解淑艷 王瑞斌 李健軍 鄭皓皓 張 欣

（中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012）

現(xiàn)代化環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想

解淑艷 王瑞斌 李健軍 鄭皓皓 張 欣

（中國環(huán)境監(jiān)測總站，北京 100012）

本文從環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)存的問題出發(fā)，結(jié)合衛(wèi)星遙感、航空測量、地理信息系統(tǒng)等先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，提出現(xiàn)代化環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想。

現(xiàn)代化；環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；構(gòu)想

由于城市群經(jīng)濟(jì)迅速增長，能源消費(fèi)不斷攀升，機(jī)動車數(shù)量迅猛增加，發(fā)達(dá)國家歷經(jīng)近百年出現(xiàn)的環(huán)境問題在我國近二、三十年集中出現(xiàn)，空氣污染形勢發(fā)生了很大變化。大氣污染的范圍已不再局限于單個(gè)城市或單個(gè)工業(yè)區(qū)范圍，城市間大氣污染的相互影響和疊加日漸突出，煤煙型污染與光化學(xué)復(fù)合型污染問題相互交織。上世紀(jì)九十年代以來，NOX、顆粒物及其他污染物排放顯著增加，城市的細(xì)粒子和光化學(xué)污染問題日益突出，給人們的生產(chǎn)生活造成了一定的影響，公眾反映強(qiáng)烈。反映出我國目前的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)還存在著一些問題，不能全面反映空氣質(zhì)量的真實(shí)狀況。

1 監(jiān)測現(xiàn)狀

我國空氣質(zhì)量監(jiān)測起步于上世紀(jì)70年代中期。到80年代，建立了最早的國家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)測項(xiàng)目主要是二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOX）和總懸浮顆粒物（TSP），大部分城市采用的是手工采樣-實(shí)驗(yàn)室分析的手工監(jiān)測方法，少部分大城市開展了空氣自動監(jiān)測系統(tǒng)。到90年代，覆蓋城市擴(kuò)大到了103個(gè)。1997年，全國46個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量周報(bào)，并于1998年1月開始向社會發(fā)布。2000年，全國地市級以上城市大都開展了空氣質(zhì)量自動監(jiān)測，監(jiān)測項(xiàng)目為SO2、NO2和可吸入顆粒物（PM10）。

歷經(jīng)“九五”、“十五”、“十一五”的發(fā)展和建設(shè)，截至“十一五”末，已建成了由113個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市661個(gè)環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測站點(diǎn)、14個(gè)國家環(huán)境空氣背景監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測站點(diǎn)、31個(gè)國家農(nóng)村空氣監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測站點(diǎn)、440個(gè)國家酸沉降監(jiān)測站網(wǎng)監(jiān)測站點(diǎn)、82個(gè)沙塵天氣影響環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測站點(diǎn)、31個(gè)城市溫室氣體試驗(yàn)監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測站點(diǎn)，24個(gè)京津冀區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測站點(diǎn)組成的國家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)。

目前，我國環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)還存在以下主要問題：

（1）國家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)主要覆蓋113個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市，廣大地級以上城市、農(nóng)村、區(qū)域及背景地區(qū)建設(shè)的監(jiān)測點(diǎn)位還很少，不能全面反映全國空氣質(zhì)量狀況；

（2）監(jiān)測項(xiàng)目不全，目前大部分城市的監(jiān)測因子為二氧化硫、二氧化氮、可吸入顆粒物，對于新出現(xiàn)的復(fù)合型污染重要因子PM2.5、臭氧、一氧化碳等監(jiān)測因子還不具備監(jiān)測能力，導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果與公眾感受不一致的情況時(shí)有發(fā)生；

（3）現(xiàn)有的城市監(jiān)測點(diǎn)位并未實(shí)現(xiàn)全部自動化監(jiān)測，少部分城市的監(jiān)測能力還停留在手工采樣實(shí)驗(yàn)室分析階段，監(jiān)測結(jié)果不及時(shí)；

（4）部分城市的環(huán)境空氣自動監(jiān)測儀器設(shè)備使用年限太長、儀器設(shè)備老化、故障率及返修率高；

（5）質(zhì)量控制和質(zhì)量保證措施不全或操作不規(guī)范，有的實(shí)驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)氣體已經(jīng)過期卻沒有更換，質(zhì)控設(shè)備故障沒有及時(shí)維修等因素，導(dǎo)致部分城市質(zhì)量控制和質(zhì)量保證工作不到位；

