浅谈空气自动监测与人工采样监测的差异性

闫晓苗　杨　斌

摘要：随着科技的发展，空气自动监测系统越来越广泛的运用到了环境监测中，但其监测的数据跟人工采样监测的数据发生了一些变化，本文将就这些差异进行探讨，以抛砖引玉，产生共鸣。

关键词：空气监测 自动 人工采样 差异

0 引言

通过对近几年来的监测数据整理分析，发现空气自动监测系统监测的年日均值与历年人工采样分析的年日均值在某些项目上发生了很大变化。本文将对空气自动监测与人工采样监测的差异进行阐述。

1 仪器的差异

空气自动监测仪器大都采用了灵敏度高、性能稳定可靠、维修方便的自动检测仪器。仪器具有响应速度快、连续运转能力强、数据重现性、平行性、线性度好的特点，且所有检测结果均以电信号的强弱反映数值的大小，电压输出低，便于与计算机连接。它与化学分析法相比，仪器分析法的相对误差较大，电压波动对监测结果有一定影响。人工监测过程使用的仪器比较简单、灵敏度低，它主要以人工操作为主。分析方法为化学分析法，具有准确度高的特点，相对误差一般为0.2%。

2 采样过程的差异

监测过程中，采样是所有环节中最重要的，取样不当，分析的再精确也是徒劳的。有时取样的失误远大于分析的失误，因此，在采样过程中选用灵敏度高、性能稳定的仪器对提高监测数据的准确性及精密度是至关重要的。空气自动监测系统采样过程受外界干扰因素少，由于定期对仪器进行零、标漂的校准，使得仪器在采样过程中的误差减小。连续自动监测还具有累计测定时间长、采样频率高的优点，其所获取的监测数据在代表性和可靠性方面都优于人工监测。人工监测从采样到数据的报出经历了吸收液配置、仪器的连接、采样流量的调节、时间的控制、样品的分析、数据的计算等许多环节，而且仪器在连接过程中的密闭性，气体溶解度随温度变化的变化，分析过程的系统误差、偶然误差、过失误差及质量控制措施的执行力度都将影响数据监测结果的准确度和精密度，甚至发生严重的失误。

3 项目分析方法的差异

人工采集气态污染物多采用多孔玻板吸收管和化学吸收液采样，在采样、运输、储存过程中受温度、日光照射的影响，容易发生化学反应，导致样品质量发生变化。如二氧化硫，在日光照射下，二氯亚硫酸盐络合物中的亚硫酸根会被氧化为硫酸根，使得分析结果产生差异；而自动监测系统，样气直接进入反应室，通过光化学瞬时作用及参数的控制，成份变化较小。

4 污染物在空气中的扩散机理差异

根据空气动力学原理，作用在大气上的力有气压梯度力、重力、地转偏向力、摩擦力(即粘滞力)和惯性离心力，这些力的不同结合，构成了不同形式的风场，形成湍流。风速的脉动(或涨落)和风向的摆动就是湍流作用的结果。湍流具有极强的扩散能力，它比分子快105-106倍，但是在风场运动的主导风向上，由于平均风速比脉动风速大的多，所以平流输送作用是主要的。因此，风速越大，湍流越强，污染物的扩散能力就越强，空气中污染物浓度就越低。湍流是决定污染物在大气中扩散能力的最本质因素。其他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响扩散能力的。但风速也是造成地面扬尘的主要因素，风速越大，扬尘产生的机率越大。一些特殊现象如“城市热岛效应”、“阳伞效应”，都将直接导致一段时间内城市空气中污染物扩散能力降低，加之污染源不断向外排放，此时空气中污染物浓度将持续升高。

