探究大氣環境監測的應用及布點方法

魏同軍

（臨沂市生態環境局費縣分局臨沂市費縣環境監控中心，山東 臨沂 273400）

近年來，隨著全球氣溫逐漸變暖，各地火災、地震、海嘯等自然災害越來越多，大量生物因失去生存空間而瀕臨滅絕，人類不得不反思以犧牲自然環境換取經濟發展的做法到底對不對？能不能持續長久發展？現階段，PM2.5指數居高不下，大氣中的污染源由原有粉塵顆粒、二氧化碳逐漸增加為一氧化碳、二氧化硫、一氧化硫等多種污染源。面對污染越來越嚴重的情況，大氣環境監測技術顯得越來越重要?，F階段大氣環境監測主要是對大氣中的污染物進行檢測分析，以實現對監測區域大氣環境的全面了解。在對某一地區的大氣環境進行監測時，需要結合地理位置、周圍自然環境情況、人文環境以及大氣污染物種類等不同因素綜合分析。檢測項目多、程序復雜、參考系數多，無論是單項指標還是綜合指標都要符合國家標準。鑒于此，有必要對大氣環境監測的實施和監測點安置方法進行系統的思考和分析，這樣才有助于更好地發揮大氣環境監測的作用。

1 大氣環境監測的布點方法分析

1.1 扇形布點法的分析

扇形布點法，是指結合當地客觀地形差異，在污染源風向下游輻射扇形區域內的不同方向和距離間進行采樣布點，點位選擇通常是4～6個，確保扇形區域內的全覆蓋。一般來說，當污染源只有一個，且污染區域的風向非常穩定時，扇形布點法是最優的選擇，但如果出現多個污染源的情況，此種方法監測的數據準確度相對薄弱。科學采用扇形布點法，對主要污染源進行有效監測，可以合理確定污染源的具體位置，判斷是否對周邊居民的正常生活產生不利影響?？梢愿鶕黠L向軸，完成設置監測點的任務，也可以結合具體需求情況，合理設置各監測點。同時，在上風口處集中布置監測點位，掌握污染源第一手資料。這種點位布置方式對單一污染源的監測效果非常顯著，保證了相關監測數據的準確性，但它的缺點是不能滿足那些大規模污染源的要求，需要根據污染源的分布區域、污染源污染范圍大小來調整監測面積大小和點位布置情況[1]。

1.2 同心圓布點方法分析

工作人員對污染源經過系統分析后選取監測范圍，這個范圍叫重點監測區域。以此為中心點，選取不同距離作為半徑來繪制兩個圓形的監測范圍，形成同心圓布點監測方式。不同半徑的圓形輻射范圍內，有共同區域和單獨區域，這樣監測數據中有相同和差異的部分，這為分析污染源提供一定的數據基礎。由于不同半徑的圓，是從圓心開始畫出的射線，這些射線的角度和長度有所差異，監測點位布置和數量上也要隨之做好調整。通常情況下，工作人員會采用光束交叉式來進行點位布置，采樣點數和分布不同，這就造成了環境的實際監測結果也會有所不同。一般情況，工作人員會在主導風向的逆風位置放置更多的采樣點，而在順風向的采樣點布置相對少一些。另外，這種方法也可以在周邊相鄰位置進行區域采樣，在這個過程中，周邊位置的分布必須保持均勻，在一些污染嚴重和集中的地方，會采用同心圓點的布點方法。

1.3 網格布點法的說明

網格布點法，顧名思義就是將一定行政區域按照一定比例進行網格劃分，網格布局的前提是選取一定的參數，比如地理位置、企業分布、污染范圍等等，這些選擇參數并非絕對化、固定化，可根據情況的不同作出相應的調整。這種布局方式的優點是兼具共性與個性，科學判斷相關監測數據的準確性，有效繪制任意時間段的污染擴散趨勢，監測數據相對客觀、公正，進而為更好控制污染物提供科學依據。對于污染物分布均勻的區域和污染源多的區域，此方法的適用度更加普遍。這種方法的缺點是對于污染物較嚴重的地區，沒有建立點監測，不能反映高濃度污染物的具體濃度分布情況，而且，網格化設置點位相對較多，投入經費要更高一些。

