美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作的經(jīng)驗(yàn)與啟示

師耀龍，楊 婧，柴文軒，滕 曼，姚雅偉，楚寶臨, 付 強(qiáng)

中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作的經(jīng)驗(yàn)與啟示

師耀龍，楊 婧，柴文軒，滕 曼，姚雅偉，楚寶臨, 付 強(qiáng)

中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

國(guó)控網(wǎng)城市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)事權(quán)上收后，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精密度和準(zhǔn)確度的定量化評(píng)價(jià)已成為考核運(yùn)維公司工作成果、評(píng)估國(guó)控網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量、編制數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告的迫切需求。為加強(qiáng)中國(guó)環(huán)境空氣數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系的建設(shè)，總結(jié)了美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系及其相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，簡(jiǎn)要介紹其包含的各類核查項(xiàng)目和主要特點(diǎn)，提出了建設(shè)中國(guó)環(huán)境空氣數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系的建議。

環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)；精密度；準(zhǔn)確度；數(shù)據(jù)質(zhì)量核查

Abstract:After the authority of urban automated monitoring stations in the ambient air quality monitoring network of China was transferred to the national government, considering the requirement for evaluating the monitoring corporation, assessing the data quality of national monitoring network and preparing the data quality report, the quantitative evaluation for the precision and accuracy of air monitoring data was urgently needed. In order to strengthen the construction of the ambient air data quality assessment system in China, this article summarized the ambient air monitoring data quality assessment system and relevant technical regulations in the U.S., introduced the characteristics of each audit program, and presented suggestions for the construction of ambient air data quality assessment system in China.

Keywords:ambient air monitor;precision;accuracy;data quality assessment

根據(jù)《國(guó)家生態(tài)環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)事權(quán)上收實(shí)施方案》的要求，2016年將完成1 436個(gè)國(guó)家環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)(簡(jiǎn)稱“國(guó)控網(wǎng)”)城市環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)事權(quán)上收工作，全部點(diǎn)位將由國(guó)家統(tǒng)一監(jiān)測(cè)，并以其監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)各城市環(huán)境空氣質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一考核。如何定量化評(píng)價(jià)國(guó)控網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量已經(jīng)成為國(guó)控網(wǎng)質(zhì)量管理工作中亟待解決的新問(wèn)題[1-2]。

國(guó)控網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查是指在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)分析儀測(cè)定的污染物濃度相對(duì)于真實(shí)濃度的偏差，并以偏差數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評(píng)估監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度的方法[3-4]。完善的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系包含明確的質(zhì)量目標(biāo)、完整的計(jì)劃、統(tǒng)一的作業(yè)流程、科學(xué)的統(tǒng)計(jì)方法等要素，以保證核查結(jié)果能夠代表性的反映不同點(diǎn)位、不同區(qū)域、不同時(shí)段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精密度和準(zhǔn)確度。一套有效的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系是國(guó)控網(wǎng)質(zhì)量體系的重要組成部分，在為說(shuō)清監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量、編制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告提供數(shù)據(jù)支撐的同時(shí)，督促各運(yùn)維機(jī)構(gòu)貫徹國(guó)控網(wǎng)質(zhì)量體系的各項(xiàng)要求[5]，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決存在的質(zhì)量問(wèn)題。

目前，環(huán)保部正在抓緊編制包括臭氧和顆粒物在內(nèi)的現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)技術(shù)規(guī)范，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站已經(jīng)展開(kāi)相關(guān)的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作[4]，但國(guó)控網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系仍需進(jìn)一步完善。美國(guó)在其環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理工作中建成了美國(guó)環(huán)保署-區(qū)域中心-運(yùn)維機(jī)構(gòu)組成的三級(jí)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系[6-7]，并在聯(lián)邦法規(guī)中明確了環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系的各項(xiàng)要求，并編制了作業(yè)指導(dǎo)書(shū)以指導(dǎo)區(qū)域中心和運(yùn)維機(jī)構(gòu)實(shí)施的質(zhì)量核查工作[8-12]，其建設(shè)、運(yùn)行環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系過(guò)程中積累的經(jīng)驗(yàn)值得中國(guó)借鑒。

