大气环境监测布点方法探讨

翁 操

（惠州市惠东生态环境监测站，广东 惠州 516300）

环境监测中大气环境监测可以了解大气中污染物含量，对其污染物组成、发展趋势等进行研究，为环境保护提供良好的依据。大气环境监测需要对一氧化碳、臭氧、氮氧化物等分子状污染物以及飘尘、悬浮颗粒等颗粒状污染物进行分析，工作中监测布点方法的选择对于监测准确性的提升具有重要意义，科学地选择监测点位，可以避免监测过程中的干扰因素，并提升监测的经济性与科学性。在实际进行监测布点时，需要结合监测项目的要求以及地方特点等进行综合分析，了解布点的选择条件，对不同布点方式的优势进行分析探讨，能够更好地做出选择，为后续工作提供有效的帮助。

1 大气环境监测的意义

1.1 保护生态环境

大气环境监测在生态环境保护方面具有重要意义。在工业化、城镇化程度不断加深的背景下，大气环境问题不容乐观，据统计，自2018年以来，大气环境问题在环境异常信息占比为78.5%。而大气环境监测的应用能够对各地区的大气质量进行评估，分析区域内大气污染环境问题，为当地的大气污染治理工作提供更加可靠的依据。大气环境监测的应用可以对区域内大气污染物分布、浓度以及发展情况进行分析，对生态环境保护工作的进行具有良好作用，为了进一步发挥大气环境监测的作用，在环境监测过程中强化大气监测的技术以及设备条件也是现阶段比较重要的工作。

1.2 保障人体健康

大气环境监测对于保障人体健康具有重要的意义。人体健康与大气质量息息相关，常见大气污染物PM2.5除了对大气环境具有负面影响外，其易附带有毒性、有害物质的特性也会对人体健康造成不良影响，伴随着生态环境的变化，臭氧浓度缓慢升高等也对空气质量造成了影响，同样不利于人体健康。社会生产发展中以重工化为主的产业结构，煤炭为主的能源结构以及闪通运输产生的废气等，都是大气污染的主要来源，同样也对人体健康具有不良影响。大气环境监测可以对上述常见大气污染物进行监测，了解工业区、闪通区、生活区等区域的大气污染情况，环境保护部门可结合监测结果向民众发布出行建议，并及时开展重点区域的污染物治理，能够在一定程度上缓解大气环境问题对人体健康造成的负面影响，保障人体健康。

1.3 优化社会环境

大气环境监测对于社会环境优化同样具有重要意义。大气环境监测工作能够为生态环境、人体健康提供良好的帮助，对于社会生产发展结构的变化也具有重要指导意义。据统计从2016至2020年间，全国共查办涉气环境违法案件19.33万件，罚款总计140.51亿元，而大气环境监测的应用时了解涉气环境违法的主要条件，有利于帮助提升生态环境执法能力和水平，开展对违规排放企业的治理工作，在减少大气污染排放的同时，优化工业生产结构，转变能源发展方向，创造更加优质的社会环境。

2 大气环境监测布点点位选取原则

2.1 代表性原则

代表性原则是大气环境监测布点选择中应该关注的内容。大气环境布点的点位应该具有代表性，即能够真实有效地反映该地区的大气环境情况，特别是重点区域的污染物浓度监测，需要结合其所处地形特点、气候特征等进行综合分析，选择最具代表性，能够准确反映该地区环境情况的点位，便于对大气污染情况的未来发展趋势进行判断[1]。

2.2 一致性原则

一致性原则也是大气环境监测布点选择的重要内容。大气环境监测的点位的污染物情况应该与周边具有一致性，即监测点的污染物种类、浓度等都应该与监测周围保持一致性，一致性是大气环境监测中数据准确与合理性的重要评估依据，同时也是进行后续环境问题分析的前提条件，在布点选择时应该进行一致性的有效分析[2]。