（6）國家級行業(yè)或標(biāo)準(zhǔn)方法、技術(shù)規(guī)范、評價(jià)體系不完善；

（7）信息發(fā)布及預(yù)警體系開發(fā)處于起步階段，還未正式納入國家建設(shè)的范疇。

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源消耗的不斷增加，現(xiàn)有的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已不能滿足形勢嚴(yán)峻的空氣污染問題，因此，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和理念，建立一個(gè)現(xiàn)代化的、天地一體化的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)是滿足人民群眾環(huán)境知情權(quán)、環(huán)境管理的迫切需要。

2 現(xiàn)代化環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展需要，為環(huán)境管理、綜合決策提供堅(jiān)實(shí)的科技支持，為公眾提供優(yōu)質(zhì)環(huán)境信息服務(wù)，應(yīng)建立一個(gè)布局合理、覆蓋全面、功能齊全、指標(biāo)完整、運(yùn)行高效的國家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，充分利于激光雷達(dá)、環(huán)境衛(wèi)星等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測“天地一體化”的格局。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架見圖1。

現(xiàn)代化的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是由地面監(jiān)測、遙感監(jiān)測和其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的有機(jī)整體，同時(shí)加強(qiáng)質(zhì)量保證、質(zhì)量控制工作，建設(shè)先進(jìn)的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測預(yù)警平臺，實(shí)現(xiàn)城市、區(qū)域、背景尺度全覆蓋，地面監(jiān)測與遙感監(jiān)測相結(jié)合，信息發(fā)布及時(shí)直觀。

2.1 地面監(jiān)測系統(tǒng)

地面監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)由監(jiān)測點(diǎn)位、數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控平臺、信息發(fā)布及區(qū)域化的監(jiān)測預(yù)警平臺等主要部分構(gòu)成，同時(shí)還應(yīng)建立相應(yīng)的、先進(jìn)的質(zhì)控實(shí)驗(yàn)室。

2.1.1 監(jiān)測點(diǎn)位及監(jiān)測項(xiàng)目

應(yīng)在城市、區(qū)域和背景三個(gè)尺度形成層次分明、功能完善的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，城市尺度的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)主要以現(xiàn)有城市空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為依托，根據(jù)不同的監(jiān)測目的，優(yōu)化監(jiān)測點(diǎn)位，建立更加合理的城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，了解城市空氣污染水平，并為治理城市污染、改善城市空氣質(zhì)量提供可靠和科學(xué)的監(jiān)測數(shù)據(jù)。區(qū)域尺度和背景尺度的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)主要圍繞環(huán)境保護(hù)部區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控目標(biāo)，以“三區(qū)九群”區(qū)域站、國家農(nóng)村站、國家大氣背景站為依托，逐步完善配備先進(jìn)的環(huán)境空氣監(jiān)測設(shè)備及相關(guān)設(shè)施，了解區(qū)域和背景地區(qū)的空氣污染水平，并為跨區(qū)域的空氣污染問題的解決提供科學(xué)數(shù)據(jù)。

圖1 現(xiàn)代化環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

2011年11月16日，環(huán)保部就《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（修訂稿）第二次公開征求社會意見，此次征求意見的新標(biāo)準(zhǔn)與原標(biāo)準(zhǔn)相比，在一般項(xiàng)目中增加了細(xì)粒子（PM2.5）標(biāo)準(zhǔn)、臭氧8小時(shí)標(biāo)準(zhǔn)等內(nèi)容。新標(biāo)準(zhǔn)將于2016年1月1日開始實(shí)施。為了滿足新標(biāo)準(zhǔn)的要求，需在現(xiàn)有的SO2、NO2和可吸入顆粒物(PM10)三項(xiàng)指標(biāo)基礎(chǔ)上增加本文對PM2.5監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建立和運(yùn)行進(jìn)行了策劃和論述。在監(jiān)測點(diǎn)位中增加細(xì)粒子（PM2.5）、O3和CO等自動監(jiān)測項(xiàng)目，同時(shí)還應(yīng)具備監(jiān)測總懸浮顆粒物（TSP）、氮氧化物（NOX）、鉛（Pb）、苯并［a］芘（BaP）、氟化物等項(xiàng)目的監(jiān)測能力。因此，在監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)建立相應(yīng)的監(jiān)測能力，并選擇一些監(jiān)測基礎(chǔ)較好、復(fù)合型空氣污染較重的地區(qū)開展具有前瞻性的試點(diǎn)監(jiān)測工作，開展PM1、VOCs、汞等對人體健康的危害、形成機(jī)理、治理措施及監(jiān)測技術(shù)等研究工作，為將來監(jiān)測項(xiàng)目的擴(kuò)大奠定良好的基礎(chǔ)并積累相關(guān)的原始數(shù)據(jù)。