本文通過(guò)總結(jié)美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系，結(jié)合中國(guó)實(shí)際情況，提出了針對(duì)國(guó)控網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作的建議。同時(shí)，對(duì)如何科學(xué)、客觀評(píng)價(jià)國(guó)控網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度進(jìn)行了初步的探討。

1 美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系

根據(jù)污染物的不同，美國(guó)環(huán)保署開(kāi)展的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作可分為針對(duì)氣態(tài)污染物的核查和針對(duì)顆粒物的核查。根據(jù)實(shí)施的主體不同，其核查工作可分為由運(yùn)維機(jī)構(gòu)實(shí)施的檢查(簡(jiǎn)稱“自查”)和由美國(guó)環(huán)保署下轄的區(qū)域中心實(shí)施的檢查(簡(jiǎn)稱“外查”)。自查和外查結(jié)果均報(bào)送至美國(guó)環(huán)保署，經(jīng)匯總統(tǒng)計(jì)后，以圖表形式形成定量化的數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告(圖1)。

圖1 美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系Fig.1 The data quality assessment system of the US ambient air monitoring

1.1針對(duì)氣態(tài)污染物的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系

美國(guó)環(huán)保署對(duì)氣態(tài)污染物的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查主要分為3類：①單點(diǎn)質(zhì)控檢查；②年度性能審核；③氣態(tài)污染物國(guó)家核查計(jì)劃(NPAP)。除NPAP為區(qū)域中心進(jìn)行的外查外，其余兩項(xiàng)均為運(yùn)維機(jī)構(gòu)進(jìn)行的自查。

1.1.1 單點(diǎn)質(zhì)控檢查

各點(diǎn)位每2周采用可溯源的標(biāo)準(zhǔn)氣體對(duì)其氣態(tài)污染物(O3、SO2、NO2、CO)分析儀進(jìn)行一次單點(diǎn)質(zhì)控檢查，并通過(guò)匯總統(tǒng)計(jì)，考察分析儀在污染物日常濃度附近測(cè)量的精準(zhǔn)度。

1.1.1.1 檢查濃度點(diǎn)的選擇

美國(guó)環(huán)保署基于其歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，規(guī)定O3、SO2、NO2檢查濃度點(diǎn)范圍為5～80 nmol/mol，CO為0.5～5 μmol/mol，該濃度區(qū)間已經(jīng)覆蓋其絕大多數(shù)點(diǎn)位的日常濃度。此外，美國(guó)環(huán)保署建議各點(diǎn)位采用其過(guò)去3年各項(xiàng)氣態(tài)污染物的平均濃度(O3為日最大滑動(dòng)8 h的平均濃度)作為檢查濃度點(diǎn)[12-13]。

1.1.1.2 匯總統(tǒng)計(jì)方法

美國(guó)環(huán)保署規(guī)定精密度的數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)為變異系數(shù)(CV)≤7%，準(zhǔn)確度的數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)為偏倚(bias)≤7%，并明確了通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)偏差的區(qū)間估計(jì)計(jì)算變異系數(shù)和通過(guò)置信區(qū)間估計(jì)計(jì)算偏倚的方法。各點(diǎn)位變異系數(shù)計(jì)算方法見(jiàn)公式1。偏倚的計(jì)算方法見(jiàn)公式2[8]。

(1)

(2)

此外，美國(guó)環(huán)保署還規(guī)定各運(yùn)維機(jī)構(gòu)可通過(guò)匯總其負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)位固定周期內(nèi)單點(diǎn)質(zhì)控檢查數(shù)據(jù)，并計(jì)算95%可能性區(qū)間，并以此區(qū)間為依據(jù)篩選異常的單點(diǎn)質(zhì)控檢查結(jié)果。可能性區(qū)間的計(jì)算方法見(jiàn)公式3。

(3)

1.1.2 年度性能審核

為保證各點(diǎn)位在常見(jiàn)的濃度區(qū)間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，美國(guó)環(huán)保署要求各運(yùn)維機(jī)構(gòu)需每年對(duì)其負(fù)責(zé)的所有點(diǎn)位的氣態(tài)污染物分析儀進(jìn)行至少1次多濃度點(diǎn)的性能審核[8]。美國(guó)環(huán)保署根據(jù)歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分布情況，在聯(lián)邦管理法規(guī)中規(guī)定了各氣態(tài)污染物在性能審核中濃度的選擇區(qū)間(表1)，并要求各點(diǎn)位性能審核中至少要選擇3個(gè)濃度區(qū)間，且選擇的濃度區(qū)間能夠覆蓋80%的日常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