2.3 经济性原则

经济性原则同样也是大气环境监测布点选择中应该重点关注的原则。大气环境监测的覆盖面较广，在区域内进行大面积布点需要耗费一定量的人力物力资源条件，而现有的环境监测资源相对有限，为此在实际监测中需要坚持经济性原则，在保证监测数据的科学准确基础上，将有限资源尽可能用到重点区域内，在污染物严重区域多布点，提升对重点区域的监测质量，而在污染物相对较少的区域可以减少布点，合理化应用现有的监测资源。

2.4 科学性原则

科学性原则是大气环境监测布点点位选择的重要原则。大气环境监测布点必须要保证科学合理，在实际监测中应该结合不同区域的实际情况合理地进行布点，比如对人体健康危害较大的污染物监测时，应该考虑人体身高所处范围的监测条件，将高度控制在1.5～2.0 m，或选择参考值1.7 m；而当监测对植物有重大影响污染物时，则应该考虑植物的高度特点，选择与植物中心叶面保持一致的监测高度[3]。

3 大气环境监测常规布点方法

3.1 功能区布点法

功能区布点法是大气环境监测常规布点方法。功能区布点法根据监测区域内功能区进行划分，将监测区域内的商业区、居民区、工业区等进行分割，而后根据人力、物力资源条件以及环境污染情况进行监测点布置[4]。功能区布点法是一种简单且高效的布点方式，当监测区域内功能区相对明确，且功能区内污染分布相对均匀时，可考虑应用功能区布点法。在实际应用中为了保证布点的科学性与可靠性，监测人员还需要尽可能细化功能区分类，对商业、居民与工业区域中的内容进行细化，加入文化区、闪通区、公共休闲区等更加详细的功能区域划分，为后续分析大气污染状况奠定良好基础。在功能区内进行大气环境监测布点，需要明确采样点位置、数目等信息，功能区布点能否达到良好的监测目的，需要结合环境污染情况进行实际分析，尽可能地保证功能区监测布点位于大气污染扩散规律的位置上，确保监测数据的有效性。

3.2 扇形布点法

扇形布点法是通过将采样点设置在距点源不同距离的弧线上的布点方式，当监测区域内有明显主导风向时，可选用扇形布点法。扇形布点法的整体布点形态为扇形平面，布点时将点源作为顶点，根据主导风向的轴线在风向下行区域划定扇形区域，完成布点。扇形布点法的扇形角度多为45 °，也可根据实际情况调整角度大小，但通常不超过90 °，在布点过程中需要注意弧线上采样点的数量和角度设计，一般每条弧线上的采样点为3～4个，两条弧线之间的角度为10 °～20 °，在具体进行监测时，需要结合监测区域的具体范围和污染情况适当调整其角度和布点数量，以提升监测的准确性[5]。扇形布点法在应用时必须确认污染点源，以其为起点，在后续监测中为了保证其准确性可在上风向位置设置对照点。

3.3 网格布点法

网格布点法在大气环境监测中也比较常用，当监测区域内污染源数量较多且分布均匀时，选择网格布点方法能够得到更加准确的监测结果。网格布点法一般将监测区域的地面划分为网格，在网格方格的中心或直线闪点处设置采样点。

网格布点法是一种受人为主观因素影响较小的监测方式，通常以人口分布、人力物力条件、污染源强度等作为网格划分依据，网格的大小通常比较均匀，能够相对直观地反映污染物的空间分布。

现阶段，生态环境部门在大气环境远程监管中经常应用网格布点法，在“千里眼”大气环境远程监管应用中，通过卫星遥感、地面微站以及大数据等综合检测手段的应用，可以将全国大气污染重点区域的39个城市约42.8万平方公里的区域划分为6万个网格，并进行网格布点监测，实现大气环境的有效监管。网格布点法能够真实反映所代表的区域的污染情况，具有一致性和代表性的特点，但在污染浓度较高的区域的气体实际浓度反映方面略微乏力，在实际应用中需要结合具体情况进行考虑[6]。