有條件的城市或地區(qū)可配備一定數(shù)量的環(huán)境空氣自動監(jiān)測車，用于移動源的監(jiān)測或固定源的臨時(shí)監(jiān)測，同時(shí)可用于與固定臺站的比對測試工作。監(jiān)測車應(yīng)根據(jù)監(jiān)測目的的不同配備相應(yīng)的監(jiān)測設(shè)備和便攜式分析儀。

2.1.2 數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控平臺

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)是監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)最重要的基礎(chǔ)之一，新一代的空氣監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸和處理、質(zhì)控信息和數(shù)據(jù)核查需要集成建立在統(tǒng)一的VPN數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上。將目前分段中繼式的直聯(lián)網(wǎng)升級為點(diǎn)對點(diǎn)（或一點(diǎn)多發(fā)）的實(shí)時(shí)VPN數(shù)據(jù)傳輸和處理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，將目前分離的數(shù)據(jù)核查和質(zhì)控信息、日報(bào)和預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)等工作集成到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。即實(shí)現(xiàn)子站數(shù)據(jù)同時(shí)傳輸至多個(gè)數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)真正的實(shí)時(shí)傳輸。

以環(huán)境空氣自動監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)和核心的數(shù)據(jù)管理和運(yùn)用在環(huán)境管理中占有重要的地位，但在國家對自動監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)控、運(yùn)行管理、數(shù)據(jù)審核方面，存在一些明顯的不足，主要表現(xiàn)在：不能對監(jiān)測過程及結(jié)果進(jìn)行有效的質(zhì)量控制；未能充分體現(xiàn)出自動監(jiān)測在線、可視的特點(diǎn)；信息的加工處理能力差，無法形成綜合性的信息庫，不能滿足環(huán)保部門決策的需求等。建立監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)控監(jiān)控平臺能實(shí)現(xiàn)監(jiān)控及監(jiān)測數(shù)據(jù)信息化，提高信息采集、傳輸、處理的準(zhǔn)確性、時(shí)效性和自動化水平，為自動監(jiān)測過程提供監(jiān)控手段，實(shí)時(shí)監(jiān)控和展示國家監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的空氣質(zhì)量狀況，為決策提供依據(jù)，為環(huán)境保護(hù)更好地服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展創(chuàng)造條件。

通過現(xiàn)場控制器采集到的數(shù)據(jù)分為狀態(tài)數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)和質(zhì)量控制數(shù)據(jù)，其中監(jiān)測數(shù)據(jù)分為有效監(jiān)測數(shù)據(jù)和無效監(jiān)測數(shù)據(jù)，根據(jù)建立的數(shù)據(jù)有效性判別原則，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類管理，按照所指定的具體指標(biāo)和要求，將質(zhì)量管理體系的集約化數(shù)據(jù)規(guī)整、判別、審核，并將其與站房運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

按照一定的周期，以遠(yuǎn)程控制的自動化方式來實(shí)現(xiàn)檢查、校準(zhǔn)監(jiān)測設(shè)備工作，從而實(shí)現(xiàn)控制和保證子站監(jiān)測設(shè)備數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，克服、消減因儀器零點(diǎn)、跨度飄移和線性等因素造成的誤差（或不確定度）。

2.1.3 信息發(fā)布及區(qū)域化的監(jiān)測預(yù)警平臺

實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)發(fā)布、及時(shí)發(fā)布監(jiān)測預(yù)警信息等是為了做到真正保護(hù)人體健康的重要工作，實(shí)現(xiàn)預(yù)警信息發(fā)布、傳播、接收快捷高效的監(jiān)測預(yù)警體系是現(xiàn)代化環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的重要環(huán)節(jié)。