表1 各類氣態(tài)污染物的檢查區(qū)間Table 1 The audit level of O3, SO2, NO2 and CO

美國(guó)環(huán)保署規(guī)定第1、2區(qū)間O3、SO2、NO2合格標(biāo)準(zhǔn)為相對(duì)偏差≤±15%或偏差≤±1.5 nmol/mol；而CO的合格標(biāo)準(zhǔn)為相對(duì)偏差≤±15%或偏差≤±0.3 μmol/mol。3～10區(qū)間O3、SO2、NO2、CO的合格標(biāo)準(zhǔn)均為≤±15%。

1.1.3 氣態(tài)污染物國(guó)家能力核查計(jì)劃(NPAP)

除要求各運(yùn)維公司進(jìn)行周期性的自查外，美國(guó)環(huán)保署通過(guò)各區(qū)域中心執(zhí)行的NPAP項(xiàng)目，周期性的對(duì)各點(diǎn)位的分析儀進(jìn)行外查。聯(lián)邦法規(guī)中明確要求NPAP每年應(yīng)抽取20%以上的點(diǎn)位進(jìn)行多濃度點(diǎn)核查[8]，濃度區(qū)間和合格標(biāo)準(zhǔn)與運(yùn)維機(jī)構(gòu)進(jìn)行的年度多點(diǎn)性能審核一致，但檢查方式在其基礎(chǔ)上進(jìn)行了明顯的升級(jí)。在運(yùn)維機(jī)構(gòu)進(jìn)行的多點(diǎn)核查中，采用的是可溯源的標(biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)動(dòng)態(tài)氣體校準(zhǔn)儀的稀釋后通入分析儀后面板的進(jìn)樣口以考察其各濃度點(diǎn)測(cè)量的準(zhǔn)確度。而NPAP要求將固定濃度的標(biāo)準(zhǔn)氣體通過(guò)點(diǎn)位上方的氣態(tài)污染物采樣口輸入分析儀中，在檢查分析儀測(cè)量性能的同時(shí)，評(píng)價(jià)采樣管路造成的濃度變化，完整的考核點(diǎn)位的測(cè)定濃度與真實(shí)濃度的偏差[11]。

根據(jù)NPAP特殊的檢查方式，美國(guó)環(huán)保署在各區(qū)域中心配置了專門(mén)用于NPAP的特種檢查車輛，車輛配有完備的標(biāo)準(zhǔn)氣體、空壓機(jī)、零氣發(fā)生器、臭氧傳遞標(biāo)準(zhǔn)、管路等，能夠保證檢查人員在抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后快速啟動(dòng)工作。

為規(guī)范NPAP項(xiàng)目的實(shí)施，美國(guó)環(huán)保署專門(mén)編制了詳細(xì)的作業(yè)指導(dǎo)書(shū)[11]對(duì)項(xiàng)目計(jì)劃、儀器的維護(hù)、工作前校準(zhǔn)、管路損失、現(xiàn)場(chǎng)檢查流程等各項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行指導(dǎo)。特別是對(duì)于各類標(biāo)準(zhǔn)氣體或校準(zhǔn)儀，要求在工作前對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)或檢定，以保證標(biāo)準(zhǔn)量值在工作周期中的精準(zhǔn)度，保證NPAP的數(shù)據(jù)質(zhì)量。

1.2針對(duì)顆粒物的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系

不同于氣態(tài)污染物，固定濃度的顆粒物標(biāo)準(zhǔn)氣體難以獲得，因此顆粒物監(jiān)測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)檢查工作主要通過(guò)手工采樣器現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)的方式進(jìn)行。美國(guó)環(huán)保署對(duì)顆粒物連續(xù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查主要分為兩類： 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)和細(xì)顆粒物能力考核(PEP)。PEP為區(qū)域中心執(zhí)行的外查，現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)為運(yùn)維機(jī)構(gòu)進(jìn)行的自查。

1.2.1 現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)

