关于对城市环境空气质量监测点位优化的研究

姜 峰，邢巍巍，李翔宇，王 杨

（大连市生态环境事务服务中心，辽宁 大连 116023）

引言

城市空气质量监测点是指用于监测城市空气质量的固定点位，通常包括大气环境监测站、移动监测车、遥感卫星等。通过在不同地理位置和高度上设置监测点位，可以对大气环境中的主要污染物浓度进行监测和分析，以了解城市空气质量状况及其变化趋势。监测点位通常会监测大气中的各种有害气体、悬浮颗粒物等主要污染物浓度，并记录气象数据如温度、湿度、风速等，以便更好地评估城市大气环境质量。

1 城市空气质量监测点位设置的原则

1.1 代表性原则

城市空气质量监测点位应该在城市的典型区域内设置，以充分反映城市空气质量的总体状况和变化趋势。这意味着监测点位应该覆盖城市的不同地理位置和人口密集区，包括城市中心、城市边缘、工业区、居民区等。此外，还应考虑到城市空气质量受污染源类型和排放规模的影响，对污染物浓度及其时空分布的监测也应具有代表性。

1.2 等间距原则

城市空气质量监测点位应该按照等间距原则设置，全面覆盖城市区域。这个原则的目的是保证监测点位之间的空间均匀性，使得监测数据更具代表性。通常情况下，监测点位之间的距离应控制在5～10公里范围内。当城市面积较大时，也可以采用网格布局的方式，将城市划分为多个小区域，并在每个小区域内设置监测点位。

1.3 可比性原则

城市空气质量监测点位的设置应该具有可比性，这个原则要求监测点位能够与其他地区或其他国家的监测数据进行比较。需要使用标准化的监测方法和设备，并参照国际标准或规范进行监测。这样可以更好地了解城市空气质量在国际上的水平，为制定相应的政策和措施提供参考[1]。

2 城市空气质量监测点位设置的关键影响因素分析

2.1 污染源类型与排放规模

污染源类型和排放规模是城市空气质量监测点位设置的关键影响因素。不同类型的污染源和排放规模对城市空气质量的影响程度不同，因此在监测点位设置时应该考虑这些因素。例如，工业区、交通干扰区和燃煤发电厂等污染源的排放量较大，应该在这些区域设置更多的监测点位；而居民区和商业区等污染物排放量较小的区域，则可以设置相对较少的监测点位。

2.2 地理位置和天气条件

地理位置和天气条件也是城市空气质量监测点位设置的重要影响因素，不同地理位置和气候条件会对空气质量产生不同的影响。例如，在高山地区和海拔较高的地区，空气稀薄，大气污染物的浓度可能较低；而在潮湿和多雨的气候条件下，大气污染物的扩散和沉降会受到影响。因此，在城市空气质量监测点位设置中，应该考虑到不同地理位置和天气条件对监测数据的影响，并相应调整监测点位的数量和位置。

2.3 地形和建筑物

城市的地形和建筑物也会对空气质量监测点位的设置产生影响。例如，山区和河谷地带的地形复杂，空气流动方式和方向会受到限制，从而影响监测数据的准确性。此外，在城市中心和高楼大厦周围，由于建筑物的遮挡作用，大气污染物的扩散和沉降会受到影响。因此，在监测点位设置中要考虑到地形和建筑物的影响，选取合适的位置，以保证监测数据的代表性和准确性。

2.4 监测仪器种类和数量

城市空气质量监测点位的设置还需要考虑到监测仪器的种类和数量。不同的监测仪器对不同污染物的测量范围和精度有所差异，因此在监测点位设置时需要根据监测目标和要求，选取适当类型的监测仪器，并配置统一的仪器规格和数量。同时，如果监测仪器存在误差或故障，可能会导致监测数据的失真或不准确，从而影响城市空气质量的评估和管理。因此，监测仪器的维护和校准也应该得到重视[2]。

3 城市空气质量监测点位设置中存在的问题

3.1 监测点位数量不足或分布不均

城市空气质量监测点位数量不足或分布不均，是城市空气质量监测中存在的一个重要问题。当前，城市空气质量监测点位数量和分布主要依据城市规模、人口密度、经济发展水平等因素进行设置，但是这些因素并不能完全反映城市环境的多样性和复杂性。另外，监测点位的设置还存在人为因素干扰，例如经济利益等，导致监测点位数量和位置偏离真实需要。

