空氣監測的質量控制探析

婁敏

摘 ?要：當有毒有害的氣體排放到空氣中，濃度超過環境所能允許的極限時，就會對我們的身體造成危害。空氣污染已經成為我國當下以及未來必須面對的一個嚴重問題，對空氣中污染物的種類、濃度無疑成了日常環境監測的重中之重。污染趨勢逐年增加，空氣質量每況愈下，為了應對越來越嚴重的空氣污染，我國初步建立了標準化的城市空氣監測體系，從而進一步規范了空氣監測的具體工作，并完善了相關的法律制度。

關鍵詞：空氣的監測;污染的危害;環境質量控制;最少監測點

中圖分類號：X830.5 ? ? 文獻標識碼：A ? ? ?文章編號：1006-8937（2014）35-0058-02

隨著工業化社會進程的加劇，特別是工業革命以來，石油、煤炭、天然氣等的大量使用和開采，當有毒有害的氣體排放到空氣中，濃度超過環境所能允許的極限時，就會危害人們的工作、生活和身體健康等，這種情況即被稱為空氣污染或大氣污染。加上一些企業和個人漠視環保法律，給環境帶來了越來越嚴重的影響。

1 ?環境空氣的現狀

1.1 ?空氣污染導致大量的人死亡

空氣主要是由氮氣和氧氣構成，干凈清潔的空氣是我們賴以生存的基礎。為了維持我們肌體正常的生理活動，我們每人每天一般需要吸收10～12 m3的空氣。呼吸本身并不會殺死人，但吸入污染嚴重的空氣有時卻可以嚴重危害身體健康。

歷史上曾發生過著名的“倫敦煙霧事件”，在短短一周時間內，霧霾造成倫敦地區4 700多人死亡。

根據最近的《新世紀》周刊報道，早在2007年，世界銀行就進行了一項調查，研究的結論之一是：以PM10為指標衡量的空氣污染，每年在中國導致35萬～40萬人“早死”。

1.2 ?我國在空氣環境治理、監測等方面還處于初級階段

我國在空氣環境治理、監測等方面相比于歐美等發達國家還十分欠缺，處于初級階段。盡管在監測器材和監測手段以及治理水平上，我們與發達國家仍有較大差距，但是，隨著近幾年我國經濟的飛速發展，以及全國各地大中型城市上空越演越烈的“十面霾伏”，空氣質量越來越受到人們的關注，我國相關部門對環境監測的技術投入和經費支持也越來越大，國內很多大中型城市都能夠對環境空氣質量進行實時監測、實時預報。

為了應對越來越嚴重的空氣污染，我國初步建立了標準化的城市空氣監測體系，從而進一步規范了空氣監測的具體工作和完善了相關的法律制度。目前，從全國大中型城市的實施數據分析不難看出，在一定程度上提高了我國空氣監測整體的可操作性、可靠性、準確性、規范性和科學性。

2 ?空氣監測的質量控制

2.1 ?監測的對象

目前，對室外空氣組成成分的主要監測有NOX、SO2、Cl2、CO以及總懸浮顆粒物TSP等。室內空氣有毒有害氣體的采樣還會監測甲醛、苯、氨、氡等揮發或放射性氣體污染物。針對空氣中NOX的濃度監測，多采取溶液吸收法進行樣品的收集采樣，測定的時候可用四氯汞鹽吸收測定。對于空氣中的SO2，主要采用“四氯汞鉀溶液吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法”等常規的監測方法。

存在于空氣中的懸浮顆粒狀物質也是環境大氣的主要污染物，如硫酸煙霧、光化學煙霧等。這些光觸媒物質在強烈陽光照射下，發生化學反應，形成臭氧、醛類等物質懸浮于大氣中而構成光化學煙霧。

由于懸浮顆粒物穩定性較弱、成分十分復雜、危害性也相當大。分散在空氣中的懸浮顆粒狀污染物，甚至還有一些飄塵具有工業毒性，所以對人體健康危害極大。通常懸浮顆粒狀物使用濾料阻留法進行測定，按照一定速度抽取空氣，對比濾膜表面懸浮顆粒物前后的質量，得出TSP濃度。