美國(guó)環(huán)保署通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)的結(jié)果對(duì)運(yùn)維機(jī)構(gòu)顆粒物監(jiān)測(cè)的精密度進(jìn)行評(píng)價(jià)。運(yùn)維機(jī)構(gòu)通過(guò)聯(lián)邦參比方法(FRM)或等效方法(FEM)每年至少對(duì)15%的點(diǎn)位的顆粒物連續(xù)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)。現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)每6 d或12 d進(jìn)行一次，通過(guò)匯總運(yùn)維機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)所有比對(duì)點(diǎn)位固定周期的比對(duì)結(jié)果，參考公式4和公式5計(jì)算該質(zhì)控機(jī)構(gòu)固定周期內(nèi)顆粒物濃度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變異系數(shù)(CV)。美國(guó)環(huán)保署對(duì)PM2.5分析儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精密度的質(zhì)控目標(biāo)為CV控制在10%以內(nèi)，對(duì)PM2.5-10分析儀的質(zhì)控目標(biāo)為CV控制在15%以內(nèi)[8]。

(4)

(5)

1.2.2 細(xì)顆粒物能力考核(PEP)

美國(guó)環(huán)保署通過(guò)各區(qū)域中心執(zhí)行PEP核查。

工作人員攜帶經(jīng)過(guò)審核合格的手工采樣器至現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)位，以手工采樣器測(cè)定的顆粒物濃度為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)顆粒物監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行比對(duì)核查[9-10]。

聯(lián)邦管理法規(guī)要求對(duì)于負(fù)責(zé)點(diǎn)位數(shù)量小于5個(gè)的運(yùn)維機(jī)構(gòu)，每年應(yīng)對(duì)其進(jìn)行至少8次有效的PEP核查；對(duì)于負(fù)責(zé)點(diǎn)位數(shù)量小于等于5個(gè)的運(yùn)維機(jī)構(gòu)，每年應(yīng)對(duì)其進(jìn)行至少5次有效的PEP核查；每年應(yīng)至少檢查15%的點(diǎn)位，6年內(nèi)將PEP核查覆蓋至全部點(diǎn)位。

通過(guò)匯總固定周期內(nèi)對(duì)某運(yùn)維機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)點(diǎn)位進(jìn)行的全部PEP核查結(jié)果，參考公式6可計(jì)算該運(yùn)維機(jī)構(gòu)顆粒物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的置信區(qū)間，該區(qū)間即為該運(yùn)維機(jī)構(gòu)顆粒物監(jiān)測(cè)的偏倚。美國(guó)環(huán)保署對(duì)PM2.5分析儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的質(zhì)控目標(biāo)為偏倚控制在±10%以內(nèi)，對(duì)PM2.5-10分析儀為偏倚控制在±15%以內(nèi)[8]。

(6)

式中：n為固定周期內(nèi)某運(yùn)維機(jī)構(gòu)進(jìn)行的PEP核查次數(shù)；di為各次PEP核查的相對(duì)偏差(以PEP項(xiàng)目手工方法測(cè)得的濃度為真值)；t0.95,n-1為n-1自由度下95%位的t分布值。

由于手工方法測(cè)量顆粒物濃度受到采樣環(huán)節(jié)與稱量環(huán)節(jié)等多方面的影響，美國(guó)環(huán)保署專門(mén)編制了用于PEP項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和質(zhì)量保證計(jì)劃，對(duì)濾膜性能、濾膜運(yùn)輸、濾膜稱量、空白濾膜、切割流量校準(zhǔn)、采樣器驗(yàn)漏、采樣器傳感器(溫度、氣壓、流量)校準(zhǔn)等各項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的操作進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，并對(duì)各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)提出了明確的測(cè)量質(zhì)量目標(biāo)(MQO)。通過(guò)在采樣環(huán)節(jié)和稱量環(huán)節(jié)的質(zhì)控措施，有效控制手工方法測(cè)量顆粒物濃度的誤差和不確定度[10]。

此外，為審核用于PEP項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的手工采樣器的性能，美國(guó)環(huán)保署在比對(duì)平臺(tái)上對(duì)用于現(xiàn)場(chǎng)檢查的手工采樣器進(jìn)行了連續(xù)的集中比對(duì)，并通過(guò)匯總統(tǒng)計(jì)手工采樣器比對(duì)的歷史數(shù)據(jù)，提出了明確的合格標(biāo)準(zhǔn)(相對(duì)偏差≤15%)。通過(guò)審核手工采樣器的性能，及時(shí)篩查出不合格的手工采樣器，從源頭上保證了PEP項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果的準(zhǔn)確[9]。