系統(tǒng)以監(jiān)測數(shù)據(jù)的流向?yàn)橐罁?jù)，總體劃分為現(xiàn)場監(jiān)測子站、通訊網(wǎng)絡(luò)、控制中心、用戶四個(gè)部分。將全國環(huán)境空氣自動監(jiān)測質(zhì)控網(wǎng)絡(luò)建成一個(gè)統(tǒng)一的管理平臺，用戶只需通過一個(gè)界面，就可以訪問到各個(gè)監(jiān)測子站的實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可以通過訂閱報(bào)警信息等手段，如采用手機(jī)、電子郵件等即時(shí)接收系統(tǒng)發(fā)來的監(jiān)測預(yù)警信息或儀器設(shè)備故障情況等信息，會手機(jī)短信。同時(shí)，中國環(huán)境監(jiān)測總站對傳送到控制中心的各種信息（包括監(jiān)測數(shù)據(jù)和儀器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)），按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)質(zhì)控管理程序?qū)ΡO(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性分析和判別，有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)以小時(shí)均值的方式存入共享數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)可以此生成日報(bào)、周報(bào)、月報(bào)等各種數(shù)據(jù)報(bào)表。

2.1.4 質(zhì)量保證/質(zhì)量控制中心

數(shù)據(jù)質(zhì)量是整個(gè)監(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性是監(jiān)測工作的重要內(nèi)容，因此應(yīng)建立國家級的質(zhì)控中心、省級和地市級質(zhì)控實(shí)驗(yàn)室，國家級的質(zhì)控中心每年不定期隨機(jī)對部分地市級監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行抽測，省級質(zhì)控實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)所有地市級質(zhì)控設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)溯源及質(zhì)量保證和控制工作，地市級質(zhì)控實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)所有監(jiān)測設(shè)備的質(zhì)量保證和控制工作。質(zhì)量保證和質(zhì)量控制措施和信息通過數(shù)據(jù)傳輸及網(wǎng)絡(luò)化質(zhì)控平臺實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁骷墧?shù)據(jù)中心平臺上。

2.2 空中監(jiān)測系統(tǒng)

2.2.1 雷達(dá)

利用多普勒天氣雷達(dá)、風(fēng)廓線雷達(dá)、偏振激光雷達(dá)等對沙塵暴天氣進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)報(bào)，已經(jīng)成為一種實(shí)用的監(jiān)測技術(shù)手段。韓經(jīng)緯等利用天氣雷達(dá)和T213數(shù)值預(yù)報(bào)產(chǎn)品資料對2005年發(fā)生在內(nèi)蒙古中的一次局地強(qiáng)沙塵暴和雷雨大風(fēng)天氣過程進(jìn)行了連續(xù)的監(jiān)測和分析，表明局地強(qiáng)沙塵暴發(fā)生前,動力、熱力場條件和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有利于強(qiáng)對流天氣的發(fā)生發(fā)展,沙塵暴發(fā)生區(qū)域,低層散度的輻合中心和垂直運(yùn)動的上升中心有很好的對應(yīng)關(guān)系,并與雷達(dá)資料的逆風(fēng)區(qū)相對應(yīng)。

2.2.2 航空測量

航空測量是指由飛機(jī)等航空器加載需要的設(shè)備，如攝影機(jī)、監(jiān)測設(shè)備等，按照設(shè)計(jì)的航線進(jìn)行飛行觀測的活動。王瑋等對長江三角洲、珠江三角洲及京津唐三大城市群開展了主要?dú)鈶B(tài)污染物（SO2、NOX、O3、顆粒物的質(zhì)量濃度、離子濃度、元素濃度、OC和EC濃度等）的航空測量研究，均得出客觀的結(jié)論。

2.2.3 高空科學(xué)氣球

來自美國環(huán)保署的國家風(fēng)險(xiǎn)管理研究實(shí)驗(yàn)室的空氣質(zhì)量研究人員在墨西哥灣漏油事件中采用熱氣球加載監(jiān)測設(shè)備的方法對漏油地點(diǎn)附近的空氣進(jìn)行采樣，半自動分析由于溢油燃燒產(chǎn)生的污染物，并評估暴露工作人員的健康危害。

