關于對城市環境空氣質量監測點位優化的研究

姜 峰，邢巍巍，李翔宇，王 楊

（大連市生態環境事務服務中心，遼寧 大連 116023）

引言

城市空氣質量監測點是指用于監測城市空氣質量的固定點位，通常包括大氣環境監測站、移動監測車、遙感衛星等。通過在不同地理位置和高度上設置監測點位，可以對大氣環境中的主要污染物濃度進行監測和分析，以了解城市空氣質量狀況及其變化趨勢。監測點位通常會監測大氣中的各種有害氣體、懸浮顆粒物等主要污染物濃度，并記錄氣象數據如溫度、濕度、風速等，以便更好地評估城市大氣環境質量。

1 城市空氣質量監測點位設置的原則

1.1 代表性原則

城市空氣質量監測點位應該在城市的典型區域內設置，以充分反映城市空氣質量的總體狀況和變化趨勢。這意味著監測點位應該覆蓋城市的不同地理位置和人口密集區，包括城市中心、城市邊緣、工業區、居民區等。此外，還應考慮到城市空氣質量受污染源類型和排放規模的影響，對污染物濃度及其時空分布的監測也應具有代表性。

1.2 等間距原則

城市空氣質量監測點位應該按照等間距原則設置，全面覆蓋城市區域。這個原則的目的是保證監測點位之間的空間均勻性，使得監測數據更具代表性。通常情況下，監測點位之間的距離應控制在5～10公里范圍內。當城市面積較大時，也可以采用網格布局的方式，將城市劃分為多個小區域，并在每個小區域內設置監測點位。

1.3 可比性原則

城市空氣質量監測點位的設置應該具有可比性，這個原則要求監測點位能夠與其他地區或其他國家的監測數據進行比較。需要使用標準化的監測方法和設備，并參照國際標準或規范進行監測。這樣可以更好地了解城市空氣質量在國際上的水平，為制定相應的政策和措施提供參考[1]。

2 城市空氣質量監測點位設置的關鍵影響因素分析

2.1 污染源類型與排放規模

污染源類型和排放規模是城市空氣質量監測點位設置的關鍵影響因素。不同類型的污染源和排放規模對城市空氣質量的影響程度不同，因此在監測點位設置時應該考慮這些因素。例如，工業區、交通干擾區和燃煤發電廠等污染源的排放量較大，應該在這些區域設置更多的監測點位；而居民區和商業區等污染物排放量較小的區域，則可以設置相對較少的監測點位。

2.2 地理位置和天氣條件

地理位置和天氣條件也是城市空氣質量監測點位設置的重要影響因素，不同地理位置和氣候條件會對空氣質量產生不同的影響。例如，在高山地區和海拔較高的地區，空氣稀薄，大氣污染物的濃度可能較低；而在潮濕和多雨的氣候條件下，大氣污染物的擴散和沉降會受到影響。因此，在城市空氣質量監測點位設置中，應該考慮到不同地理位置和天氣條件對監測數據的影響，并相應調整監測點位的數量和位置。

2.3 地形和建筑物

城市的地形和建筑物也會對空氣質量監測點位的設置產生影響。例如，山區和河谷地帶的地形復雜，空氣流動方式和方向會受到限制，從而影響監測數據的準確性。此外，在城市中心和高樓大廈周圍，由于建筑物的遮擋作用，大氣污染物的擴散和沉降會受到影響。因此，在監測點位設置中要考慮到地形和建筑物的影響，選取合適的位置，以保證監測數據的代表性和準確性。

2.4 監測儀器種類和數量

城市空氣質量監測點位的設置還需要考慮到監測儀器的種類和數量。不同的監測儀器對不同污染物的測量范圍和精度有所差異，因此在監測點位設置時需要根據監測目標和要求，選取適當類型的監測儀器，并配置統一的儀器規格和數量。同時，如果監測儀器存在誤差或故障，可能會導致監測數據的失真或不準確，從而影響城市空氣質量的評估和管理。因此，監測儀器的維護和校準也應該得到重視[2]。

3 城市空氣質量監測點位設置中存在的問題

3.1 監測點位數量不足或分布不均

城市空氣質量監測點位數量不足或分布不均，是城市空氣質量監測中存在的一個重要問題。當前，城市空氣質量監測點位數量和分布主要依據城市規模、人口密度、經濟發展水平等因素進行設置，但是這些因素并不能完全反映城市環境的多樣性和復雜性。另外，監測點位的設置還存在人為因素干擾，例如經濟利益等，導致監測點位數量和位置偏離真實需要。

