什么是空气质量监测网络?

在“什么是源排放清单?”一文里,我们已经提到,从空气质量管理的角度,监测空气质量是政府机构必须要做的两件不可或缺的基础工作之一。只有实时地用数据来准确地量度空气质量,并用积累的历史数据反映空气质量的变化趋势,我们才能够确知我们每天呼吸的空气质量好坏,并套用国家环境标准严格地科学地评判各类功能分区包括居民生活区的空气质量。监测空气质量需要专门的科学仪器,专门的技术人员,专门的操作和数据规范,更需要科学设计的空气质量监测网络来实际执行监测任务。那么什么是空气质量监测网络呢?下面我结合普通公众的认识误区以及我国空气质量监测实践中仍然存在的明显不足,对空气质量监测网络作一个较为详尽的介绍。对空气质量监测网络的介绍主要从以下几个方面来进行:一是为什么要有监测规范?二是为什么要有监测网络?三是我国现有的监测网络存在哪些问题?这三个问题其实都是围绕如何正确实施空气质量监测,以实现准确测量并如实反映空气质量的真实状况。

在我开谈这三个问题以前,我的假设是我们已经解决了最重要的一个前提,即监测空气质量是必须的。实践告诉我们,这个前提是毋庸置疑的,因为这个前提是全体公民基于生存质量的根本性共同诉求。政府不主导这个任务,民间就会自发行动,比如曾经轰轰烈烈的“我为祖国测空气”运动,甚至还会有“国际干预”。而这个“国际干预”,其实仍然是他国公民基于生存质量的根本性共同诉求的一种特殊反映:因为这些人因在政府驻外机构工作需要呼吸别国的空气。

那么首先为什么要有监测规范?没有规矩,不成方圆。没有监测规范,哪来数据的可靠性、客观性、代表性、连续性、公正性和科学性。而作为应对法律规定量度空气质量得来的空气质量监测数据必须具备所有以上特征,缺一不可。监测规范,主要规定使用何种仪器进行测量,不同的污染物要用不同的监测仪器,国家认可的用作获取标准空气质量数据的仪器都必须经过严格和统一的国家认证,这是要保证数据的可靠性。在这里我们不打算对这些国家认证的测量仪器作详细介绍,有兴趣的读者可以自行到环保部的网站查询(我们也会陆续搜集这些文件并链接到矮马博客,以方便大家深度阅读)。

一个典型的空气质量监测自动站的外部空气进样装置

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监测规范还要规定每一种仪器的操作规范,并规定如何对维护人员进行技术培训以保证数据获取的客观性。操作规范往往会具体到对仪器参数的设定,对监测时段的规定等等。接下来监测规范会对监测点位的选取设定原则要求以确保所设站点的代表性,比如路边站要求能够充分接受道路交通的影响,而代表城市生活区的站点则必须选址在生活区的开阔地带,不能距离明显的污染源太近。空气质量监测还要保证数据的连续性,即监测数据的获取不能两天打鱼三天晒网,也不能频繁变动监测点位。另外监测规范必须在全国范围统一执行,以保证地区之间在空气质量数据上的可比性,这样才能保证空气质量监测的公正性。没有数据的可比性,当地区之间存在相互的污染物传输影响时,会失去分担责任时的公正性。最后监测规范还要具体规定监测数据获取后的质量控制程序,只有采取科学的程序对监测数据进行严格的质量控制,才能够对数据的有效性进行识别,对不具有效性的数据进行合理的剔除,以最大程度地保证监测数据的权威性和科学性。从监测规范的实质内容,我们不难判断,民间自发的空气测量行动,是不能用来“法规”地度量空气质量的,因为这些测量数据,不太可能同时满足监测规范对监测数据可靠性、客观性、代表性、连续性、公正性和科学性的要求。那么民间自发监测行为以及民间机构的空气测量行动是否有仍意义?笔者认为,当然是有其社会意义的,也很有可能是有科学意义的,这要比对监测规范的具体要求来看。如果按照严格的科学规范来进行,民间的空气测量行动同科研人员进行的有特定学术目的的外场观测行动一样,也会具有一定的科学意义,可以填补监测数据的时空分布的不足,可用于提高我们对某些空气污染现象或污染事件的科学认识。即使由于测量手段的局限性而没有明显的学术意义,这些“野外”测量数据对个人判断自身所处的呼吸环境,也还是有参考和自我指导意义的。但是我们不能夸大这些数据的作用和意义。同样的道理也适用于某国驻华大使馆和领事馆统一监测其驻地空气质量的行为。那是该国驻外机构保护本国公民健康的行为,是该国政府提供给工作在这些机构驻地内的本国公民的一种福利。同时那些数据也是这些使领馆工作人员领取额外的“高危地区”生活补贴的重要量化依据。但是这些使领馆驻在国的堂堂公民居然要靠他人获取的代表外国使领馆驻地的测量数据来量度自己国度的空气质量,在当初是多么地令人悲哀。然而,在这悲哀的背后,我们不能夸大这些数据的意义,尤其是在全国重点城市新标准空气质量监测体系已经启动并全面建立起来的时候。

