大氣環境監測布點方法研究

王靜

摘 要：本文就大氣環境監測的的含義以及對人民生活的重要意義進行了闡述，并著重分析了大氣環境監測在布點上的技術方法，最后還對布點技術的優化進行了探討。

關鍵詞：大氣；環境監測；布點

大氣環境監測主要是針對大氣中的污染物的監測，對其種類和濃度進行觀察和分析，實時掌握各種污染物的動態變化已經它們對環境的影響。大氣環境監測對象主要是分子狀的污染物，如：一氧化碳、臭氧、碳氫化合物以及硫、氮氧化物等污染物，還包括飄塵、懸浮微粒等顆粒狀的污染物。對這兩種狀態的污染物在大氣環境中進行布點、采樣、觀察和分析等一系列質量監測工作。監測項目通常根據地區實際的區域特點，氣候特點、污染源的分布情況來進行規定。其中對大氣污染物中的氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳和懸浮顆粒物加降塵的監測是國家規定的大氣監測項目，另外可根據地方特點和污染源特征增加對碳氫化合物、二氧化氮、鉛等污染物的監測項目。

一、大氣環境監測的意義

1.對人的意義。人作為社會活動主體最基本的權利是生存權，大城市的大氣環境在無形中對人的身體產生極大的影響，惡劣的大氣環境甚至威脅人的生命，因此，對大氣環境進行日常監測是保證人的生存權的最基本的要求。

2.對動植物的意義。動植物動過光合作用或呼吸作用來存活，在這個過程中與空氣進行融合；空氣中的污染物對周圍環境，如土壤、水等的不良影響也會導致動植物受害，甚至導致動物大批死亡，植物大量枯萎。

3.對社會環境的意義。大氣污染物通過對人、動植物的影響，最終會導致活動的承受體――社會環境不斷惡化，大氣監測最后是通過對社會環境的監測觀察來實現，通過對社會環境中不同時空、不同種類污染物的濃度進行監測，最后有利于對污染濃度進行有效控制，保持社會的可持續發展。

二、大氣環境監測布點點位選取的原則

1.代表性原則。代表性是指當前所選取的點位要能夠真實有效的代表點位所代表區域的真實情況，對于該區域主要污染物濃度進行重點監測，并能夠對未來發展趨勢做出有效的判斷。

2.一致性原則。一致性是指當前布點監測的大氣污染物種類和濃度能夠與周圍保持一致。無論從監測地形，還是監測地氣候環境來看，保持一致性是對監測數據進行合理性分析和判斷的基礎和前提。

3.經濟性原則。經濟性是指在保證大氣環境監測數據有效科學合理的基礎上，對監測點位加以科學分配，爭取做到在污染物嚴重地區多布點，在工業化程度不高，如農村地區進行少量布點，將有效的資源盡可能用到重點區域。

4.科學性原則。根據污染物的不同，布設大氣環境監測布點的時，結合實際需要采取不同的方法，如果監測對人體有較大危害的氣體污染物時，監測點位的高度盡量控制在1.5米到2.0米之間，或者選取一個適當的參考值1.7米；如監測對植物有重大影響的大氣污染物時，監測點位高度應該盡量與植物的中心葉面保持一致。

三、常規監測布點法

1.功能區布點法。該方法主要用于區域性常規監測。將監測區域按功能分區，如分成居住區、商業區、工業區、混合區等。然后在不同的功能區內，按照污染程度及人力、物力的分配能力，設置數量不等的采樣點。通常在大氣污染擴散點上采樣，能夠更好地反映大氣環境污染的程度。

2.網格布點法。這種方法是將監測區域均分成一定大小的網格，采樣點設在網格中心或網格的角點上。網格的大小由污染程度、監測能力、人口分布密度等因素決定。一般污染源數量比較多、分布又較均勻的區域較適合采用這種方法。主要優點是受人為主觀因素影響較小，能較直觀地反映出污染物的空間分布狀況。

3.同心圓布點法。有多個污染源且分布相對集中的區域可采用此法。以污染群中心為圓心，畫出若干同心圓，再以圓心為起點作出若干射線，將圓周與射線的交點作為采樣點。通常下風向可設置較多的采樣點。

4.扇形布點法。適用于孤立的高架點源（如高煙囪）且主導風向比較明確的區域。以污染點源為起點，主導風向為軸線，在下風向畫出以點源為圓心的扇形區域。扇形圓心角一般在45ц90°，且不得超過90°。采樣點布設在扇形區域內，先畫出半徑不等的若干弧線，每條弧線上設置3ц4個采樣點，并且同一條弧線上相鄰的采樣點，以點源為頂點作出的連線夾角應在10ц20°。為提高監測的可靠性，應同時在上風向設置對照點。

四、優化點位技術

1.物元分析法。這種方法是以廣東工業大學蔡文教授所創立的可拓學理論分析大氣環境監測的布點問題。從所有污染物的監測值（如SO2、NOx、TSP等）中選出最大值和最小值，分別構成“最佳點A”和“最劣點B”及由均值構成“期望點C”。由C與A、B構成標準物元矩陣Rac、Rcb，A與B構成節域物元矩陣Rab，每個測點建立物元矩陣Ri。然后由Ri對Rac、Rcb及Rab建立關聯函數Ka（Xij）、Kb（Xij），由其計算綜合關聯函數Ka（Xi）、Kb（Xi）。利用綜合關聯函數值并結合關聯函數的意義畫出點聚圖，再由點聚圖上的點選出最佳點。

2.相關系數法。采用網格布點法的監測數據（設置網格數m，監測點n，上風向清潔點若干）。計算m與n之間的相關系數R。R越大，說明該網格越能代表污染物濃度的變化規律。再根據監測點污染物濃度、平均濃度求出變異系數CV和各點方差Si。綜合分析R、CV和Si，就得到優選的點位。

3.t檢驗法。同樣以網格布點法的監測數據為基礎，求出平均濃度，劃分區域（如重污染區、中度污染區、輕污染區等）。根據評價標準（如監測方便程度、安全性、位置關系等）確定若干方案。再經過比較選出較優的方案。然后用t檢驗優選點位與總樣本的差異是否顯著。確定顯著性水平后，由t分布表查出t分布表值。若優選點位t計算值t計算值 4.4最優指標法。這種方法是以TOPSIS法為基礎創新出的方法，通過逼近最優水平對多目標系統進行決策和評價。建立原始監測數據矩陣X，確定最優指標值向量Y。通過對X的最優指標進行歸一化處理，建立優化決策矩陣Z。利用Z計算監測點指標與最優水平的逼近程度。將依大小進行排序，再結合點位優化規則選出有代表性的優化點位。

4.特征分析法。此法是將監測點位按照污染程度歸類或聚類，并在每一類中選出代表性的點位。利用原始監測數據（n個樣本，m個變量）建立聯系度關系矩陣Y=XA（X為編碼矩陣，A為變量權矩陣），將聯系度最大的問題轉化為求解矩陣X□XT（XT為轉秩矩陣）的最大特征值λ和特征向量A。經過計算求出矩陣Y并繪制聯系度折線圖，根據圖將聯系度大小聚類，然后就可優選點位了。

五、結語

隨著社會文明的進步，人類對生活質量的要求不斷提高，環保意識也逐漸增強。對大氣環境質量進行有效的監測，可以使大氣中的污染物得到實施的監控和觀察，對其變化和發展的趨勢及時掌握，便于采取必要的措施進行預防和解決。

參考文獻：

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