大气环境监测存在的问题及优化策略分析

杨 诺，冀 翔，冯元元

（鄂州市生态环境监测站，湖北 鄂州 436099）

国新办发布会上提出：解决突出生态环境问题，促进生态环保督察高质量发展，可见，我国对生态环境问题的重视。目前，城市大气污染问题的严峻性已经上升为社会关注的焦点，事关人们的生存和发展。近几年，国家在推进大气环境治理工作中提出了可持续发展理念，也积极倡导大力发展绿色交通、绿色经济，根据中国生态环境部发布的《2021年中国生态环境状况公报》显示，我国城市大气环境得到了明显改善，整体呈现向好趋势，但向好趋势不稳定，大气环境持续改善压力大，城市大气污染问题仍旧不容小觑。为有效改善城市大气环境，相关部门及负责人应运用多种现代化大气监测技术，对城市大气环境进行实时监测，以预防为主，坚持综合防治，积极应对大气污染问题，全面提高大气环境质量。

1 我国大气污染现状

根据生态环境部2016～2020年中国生态环境状况公报，详见表1，我国达标城市比例逐年上升，由2016年的24.9%上升至2020年的59.9%，SO2、NO2、CO、PM10、PM2.5浓度呈持续下降趋势，O3浓度稳中略有波动，无明显降幅。空气质量的持续改善，是大气污染防治攻坚战成果的最直接体现[1]。

表1 2015～2020年我国地级及以上城市平均空气质量状况 单位：CO：mg/m3；其他污染物：mg/m3

通过表2中2016～2020年我国废气排放量统计表可以看出，二氧化硫、二氧化氮、颗粒物废弃减排量分别达到56.6%、20.7%、35.3%，主要污染物的减排是空气质量改善的根本原因。但是随着一次排放污染物浓度的明显下降，我国大气环境臭氧和细颗粒物复合污染特征更加明显，臭氧和细颗粒物以二次生成为主，生成机理复杂，管控难度大，对环境管理和环境监测提出了更高的要求。

表2 2016～2020年我国废气排放量统计表 单位：万吨

2 大气污染成因分析

大气污染物种类较多，包括含氧化合物（NO、NO2、NH3等）、含硫化合物（SO2、H2S等）、含碳化合物（CO、VOCs等）、含卤素化合物（HF、HCL等）、光化学氧化剂（O3、H2O2等）、颗粒物、有机污染物和放射性物质等。通常情况下，按其物理形态可划分为颗粒物和气态污染物两类，前者以粉尘、悬浮物、PM2.5和PM10为主，后者主要指硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物等[2]。如果大气中污染物浓度超标，就会产生各种大气环境污染问题，对人们的生产生活造成极大的影响。

2.1 自然原因

大气环境污染的自然原因有很多种，基本上都是自然灾害，如雾霾天气、沙尘暴、森林火灾及火山喷发等，如表3所示。在部分污染物排放方面自然源排放量远远超过人为源。

表3 大气污染的自然源

2.2 人为原因

人们的生产生活是造成大气污染的主要原因，具体如下：（1）煤炭燃烧。我国城市化进程加快，供暖锅炉改造计划提上日程，多数地区注重清洁能源的开发和利用，但不少地区依旧采用燃烧煤炭取暖的方式，导致燃煤区雾霾问题持续加剧。（2）尾气排放。近年来，城市机动车数量不断增多，汽车尾气随意排放，使空气中一氧化碳、碳氢化合物和硫氧化物的指数持续增加，造成严重的大气污染。（3）工业生产。目前，大部分工业生产中都开始使用新能源，但仍有部分企业使用化工原料，生产中会排出大量的有毒有害气体，若是不加以控制或者治理不当就会对大气环境造成影响。（4）施工扬尘。现代工程规模逐渐扩大，项目数量也越来越多，在工程施工建设过程中会产生大量的扬尘，加剧了大气污染。另外，农业生产中化学农药施用过量、秸秆燃烧等行为，也会污染大气环境。

3 大气环境监测存在的问题

大气环境监测是大气环境治理的基础与技术支撑，监测数据质量与监测能力直接影响环境监测服务和环境管理的能力，目前我国在大气监测机制、大气监测网络建设等方面都取得了一定的成效，但是面对新形势下环境监测的新要求，各地环境监测仍然存在明显的不足，主要包括以下几个方面：

