环境科学专业与计量的关系

谢 静

(山东省计量科学研究院，山东济南 250101)

环境科学专业与计量的关系

谢 静

(山东省计量科学研究院，山东济南 250101)

随着我国社会主义现代化建设的发展，环境保护工作越来越引起人们的关切和重视。要搞好环境保护工作，需要对污染物含量进行准确的测定，需要通过制定科学有效的污染物在环境中的基准值和标准值以评价环境质量，需要研究污染物在环境中的迁移转化规律及其对人类或其它生物的危害等。这都需要运用计量学尤其是化学计量学的许多知识。因此，环境科学与计量学尤其是化学计量学的关系十分密切，计量学对促进环境保护工作起着十分重要的作用。

一、环境监测中的计量

环境监测包括对水体、土壤和大气中污染物及其它影响因子的测定，是进行环境保护工作的基础。通过环境监测，人们可以深入认识和掌握环境污染的根源和危害，用于评价环境质量、预测发展趋势，为制订环境法规，环境标准及预防和治理环境提供科学依据，从而揭示新的污染问题，探明污染原因，为环境保护提供方向。

环境监测需要对许多污染物的浓度进行测定，这与化学计量密切相关。表1中是常见的能够反映环境质量的环境监测项目，对这些项目的测定需要运用仪器设备来实现，该过程需要化学计量学的许多原理来实现。因此，对污染物浓度的测定是化学计量学的一个重要研究内容，二者有着密切的关系。

监测项目 可用的测定设备pH值 pH计硝酸盐、亚硝酸盐和氨氮 紫外可见分光光度计磷酸盐 紫外可见分光光度计汞原子荧光仪镉、铬、铜、铅等重金属 原子吸收光谱仪TOC 总有机碳分析仪DDT、666等农药 气相色谱仪化学需氧量(CODCr)水质在线自动检测仪

对污染物浓度的测定需要实现准确性和精确性，通过计量认证可以有效实现这一点。对污染物浓度测定的准确性和精确性与测量仪器密切相关，它要求仪器有良好的准确度、精密度和重复性来保证;在保证仪器具备良好的上述性能方面，除了在设计、制造，维护等一系列工作中努力实现外，最重要的一条就是要进行定期校准即定期检定。用于环境监测的计量器具以法律的形式作出了规定，这使得环境监测工作除了遵循环保法律，还要在工作中认真执行计量法规，做到依法管理，进行法制计量。为了使监测数据能更准确的反映环境质量，目前许多环境监测部门都已对监测仪器进行了计量认证，这为促进环境保护事业的发展起着十分重要的作用。

二、环境标准制定中的计量

环境标准是对某些环境要素所作的统一的、法定的和技术的规定。环境标准是环境保护工作中最重要的工具之一。环境标准用来规定环境保护技术工作，考核环境保护和污染防治的效果。环境标准是按照严格的科学方法和程序制订的。环境标准的制订还要参考国家和地区在一定时期的自然环境特征、科学技术水平和社会经济发展状况。环境标准过于严格，不符合实际，将会限制社会和经济的发展;过于宽松，又不能达到保护环境的基本要求，造成人体危害和生态破坏。环境标准具有法律效力，同时也是进行环境规划、环境管理、环境评价和城市建设的依据。

中国的环境标准主要有:环境标准物质标准、环保仪器设备标准、环境质量标准、污染物排放标准(或污染控制标准)、环境基础标准、环境方法标准等六类。环境标准物质标准是在环境保护工作中，用来标定仪器、验证测量方法，进行量值传递或质量控制的材料或物质，对这类材料或物质必须达到的要求所作的规定。它是检验方法标准是否准确的主要手段。环保仪器设备标准是指为了保证污染治理设备的效率和环境监测数据的可靠性和可比性，对环保仪器、设备的技术要求所作的规定。环境质量标准是指为了保护人类健康，维持生态良性平衡和保障社会物质财富，并考虑技术条件，对环境中有害物质和因素所作的限制性规定。污染物控制标准(污染物排放标准)是指中国已颁布的国家级污染物控制标准。环境基础标准是指在环境保护工作范围内，对有指导意义的符号、指南、导则等的规定，是制订其它环境标准的基础。环境方法标准是指在环境保护工作范围内以全国普遍适用的试验、检查、分析、抽样、统计、作业等方法为对象而制订的标准。

由其定义可知，以上环境标准具有统一性和可溯源性的基本特征，这需要通过计量工作来实现。其中，统一性是计量学最本质的特性，其集中地反映在统一制度和统一量值这两个方面，这也是环境标准计量所追求的最基本目标。环境标准计量的可溯源性体现在“量值要准确可靠，就必须要能溯源到计量单位量值的基准、标准”;环境标准物质之所以成为环境监测“测量的基准”，就是因为其标准值准确、可靠，而且能够追溯到国际单位制。

三、节能减排中的计量

节能减排，广义而言，是指节约物质资源和能量资源，减少废弃物和环境有害物(包括三废和噪声等)的排放;狭义而言，是指节约能源和减少环境有害物质排放。通过节能减排，能够很好地促进环境保护工作，实现人与自然的和谐发展。