2.2 ?空氣監測前準備

在采樣之前，需要徹查采樣裝置的準確度、精確度以及靈敏度。這里特別需要注意的是采樣裝置乳膠管的老化問題，發現老化及時更換，確保設備的靈敏度。

3 ?監測點的質量控制

3.1 ?監測點的選擇

每個監測點代表的都是該點半徑內4～5 km范圍內的空氣狀況，國家標準要求監測點50 m范圍內不能有明顯的污染源，四周不能有明顯的遮擋等。遠離馬路、綠化又很好的綠化帶里的空氣，要比馬路邊、居民密集區、工地這些地方好很多。

據2012年3月16日《揚子晚報》報道，南京的PM2.5監測點將實時發布PM2.5數據，而南京選取的3個PM2.5監測點分別是草場門、玄武湖以及仙林大學城。消息一經公布，即引起網友的廣大質疑。質疑原因是這三個地點都在綠地湖畔、綠化率較高，并且遠離主干道，測出的數據沒有代表性，有存在刻意選點、人為“凈化”數據的嫌疑。

3.2 ?監測布點要科學

根據污染程度對監測的區域進行區分設置，通常按低、中、高三個層次進行劃分。建立模糊優化模型的方法來解決布點問題，根據地區的地理環境、人口密度及面積，利用網格實測法，每一個網格中心處放一監測裝置，每隔一小時測一次數據。

監測本身是否真實反映城市空氣質量低劣的問題。目前，大多數城市的PM2.5監測點都設在綠化帶、公園、大學甚至郊區等綠化較好的地方，會不會讓空氣質量監測數據“被好轉”？所以，布點的選擇要具有代表性，即能夠代表一定范圍內的污染程度，使此范圍內的污染狀態和變化規律通過此個布點突出的反映出來。

顯然，這個問題的解決，絕不是靠爭議就有結果的，由于在穩定的環境條件下，由于氣象條件是影響空氣中可吸入顆粒物濃度的主要因素，因此大氣中PM2.5的質量濃度也隨氣象條件的改變而發生變化，在不同的季節，各地區的風速、空氣濕度等也不相同。

所以，可以選取某一時期內的PM2.5質量濃度變化為研究對象，結合搜索的數據，繪制相應的表格，研究不同時段、風力、相對濕度下空氣中PM2.5濃度的變化特征，最后利用數據資料做出描述春、夏、秋、冬四季PM2.5質量濃度變化特征的圖表。總結出氣象條件對PM2.5濃度的影響，進而為監測點的合理布局提供參考。

3.3 ?監測數據的分析

以PM2.5為例，在PM2.5監測網上查到7月28日～29日南京市區48 h內PM2.5的濃度變化，如圖1所示。

由上圖不難看出，南京市區48 h內PM2.5質量濃度最高峰出現在晚上9？誜00，次高峰值出現在晚上10？誜00，最低谷值出現在凌晨3？誜00，次低谷值出現在下午3？誜00。這一現象一方面可能是由于PM2.5與早晨南京市區上班交通高峰，中午車流量趨于降低有關;另一方面，以往學者的研究認為，交通對空氣的貢獻僅占0.43%，說明還存在其他關鍵的因素，高溫有利于顆粒物擴散，中午13？誜00氣溫較高，因高溫擴散造成PM2.5濃度降低。凌晨3？誜00～5？誜00車流量減少，但此段內的谷值比中午的要高，也可能與低溫容易形成逆溫層有關。

4 ?監測布點的合理控制

4.1 ?確定最少的監測點數

南京發布PM2.5數據，選取布點的三個區域的類型明顯趨同，這樣獲得污染物的參考數值不具有代表性、大有以偏概全的嫌疑，所以，被大家質疑便在情理之中。局部代表不了整體，這是一項基本常識。按照統計學來講，選取的監測點越多、分布的范圍越廣、區域類型越全，最后得到的監測數據也就越具代表性。