4.1 颗粒物在空气中的沉降规律 污染源排放到大气中的颗粒物，其沉降过程主要受外力和重力影响。外力主要为流体作用力，即风力对空气的作用。风力越大，颗粒物越不易沉降。静风情况下，颗粒仅受重力和颗粒之间相互引力的作用，随着凝聚力加强，颗粒重力也就越大，多个单一颗粒成为一种集合体，其沉降速度也增强。这时高度差异产生了颗粒在空气中的浓度分布的不同，越低，颗粒物浓度越大，越高，浓度越小。不同粒径的颗粒物沉降到地面的时间相差很大，粒径为10μm的颗粒物一般需要4-9小时，粒径为1μm的需要19-48天，而粒径小于0.1μm的需要5-15年。大气中各种颗粒物都有一定的大小和分布，因此它们的沉降速度也不相等。当雨、雪、霜、雾、露水等降水作用发生时，尘粒在运动过程中与空气中的液滴相遇并发生惯性碰撞，使较大的尘粒被液滴俘获，夹带着尘粒的液滴，由于重力作用沉于地面。雨水的淋洗作用的大小取决于降水中液滴的大小、尘粒的空气动力学直径等因素。

4.2 气态污染物在空气中的扩散、降解规律 污染源排放到大气中的气态污染物，其削减过程除扩散稀释外，一部分通过光化学反应生成二次污染物，如当SO2气体进入大气后会发生一系列催化、光化学氧化反应，形成硫酸、硫酸盐和有机硫化物，然后以干沉降或湿沉降的方式降落到地球表面；NOX转化为硝酸、硝酸盐，硝酸盐颗粒可直接沉降进入水体或土壤中。另一部分低浓度的污染物通过植物吸收转移，剩余的在大气中累积，随条件的变化，在大气中周而复始的循环着，当条件达到成熟时经过一系列物理、化学反应转化为其它物质。

5 采样点相对高度的差异

空气自动监测系统一般均安置在固定的实验室内，根据空气自动监测的有关要求，结合监测点位的地理环境特点，采样口高度为3-15米。而人工采样仪器零散，运输不方便，采样高度受到限制，一般为1.5-4.5米。由于两种采样方法的采样高度不同和颗粒物在空气中浓度的分布随高度的不同导致监测结果的不同。采样口过高，可能会导致仪器采不到样或采样不完全，数据偏低，不能充分反映城市污染状况；采样口过低，大气气流经过建筑物时，流线受到建筑物的扰动，建筑物背风面经常形成所谓的“空穴”和“尾流”，因此一般建筑物上的排气口和低矮烟囱释放的废气极易被下洗气流带向地面，导致近地面空气中污染物浓度较高，加之二次扬尘的污染，尤其在北方地区，风大、气候干燥，绿地少，裸露面积大，二次扬尘严重，沙尘暴天气增多，使得监测数据偏大，造成数据代表性和可靠性降低。

6 数据获取率的差异

空气自动监测系统在正常情况下是长年连续运转的，全年的累计监测时间若按90%计算，年监测时间为7800小时。以每15秒采集一个监测数据，任何一个监测项目的日均值都是由5760个数据求出的，其年均值至少由1.9ⅹ106个数据求得的。而现行的人工监测每月最多监测12天，每天监测4次，每次测定45分钟，一个日均值只由4个数据求得，年均值也仅为576个数据求得，全部采样时间只有全年的5%。虽然目前的采样时间及频率是经过各种统计分析而确定的，但由于各地方的生活习惯、污染物排放强度在时间存在一定差异，用5%时间内采集的数据与用90%时间内的采集的数据来反映全年的年平均值，各自的代表性、可靠性是不言而喻的。

7 结束语

通过以上的比较分析，虽然空气自动监测系统得到了广泛应用，但目前我国环境空气质量监测存在的问题主要包括现有城市空气自动监测系统尚未完善；部分区域监测点位不能满足评价区域和国家空气质量的要求；环境背景点和对照点不足；现有城市点位的监测数据已不能代表城市发展后的环境空气质量；监测项目单一，国际普遍关注的一氧化碳等项目我国仅有少数城市开展监测，难以与国际城市进行对比。只有加大科技投入，才能适应环境监测的发展。

参考文献：

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