环境空气质量监测中开放光程监测仪和点式监测仪差异性研究

郑昌涌

[摘 要]本文比较2013年全年两种监测仪器的同步监测数据，分析采用不同监测仪器后对该点位空气质量评价结果的影响。研究结果表明，两种监测仪器相关性较好，不存在系统偏差，选用任意一种监测仪都不会对整体空气质量评价产生较大影响。

[关键词]开放光程监测仪 点式监测仪 环境空气质量 评价 对比

中图分类号：X851 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）03-0212-02

1 背景

根据《环境空气质量自动监测技术规范》（HJ/T 193-2005），我国环境空气自动监测系统对环境空气（二氧化硫、二氧化氮、臭氧）监测采用两种监测仪器，分别为差分吸收光谱法（DOAS法）的开放光程监测仪器和点式监测仪器（二氧化硫--紫外荧光法、二氧化氮—化学发光法、臭氧--紫外光度法）。

目前福州市城市评价点五四北路、紫阳、师大、杨桥西路和快安均采用开放光程监测仪（瑞典OPSIS长光程差分光谱仪）监测并发布环境空气中的SO2、NO2和O3，对照点鼓山采用点式设备（美国赛默飞世尔自动监测仪）监测与发布环境空气质量。为比较研究两种监测仪器对监测结果产生的差异，2012年在紫阳监测点安装了美国赛默飞世尔自动监测仪，同步监测SO2、NO2和O3。

2 研究方案

2.1 监测仪器

（1）点式监测仪器：美国热电公司 Thermo 43i SO2气体分析仪，Thermo 42i NOx气体分析仪，Model 49i臭氧分析仪；

（2）开放光程监测仪：瑞典OPSIS AR500空气质量自动监测系统；

（3）校准设备：美国热电公司的146i 动态气体校准仪和111零气发生器；瑞典OPSIS的CB100 气体校准池和OC500臭氧校准仪。

2.2 评价依据

按照国家对环境空气质量的新要求，根据《环境空气质量指数（AQI）技术规定》（HJ633-2012）和《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ663-2013）的评价准则，对两种监测仪器的同步监测结果进行了分析比较。

2.3 数据来源

选取福州市环境监测站紫阳监测点2013年全年的环境空气质量自动监测原始数据，并按照环境监测技术规范剔除无效数据。由于一年的数据量很大，为了便于分析，取各监测参数的日均值来评价比较。参考《环境空气质量评价技术规范（试行）》，O3在环境空气质量日评价时，计入评价的是O3的日最大8小时平均值。

2.4 质量控制和保证

严格执行环境空气质量自动监测技术规范，每周对AR500进行预防性维护，点式仪器每周定期进行零漂和跨漂的校准，用于校准的标准钢瓶气为由国家环境保护部标准样品研究所提供。

3 监测结果分析

3.1 监测结果的比较

比较2013年紫阳监测子站的SO2、NO2日均监测浓度值和O3的日最大8小时平均值随时间的变化曲线，曲线图如图1、图2和图3.

比较2013年紫阳监测子站的SO2、NO2日均监测浓度值和O3的日最大8小时平均值随时间的频率分布如图4、图5和图6.

统计分析结果如表1所示：

3.2 分析讨论

（1）采用点式监测仪测量的SO2监测值在最大值、平均值和最大频率出现浓度上都比采用开放光程监测仪器的SO2监测值要小，两种监测仪器监测值的相对偏差范围和相对平均偏差都较大，相关系数0.458，查表得知，相关系数临界值为r0.05（300）=0.113，这表明两种监测仪器具有一定的可比性。

（2）采用开放光程监测仪器的NO2监测值数据较为集中，年平均值比点式监测仪测量的NO2监测值略大，点式监测仪的NO2监测值分布范围较广。两种监测仪器监测值的相对平均偏差较小为10.22%，相关系数0.806，查表得知，相关系数临界值为r0.05（200）=0.138，这表明两种仪器具有很好的线性相关关系。

（3）采用开放光程监测仪器测量的O3日最大8小时平均值数据分布较为集中，年平均值比点式监测仪的O3日最大8小时平均值略小，点式监测仪器的O3日最大8小时平均值分布范围较为松散。两种监测仪器O3日最大8小时平均值的相对平均偏差较小为13.65%，相关系数0.814，这表明两种仪器具有很好的线性相关关系。

（4）通过t检验对成对双样本均值统计分析：三组数据的t检验值分别为： 1.33202E-27、0.007767、7.5957E-06。查表t0.05（∞）双尾临界为1.95996，三个项目统计值均小于临界值，说明开放光程监测仪器与点式监测仪测量结果无差异，即两种测量仪监测值不存在系统测量偏差，表明两测量仪器具有一致性。

4 两种监测仪器监测结果对空气质量评价的影响

4.1 空气质量评价结果比较

根据《环境空气质量指数（AQI）技术规定》（HJ633-2012），计算两种监测仪测量值的AQI指数，并统计两种监测仪测量值对空气质量指数AQI的级别分布的影响，分布图如图7、8所示，两种监测仪测量值对空气质量指数AQI统计结果列于表2。

根据《环境空气质量评价技术规范（试行）》（HJ663-2013），计算两种监测仪的监测结果对福州空气质量综合指数的影响并列表如表3。

4.2 分析讨论

（1）由上述图表可以看出，2013年紫阳监测子站采用两种监测仪器测量后计算的该站点AQI最大值没有变化，采用开放光程监测仪后计算的AQI年均值比点式监测仪的AQI年均值略大。采用开放光程监测仪后该站点空气质量评价的优良率为94.23%，轻度污染占5.77%，点式监测仪的优良率为93.27%，轻度污染占6.73%，优良率下降0.96个百分点。由此可见，这两种监测仪器测量值对空气质量指数的影响不大。

（2）两种监测仪的AQI指数计算结果差别很小，相对平均偏差为5.04%。相关系数为0.92，说明两种监测仪器测量结果对空气质量结果具有很好的线性相关性，可比性很强。

（3）采用开放光程监测仪的SO2和NO2空气质量分指数比采用点式测量仪的SO2和NO2空气质量分指数高，O3空气质量分指数比点式测量仪的O3空气质量分指数低，导致两种监测仪的空气质量综合指数变化不大。

5 结论

采用点式监测仪设备的监测结果与开放光程设备监测结果具有较好的相关性，统计结果表明两种监测仪器不存在系统偏差，监测结果可靠。采用点式监测仪监测的空气质量日报优良率比开放光程监测仪会有所下降，空气质量综合指数变化很小。由此可见，两种监测仪完全可以兼容，选用任意一种监测仪都不会对整体空气质量评价产生较大影响。

参考文献：

[1] 国家环境保护总局.环境空气质量自动监测技术规范（HJ/T 193-2005） [S].北京：中国环境科学出版社，2005.

[2] 国家环境保护部.环境空气质量指数（AQI）技术规定（HJ633-2012）. 北京：中国环境科学出版社，2012-02-29.

[3] 国家环境保护部.环境空气质量评价技术规范（试行）（HJ663-2013）. 北京：中国环境科学出版社，2013-09-22.

[4] 庄马展，吴宇光，杨青.差分光谱仪与传统点式仪器测定环境空气质量对比研究[J].环境保护.2000年5月：25-27.

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