由此，這樣的檢測結果也就越能真實地反應當時的大氣質量狀況。但是，反過來講，并非監測點越多越好、分布的范圍越廣，因為這還要考慮到監測人員的精力以及各監測地區的經濟發展水平和資金投入能力，所以，各地監測部門追求的目標無疑是確定投入資金最少的監測點數目。

那么，怎樣確定監測點數是最少而不影響監測結果的呢？這就要求在誤差允許的測定范圍內，以最少的監測點反映區域內整體污染水平。

根據監測地區的地理環境、人口密度、大氣污染物濃度實測數據，利用地理變異系數法來求出該地區的最少監測點數。地理變異系數法是用不同地點的數據差異程度來估算設點數的統計學方法。采用抽樣計算，得出各污染地區需要的最少監測點數。

最少監測點位數

M=（1）

式（1）中，t與自由度、置信水平相應的偏離值。當自由度大于120，置信水平取90%時，t=1.64

為所要求的平均污染水平的最少偏差。取？滓=10%X;

N為網格布點兒監測的總樣本數;

n為單一網格布點的樣本數;

s為網格布點監測所給出的總體平均濃度的標準偏差。

由下式計算：

s=■（2）

式（2）中：Xi，X分別為i次測定值和總體平均值;N同上。

把網格布點監測得到的各污染物數據和確定的各項參數代入以上公式，算出值。取為整數，就得到各污染物所需最少監測點位數。

4.2 ?路邊監測點

路邊監測點這個名詞是來自于香港，對應的是大都市的交通干線區域的空氣，這和一般居住環境空氣質量是截然不同的，交通干線的車流量比普通住宅區大很多，突出的是機動車尾氣對空氣質量的影響。

像香港設置了14個空氣監測站，分為一般和路邊兩種空氣質素監測站。路邊空氣質素監測站設置在繁忙街道旁，以監測路邊污染水平。

目前，除了香港外，大陸還沒有路邊監測點。空氣質量的監測與垃圾焚燒廠等建設大的污染項目不同，建設項目可能會對環境造成極大的影響，此時就要有公眾意見咨詢。監測點的點位向公眾征集不是說不必要，要區分于一般建設項目。不管采取哪種方式，作為環境監測點位要遵守科學性、代表性、客觀性、真實性，應首先依據論證報告。

參考文獻：

[1] 王薈，王格慧，黃鸝鳴，等.南京市大氣中PM10、PM2.5日污染特征[J].重啟環境科學，2003，（5）.

[2] 郭清彬，程學豐，候輝，等.冬季大氣中PM10和PM2.5污染特征及形貌分析[J].中國環境監測，2011，（4）.

[3] 周衛華.手工采樣環境空氣監測的質量控制[J].化學分析計量，2009，（2）.

[4] 林俊，劉衛，李燕，等.大氣氣溶膠粒徑分布特征與氣象條件的相關性分析[J].氣象與環境學報，2009，（1）.

[5] 蒲維維，趙秀娟，張小玲.北京地區夏末秋初氣象要素對PM2.5污染的影響[J].應用氣象學報，2011，（6）.

[6] 韓中庚.數學建模方法及其應用[M].北京：高等教育出版社，2008.

3.3 ?監測數據的分析

以PM2.5為例，在PM2.5監測網上查到7月28日～29日南京市區48 h內PM2.5的濃度變化，如圖1所示。

由上圖不難看出，南京市區48 h內PM2.5質量濃度最高峰出現在晚上9？誜00，次高峰值出現在晚上10？誜00，最低谷值出現在凌晨3？誜00，次低谷值出現在下午3？誜00。這一現象一方面可能是由于PM2.5與早晨南京市區上班交通高峰，中午車流量趨于降低有關;另一方面，以往學者的研究認為，交通對空氣的貢獻僅占0.43%，說明還存在其他關鍵的因素，高溫有利于顆粒物擴散，中午13？誜00氣溫較高，因高溫擴散造成PM2.5濃度降低。凌晨3？誜00～5？誜00車流量減少，但此段內的谷值比中午的要高，也可能與低溫容易形成逆溫層有關。