3.2 監測點位設置不合理

監測點位設置不合理也是城市空氣質量監測中存在的一個問題。例如，監測點位距離污染源過遠，不能真實反映當地污染情況；監測點位受到道路交通和建筑物等因素干擾，導致監測數據失真；監測點位缺乏代表性，無法全面反映區域內空氣質量狀況。這些因素都會影響監測數據的準確性和可靠性，從而影響城市空氣質量管理措施和決策的制定。

3.3 監測儀器精度和標準不統一

監測儀器的精度和標準會影響監測數據的真實性和可比性，從而影響城市空氣質量評估和管理。當前，城市空氣質量監測儀器的種類繁多，但是精度和標準并不統一。同時，一些監測點位使用的空氣質量監測設備可能存在精度不高的情況，導致監測數據的準確性無法得到保障。尤其是在一些老舊設備的使用中，可能出現漂移或者故障，進一步影響了監測數據的可信度[3]。

4 城市環境空氣質量監測點位優化策略

4.1 優化監測點位布局

在城市環境空氣質量監測中，合理的監測點位布局能夠提高監測數據的準確性和可靠性，為制定城市環境空氣質量管理政策和措施提供科學依據。一方面，污染源的分布情況是影響城市環境空氣質量的重要因素，因此在設置監測點位時應該考慮到污染源的分布情況。通過收集污染源數據、環境調查和遙感技術，可以繪制出污染源的空間分布圖，并結合人口密度、土地利用等因素進行分析。根據這些分析結果，可以選擇適當的監測點位置，以覆蓋不同類型的污染源，確保監測數據的代表性和準確性。例如，在居民區等人口密集區域設置監測點位，則可以更好地反映人口密集區的空氣質量狀況。此外，還需要考慮污染源的類型、污染物種類和排放量等因素，從而針對性地選擇監測點位。另一方面，不同環境特征和功能區域可能存在不同的污染源和污染物排放情況，從而影響空氣質量。因此，在選擇監測點位時，可以使用土地利用數據、環境調查和相關統計數據進行分析。基于這些數據，可以確定不同環境特征和功能區域，并在這些區域內設置監測點位，從而更全面地了解不同環境特征和功能區域的空氣質量狀況，為制定相應的政策和措施提供科學依據。

4.2 增加監測點位數量

增加監測點位數量可以更全面地了解城市不同區域的空氣質量狀況，為科學制定環境保護政策和措施提供更有力的支持。首先，在增加監測點位時，可以根據區域性空氣污染的特點和重點污染源的分布情況，合理確定監測點位的密度。例如，在工業園區、交通樞紐和商業中心等污染源集中的區域，應增加相應的監測點位數量，以更準確地反映這些區域的空氣質量狀況。同時，還應考慮到人口密集區、居民區和教育區等人口活動密集區域，以及城市邊緣地帶和特殊地形地貌的影響，有針對性地增加監測點位數量。其次，除了固定的監測點位外，增加移動監測點位可以進一步擴大監測范圍，覆蓋更廣的區域。移動監測點位可以靈活調整位置，根據實時需要對不同區域進行監測，提高監測數據的時空分辨率。具體而言，移動監測點位可以采用車載監測設備、無人機或者人工巡查等方式進行監測，選擇具有代表性的路線和時間段，覆蓋城市不同區域的空氣質量狀況。同時，還可以在突發事件、重點活動和污染源排放高峰期等特殊情況下增加移動監測點位，及時掌握相關區域的空氣質量變化情況[4]。

4.3 考慮風向風速因素

風向和風速是影響城市環境空氣質量的重要因素，在城市環境空氣質量監測點位的選擇和優化中需要充分考慮。首先，不同風向和風速會對監測結果產生不同的影響。因此，在選擇監測點位時，需要綜合考慮城市不同區域的風向和風速特點，選擇能夠較全面地反映城市空氣質量狀況的監測點位。例如，在城市主要污染源附近設置監測點位時，需要考慮污染物排放方向和風向的一致性，以及風速大小對污染物傳播的影響。其次，不同時間段和不同季節的風向和風速存在差異，這會對監測結果產生影響。因此，在選擇監測點位時，需要考慮城市不同時間段和不同季節的風向和風速變化規律。例如，在冬季，城市常常出現靜穩天氣，風速較小，污染物容易積累，因此應該在城市主要污染源附近和城市中心設置監測點位。最后，為更加準確地選擇和優化城市環境空氣質量監測點位，可以進行風場模擬分析。通過數值模型計算和實測數據分析，可以得到城市不同區域的風向和風速分布情況，以及不同風向和風速下污染物的擴散和輸送情況。在此基礎上，選擇最佳的監測點位，并進行實時監測，以便更好地了解城市空氣質量狀況。例如，在高層建筑密集區等一些特殊的環境條件下，需要進行風場模擬分析，以確定最佳的監測點位。

