大氣環境監測的應用及布點方法探究

摘要：本研究通過案例分析，發現合理的大氣環境監測布點方法能夠有效提高監測數據的準確性和可靠性，為環境保護和預警提供重要依據。

關鍵詞：大氣環境；環境監測；布點方法

DOI：10.12433/zgkjtz.20232433

一、大氣環境監測概述

（一）主要原理

大氣環境監測的主要原理是通過大氣污染物監測儀器采集大氣中的污染物數據以及環境參數數據，然后做數據分析和處理，以得出大氣環境質量狀況及趨勢變化的信息，主要內容包括采樣、分析、監測和數據處理等方面。

（二）主要應用場景

大氣環境檢測應用廣泛，主要應用于工業污染源排放控制、城市空氣質量監測、自然環境監測和航空航天空氣質量監測等場景。

（三）大氣環境監測布點主要方法

1.扇形布點法

扇形布點法先根據污染源的分布情況、當天主導風向、污染源區域位置等信息，在污染源的上風向選擇一個監測點作為參照點，然后根據污染源分布及區域位置等情況，在污染源的下風向間隔一定間距（或夾角）的扇形區域內設置多個監控點，將該區域內的所有可能受到影響的監測點全部納入監測范圍。這樣可以覆蓋到所有的污染源和可能受到污染物擴散影響的區域。在實際應用中，采用扇形布點法可以準確掌握污染情況，監督和控制無組織排放所造成的后果。

2.網格布點法

網格布點法是一種在城市和工業區等密集污染源區域中應用較多的大氣環境監測布點方法。該方法將監測區域劃分為若干個等大面積的網格，一般單個網格應不大于2km×2km，然后在每個網格中設置一個監測點。這種方法可以有效覆蓋所有可能存在的污染源和可能受到污染物擴散影響的區域。同時，在同一網格內的監測點具有較好的代表性和可比性，客觀反映一定空間范圍內的環境空氣污染水平和變化規律，可以更加準確地評估整個區域的污染情況。

3.同心圓布點法

同心圓布點法是一種較靈活和實用的大氣環境監測布點方法。該方法先將監測區域劃分為若干個同心圓區域，然后按照污染源的分布情況，在每個圓區域內設置若干個監測點進行監測。在實際布點中，可以根據污染源分布的密度和盛行風向等因素確定同心圓的數量和大小，并根據具體情況調整每個園區內監測點的數量和位置。這種方法可以在保證監測點數量的同時，更加準確地掌握監測區域的污染情況。

二、大氣環境監測布點的主要難點

（一）監測范圍和監測精度的平衡

在大氣環境監測過程中，為了保證監測數據的科學可靠，必須考慮監測范圍和監測精度的平衡。監測范圍是指監測點覆蓋的區域范圍，監測精度是指監測設備獲取數據的準確程度。過少的監測點會導致監測范圍狹窄，數據采集量不足會造成監測數據不可靠。而過多的監測點會增加建設、維護和運行成本，并且增加管理難度。

（二）大氣環境監測設備的選型

在選擇大氣環境監測設備中，面臨的主要困難是需考慮多重因素，并避免因選型不當造成監測數據不準確的問題。不同類型的大氣環境監測設備有各自的優缺點。例如，光學探測器有靈敏度高，分辨率高等優點；而化學傳感器具有響應速度快等優點。監測設備選型不當可能會導致數據質量不穩定，甚至出現數據漏報或誤報等問題，影響監測數據的準確性和實用性。比如，選擇靈敏性不佳的監測設備可能會導致氣體濃度的錯估，影響環境污染的判斷，同時可能由于測量幅度過高而導致誤差發生。

（三）監測設備的布設方式

在大氣環境監測過程中，在選取適合的監測設備后，布設方式也是需要考慮的重要因素。監測設備的部署方式決定了監測數據的采集和測量的準確性和可靠性。不同的監測設備具有不同的布設要求，例如，氣象探空儀需要布設在空曠的場地上，而氣體分析儀安裝在采樣點附近。此外，在實際布設過程中，還需要考慮到設備的周圍環境的影響。例如，在建筑物內的設備可能會受到建筑物結構和通風條件等因素的影響，需要合理布設。

（四）數據處理和分析能力

數據處理和分析能力是大氣環境監測過程中的另一項重要挑戰。由于大氣環境監測數據量大、采集頻率高、數據結構復雜，數據處理和分析需要具備高效性、準確性和實時性。另外，環境監測數據容易受外部因素的影響，如天氣變化、城市建設和人類活動等因素，可能導致監測數據的不穩定和誤差的增大。此外，監測數據的分析和處理需要考慮到時間尺度和空間尺度的影響，如季節變化、區域性影響等。

三、優化大氣環境監測布點方法的重要原則

（一）明確監測需求和目標

明確監測需求和目標是設計監測站點布置方案的首要任務。根據不同的監測目標和需求，才能確定監測站點所需要監測的污染物種類、監測參數、監測時間等關鍵因素，從而保證監測數據的準確性和準確性。根據不同的監測目標和需求，需要確定監測站點所需要監測的污染物種類。在城市中，需要監測PM2.5、PM10、SO2、NOx等多種污染物的質量濃度，以了解城市空氣質量的狀況；在工業園區中需要監測VOCs、TSP、NMHC等污染物的質量濃度，以了解工業污染的狀況。