通过进行能源计量对企业等进行能源审计是实现节能减排的一个重要途径。能源计量是指对企业和其他用能单位通过所配备的计量器具，对使用的各种能源实施计量的行为。能源计量与节能监测、能源审计、能源统计、能源利用状况分析是企业能源管理和节能工作的基础，而能源计量是基础中的基础。如果企业没有合理配备能源计量器具，能源管理部门就难以获得准确可靠的能源计量数据，对企业的节能监测、能源审计、能源统计、能源利用状况也就难以进行科学的分析和统计，从而无法为企业的能源管理和节能工作提供可靠、准确的指导方向，可能造成企业能源严重浪费，增加生产成本。

面对我国人口众多，资源特别是主要矿产资源人均占有量不足，能源利用率低，生存环境的不断恶化、可持续发展战略受到严重的挑战等严峻的形势，通过节能与加强能源计量工作、提高能源利用率、靠计量量化管理企业、靠计量量化指导生产、靠计量量化降耗挖潜，是工业企业降低成本、增加效益、提高竞争力的必然选择，是形成有利于节约资源的生产模式和消费方式、建设资源节约型社会的必由之路。

污染物减排工作也需要大量的计量支撑。温室气体作为目前国际十分关注的一类污染物，其减排工作急需计量支撑。目前，国际上计量温室气体减排量的方法主要有两种:一是通过分行业、分部门调查经济活动来进行统计计量;二是利用全球大气观测地面站、高空热气球、航空器、卫星以及其他遥感观测设施等先进手段的综合运用来进行科学监测计量。全面建立和完善我国的温室气体计量体系是一项涉及计量与测量的系统工程，其涉及到温室气体减排用计量器具的检定和校准、温室气体减排用标准物质的研究和生产和温室气体减排的计量保证。

四、环境数据分析中的计量工作

在环境保护工作中，除了对污染物含量进行准确测定和对环境质量进行评价以外，还需要进一步研究污染物的来源、影响因素其危害，因此，需要对监测数据进行深入的分析。运用计量学途径可为数据分析提供强有力的支撑，从而为促进环境保护工作起着十分重要的作用。常见的计量学途径有回归分析方法、主成分分析法、聚类分析法和建立模型等。

回归分析是研究一个随机变量(因变量)与一个或多个普通变量(自变量)之间的线性关系，检验自变量的显著程度并比较其作用的大小，进而用一个或多个自变量的变化解释和预测因变量的变化。具体而言，回归分析是确定几个特定变量之间是否存在相关关系，如果存在的话，找出它们之间合适的数学表达式。从而根据一个或几个变量的值，预报或控制另一个变量的取值，并且告知这种预报或控制的精确度。通过进行因素分析，确定因素的主次以及因素之间的相互关系。运用回归分析可以研究污染物的危害和其影响因素，从而为进一步开展环境保护工作提供依据。

主成分分析法是环境数据分析计量的一个重要方法。为更好地评价环境因子的各种效应，往往需要综合考虑多种因素，采集大量样本。多变量大样本数据为科学研究提供了丰富信息，但多种变量之间可能存在相关性，从而增加了问题的复杂性，为分析带来不便。如果分别分析每个变量，则会产生孤立的而不是综合的结果;并且盲目减少变量将会损失很多信息，容易产生错误的结论。因此需要一种分析方法将多维变量纳入到同一系统进行定量研究，利用主成分分析方法可以实现该需求。主成分分析方法运用变量之间一定的相关性，可以将多个变量简化成少数几个综合变量，从而将多维因子纳入同一系统进行定量研究。

聚类分析，又称群分析、点群分析、簇群分析等，是研究分类问题(样品或指标)的一种多元统计方法。假定研究对象存在不同程度的相似性(亲疏程度)，根据观测样本找出并计算一些能够度量相似程度的统计量(相似系数、相关系数、距离等)，按照相似性统计量的大小，将相似程度大的聚合到一类，关系疏远的聚合到另一类，直到把所有样品都聚合完毕，形成一个由小到大的分类系统。最后将分类系统直观地用图形表示出来，即谱系图。根据谱系图即可直观地看出样品或变量的分属类别。该分析是研究污染物分布特征、来源及其影响因素的一个重要手段。

除了以上四个方面外，在环境科学领域中还涉及到对陆地和海洋碳源/碳汇的计量，从而为应对当今全球气候变化提供理论基础;并涉及到环境会计计量，这可以促使企业注重经济效益的同时，重视环境及其发展规律，合理开发和利用环境资源，努力提高社会效益和环境效益。

由以上方面可知，计量与环境科学的关系十分密切。作为环保工作的基础，计量工作对促进环境科学的发展起了很重要的推动作用。伴随着我国环保力度的加强，国家对环境监测和环境标准的规范的日益严格，对节能减排工作和环保科研的日益重视，相信计量学的发展会促进环保事业的进一步发展，在环境科学领域将会起到更加重要的作用。

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］1003－4145［2011］专辑－0043－02

2011－11－12

谢 静，山东省计量科学研究院工作人员。

(责任编辑:宋绪芬)