1.3美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作的主要特點(diǎn)

1.3.1 職責(zé)分工明確

數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系中明確了美國(guó)環(huán)保署-區(qū)域中心-運(yùn)維機(jī)構(gòu)的分工，做到了外查和自查相結(jié)合。美國(guó)環(huán)保署的空氣質(zhì)量計(jì)劃與標(biāo)準(zhǔn)辦公室(Office of Air Quality Planning and Standards)制定技術(shù)規(guī)范和核查計(jì)劃指導(dǎo)區(qū)域中心與運(yùn)維公司的外查和自查活動(dòng)，并匯總統(tǒng)計(jì)核查結(jié)果用于評(píng)價(jià)各點(diǎn)位、各運(yùn)維機(jī)構(gòu)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。運(yùn)維機(jī)構(gòu)通過(guò)周期性的自查活動(dòng)，在上報(bào)美國(guó)環(huán)保署用于評(píng)估數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身運(yùn)維工作存在的問(wèn)題。通過(guò)區(qū)域中心執(zhí)行的外查項(xiàng)目(NPAP、PEP)，美國(guó)環(huán)保署能夠獲得來(lái)自運(yùn)維機(jī)構(gòu)外部的核查數(shù)據(jù)，在客觀的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)質(zhì)量的同時(shí)，以外查壓力督促各運(yùn)維機(jī)構(gòu)時(shí)刻關(guān)注監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，保證質(zhì)量體系的有效運(yùn)行。

1.3.2 數(shù)據(jù)利用充分

美國(guó)環(huán)保署以數(shù)據(jù)質(zhì)量核查結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合各類統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，在評(píng)估監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，編制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量報(bào)告的同時(shí)，根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量的變化趨勢(shì)，及時(shí)更新各類數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)(DQO)和MQO，通過(guò)質(zhì)量目標(biāo)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的持續(xù)提升。

1.3.3 規(guī)范體系健全

美國(guó)環(huán)保署通過(guò)聯(lián)邦法規(guī)、技術(shù)導(dǎo)則、作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等覆蓋各類數(shù)據(jù)質(zhì)量核查的文件，構(gòu)建了適用于數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作的技術(shù)體系和質(zhì)量體系。在通過(guò)技術(shù)體系保障和指導(dǎo)核查工作的同時(shí)，以質(zhì)量體系保障核查數(shù)據(jù)質(zhì)量，使核查體系運(yùn)行高效、質(zhì)量可控。

1.3.4 注重技術(shù)保障

美國(guó)環(huán)保署在進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作的同時(shí)，及時(shí)更新核查技術(shù)和統(tǒng)計(jì)算法。并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)保障各類核查數(shù)據(jù)能夠及時(shí)上傳至美國(guó)環(huán)保署，并自動(dòng)生成各類可視化圖表供管理人員參考。

2 建設(shè)國(guó)控網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系的思考

目前，環(huán)保部已通過(guò)顆粒物、臭氧等重要污染物的飛行檢查工作并開(kāi)展對(duì)各地方、各運(yùn)維公司的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作，但在核查計(jì)劃制定、責(zé)任分工、規(guī)范編制、數(shù)據(jù)收集、利用、計(jì)算等方面仍有較大的提升空間。

參考美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系的經(jīng)驗(yàn)，中國(guó)未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步建立健全國(guó)控網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系(圖2)，為此歸納總結(jié)了6項(xiàng)具體建議。

圖2 未來(lái)國(guó)控網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系Fig.2 The future data quality assessment system of national ambient air monitoring network

2.1完善核查項(xiàng)目，制定核查計(jì)劃

監(jiān)測(cè)運(yùn)維事權(quán)上收后，環(huán)保部需要對(duì)國(guó)控網(wǎng)全部點(diǎn)位6項(xiàng)常規(guī)污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并以此為參考考核各運(yùn)維公司的工作成果，這就要求加快構(gòu)建涵蓋6項(xiàng)常規(guī)污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的核查項(xiàng)目。此外，應(yīng)盡快出臺(tái)國(guó)控網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查計(jì)劃，明確各項(xiàng)核查項(xiàng)目執(zhí)行頻率，規(guī)定各地區(qū)、各運(yùn)維公司負(fù)責(zé)區(qū)域執(zhí)行各項(xiàng)核查項(xiàng)目的點(diǎn)位數(shù)量，保證核查結(jié)果能夠代表固定周期內(nèi)不同點(diǎn)位、不同區(qū)域、不同運(yùn)維公司的數(shù)據(jù)質(zhì)量的真實(shí)情況。在事權(quán)上收完成后一定周期內(nèi)，應(yīng)在核查能力允許的情況下，增加外部核查的密度，以持續(xù)的核查壓力督促各運(yùn)維公司貫徹質(zhì)量體系，保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.2明確責(zé)任分工，成立區(qū)域中心

