大氣監測在城市環境治理中的實用價值及創新應用

鄧睦清

（梅州市大埔生態環境監測站，廣東 梅州 514299）

大氣污染的成因復雜，其主要污染源是工業廢氣和機動車尾氣。隨著城市化進程的逐步加快，城市人口密度不斷增大，大氣污染問題也愈發突出。因此，關注大氣環境現狀，聚焦大氣監測技術，以高新科技為核心，解決典型大氣污染問題，并推動產業結構轉型，發展節能高效環保型產業，是應對大氣污染嚴峻形勢的關鍵，具有現實迫切性。

1 我國大氣環境現狀

大氣污染問題是近年來的國際熱點話題，其直接關系人類的生存環境與社會的可持續發展。《2021中國生態環境狀況公報》顯示，2021年，我國生態環境質量顯著改善，主要體現在4個方面。一是空氣更加清新。空氣質量達標城市數量、優良天數比例持續上升，主要污染物濃度全面下降。339個地級及以上城市中，218個城市環境空氣質量達標，占64.3%，同比上升3.5個百分點；優良天數比例為87.5%，同比上升0.5個百分點。細顆粒物（PM）、可吸入顆粒物（PM）、O、SO、NO和CO六項指標年均濃度同比首次全部下降，其中，PM為30 μg/m，同比下降9.1%，“十三五”規劃實施以來，已實現“六連降”；O為137 μg/m，同比下降0.7%，PM和O濃度連續兩年雙下降。京津冀地區、長江三角洲地區、汾渭平原等重點區域空氣質量改善明顯。“十四五”時期，要加強PM與O協同控制監測，分類開展非甲烷總烴自動監測、PM與揮發性有機物（VOCs）組分監測。

大氣污染會危害人體健康，引發溫室效應，加劇全球變暖，嚴重影響地球生態。人類活動是造成大氣污染的主要原因。工業廢氣與機動車尾氣不僅含有NO、CO等有害氣體，還含有細小顆粒物。如果污染物沒有得到有效處理，就直接排入大氣環境，可能引發酸雨、臭氧層破壞等問題，造成嚴重的生態危機。除此之外，自然環境因素引發的大氣污染也不容小覷，如火山噴發、沙塵暴襲擊、森林火災等。為改善大氣環境，必須利用好現代化大氣監測技術，實時開展大氣監測，堅持預防為主，防治結合，從源頭著手開展減排治污，科學應對大氣污染問題。

2 大氣監測在城市環境治理中的應用價值

2.1 指導大氣污染治理

加強大氣質量在線監測，能為大氣污染治理提供重要依據。當前，我國針對大氣污染問題推出一系列的監測機制和治理舉措，并以此為指導，推進環保工作的開展，以追求社會的可持續發展。大氣監測可利用智能監測裝置的動態采集、多元分析、實時報警功能，全面處置亂排亂放現象，推動大氣污染的實時管控和高效治理。要結合大氣環境的關鍵數據核查污染源，并通過試驗檢測確定污染程度，以確保大氣污染治理有理有據，有導向、有重點，從而提高環境治理的針對性和實效性。大氣監測可直觀反映地區環境空氣質量差異，探明區域大氣污染的嚴峻程度及影響要素，實用效果顯著。

2.2 提高執法監督力度

當前，大氣監測技術發展非常迅速，在大數據、物聯網、云平臺等支撐下不斷升級，其監測范圍更廣，監測精度更高，提高了執法監督的有效性、針對性和精準性。大氣污染治理可以融入衛星定位技術，構建信息化大氣監測的新格局。大氣環境監測系統利用大氣污染數據走勢圖，可以快速識別某一時間段某區域排污單位是否存在排放未達標廢氣的問題，并探明廢氣排放是否過量。同時，它可以采集海量且準確的數據信息，為大氣污染治理提供諸多便利，并加大對排污單位的執法監督力度，其工作原理如圖1所示。

圖1 大氣環境監測系統的工作原理

2.3 核查污染物排放

大氣環境監測系統不僅可以監測周圍的環境指標，明確大氣污染問題，還能夠直觀顯示污染物排放量，生成歷史記錄，用于對比核查。尤其是在24 h在線監測裝置投入使用后，大氣污染物排放核查效益明顯提升。當前，部分企業基于投機心理會隨意排放廢氣，而24 h在線監測技術的問世讓廢氣隨意排放行為無處遁形。該技術可快速查明污染物排放量是否合理，一旦發現污染物排放超標，第一時間自動上報監管部門并采取行動，實現了大氣污染的早預防、早發現、早處理。