全国重点城市PM2.5监测网络

全国重点城市PM2.5监测网络

空气是流动的,空气的流动是有方向性的,而空气流动的方向又是随时变化的。因此空气质量监测站点必须形成网络才能应对空气的流动性,只有合理布点的监测网络才能经济而有效地捕捉和测量特征各异的空气污染事件的发生、发展和变化过程。这个空气质量监测站点的合理布设就是所谓的空气质量监测网络。在这里,合理布设有两方面的含义:一方面,在空间分布上,站点布设不可能太密,因为当前的监测技术本身以及维护成本还远没有便宜到让我们随心所欲设置监测点位的程度,但同时,站点布设也不能太疏,否则无法全面反映污染特征;另一方面,在监测物种方面,我们还没有发达到可以测量任何相关污染物种的程度,但同时,如果不尽可能多地监测各种物种,我们对某些污染过程的认知就会因为缺乏关键物种的浓度测量数据而滞后,从而迟滞我们治理大气污染的进程。空气质量监测网络如按监测物种分类通常可以分为两类,一类是直接监测法律规定的常规以及有毒有害空气污染物,比如我们刚刚建立起来的全国重点城市空气质量监测网络,全面监测6种常规空气污染物,另一类是监测与这些法规污染物浓度生成相关的物种,比如臭氧生成的前体物包括各种人为和天然排放的挥发性有机物成分,再比如颗粒物细粒子(PM2.5)的组成成分,即细粒子中的硫酸盐,硝酸盐,铵盐以及有机碳和元素碳成分以及微量的金属和非金属成分等。而进一步测量臭氧以及PM2.5的中间生成物以弄清污染过程的关键生成机理的努力在很多国家包括我国(尤其是2006年以后),则是通过资助带有科学研究目的的非常规监测性质的加强观测来进行的。空气质量监测网络也可以按照点位的空间特征来划分,比如城市网络,包括城市和郊区站点,以及农村网络,包括远郊和区域站点,还有针对特殊功能区的比如风景名胜自然保护区网络,以及针对特殊污染源的网络,比如电厂或者化工企业周边站点以及针对交通源的路边站等等。这些地理位置各异以及监测物种各异的空气质量监测网络之间是互相补充和相互完善的关系。比如,法规物种的监测网络是直接用来评估空气质量指标的,而相关物种包括臭氧前体物或者PM2.5组分的监测网络则可为评估污染成因和制定控制政策提供科学依据。同样,在各功能区布设的网络是为了直接评估各功能区的空气质量指标,而这些功能区之间由于地理位置的差异互补,又可为研究特定空间范围的污染传输过程互相提供数据支持。比如,远郊站点和区域站点网络往往为临近城市之间的相互影响态势提供关键的佐证依据。

由于我国将臭氧和PM2.5这两个关键的常规空气污染物纳入空气质量新标准只是近两年的事情,而新标准的最终执行还要到2016年才真正开始。因此,我国目前完整意义上的空气质量监测网络的建设才只是刚刚起步,不可避免地存在这样那样的问题。首当其冲的问题当属监测数据的质量控制问题,这个问题既包括监测仪器之间的一致性和比对性问题,也包括数据获取时是否严格执行监测规范的问题。而真正实行实测数据公开和无条件共享恐怕才是彻底解决监测数据质量问题的真正开端。其次,站点布设在很多城市也存在明显的选址问题,这表现为一是城市站点过多过于集中,而郊区站点明显数量不足,二是很多城市站点选址当初没有开阔性不够的问题,但是随着最近几年城市化进程加剧以及城市规划的混乱无章,导致很多原有站点的空间位置变得不再具有代表性,比如四周变得高楼林立或者新修道路拥堵繁忙。最后,我国目前实际上仅有常规空气污染物的重点城市监测网络,而这个单一的网络对于彻底弄清我国目前正在不时上演的的严重空气污染事件的根本成因和详尽过程,其作用和意义是有限的。因为这些重污染过程明显地具有区域性特征以及臭氧和PM2.5污染并存的特征,而这切实需要我们进一步提高监测网络的空间覆盖范围和监测物种种类数目。我们的当务之急,一是加快建设郊区和农村以及区域监测网络还有风景名胜自然保护区监测网络,以填补目前城市间和区域间的监测空白区,另一方面,我们应该同时加快臭氧前体物和PM2.5组分以及硝酸气体、氨气的监测网络建设,这对于揭示臭氧和PM2.5污染成因是不可或缺的。

文章分类 清洁空气行动, 预报札记
13 comments on “什么是空气质量监测网络?
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