在未來(lái)國(guó)控網(wǎng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系中，應(yīng)明確各項(xiàng)核查項(xiàng)目的實(shí)施主體。運(yùn)維公司作為運(yùn)維工作的實(shí)施主體，應(yīng)承擔(dān)相應(yīng)的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查項(xiàng)目，特別是一些間隔較短、頻率較高的核查項(xiàng)目。此類核查結(jié)果在上報(bào)環(huán)保部用于評(píng)估監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量，掌握質(zhì)量變化趨勢(shì)的同時(shí)，能夠幫助運(yùn)維公司查找負(fù)責(zé)點(diǎn)位的質(zhì)量問(wèn)題，及時(shí)糾偏。

與此同時(shí)，運(yùn)維公司作為被考核對(duì)象，不能僅依靠其自查結(jié)果對(duì)其進(jìn)行考核。因此，環(huán)保部門(mén)應(yīng)通過(guò)類似于NPAP或PEP項(xiàng)目的外查工作，對(duì)運(yùn)維公司負(fù)責(zé)區(qū)域的數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行外查，從外部對(duì)其數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度進(jìn)行客觀評(píng)估，在考核各公司運(yùn)維工作的同時(shí)，為評(píng)估國(guó)控網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量提供客觀數(shù)據(jù)。

與美國(guó)不同，中國(guó)尚未建立區(qū)域中心，對(duì)運(yùn)維公司進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量外查的力量較弱。以顆粒物核查項(xiàng)目為例，參考美國(guó)環(huán)保署PEP項(xiàng)目6年覆蓋全部點(diǎn)位的要求，國(guó)內(nèi)每年需進(jìn)行約250次顆粒物外查，僅依靠中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站現(xiàn)有核查力量較難實(shí)現(xiàn)。因此，可考慮吸收技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的地方環(huán)境監(jiān)測(cè)站或社會(huì)檢測(cè)機(jī)構(gòu)成立區(qū)域質(zhì)量核查中心[14]，通過(guò)政府購(gòu)買(mǎi)服務(wù)的形式使其執(zhí)行環(huán)保部制定的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查計(jì)劃，并將數(shù)據(jù)上報(bào)至環(huán)保部，用于從外部評(píng)價(jià)各運(yùn)維公司負(fù)責(zé)區(qū)域監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精密度，客觀評(píng)估國(guó)控網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

2.3修訂相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一核查方法

環(huán)保部門(mén)應(yīng)針對(duì)不同核查項(xiàng)目盡快修訂相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一數(shù)據(jù)質(zhì)量核查方法，保證核查項(xiàng)目的數(shù)據(jù)質(zhì)量。在氣態(tài)污染物數(shù)據(jù)質(zhì)量核查相關(guān)規(guī)范中，應(yīng)充分考慮其濃度區(qū)間的選擇和核查方法選擇，保證核查項(xiàng)目能夠反映日常濃度區(qū)間中真實(shí)的精準(zhǔn)度。在顆粒物數(shù)據(jù)質(zhì)量核查相關(guān)規(guī)范中，應(yīng)充分考慮參比采樣器的審核、切割流量校準(zhǔn)、驗(yàn)漏、傳感器校準(zhǔn)、稱量條件等各項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，保證手工方法測(cè)量的顆粒物標(biāo)準(zhǔn)濃度的精準(zhǔn)度。