4 ?監測布點的合理控制

4.1 ?確定最少的監測點數

南京發布PM2.5數據，選取布點的三個區域的類型明顯趨同，這樣獲得污染物的參考數值不具有代表性、大有以偏概全的嫌疑，所以，被大家質疑便在情理之中。局部代表不了整體，這是一項基本常識。按照統計學來講，選取的監測點越多、分布的范圍越廣、區域類型越全，最后得到的監測數據也就越具代表性。

由此，這樣的檢測結果也就越能真實地反應當時的大氣質量狀況。但是，反過來講，并非監測點越多越好、分布的范圍越廣，因為這還要考慮到監測人員的精力以及各監測地區的經濟發展水平和資金投入能力，所以，各地監測部門追求的目標無疑是確定投入資金最少的監測點數目。

那么，怎樣確定監測點數是最少而不影響監測結果的呢？這就要求在誤差允許的測定范圍內，以最少的監測點反映區域內整體污染水平。

根據監測地區的地理環境、人口密度、大氣污染物濃度實測數據，利用地理變異系數法來求出該地區的最少監測點數。地理變異系數法是用不同地點的數據差異程度來估算設點數的統計學方法。采用抽樣計算，得出各污染地區需要的最少監測點數。

最少監測點位數

M=（1）

式（1）中，t與自由度、置信水平相應的偏離值。當自由度大于120，置信水平取90%時，t=1.64

為所要求的平均污染水平的最少偏差。取？滓=10%X;

N為網格布點兒監測的總樣本數;

n為單一網格布點的樣本數;

s為網格布點監測所給出的總體平均濃度的標準偏差。

由下式計算：

s=■（2）

式（2）中：Xi，X分別為i次測定值和總體平均值;N同上。

把網格布點監測得到的各污染物數據和確定的各項參數代入以上公式，算出值。取為整數，就得到各污染物所需最少監測點位數。

4.2 ?路邊監測點

路邊監測點這個名詞是來自于香港，對應的是大都市的交通干線區域的空氣，這和一般居住環境空氣質量是截然不同的，交通干線的車流量比普通住宅區大很多，突出的是機動車尾氣對空氣質量的影響。

像香港設置了14個空氣監測站，分為一般和路邊兩種空氣質素監測站。路邊空氣質素監測站設置在繁忙街道旁，以監測路邊污染水平。

目前，除了香港外，大陸還沒有路邊監測點。空氣質量的監測與垃圾焚燒廠等建設大的污染項目不同，建設項目可能會對環境造成極大的影響，此時就要有公眾意見咨詢。監測點的點位向公眾征集不是說不必要，要區分于一般建設項目。不管采取哪種方式，作為環境監測點位要遵守科學性、代表性、客觀性、真實性，應首先依據論證報告。

參考文獻：

[1] 王薈，王格慧，黃鸝鳴，等.南京市大氣中PM10、PM2.5日污染特征[J].重啟環境科學，2003，（5）.

[2] 郭清彬，程學豐，候輝，等.冬季大氣中PM10和PM2.5污染特征及形貌分析[J].中國環境監測，2011，（4）.

[3] 周衛華.手工采樣環境空氣監測的質量控制[J].化學分析計量，2009，（2）.

[4] 林俊，劉衛，李燕，等.大氣氣溶膠粒徑分布特征與氣象條件的相關性分析[J].氣象與環境學報，2009，（1）.

[5] 蒲維維，趙秀娟，張小玲.北京地區夏末秋初氣象要素對PM2.5污染的影響[J].應用氣象學報，2011，（6）.

[6] 韓中庚.數學建模方法及其應用[M].北京：高等教育出版社，2008.