3.1 监测质量管理制度不完善

数据的真、准、全是环境监测的基础与底线，近年来我国在完善大气环境监测质量管理体系建设方面不断做出努力，通过监测机构改革、监测事权上升、站点运维管理机制创新、不断完善技术体系等措施提高大气监测数据质量，但是西安、临汾等地人为干扰监测数据质量案件的发生，仍然暴露出大气监测质量管理制度的不完善，防范和惩治环境监测人为干扰的责任体系和工作机制不健全。

3.2 大气环境监察系统不健全

大气环境监测过程中，需要构建完善的环境监察系统，但由于相关人员不够重视此项工作，导致监测数据重叠、数据信息有误等现象时有发生，难以高效利用数据开展大气环境监测工作[3]。加之现有监测技术比较匮乏，未能达到大气环境监测的标准要求，致使大气监测工作质量得不到有效保障。

3.3 大气监测体系建设不完善

要实现对污染全过程的监测与分析，仅仅依靠常规的地面监测设备是不能满足要求的。目前卫星遥感、激光雷达、组分监测技术不断应用于大气环境监测，城市站、港口站、工业站、超级站、路边站各类站点建设也不断提上日程。但目前我国很多地区大气监测体系建设不够完善，站点类型与监测技术比较单一，监测网络体系管理机制不健全，导致污染全过程监测和大气污染成因分析无法有效进行，难以为大气污染防治管理提供科学精准的管控建议。

3.4 监测人员综合素质参差不齐

监测人员的技术水平和职业素质在一定程度上决定了大气环境监测的质量。现阶段我国大气监测不仅要说得清现状、说得准问题，还要说明污染成因、机理和改善措施，这对环境监测人员的专业水平提出了更高的要求[4]。目前随着监测事权上收和机构改革，地方监测能力明显下降，监测人员水平参差不齐，在新监测技术和监测成因诊断方面存在明显弱项，导致环境监测对环境管理的技术支撑作用发挥不完全、不彻底。

4 大气环境监测技术创新应用的措施

4.1 加大环境监察力度

为推进大气污染治理工作全面落实，相关部门应加强监督立法，尤其是行政执法和监管力度要有所加强，并进一步完善常态化、动态化执法检查机制，保障大气环境监测及污染治理工作有序开展。首先，要结合管辖区域内大气污染情况做出明确的规定，以宣传、教育的方式，督促各部门及相关人员做好环保工作。其次，要制定严明的规章制度，遵循因地制宜的原则，加大大气污染监测及环境质量控制力度，按照相关规定实施环境监测。最后，合理优化城市布局，严禁在居民生活区或者市区内开展任何工业生产活动，避免对居民造成不良影响。

4.2 持续完善监测技术

相关部门在推动大气污染治理工作中，除了完善相关政策法规，还要建立健全监测监察机制，不断创新和优化大气污染监测技术，特别是在信息化时代，更要注重大数据、5G、云计算的运用，尽量减少人工监测的数据误差，提升大气污染物鉴别及环境监测的科学性和准确性[5]。同时基于大数据整合思维，实现大气环境监测与人工智能的有机结合，通过运用多种技术，实现大气环境污染的全方位动态监测，提高大气监测成效，为实施污染治理策略提供数据依据。

4.2.1 光学监测

大气污染监测中可以运用原子吸收光谱技术，其应用原理是利用金属原子本身的吸附性，使金属元素在基态原子作用下吸收待测原子，形成反射波长，然后对波长进行相应的处理，绘制成各式各样的光谱图。通过观察和分析光谱图，即可对目标污染元素的存在与否作出判断，一旦发现污染元素，要借助原子吸收光谱测试仪做定量分析，若是污染元素超过既定标准，应及时进行污染治理。

4.2.2 电化学监测

电化学监测主要是利用污染物自身的化学性质来开展有效的监测，通过电化学传感器与气体反应产生的电信号，根据数值情况，初步判断空气污染程度，其在有毒气体监测中具有明显的优势。由于不同污染物的化学性质有所不同，运用这种方法进行监测，可以根据化学反应特点来判定污染物的种类，常用电化学法监测大气中的二氧化硫、甲醛等污染物，为大气污染治理提供参考。