熱氣球采樣方法是由美國環(huán)保署空氣質(zhì)量研究人員研發(fā)出來，用以測定爆炸、森林火災(zāi)、填埋垃圾的燃燒等所產(chǎn)生的有害廢物。熱氣球上可裝載18kg的儀器設(shè)備，在風(fēng)速小于47公里/小時(shí)的天氣條件下進(jìn)行采樣。裝載的設(shè)備可根據(jù)需要自主搭配，一般的采樣設(shè)備包括CO、CO2、粒徑從0.25到2.5微米的顆粒物以及其他有毒有害污染物，還可對周圍環(huán)境的溫度、相對濕度等氣象參數(shù)進(jìn)行觀測，同時(shí)可裝配GPS用于定位，以及攝像儀進(jìn)行實(shí)況錄像。

2008年，法國巴黎地區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測站采用一個(gè)空氣質(zhì)量熱氣球在半空漂浮，這個(gè)氣球可根據(jù)巴黎地區(qū)的空氣質(zhì)量改變顏色。綠色、橙黃色和紅色分別表示空氣質(zhì)量極佳、一般、較差，該氣球升空后，可在方圓40公里內(nèi)看到。這是一種直觀、有效的發(fā)布空氣質(zhì)量狀況的方法。

2.3 衛(wèi)星遙感系統(tǒng)

遙感監(jiān)測手段可以較好地調(diào)查大氣污染源的分布、污染源周圍的擴(kuò)散條件、污染物的擴(kuò)散影響范圍等，通常用植物對大氣環(huán)境的指示作用來判別城市大氣環(huán)境質(zhì)量狀況，生長正常的植物對紅外線的反射強(qiáng)，受到污染的植物對紅外線反射弱，因此，在彩色紅外像片上顏色有明暗區(qū)別，通過遙感監(jiān)測結(jié)果可對城市污染源及其擴(kuò)散影響、污染程度進(jìn)行分析研究。同時(shí)，結(jié)合監(jiān)測站點(diǎn)的資料可以定量化獲取大氣污染指標(biāo)，利用同一地物的不同光譜特性，通過一定的處理分析，可監(jiān)測城市中主要大氣污染物、顆粒大小及空間區(qū)域分布。結(jié)合彩色紅外遙感圖像及常規(guī)地面監(jiān)測數(shù)據(jù)，可建立城市大氣污染的評估模型。

遙感系統(tǒng)在環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.3.1 對大氣氣溶膠的監(jiān)測

高分辨率的衛(wèi)星遙感可彌補(bǔ)一般地面監(jiān)測系統(tǒng)難以反映氣溶膠空間分布及變化趨向的不足, 為城市污染分析、區(qū)域乃至全球氣候研究提供研究資料。李成才等利用NASAMODIS 氣溶膠光學(xué)厚度產(chǎn)品與北京市空氣污染指數(shù)進(jìn)行長期比較分析，結(jié)果表明，衛(wèi)星遙感氣溶膠光學(xué)厚度在經(jīng)過垂直和濕度影響兩方面的訂正后，可作為監(jiān)測顆粒物污染地面分布的一個(gè)有效手段。王雪梅等利用從TM衛(wèi)星數(shù)據(jù)直接定量提取區(qū)域大氣污染氣體累加濃度信息，結(jié)果表明所提取的污染信息對珠江口大氣污染狀況優(yōu)較客觀、形象的再現(xiàn)。

2.3.2 對臭氧層的監(jiān)測

自1978年以來, 科學(xué)家們利用搭載在Nimbus-7衛(wèi)星上的臭氧制圖光譜儀（TOMS）對大氣中的臭氧進(jìn)行了衛(wèi)星觀測, 開創(chuàng)了利用遙感手段對全球變化進(jìn)行研究的先河。胡順星等［13］利用激光雷達(dá)對對流層2km-3.6km 高度范圍的臭氧分布進(jìn)行了測量, 得到了比較精確的臭氧分布。