1.4 功能區布點方法分析

功能區布點法，就是按照某一地方功能區分布情況進行劃分。一個行政區域內按工業區、商業圈、住宅區、經濟開發區等多個區域劃分，每個區域功能不同，人口和企業分布也不盡相同，這樣大氣環境污染情況也有所不同。當然，這種劃分方式主要是基于功能區的劃分進行監控，因此在目前的應用過程中需要實現對商業區、住宅區、工業區等區域進行精確劃分。但是，在現實生活中各種因素錯綜復雜，這種區域功能劃分往往非常困難，效果并不理想。要改變這種現狀，要求相關人員必須詳細了解該地區的人口和污染狀況，以便隨時做好動態調整。工作人員應充分意識到這一點，并在決定點數時對每個點進行深入研究，以便可以選出具有代表性的位置。

2 優化大氣環境監測布點方法的有效措施

2.1 精確設置采樣點高度

監測點位的高度和大氣環境監測數據的精準度息息相關，所以高度的選擇也應引起足夠多的重視，這是優化環境監測的有效路徑[2]。為進一步提高監測質量和數據準確性，在設置監測點時，一定要對監測設備進行整體以及局部評估，監測設備的材質對不同環境的適應度，材質本身的耐用性，這些情況都需要進行系統分析。精準設置采樣點需要堅持兩個原則：第一，監測點高度與污染源高度保持一定距離，這個距離要經反復測算和實驗后最終確準的最佳距離。第二，明確搜索對象，根據搜索對象的變化設置監測點的高度，以保證監測效率，避免海拔誤差造成的監測誤差[3]。

2.2 最大限度地遠離障礙物

在大氣環境監測過程中，往往會忽視障礙物對監測工作的影響，因此在監測初期，一定要對障礙物的分布、大小情況做詳細記錄與分析，將影響盡量降到最低。如果周圍有障礙物，就會造成數據波動，進而降低數據的準確性，無法為大氣環境治理和評估報告的撰寫提供可靠的數據。因此，在設置大氣監測點時，應在選定點位后及時清除障礙物，如障礙物不便于清理，應結合實際情況，盡可能避開障礙物或者選取備用監測方案。大氣環境監測工作是基礎數據，為之后治理整改過程提供數據參考，所以此階段的數據一定要保證真實、客觀。障礙物是影響監測數據完整性、準確性的因素之一，要利用現階段“互聯網+”大數據信息技術和衛星定位系統等智能化手段提前避開障礙物，比如，監測前，可利用“北斗”定位系統全方位對劃定監測區域的地形、地域分布、障礙物所處位置及占地面積等信息進行整理分析，盡可能避開障礙物。

2.3 確保采樣點遠離污染源

大氣環境受天氣情況影響，不確定性較強。風向、雨天、雪天這些天氣都會對大氣污染源的提取帶來一定的難度，也就是說大氣環境中污染物的濃度在不同的氣候、環境和時間下有很大差異。為保證大氣監測的時效性，一定要在同一時間同一位置對大氣進行檢測活動。污染源地區一般都是重工業集中地區，鋼鐵、化工企業較多且大氣污染嚴重，對監測數據采集造成很大的干擾，所以采樣地一定要遠離污染源。不難理解，如果監測人員將大氣環境監測的布點位置靠近污染源，就會導致監測數據出現大幅度波動，既浪費時間，還影響了監測的質量[4]。

3 大氣環境監測的具體應用

3.1 移動排污源監測方面的運用

生活中，大量的污染源在沒有經過無害化處理情況下任意排放，這種情況對大氣和環境造成很大影響，移動排污監測就是針對此種情況精心設計的監測方式。此種監測方式的主體步驟是：首先在監測前確定好需要檢測的區域和目標，然后找到可能成為移動污染源的物質，針對不同的污染源利用專業設備進行跟蹤監測，接著對獲取的監測數據進行整理分析，最后將分析好的數據匯總編制成報告，為下一步制定治理措施提供數據指導。