2.4建設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳

目前，國(guó)內(nèi)尚缺乏統(tǒng)一的環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在未來(lái)的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查工作中，將難以實(shí)時(shí)收集運(yùn)維公司和區(qū)域中心進(jìn)行的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查數(shù)據(jù)，也無(wú)法自動(dòng)生成各點(diǎn)位、各運(yùn)維公司、各地區(qū)數(shù)據(jù)質(zhì)量的可視化圖表，將消耗大量人力用于數(shù)據(jù)的錄入、檢查、匯總、統(tǒng)計(jì)與做圖。因此，應(yīng)盡快建設(shè)統(tǒng)一的質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)核查數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳，平臺(tái)自動(dòng)完成匯總、統(tǒng)計(jì)、做圖，充分利用核查大數(shù)據(jù)，為管理部門(mén)及時(shí)掌握國(guó)控網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量及其變化趨勢(shì)提供準(zhǔn)確便捷的數(shù)據(jù)服務(wù)。

2.5研究統(tǒng)計(jì)方法，明確質(zhì)量目標(biāo)

大量的數(shù)據(jù)質(zhì)量核查結(jié)果需要經(jīng)過(guò)科學(xué)的匯總統(tǒng)計(jì)后才能正確的反應(yīng)固定周期內(nèi)各點(diǎn)位、各運(yùn)維公司、各地區(qū)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。但是，通過(guò)對(duì)已經(jīng)進(jìn)行的國(guó)控網(wǎng)臭氧和顆粒物的飛行檢查數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，由于個(gè)別點(diǎn)位的數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重的異常偏離，導(dǎo)致照搬美國(guó)環(huán)保署的統(tǒng)計(jì)方法難以正確的反映中國(guó)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精密度。因此，國(guó)內(nèi)應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)統(tǒng)計(jì)方法研究，以科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)估監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度。

數(shù)據(jù)質(zhì)量核查結(jié)果經(jīng)過(guò)匯總統(tǒng)計(jì)后，可以為制定質(zhì)量目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支撐，有助于通過(guò)目標(biāo)驅(qū)動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量的進(jìn)步。但應(yīng)當(dāng)注意的是，國(guó)內(nèi)處在環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)的大發(fā)展時(shí)期，數(shù)據(jù)質(zhì)量可能在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)迅速提升，數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)應(yīng)根據(jù)核查結(jié)果進(jìn)行及時(shí)更新，以適應(yīng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的提升速度，持續(xù)驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的進(jìn)步。

2.6針對(duì)異常點(diǎn)位，開(kāi)展重點(diǎn)檢查

針對(duì)數(shù)據(jù)審核工作、數(shù)據(jù)質(zhì)量監(jiān)視系統(tǒng)及其他途徑發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)連續(xù)異常濃度的點(diǎn)位，應(yīng)建立數(shù)據(jù)質(zhì)量核查響應(yīng)機(jī)制，迅速啟動(dòng)由中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站或區(qū)域中心實(shí)施的現(xiàn)場(chǎng)核查，對(duì)影響儀器測(cè)量的關(guān)鍵參數(shù)、關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，并進(jìn)行連續(xù)的現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)，以評(píng)估該點(diǎn)位相關(guān)污染物測(cè)量的精準(zhǔn)度，調(diào)查連續(xù)異常濃度的出現(xiàn)原因。

3 總結(jié)

綜上所述，在參考美國(guó)環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，國(guó)家應(yīng)加快建設(shè)區(qū)域質(zhì)量核查中心，修訂核查標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)平臺(tái)，建立健全的環(huán)境空氣監(jiān)測(cè)網(wǎng)數(shù)據(jù)質(zhì)量核查體系。通過(guò)覆蓋至國(guó)控網(wǎng)各點(diǎn)位、各運(yùn)維公司、各地區(qū)、各時(shí)段的自查和外查項(xiàng)目，在評(píng)估國(guó)控網(wǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的同時(shí)，以核查壓力有效提升監(jiān)測(cè)事權(quán)上收后國(guó)控網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量。

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ExperienceandIlluminationofDataQualityAssessmentSystemforAmbientAirMonitoringintheUnitedStates

SHI Yaolong, YANG Jing, CHAI Wenxuan, TENG Man, YAO Yawei, CHU Baolin, FU Qiang

State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China

X830.5

A

1002-6002(2017)03- 0008- 07

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.03.02

2016-10-18；

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國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)“國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)(PM2.5、O3)質(zhì)量保證與質(zhì)量控制技術(shù)體系研究與示范”(201409011)

師耀龍(1988-)，男，河北保定人，博士，工程師。

楚寶臨