3.2 监测点位设置不合理

监测点位设置不合理也是城市空气质量监测中存在的一个问题。例如，监测点位距离污染源过远，不能真实反映当地污染情况；监测点位受到道路交通和建筑物等因素干扰，导致监测数据失真；监测点位缺乏代表性，无法全面反映区域内空气质量状况。这些因素都会影响监测数据的准确性和可靠性，从而影响城市空气质量管理措施和决策的制定。

3.3 监测仪器精度和标准不统一

监测仪器的精度和标准会影响监测数据的真实性和可比性，从而影响城市空气质量评估和管理。当前，城市空气质量监测仪器的种类繁多，但是精度和标准并不统一。同时，一些监测点位使用的空气质量监测设备可能存在精度不高的情况，导致监测数据的准确性无法得到保障。尤其是在一些老旧设备的使用中，可能出现漂移或者故障，进一步影响了监测数据的可信度[3]。

4 城市环境空气质量监测点位优化策略

4.1 优化监测点位布局

在城市环境空气质量监测中，合理的监测点位布局能够提高监测数据的准确性和可靠性，为制定城市环境空气质量管理政策和措施提供科学依据。一方面，污染源的分布情况是影响城市环境空气质量的重要因素，因此在设置监测点位时应该考虑到污染源的分布情况。通过收集污染源数据、环境调查和遥感技术，可以绘制出污染源的空间分布图，并结合人口密度、土地利用等因素进行分析。根据这些分析结果，可以选择适当的监测点位置，以覆盖不同类型的污染源，确保监测数据的代表性和准确性。例如，在居民区等人口密集区域设置监测点位，则可以更好地反映人口密集区的空气质量状况。此外，还需要考虑污染源的类型、污染物种类和排放量等因素，从而针对性地选择监测点位。另一方面，不同环境特征和功能区域可能存在不同的污染源和污染物排放情况，从而影响空气质量。因此，在选择监测点位时，可以使用土地利用数据、环境调查和相关统计数据进行分析。基于这些数据，可以确定不同环境特征和功能区域，并在这些区域内设置监测点位，从而更全面地了解不同环境特征和功能区域的空气质量状况，为制定相应的政策和措施提供科学依据。

4.2 增加监测点位数量

增加监测点位数量可以更全面地了解城市不同区域的空气质量状况，为科学制定环境保护政策和措施提供更有力的支持。首先，在增加监测点位时，可以根据区域性空气污染的特点和重点污染源的分布情况，合理确定监测点位的密度。例如，在工业园区、交通枢纽和商业中心等污染源集中的区域，应增加相应的监测点位数量，以更准确地反映这些区域的空气质量状况。同时，还应考虑到人口密集区、居民区和教育区等人口活动密集区域，以及城市边缘地带和特殊地形地貌的影响，有针对性地增加监测点位数量。其次，除了固定的监测点位外，增加移动监测点位可以进一步扩大监测范围，覆盖更广的区域。移动监测点位可以灵活调整位置，根据实时需要对不同区域进行监测，提高监测数据的时空分辨率。具体而言，移动监测点位可以采用车载监测设备、无人机或者人工巡查等方式进行监测，选择具有代表性的路线和时间段，覆盖城市不同区域的空气质量状况。同时，还可以在突发事件、重点活动和污染源排放高峰期等特殊情况下增加移动监测点位，及时掌握相关区域的空气质量变化情况[4]。

4.3 考虑风向风速因素

风向和风速是影响城市环境空气质量的重要因素，在城市环境空气质量监测点位的选择和优化中需要充分考虑。首先，不同风向和风速会对监测结果产生不同的影响。因此，在选择监测点位时，需要综合考虑城市不同区域的风向和风速特点，选择能够较全面地反映城市空气质量状况的监测点位。例如，在城市主要污染源附近设置监测点位时，需要考虑污染物排放方向和风向的一致性，以及风速大小对污染物传播的影响。其次，不同时间段和不同季节的风向和风速存在差异，这会对监测结果产生影响。因此，在选择监测点位时，需要考虑城市不同时间段和不同季节的风向和风速变化规律。例如，在冬季，城市常常出现静稳天气，风速较小，污染物容易积累，因此应该在城市主要污染源附近和城市中心设置监测点位。最后，为更加准确地选择和优化城市环境空气质量监测点位，可以进行风场模拟分析。通过数值模型计算和实测数据分析，可以得到城市不同区域的风向和风速分布情况，以及不同风向和风速下污染物的扩散和输送情况。在此基础上，选择最佳的监测点位，并进行实时监测，以便更好地了解城市空气质量状况。例如，在高层建筑密集区等一些特殊的环境条件下，需要进行风场模拟分析，以确定最佳的监测点位。