2.3.3 對沙塵暴的監(jiān)測

目前對沙塵暴的遙感監(jiān)測主要是利用MODIS和NOAA/ AVHRR 數(shù)據(jù)。厲青等通過分析沙塵暴的波譜響應(yīng)特征及EOS-Terra/MODIS傳感器通道的特點(diǎn)，提出了利用MODIS進(jìn)行沙塵暴監(jiān)測的熱紅外雙通道差值法、三通道彩色合成直方圖均衡增強(qiáng)法及基于雙通道域值的疊加分析法，認(rèn)為基于雙通道域值的疊加分析法是一種集定量、定性分析于一體的監(jiān)測方法，有利于對沙塵暴信息的準(zhǔn)確提取，可作為MODIS數(shù)據(jù)進(jìn)行沙塵暴監(jiān)測的有效手段。

章偉偉等采用EOSTerra/MODIS 數(shù)據(jù)通過分析沙塵暴的波譜特征和MODIS 傳感器通道的特點(diǎn), 采取基于雙通道閡值的疊加分析法對對內(nèi)蒙古的沙塵暴進(jìn)行了提取監(jiān)測。范一大等提出了利用NOAA/AVHRR數(shù)據(jù)提取沙塵暴信息和沙塵暴信息密度分割的方法, 經(jīng)與氣象數(shù)據(jù)對比驗(yàn)證, 結(jié)果比較滿意。

2.3.4 對二氧化碳、CH4的監(jiān)測

二氧化碳主要吸收帶為2.60-2.80μm，4.10-4.45μm，9.10-10.90μm，12.9-17.1μm，均處于紅外區(qū)，可用NOAA氣象衛(wèi)星搭載的多通道微波輻射計(jì)獲取信息。白文廣利用輻射傳輸模式模擬分析衛(wèi)星星下和臨邊觀測結(jié)果表明，在紅外3.3μm和2.3μm波段對0-5km高度處的CH4敏感性最高。

利用地理信息系統(tǒng)、衛(wèi)星及多源遙感數(shù)據(jù)紫外、可見光及近紅外波段的光譜信息定量反演大氣氣溶膠光學(xué)厚度、近地表二氧化硫、氮氧化物、碳氧化物、可吸入顆粒物、總懸浮顆粒物等參數(shù)，建立區(qū)域環(huán)境空氣變化遙感監(jiān)測實(shí)用化模型，利用地基驗(yàn)證和多源交叉定標(biāo)對衛(wèi)星氣溶膠及大氣成分反演結(jié)果進(jìn)行校正。

研究和集成衛(wèi)星、多源遙感數(shù)據(jù)和地面監(jiān)測點(diǎn)位環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的特征污染物信息提取技術(shù)、擴(kuò)散過程模擬與仿真技術(shù)、時(shí)空變化分析技術(shù)、可視化表達(dá)技術(shù)，開展區(qū)域環(huán)境空氣質(zhì)量遙感評價(jià)研究，綜合評估重點(diǎn)城市環(huán)境空氣污染和跨區(qū)域空氣污染狀況。

2.4 其他先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用

2.4.1 地理信息系統(tǒng)（GIS）

隨著監(jiān)測技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，將現(xiàn)代化環(huán)境監(jiān)測技術(shù)手段與計(jì)算機(jī)地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，形成環(huán)境信息演示、模擬、預(yù)測與應(yīng)急系統(tǒng)，將是環(huán)境監(jiān)測為環(huán)境決策服務(wù)的重要手段。為了能更好地利用大量的地面監(jiān)測數(shù)據(jù)，研究各污染物的來源和污染特性，更好地分析影響各污染物變化的因素，找到更有效的控制和治理措施，利用地理信息系統(tǒng)開展環(huán)境空氣質(zhì)量狀況的模擬演示，并開展預(yù)警信息系統(tǒng)平臺建設(shè)，利用高技術(shù)手段最終建立服務(wù)于政府、公眾和環(huán)境保護(hù)工作的環(huán)境監(jiān)測、演示、預(yù)測、預(yù)警信息平臺，這將使環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測水平跨上一個(gè)新臺階。

在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，根據(jù)遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、全球定位系統(tǒng)（GPS）相結(jié)合的3S技術(shù)，開發(fā)適合環(huán)境保護(hù)與監(jiān)測的集遙感、地理信息系統(tǒng)和三維定位技術(shù)于一體的綜合多功能技術(shù)平臺，將有利于環(huán)境要素、污染源的定位，實(shí)時(shí)并快速提供大面積地表建筑及周圍環(huán)境變化信息，利用地理信息系統(tǒng)將各要素及環(huán)境污染狀況在電子地圖上非常直觀的顯示出來，便于環(huán)境管理、公眾知情，是動態(tài)反應(yīng)城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況的有效方法。