同時，還需要考慮不同人群的監測需求。老年人、兒童以及有呼吸系統疾病的人群更容易受到空氣污染的影響，因此，要為人們提供更加準確的監測保障。在選取監測站點時，要充分考慮這些人群的活動區域和居住地，選擇更加代表性的監測站點。此外，監測參數的選擇也是非常重要的。不同的污染物具有不同的生理效應，需要根據監測目標和需求選擇不同的監測參數。例如，PM2.5可以直接進入人體呼吸道并引起健康問題，因此，在城市空氣質量監測中是一個關鍵的參數。不同的污染物具有不同的時空變化規律，需要根據不同的監測目標和需求選擇不同的監測時間。在城市空氣質量監測中，需要對不同時間段的污染物質量濃度進行監測，以了解城市污染物的時空變化規律。表1為某工業區大氣環境監測表（部分），其中通過不同時間階段的監測，可以通過空氣污染物來明確該工業區開工與休息的時間，并總結出一年空氣質量的基本特點。

（二）要全面考慮布點位置

優化環境監測布點方法可以準確反映大氣污染情況。在選擇布點的位置時，必須考慮位置代表性、位置空曠、人口密集和污染物濃度一致等原則。代表性的選擇可以通過考慮污染源的位置來實現。在沒有風向的情況下，布點的位置可以選擇在污染源集中的位置，而在有風的情況下，可以適當將布點放置在污染源的下風向，以確保監測數據反映實際污染情況，為政府部門制定相關的環境保護政策提供可靠的數據。同時，綜合考慮地理環境、交通狀況和人口密度等因素。在布點過程中確保布點的位置較為空曠，最大限度地減少環境因素對監測數據的影響，確保數據的準確性和可靠性。人口密集的地方通常意味著空氣中污染物的排放量也更大。因此，在人口密集的地方布置監測站可以更準確地反映空氣污染的水平及變化趨勢。此外，對于一些控制指標超標的地方，也需要適當增加布點。這樣可以確保及時發現污染事件，采取必要的措施降低污染程度。布點位置的污染物濃度要與周圍污染物濃度相一致，這樣才能保證布點所測數據的準確性，也有助于工作人員對大氣環境污染情況進行準確判斷。

（三）監測網絡的完整性和擴展性

建立完整有序的監測網絡可以實現全面監測，同時可以為未來的監測要求做好準備。監測站點之間的距離應該根據污染源、地形地貌、大氣擴散條件等因素來確定。在大氣污染較嚴重的地區，監測站點之間的距離可以設置得較近，以更準確地反映大氣污染的分布特征。而在地理環境復雜的地區，根據地形地貌和氣象條件來設置監測站點，以確保數據的準確性。另外，監測站點布置還應具有一定的擴展性。在監測站點的布置過程中，應該考慮未來監測需求的變化，確保監測網絡可以適應未來的監測要求。例如，在新城市區的規劃建設中，應該考慮未來的城市擴張和大氣污染源的變化，為未來的監測站點布置做好規劃。同時，在監測設備的選擇和配置時，也應該考慮到未來技術的更新換代，為未來的擴展性留出空間。

四、實施大氣環境監測布點的案例分析

（一）案例概況

某市大氣環境監測區合理劃分為98行×104列，共10192個網格單元。科學運用Models-3/CMAQ空氣質量模型，以2021年為基年，模擬計算某區域某類污染物 1、4、8、10月的濃度值，供網絡優化參考。

（二）相關參數

該市大氣環境監測網的監測目標包括：SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3等5種污染物和氣象要素。其中，SO2、NO2、PM10、PM2.5監測點各占1/5，O3監測點占1/10，氣象要素監測點占1/5。 在監測點的選取上，采用了綜合篩選、管控地區、優質點位等多種方法，最終確定了92個監測點。其中，SO2、NO2、PM10、PM2.5監測點重點布設在工業重點區、交通干道、城市中心區、城市副中心、城市近郊等易受污染的地區，O3監測點重點布設在城市近郊地區和郊縣地區。

（三）監測數據的傳輸和質量保障

該市大氣環境監測網采用大氣環境監測自動化管理系統，實現數據的自動采集、實時傳輸、自動質控、遠程監控等功能。在數據傳輸方面，監測點采用GPRS或與3G通信模塊與監測中心數據傳輸，確保數據的及時、準確傳輸。同時，監測中心實現了數據存儲、處理和分析的功能，方便數據的后續利用。在質量保障方面，該省份大氣環境監測網實行嚴格的質量保障體系，確保數據的準確性和可靠性。具體措施包括：監測儀器的定期校準、維修和更換、監測站點的定期維護和清潔、數據的自動質控和人工審核等。

（四）數據分析和利用

該市每天自動質控和人工審核大氣環境監測網的監測數據，確保數據的準確性和可靠性。同時，監測中心利用各種數據分析處理技術，分析和利用監測數據。在數據分析方面，監測中心實現了大氣污染物時空分布、來源識別、污染物特征分析等多種數據分析方法。同時，利用氣象要素數據，建立氣象污染物傳輸模型，研究和預測污染物的輸送規律。在數據利用方面，監測中心與環保部門、地方政府、社會公眾等建立了信息共享、應急響應等多種合作機制。監測中心還可以加工處理監測數據，為相關部門提供精準的大氣環境質量評估、預警和管控等決策支持，以促進該市大氣環境的治理和空氣質量的提升。

（五）案例結論

該市大氣環境監測網的布點實施，包括監測目標與布點方案的合理制定，涵蓋多種方法的綜合篩選、管控地區、優質點位等的選取，確保了監測點的全面、合理和科學。

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作者簡介：梁韜（1986），男，廣西壯族治自區來賓市人，本科，工程師，研究方向為環境監測。