4.4 統一監測儀器標準

在實際監測中，由于不同的監測機構、監測點和監測目的等因素的存在，可能造成監測數據的不穩定性和缺乏可比性。統一監測儀器標準能夠解決這些問題，提高監測數據的可靠性和準確性。一方面，在制定統一的監測儀器標準時，需要考慮監測目的、監測指標、監測范圍和監測精度等因素，并據此確定適用的監測儀器類型和規格。例如，在監測PM2.5、PM10等顆粒物時，可以采用符合國家標準的激光散射式顆粒物計或β射線吸收法測量器；在監測二氧化硫時，可以采用紫外熒光法監測儀器等。通過確立統一的監測儀器選擇標準，可以保證不同監測機構或監測點使用的監測儀器具有一致性和可比性，從而提高監測數據的可靠性和準確性。另一方面，需要對監測儀器的使用和維護進行規范化管理，主要包括制定監測儀器的操作規程、指導監測人員正確使用和維護監測儀器、加強設備檢修和維護等。此外，還應建立監測儀器的質量保證體系，包括在購買監測儀器前進行質量評估、定期進行設備校準和檢驗、建立完善的監測數據管理系統等。這些措施將有助于提高監測數據的可靠性、穩定性和準確性。

4.5 定期維護和校準監測儀器

通過定期的維護和校準，可以確保監測儀器的正常運行，從而提高監測數據的準確性、可靠性和穩定性。首先，對于城市環境空氣質量監測點位的監測儀器，需要建立完善的維護管理制度，確定監測儀器的維護周期和內容，制定維護計劃和流程，指定專門的維護人員負責監測儀器的日常維護工作等。同時，還應建立維護記錄和檔案，對每次維護進行詳細記錄，并及時跟蹤和分析監測儀器的使用情況和故障情況。這些措施將有助于確保監測儀器得到及時、全面地維護，保證監測數據的準確性和穩定性。其次，定期進行監測儀器的校準和檢驗是非常重要的，可以及時發現和糾正監測儀器的漂移和偏差，保證監測數據的準確性和可靠性。校準是指通過標準物質或標準裝置對監測儀器進行檢查和調整，以確保其測量結果符合規定的準確性要求。因此，需要制定定期的校準和檢驗計劃，包括確定校準周期和方法、選擇合適的校準標準物質和設備、組織專業的校準人員進行操作等。

4.6 引入先進監測技術

城市環境空氣質量監測工作是一個不斷發展和創新的過程，監測儀器和技術也在不斷更新換代。因此，需要引進先進技術，以提高城市環境空氣質量監測點位的監測能力和數據分析能力。首先，遠程監測技術是一種能夠實時獲取監測數據并進行遠程傳輸和管理的先進技術。在城市環境空氣質量監測點位中，可以引入遠程監測技術，通過無線傳感器、物聯網等技術手段，實時監測空氣質量參數，并將數據遠程傳輸到中心數據庫或云平臺進行集中管理和分析，可以減少人工干預，提高監測數據的實時性和準確性。同時，遠程監測技術還可以實現對監測設備的遠程控制和故障診斷，提高設備管理的效率。其次，高精度傳感器技術是目前較為先進的監測技術，能夠實時、準確地監測空氣質量參數。因此，在城市環境空氣質量監測點位中，可以引入高精度傳感器技術，替代傳統的監測儀器，提高監測數據的精度和可靠性。另外，高精度傳感器技術可以實現對多種污染物的同時監測，具有快速響應、高靈敏度、低功耗等優點。最后，大數據分析技術是一種能夠對龐大的監測數據進行處理和分析的先進技術。在城市環境空氣質量監測點位中，可以引入大數據分析技術，對收集到的監測數據進行深入挖掘和分析，及時發現數據中的規律和趨勢，分析污染源、影響因素等，并預測未來的空氣質量變化情況，以幫助決策者更好地制定環境管理策略和措施，提高城市空氣質量水平[5]。

5 結語

綜上所述，城市環境空氣質量監測點位的設置是保障公眾健康和有效治理空氣污染的重要任務。在設置監測點位時，應遵循代表性、等間距、可比性等原則，同時要明確影響監測點設置的關鍵因素，了解當前存在的不足之處，并進一步優化監測點位布局、增加監測點位數量、考慮風向風速因素、統一監測儀器標準、定期對監測儀器進行維護和校準以及引入先進監測技術，從而更準確地監測和評估城市空氣質量，為科學決策和環境管理提供有力支持。