2.4.2 模式研究

空氣質(zhì)量模式是大氣污染預(yù)報(bào)與控制的重要研究工具之一，數(shù)學(xué)模型可描述大氣污染物的物理化學(xué)性質(zhì)，通過探索大氣污染排放的時(shí)空規(guī)律，研究污染物在大氣中輸送、演變、清楚的過程。模式的開發(fā)涉及到大氣物理學(xué)、大氣化學(xué)、大氣動力學(xué)、大氣探測與遙感、計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多方面學(xué)科領(lǐng)域，是科學(xué)性、復(fù)雜性、綜合性很強(qiáng)的系統(tǒng)工程，在城市和區(qū)域、甚至全球空氣污染控制方面都具有較為廣闊的發(fā)展前景。

王自發(fā)等在北京奧運(yùn)空氣質(zhì)量保證工作中，利用模式研究北京及周邊地區(qū)空氣質(zhì)量特征及其對北京空氣質(zhì)量的影響，有效評價(jià)了奧運(yùn)空氣質(zhì)量保障措施效果，為背景奧運(yùn)空氣質(zhì)量保障提供了科學(xué)支撐。

3 結(jié)論與展望

以上研究表明，現(xiàn)代化的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是由地面監(jiān)測、遙感監(jiān)測和其他先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合的有機(jī)整體，同時(shí)加強(qiáng)質(zhì)量保證、質(zhì)量控制工作，建設(shè)先進(jìn)的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測預(yù)警平臺，實(shí)現(xiàn)城市、區(qū)域、背景尺度全覆蓋，地面監(jiān)測與遙感監(jiān)測相結(jié)合，信息發(fā)布及時(shí)直觀。為了適應(yīng)環(huán)保工作需要，為環(huán)境管理、綜合決策提供堅(jiān)實(shí)科技支持，為公眾提供優(yōu)質(zhì)環(huán)境信息服務(wù)，我國應(yīng)建立一個(gè)布局合理、覆蓋全面、功能齊全、指標(biāo)完整、運(yùn)行高效的國家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，充分利于激光雷達(dá)、環(huán)境衛(wèi)星等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測“天地一體化”的格局。

總之，現(xiàn)代化的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建立，將進(jìn)一步完善國家環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測能力，使之具備空氣質(zhì)量新標(biāo)準(zhǔn)全項(xiàng)目監(jiān)測能力，具備解決環(huán)保熱點(diǎn)問題（如灰霾、光化學(xué)污染等）的監(jiān)測能力，實(shí)現(xiàn)國務(wù)院和環(huán)保部提出的分四階段實(shí)現(xiàn)的貫徹環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的能力建設(shè)目標(biāo)。全面反映城市空氣質(zhì)量，使之與公眾感受接近一致，為公眾提供更全面及時(shí)的空氣質(zhì)量狀況信息。為環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對灰霾和光化學(xué)污染等的控制、管理。為政策制定、環(huán)境外交、環(huán)境國際合作、環(huán)境科學(xué)研究等提供支持和服務(wù)。

［1］ 韓經(jīng)緯，孟雪峰等．一次伴隨強(qiáng)沙塵天氣颮線的多普勒雷達(dá)回波特征［J］ ．氣象．2006，32（10）57-65.

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Concept of Modern Ambient Air Quality Monitoring Network

XIE Shuyan WANG Ruibin LI Jianjun ZHENG Haohao ZHANG Xin
(China National Monitoring Center, Beijing 100012)

The problems of recent ambient air monitoring center is stated in this paper, combine with secondary planet, remote sensing, aerial survey, geography information systems, and other modern environmental monitoring technologies, and propose modern ambient air quality monitoring network concept.

Modern; Ambient air quality monitoring network; Idea

X820.2

A

1673-288X（2012）04-0026-06

項(xiàng)目資助: 山地區(qū)域空氣質(zhì)量檢測點(diǎn)位布設(shè)技術(shù)研究（項(xiàng)目編號: 2009467010）

解淑艷, 碩士, 工程師