設資源節約型社會的必由之路。

污染物減排工作也需要大量的計量支撐。溫室氣體作為目前國際十分關注的一類污染物，其減排工作急需計量支撐。目前，國際上計量溫室氣體減排量的方法主要有兩種:一是通過分行業、分部門調查經濟活動來進行統計計量;二是利用全球大氣觀測地面站、高空熱氣球、航空器、衛星以及其他遙感觀測設施等先進手段的綜合運用來進行科學監測計量。全面建立和完善我國的溫室氣體計量體系是一項涉及計量與測量的系統工程，其涉及到溫室氣體減排用計量器具的檢定和校準、溫室氣體減排用標準物質的研究和生產和溫室氣體減排的計量保證。

四、環境數據分析中的計量工作

在環境保護工作中，除了對污染物含量進行準確測定和對環境質量進行評價以外，還需要進一步研究污染物的來源、影響因素其危害，因此，需要對監測數據進行深入的分析。運用計量學途徑可為數據分析提供強有力的支撐，從而為促進環境保護工作起著十分重要的作用。常見的計量學途徑有回歸分析方法、主成分分析法、聚類分析法和建立模型等。

回歸分析是研究一個隨機變量(因變量)與一個或多個普通變量(自變量)之間的線性關系，檢驗自變量的顯著程度并比較其作用的大小，進而用一個或多個自變量的變化解釋和預測因變量的變化。具體而言，回歸分析是確定幾個特定變量之間是否存在相關關系，如果存在的話，找出它們之間合適的數學表達式。從而根據一個或幾個變量的值，預報或控制另一個變量的取值，并且告知這種預報或控制的精確度。通過進行因素分析，確定因素的主次以及因素之間的相互關系。運用回歸分析可以研究污染物的危害和其影響因素，從而為進一步開展環境保護工作提供依據。

主成分分析法是環境數據分析計量的一個重要方法。為更好地評價環境因子的各種效應，往往需要綜合考慮多種因素，采集大量樣本。多變量大樣本數據為科學研究提供了豐富信息，但多種變量之間可能存在相關性，從而增加了問題的復雜性，為分析帶來不便。如果分別分析每個變量，則會產生孤立的而不是綜合的結果;并且盲目減少變量將會損失很多信息，容易產生錯誤的結論。因此需要一種分析方法將多維變量納入到同一系統進行定量研究，利用主成分分析方法可以實現該需求。主成分分析方法運用變量之間一定的相關性，可以將多個變量簡化成少數幾個綜合變量，從而將多維因子納入同一系統進行定量研究。

聚類分析，又稱群分析、點群分析、簇群分析等，是研究分類問題(樣品或指標)的一種多元統計方法。假定研究對象存在不同程度的相似性(親疏程度)，根據觀測樣本找出并計算一些能夠度量相似程度的統計量(相似系數、相關系數、距離等)，按照相似性統計量的大小，將相似程度大的聚合到一類，關系疏遠的聚合到另一類，直到把所有樣品都聚合完畢，形成一個由小到大的分類系統。最后將分類系統直觀地用圖形表示出來，即譜系圖。根據譜系圖即可直觀地看出樣品或變量的分屬類別。該分析是研究污染物分布特征、來源及其影響因素的一個重要手段。

除了以上四個方面外，在環境科學領域中還涉及到對陸地和海洋碳源/碳匯的計量，從而為應對當今全球氣候變化提供理論基礎;并涉及到環境會計計量，這可以促使企業注重經濟效益的同時，重視環境及其發展規律，合理開發和利用環境資源，努力提高社會效益和環境效益。

由以上方面可知，計量與環境科學的關系十分密切。作為環保工作的基礎，計量工作對促進環境科學的發展起了很重要的推動作用。伴隨著我國環保力度的加強，國家對環境監測和環境標準的規范的日益嚴格，對節能減排工作和環保科研的日益重視，相信計量學的發展會促進環保事業的進一步發展，在環境科學領域將會起到更加重要的作用。

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］1003－4145［2011］專輯－0043－02

2011－11－12

謝 靜，山東省計量科學研究院工作人員。

(責任編輯:宋緒芬)