3.2 對比監測方面的運用

環境監測可以明確大氣環境中污染物的種類和含量等多項參數，對這些數據進行合理分析，有助于提高大氣污染控制率，有助于完善大氣污染控制方案。在具體環境監測過程中，需要從以下幾個方面分析環境監測的科學性：一是在工作過程中，環境監測部門要充分發揮主觀能動性，支持大氣污染監測和控制，提高監測數據的準確性，及時向上級報告結果。相關工作人員對二氧化硫、氮氧化物等污染物進行科學分析，對比前期監測數據，判斷大氣污染防治措施是否合理，為選擇更合適的防治方案提供依據。二是監測期間，要對工業生產率、排水量等數據進行核對、分析，深入了解本單位是否存在污水超標，一旦發現違規設備，立即關閉。在獲取測試結果的同時，環境監測部門要加強與排污單位的聯系，及時了解排污單位污染物的變化情況，調整監測內容，保證計劃的有效性和可行性。提高大氣污染監測水平，促進我國環保產業的發展，確?？沙掷m發展政策的實施。

3.3 驗收監測方面的運用

企業要實現產業的可持續發展，就必須重視環境問題，發展與環境是相輔相成的關系，環境好了才能為企業提供源源不斷的資源，企業的發展才會更加順暢。驗收監測方式就是檢驗企業是否注重環境問題。為此，企業要在以下幾個方面加強完善：一是新建、改建、擴建項目時，要先了解國家相關的法律法規以及政策規定，貫徹落實好國家關于污染排放與防治方面的措施；二是企業應重視環境監測環節，設立專門的環境監測部門，聘請專業人員定期對企業排污情況進行監測檢查，企業領導班子定期聽取環境污染監測報告，不斷提升企業排污治理能力；三是加大創新技術的投資力度，對污染源的硫、氮、顆粒、粉末等進行無害化處理，在源頭上減少污染的排放。

4 應用案例分析

4.1 研究案例的區域和時段概況

本研究以116°20'E和36°60'N為中心，正東方向為x軸，正北方向為y軸。面積設置為4 km×4 km。整個研究區合理劃分為87行×93列，共8902個網格單元?？茖W運用Models-3/CMAQ空氣質量模型，以2019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。

4.2 合理設定與選取相關參數

本研究預設監測站B總數為20個，同時根據參考資料，設置Pmin為每網2萬人，DC為8 km。

4.3 科學設定不同情景

經相關專業人員綜合研究分析，一共設置兩種監測情景進行大氣環境監測，分別是：情景一：因為當前國內監測空氣質量的指數僅參考 SO2、PM10、NO2等幾種污染物，所以，需把上述污染物當成目標污染物進行組合，把綜合評價的濃度當成優化參考，實現對某地區空氣質量監測網絡優化布點的分析。情景二：對那些典型的二次污染物如大氣細粒子PM2.5進行參考，把對其綜合評價的濃度當成優化借鑒，實現對某地區空氣質量監測網絡優化布點的分析。

4.4 針對研究結果的分析

合理利用Matlab軟件，依次根據兩種情景準確計算出最優方案，并利用ArcGIS對最終結果進行科學計算，提供更直觀的對比數據。表1為上述兩種情景優化結果，兩種情景分別在30%、50%、80%和90%情況下的對比情況；兩種情景在同一百分比中，不同情形下的對比數據。設定的情景所得的數據，為更多企業或相關部門采取防治措施提供數據參考。

表1 優化結果點位和全部備選點位的均值、百分位數值以及誤差表

經過以上數據分析，利用相關模擬實驗數據，參考綜合評價的濃度，設定相近的數據目標。在各種情形數據約束下，構建能反映區域空氣污染的監測網絡，優化布點間距和范圍，保證應用方法的合理性。結合最終結果，對比各類型數據的精準性、客觀性。同時，在優化區域空氣質量監測網絡布置的過程中，對可能引起各區域污染物的原因進行分析，使優化結果在分析數據中有所體現。

綜上所述，新時代環境問題已成為全人類共同的課題，每個國家、企業以及個人都是環境保護者。面對環境污染現狀，每個人都要肩負起保護環境的責任。大氣環境監測的應用是現階段環境污染基礎數據收集工作的主要方式，成為獲取環境數據的有效途徑，應得到足夠的重視。因此，今后大氣環境監測范圍盡可能選擇具有代表性的區域，根據不同污染物，在扇形布點、同心圓布點、網格化布點等方式中選擇最合適的采集方式，為治理工作順利開展提供有力的數據支撐。