3.4 同心圆布点法

同心圆布点法是一种对重大污染源具有良好监测效果的方法，在监测区域内有多个污染源且重大污染源比较集中时，选择同心圆布点法可以更好地完成监测活动。同心圆布点法通常以污染源中心作为圆心，画出大小不同的同心圆，然后做出若干射线，并将圆周与射线的闪点作为采样点。在同心圆布点法应用中，圆周上布点的数量和分布并不一定均匀，通常在上风向的监测点数目少，下风向监测点数目较多。同心圆布点法可以对污染成片状集中式分布的区域进行有效监测，能够保证重污染区域监测的准确性，是一种能够同时满足大气环境监测代表性、一致性、经济性、科学性的监测布点方法，同样具有良好的应用价值。

4 大气环境监测点位优化方法

4.1 物元分析法

物元分析法是一种适用于大气环境监测布点工作的分析方式，在大气环境监测中具有实用性，在实际应用中可对各类监测方法点位进行优化。其监测中主要通过最大值和最小值分析，得到最佳监测点。在实际应用中，需要将监测数据中最大值与最小值提炼出来，而后将最大值设定为最佳点A，将最小值设定为最劣点B，并将二者平均值设定为期望点C，将A、B、C组合成标准原矩阵RAC、RAB、RBC，建立关联函数，通过计算综合关联函数并结合函数值画出点聚图，即可得到最佳监测点的分析结果，完成点位优化[7]。

4.2 相关系数法

相关系数法是资源调查中常用的方法，在大气环境监测中一般与网格布点法配合使用，可以结合网格布点法数据进行相关系数分析。相关系数法通过数量指标利用相应公式可完成两个变量之间的相互关系分析，进而完成后续的推算工作。在大气环境监测布点优化中，相关系数法主要以网格布点法所获得的监测数据作为基础，通过对网格数与监测点数相关系数的计算，分析网格所代表的污染物浓度的真实度。二者的相关系数越大，则表明大气污染分布规律越真实。然后，通过对监测点污染物浓度以及平均浓度的计算，得出变异系数与各点方差，根据各系数与方差之间的分析，得出最佳监测点[8]。

4.3 t 检验法

t检验法是一种适用于检验样本含量较小的检验方法，主要根据t分布理论评估差异发生概率，在大气环境监测点位的优化上也具有一定作用。在实际应用中，t检验法与网格布点法适应度较高，一般用于网格布点法的点位优化。在t检验法中选择网格布点法监测数据，在检验中通过平均浓度数据、污染区域划分，结合大气监测方法的方便程度、安全性、位置关系等评价标准，综合制定各类方案，通过比较选出其中的最优方案。而后以t进行优选点的检验，并评估总样本差异是否显著，并根据显著性水平的数值，通过t分布表查出t的数值，进而完成最佳监测点位选择[9]。

4.4 特征分析法

特征分析法是从变量中提取各变量的综合特征，而后进行变量间内在关系分析论证的方法，在大气环境监测布点优化中同样具有一定作用，特征分析法的归类分析同样具有良好的适用性，可以对各类布点方法的点位优化进行有效处理，选取最佳点位。特征分析法根据污染程度将监测点进行归类，选取不同类别的点位作为代表，并根据原始监测数据建立联系度关系矩阵Y=XA，其中X为编码矩阵，A为变量权矩阵，通过求解X、A以及最大特征值λ，解决联系度最大问题，最后完成关系矩阵Y的计算。在计算完成后，特征分析法可绘制得到变量联系度的折线图，并通过大小归类从中选取大气环境监测的优化点位[10]。

5 结语

大气环境监测工作的进行对于科学评估环境质量，为环境治理提供良好依据具有重要的意义，而监测布点的科学与合理则需要结合各类条件进行分析。常规布点方法中功能区布点法、扇形布点法、网格布点法以及同心圆布点法可以适应不同污染源类型的监测，在实际应用中可以结合风向、污染源数量等特点进行分析，选定更加适宜的监测方式。在优化监测点位的研究中，以监测数据作为基础，根据污染物监测值的轻重程度等进行计算，能够结合污染程度归类对大气环境监测布点进行更为科学的规划，提升监测的质量水平。