3.3 ?監測數據的分析

以PM2.5為例，在PM2.5監測網上查到7月28日～29日南京市區48 h內PM2.5的濃度變化，如圖1所示。

由上圖不難看出，南京市區48 h內PM2.5質量濃度最高峰出現在晚上9？誜00，次高峰值出現在晚上10？誜00，最低谷值出現在凌晨3？誜00，次低谷值出現在下午3？誜00。這一現象一方面可能是由于PM2.5與早晨南京市區上班交通高峰，中午車流量趨于降低有關;另一方面，以往學者的研究認為，交通對空氣的貢獻僅占0.43%，說明還存在其他關鍵的因素，高溫有利于顆粒物擴散，中午13？誜00氣溫較高，因高溫擴散造成PM2.5濃度降低。凌晨3？誜00～5？誜00車流量減少，但此段內的谷值比中午的要高，也可能與低溫容易形成逆溫層有關。

4 ?監測布點的合理控制

4.1 ?確定最少的監測點數

南京發布PM2.5數據，選取布點的三個區域的類型明顯趨同，這樣獲得污染物的參考數值不具有代表性、大有以偏概全的嫌疑，所以，被大家質疑便在情理之中。局部代表不了整體，這是一項基本常識。按照統計學來講，選取的監測點越多、分布的范圍越廣、區域類型越全，最后得到的監測數據也就越具代表性。

由此，這樣的檢測結果也就越能真實地反應當時的大氣質量狀況。但是，反過來講，并非監測點越多越好、分布的范圍越廣，因為這還要考慮到監測人員的精力以及各監測地區的經濟發展水平和資金投入能力，所以，各地監測部門追求的目標無疑是確定投入資金最少的監測點數目。

那么，怎樣確定監測點數是最少而不影響監測結果的呢？這就要求在誤差允許的測定范圍內，以最少的監測點反映區域內整體污染水平。

根據監測地區的地理環境、人口密度、大氣污染物濃度實測數據，利用地理變異系數法來求出該地區的最少監測點數。地理變異系數法是用不同地點的數據差異程度來估算設點數的統計學方法。采用抽樣計算，得出各污染地區需要的最少監測點數。

最少監測點位數

M=（1）

式（1）中，t與自由度、置信水平相應的偏離值。當自由度大于120，置信水平取90%時，t=1.64

為所要求的平均污染水平的最少偏差。取？滓=10%X;

N為網格布點兒監測的總樣本數;

n為單一網格布點的樣本數;

s為網格布點監測所給出的總體平均濃度的標準偏差。

由下式計算：

s=■（2）

式（2）中：Xi，X分別為i次測定值和總體平均值;N同上。

把網格布點監測得到的各污染物數據和確定的各項參數代入以上公式，算出值。取為整數，就得到各污染物所需最少監測點位數。

4.2 ?路邊監測點

路邊監測點這個名詞是來自于香港，對應的是大都市的交通干線區域的空氣，這和一般居住環境空氣質量是截然不同的，交通干線的車流量比普通住宅區大很多，突出的是機動車尾氣對空氣質量的影響。

像香港設置了14個空氣監測站，分為一般和路邊兩種空氣質素監測站。路邊空氣質素監測站設置在繁忙街道旁，以監測路邊污染水平。

目前，除了香港外，大陸還沒有路邊監測點。空氣質量的監測與垃圾焚燒廠等建設大的污染項目不同，建設項目可能會對環境造成極大的影響，此時就要有公眾意見咨詢。監測點的點位向公眾征集不是說不必要，要區分于一般建設項目。不管采取哪種方式，作為環境監測點位要遵守科學性、代表性、客觀性、真實性，應首先依據論證報告。

參考文獻：

[1] 王薈，王格慧，黃鸝鳴，等.南京市大氣中PM10、PM2.5日污染特征[J].重啟環境科學，2003，（5）.

[2] 郭清彬，程學豐，候輝，等.冬季大氣中PM10和PM2.5污染特征及形貌分析[J].中國環境監測，2011，（4）.

[3] 周衛華.手工采樣環境空氣監測的質量控制[J].化學分析計量，2009，（2）.

[4] 林俊，劉衛，李燕，等.大氣氣溶膠粒徑分布特征與氣象條件的相關性分析[J].氣象與環境學報，2009，（1）.

[5] 蒲維維，趙秀娟，張小玲.北京地區夏末秋初氣象要素對PM2.5污染的影響[J].應用氣象學報，2011，（6）.

[6] 韓中庚.數學建模方法及其應用[M].北京：高等教育出版社，2008.