3 大氣環境立體監測技術的創新應用

3.1 色譜監測

色譜監測是大氣監測中的熱門技術，其主要采用氣相色譜和質譜聯用技術進行大氣有機污染物的監測，具有檢測精度高、靈敏度高及快速響應的優勢，但應用成本較高，可根據監測需求酌情選用。色譜監測主要利用色譜柱分離被測樣品。在監測時，氣體相當于流動相，固體相當于固定相，針對其分配系數差異，可將混合物汽化后通入色譜柱中，多次分配后，異質分離并按照順序離開色譜柱。不同物質離開時產生的離子流信號存在差異，將其放大，即可形成氣相色譜。

3.2 電化學監測

電化學監測具有較好的敏感性與選擇性，在有毒氣體監測中的優勢顯著。它主要利用電化學傳感器與被測氣體反應產生的電信號大小判斷大氣污染程度。一般來說，較小的氣體分子可以通過細小毛管型開孔與傳感器互動，穿過疏水屏障層，達到其電極表層并發生反應，產生電信號。電信號的大小與氣體濃度直接相關，可根據其數值情況判斷氣體污染物濃度指標，為大氣污染管控提供有效參考。

3.3 光學監測

光學監測具有良好的技術應用擴展性。目前，常見的光學監測技術有差分光學吸收光譜法、傅里葉紅外光譜法。運用光學監測技術時，應先明確環境監測目標，從氣候特征、光吸收程度等方面考察技術實用性，選定合理的光學監測方案。差分光學吸收光譜法主要對照氣體吸收后的氣溶膠光學厚度變化（分為隨波長快速變化部分和緩慢變化部分），明確氣體分子的特征和光吸收程度，進而開展光譜分析，計算被測氣體指標參數。傅里葉紅外光譜法要讓樣品路與參考路的光相互干擾，通過傅里葉變化將干涉圖轉化為紅外光譜圖，以探明氣體成分。

3.4 遙感監測

遙感監測可實現大氣污染物的智能量表采集、實時通信傳輸和綜合監測評估，其支持多角度、全方位的大氣監測，目前主要應用于大氣成分分析、污染源識別、污染程度判斷等。遙感平臺主要包括衛星和無人機。當前，我國提高了對衛星遙感的重視度，取得一定的應用成效。衛星遙感可根據大氣監測的多重需求，靈活調整氣體指標，不僅可以系統、全面、實時地采集樣本數據，還能夠與不同類型的光譜儀器兼容，實現多光譜監測，具有良好的市場前景。大氣環境監測平臺構建過程可以利用遙感監測，前端采集裝置可選用無人機搭載，通過飛行軌跡設定使其沿既定路線采集樣本數據并監測區域大氣污染情況。在5G通信支持下，數據被快速傳輸到大氣環境監測平臺，形成大氣成分參數表，平臺利用可視化技術進行圖表展示、成像展示等。同時，平臺還可通過特征分析快速識別污染源，判斷大氣污染現狀，并采用不同顏色將氣體濃度及分布情況直觀展示出來，方便根據圖像對應的大氣污染分布區域和污染等級進行統籌防治。梅州市區域大氣監測采用無人機遙感，可準確獲取環境空氣質量指數（），判斷日空氣質量等級。2021年9月，監測人員根據無人機回傳的監測數據，精準判斷出首要污染物為O，如表1所示，其污染持續時間長，危害大。按照大氣監測結果，梅州市積極開展NO、VOCs等關鍵污染物排放管控，以有效減輕臭氧污染。

表1 2021年9月梅州市大氣監測結果

4 大氣監測技術創新應用的保障

4.1 讓環境監測走市場化之路

傳統的大氣監測開展時，政府不僅要到場開展監測，還要負責污染治理管控，任務繁重、工作量大，很容易出現疏漏。因此，必須讓環境監測走市場化之路，針對區域重點污染問題，構建高效、系統、精準的大氣環境監測系統，將監測設備放置在污染現場，并將使用權下放，生產企業可以將其運用到生產監督及環境治理中。政府則負責遠程監管，定期抽查，督促企業加強大氣監測與污染治理，建立自我監督體系。二者相互協作，從而提高大氣污染防治的整體實效。

4.2 合理應用新型技術，推進大氣監測技術創新

傳統或單一的監測技術很難滿足復雜的大氣監測需要。因此，要合理利用大數據、云計算等新型技術，不斷對大氣監測技術進行創新，增強污染源識別、污染物檢測等的科學性、準確性和高效性。要基于大數據整合的思維，將人工智能與大氣監測相結合，實現多種技術的靈活運用，優勢互補，從而全面提升大氣監測成效。

5 結語

研究表明，只有重視大氣監測技術的創新研發與推廣應用，才能提升大氣監測質量；只有制定科學的大氣污染防治策略，才能正本溯源，防微杜漸，推進我國綠色可持續發展。當前，我國大氣監測技術的應用效果還不夠理想，企業個體參與積極性欠佳。因此，必須重視宣傳，加強引導，確保多主體的協同配合，做好大氣監測技術的推廣應用，以便更好地應對大氣污染問題，切實改善生態環境。