4.4 统一监测仪器标准

在实际监测中，由于不同的监测机构、监测点和监测目的等因素的存在，可能造成监测数据的不稳定性和缺乏可比性。统一监测仪器标准能够解决这些问题，提高监测数据的可靠性和准确性。一方面，在制定统一的监测仪器标准时，需要考虑监测目的、监测指标、监测范围和监测精度等因素，并据此确定适用的监测仪器类型和规格。例如，在监测PM2.5、PM10等颗粒物时，可以采用符合国家标准的激光散射式颗粒物计或β射线吸收法测量器；在监测二氧化硫时，可以采用紫外荧光法监测仪器等。通过确立统一的监测仪器选择标准，可以保证不同监测机构或监测点使用的监测仪器具有一致性和可比性，从而提高监测数据的可靠性和准确性。另一方面，需要对监测仪器的使用和维护进行规范化管理，主要包括制定监测仪器的操作规程、指导监测人员正确使用和维护监测仪器、加强设备检修和维护等。此外，还应建立监测仪器的质量保证体系，包括在购买监测仪器前进行质量评估、定期进行设备校准和检验、建立完善的监测数据管理系统等。这些措施将有助于提高监测数据的可靠性、稳定性和准确性。

4.5 定期维护和校准监测仪器

通过定期的维护和校准，可以确保监测仪器的正常运行，从而提高监测数据的准确性、可靠性和稳定性。首先，对于城市环境空气质量监测点位的监测仪器，需要建立完善的维护管理制度，确定监测仪器的维护周期和内容，制定维护计划和流程，指定专门的维护人员负责监测仪器的日常维护工作等。同时，还应建立维护记录和档案，对每次维护进行详细记录，并及时跟踪和分析监测仪器的使用情况和故障情况。这些措施将有助于确保监测仪器得到及时、全面地维护，保证监测数据的准确性和稳定性。其次，定期进行监测仪器的校准和检验是非常重要的，可以及时发现和纠正监测仪器的漂移和偏差，保证监测数据的准确性和可靠性。校准是指通过标准物质或标准装置对监测仪器进行检查和调整，以确保其测量结果符合规定的准确性要求。因此，需要制定定期的校准和检验计划，包括确定校准周期和方法、选择合适的校准标准物质和设备、组织专业的校准人员进行操作等。

4.6 引入先进监测技术

城市环境空气质量监测工作是一个不断发展和创新的过程，监测仪器和技术也在不断更新换代。因此，需要引进先进技术，以提高城市环境空气质量监测点位的监测能力和数据分析能力。首先，远程监测技术是一种能够实时获取监测数据并进行远程传输和管理的先进技术。在城市环境空气质量监测点位中，可以引入远程监测技术，通过无线传感器、物联网等技术手段，实时监测空气质量参数，并将数据远程传输到中心数据库或云平台进行集中管理和分析，可以减少人工干预，提高监测数据的实时性和准确性。同时，远程监测技术还可以实现对监测设备的远程控制和故障诊断，提高设备管理的效率。其次，高精度传感器技术是目前较为先进的监测技术，能够实时、准确地监测空气质量参数。因此，在城市环境空气质量监测点位中，可以引入高精度传感器技术，替代传统的监测仪器，提高监测数据的精度和可靠性。另外，高精度传感器技术可以实现对多种污染物的同时监测，具有快速响应、高灵敏度、低功耗等优点。最后，大数据分析技术是一种能够对庞大的监测数据进行处理和分析的先进技术。在城市环境空气质量监测点位中，可以引入大数据分析技术，对收集到的监测数据进行深入挖掘和分析，及时发现数据中的规律和趋势，分析污染源、影响因素等，并预测未来的空气质量变化情况，以帮助决策者更好地制定环境管理策略和措施，提高城市空气质量水平[5]。

5 结语

综上所述，城市环境空气质量监测点位的设置是保障公众健康和有效治理空气污染的重要任务。在设置监测点位时，应遵循代表性、等间距、可比性等原则，同时要明确影响监测点设置的关键因素，了解当前存在的不足之处，并进一步优化监测点位布局、增加监测点位数量、考虑风向风速因素、统一监测仪器标准、定期对监测仪器进行维护和校准以及引入先进监测技术，从而更准确地监测和评估城市空气质量，为科学决策和环境管理提供有力支持。