4.2.3 车载设备监测

车载设备监测是大气污染监测中常用的一种技术手段，其应用原理是在车辆上装置特定的测量设备，再将车辆开到指定监测点，自动采集大气环境信息进行有效监测。运用车载设备监测技术具有两个突出的优点，一是在风力作用下，空气中污染物会扩散，使用车载监测设备可以在一定程度上克服外界因素的干扰；二是应用车载设备进行监测，能够随时更换车辆位置，实现全方位、动态性的监测[6]。在具体操作中，可在出租车、公共汽车等车辆上安装车载监测设备，用以动态监测空气中颗粒物、CO、O3、NO2、SO2以及VOC等参数，不断完善环境监测网络。

4.2.4 无人机监测

无人机起飞巡检速度快，且具有良好的隐蔽性，能够规划路径，从而进行灵活监测。将无人机应用于大气环境监测中，可以代替人力深入危险区域获取数据信息，极大地降低了操作风险，还能对污染物进行溯源定位。在实际工作中，将无人机和监测系统平台相结合，实现多方面、全方位的动态监测，能从不同高度监测三维空间分布情况，获得更多的数据信息，如交通、空气质量、光线、风向、温室情况和其他参数，为大气污染防治提供依据。例如，将气体检测仪、温湿度传感器装置在无人机上，可以监测焚烧污染物，有效采集空气中气体浓度的数据，为后续污染治理打下基础。

4.2.5 卫星遥感监测

遥感技术在监测大气环境方面有其一定的应用优势，运用该技术进行监测时，重点要根据大气环境状况及污染物分布情况，合理布设采样点，一般采取功能区布点、扇形布点、网格布点等方法，实现全方位的监测。如应用网格布点法，可以将监测区域划分为多个网格，把两条直线的交汇处视为采样点，准确地获取风向、设备设施、建筑物等指标。通常用卫星遥感来监测大气成分，利用遥感技术获取温室气体、O3浓度以及干湿沉降等信息，通过分析大气成分，预测空气中污染物的浓度，或可运用遥感监测臭氧层，明确臭氧层孔洞部位，及时采取防护措施，以免臭氧层受到破坏[7]。

4.3 联合开展科研攻关

大气污染防治必须对症下药，目前臭氧和细颗粒物复合污染是影响空气质量的关键因素，这两者都是以二次生产为主，粗暴式管控措施对其浓度消减作用甚微。要对症下药就必须弄清弄懂臭氧和细颗粒物的污染成因。目前随着立体化监测网的不断完善，为污染成因诊断提供了基础，但由于各地监测人员水平和监测能力有限，导致污染成因分析水平有限，各地应联合高校、科研院所和社会力量开展联合科研攻关，制定本地化的大气污染防控政策。2017年，生态环境部牵头组织科技、农业、工信、气象、卫生、科研院校等部门对京津冀及周边地区秋冬季大气重污染成因、重点行业和污染物排放管控技术进行集中攻关，组建科技攻关团队对京津冀及周边地区大气污染传输通道“2+26”城市开展驻点监测和技术指导，完成“2+26”城市2017～2018年秋冬季颗粒物来源解析，弄清了京津冀及周边地区大气污染成因，为区域内大气污染精准防治提供了科学依据[8]。各地科学研究基础薄弱，应创新科研体制机制，联合高校科研院所，兄弟城市和单位，加快人才引进，为大气科学研究注入动力，为各地大气污染精准防控提供技术支撑。

5 结语

大气环境监测在监测污染发生、实现污染追踪、诊断污染成因和发布污染预报信息方面发挥着重要的作用，是实现本地化科学精准污染防治与管控的基础与技术支撑。面对各地环境监测存在的不足与问题，相关部门及单位要加强对大气监测技术的研究与应用，了解大气环境监测发展的新形势与新需求，合理运用电化学、光学、无人机、遥感等监测技术，加强对颗粒物、臭氧及其前体物的协同监测，同时不断优化大气环境网络与管理机制，提升大气环境监测能力与水平，强化大气污染监测与治理效率，不断持续改善大气环境质量，为人们提供舒适的生活环境。