姚玉剛，顧 鈞，康曉風(fēng)，張仁泉，鄒 強(qiáng)

1．蘇州市環(huán)境監(jiān)測中心，江蘇省環(huán)境保護(hù)空氣復(fù)合污染監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 蘇州 215004

2．中國環(huán)境監(jiān)測總站，國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012

美國加州南岸空氣質(zhì)量管理局(SCAQMD)所轄地區(qū)的大氣污染問題由來已久。隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，20世紀(jì)40年代初洛杉磯已有汽車250 萬輛，每天消耗汽油 1.6 ×107L［1］，汽油燃燒后產(chǎn)生的碳?xì)浠衔锏仍谔栕贤饩€照射下引起光化學(xué)反應(yīng)，引發(fā)了舉世矚目的1955年和1970年洛杉磯煙霧事件。在長達(dá)60多年的霧霾治理過程中，SCAQMD所在的加利福尼亞州制定了嚴(yán)于美國其他地區(qū)的區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)(如2002年制定了嚴(yán)于國家標(biāo)準(zhǔn)的PM2.5標(biāo)準(zhǔn)，年均標(biāo)準(zhǔn)為12 μg/m3，嚴(yán)于當(dāng)時(shí)國家標(biāo)準(zhǔn)的15 μg/m3)［1］。由于城市空氣的流動(dòng)特點(diǎn)和污染物的跨區(qū)域傳輸，空氣污染防治突破了行政邊界的束縛。依據(jù)“空氣域”的劃分(地形條件與氣象特征類似的地區(qū))建立相應(yīng)的空氣質(zhì)量管理區(qū)(AQMD)，通過對(duì)管理區(qū)內(nèi)污染排放源的嚴(yán)格控制，1999—2007年洛杉磯PM2.5濃度下降了10%，1988—2007年 PM10濃度也穩(wěn)步下降［2］。

在加州南岸空氣質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好的過程中，空氣質(zhì)量監(jiān)測運(yùn)行管理體系也逐年完善，從而為空氣質(zhì)量科學(xué)決策和防治管理提供了至關(guān)重要的信息和制度保障。該文介紹了SCAQMD的空氣質(zhì)量監(jiān)測現(xiàn)狀、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局、顆粒物采樣方法和相關(guān)質(zhì)量管理體系。通過借鑒加州南岸空氣質(zhì)量監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)(特別是運(yùn)行管理模式)，對(duì)于指導(dǎo)現(xiàn)階段我國城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測運(yùn)行管理具有極高的參考價(jià)值。

1 加州南岸地區(qū)空氣質(zhì)量監(jiān)測現(xiàn)狀

1.1 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測

SCAQMD空氣質(zhì)量管理流程可分為空氣質(zhì)量監(jiān)測、管理計(jì)劃、法規(guī)和規(guī)范編制、許可證制度和執(zhí)行績效評(píng)估等。其中空氣質(zhì)量監(jiān)測是評(píng)估法律法規(guī)實(shí)施效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是制定控制措施的重要依據(jù)［3］。監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用范圍包括獲取背景值、高濃度(熱點(diǎn))區(qū)域識(shí)別、污染物傳輸評(píng)價(jià)、人群健康暴露水平、監(jiān)測點(diǎn)代表性、判斷污染源影響、判別污染物趨勢、評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)可比性和發(fā)布實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)等。

SCAQMD環(huán)境空氣監(jiān)測主要目標(biāo):①符合美國環(huán)保局(USEPA)規(guī)范需求(涉及污染物標(biāo)準(zhǔn)、PM2.5組分、O3前體物、痕量氣體、空氣毒理等方面)。②監(jiān)測數(shù)據(jù)具有代表性(時(shí)空代表性和可比性)。以環(huán)境空氣中的Pb為例，監(jiān)測對(duì)象主要分為污染源(年排放量超1 t)、機(jī)場(年排放量超1 t)和非污染源(常規(guī)污染物監(jiān)測站點(diǎn)中篩選出人口超過50萬的地區(qū))。監(jiān)測頻率為每6 d監(jiān)測1 次，每次采集樣品 24 h［4］。

1.2 監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局

SCAQMD承擔(dān)加州南岸地區(qū)各類監(jiān)測任務(wù)，包括常規(guī)污染物、光化學(xué)污染、毒性空氣污染物趨勢和顆粒物化學(xué)組分監(jiān)測等。截至2014年7月，SCAQMD管轄區(qū)域內(nèi)設(shè)有42個(gè)空氣監(jiān)測站，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)污染物監(jiān)測目的可劃分為高濃度(HC)、人口暴露(PE)、源解析(IM)、背景站(BK)4類，從空間尺度也可分為微型(MI)、中型(MS)、街區(qū)(NS)、城市(US)4類。監(jiān)測項(xiàng)目主要包括 SO2、CO、NO2、O3、PM10、PM2.5、Pb 和SO4［5］。監(jiān)測要素并非均勻地分布在各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(如Ontario Near Road監(jiān)測點(diǎn)僅監(jiān)測NO2，而Rubidoux監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測8種污染物)，與該監(jiān)測點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)類型相關(guān)。

SCAQMD向USEPA提交年度監(jiān)測網(wǎng)計(jì)劃(Planning)，在正式提交前需對(duì)外公示。公示內(nèi)容包括監(jiān)測點(diǎn)優(yōu)化布局、設(shè)備更新等監(jiān)測內(nèi)容。經(jīng)過30 d的評(píng)議期和公眾參與，公眾可在公示期間對(duì)監(jiān)測計(jì)劃提出疑問和建議［3］。

1.3 空氣監(jiān)測項(xiàng)目

從樣品采集到實(shí)驗(yàn)室分析是一個(gè)綜合過程，質(zhì)量控制和質(zhì)量保證是貫穿環(huán)境監(jiān)測全過程的技術(shù)手段和管理程序［6］。USEPA要求各州進(jìn)行化學(xué)組分采樣，以確定源清單和污染物變化趨勢［7］。SCAQMD監(jiān)測點(diǎn)同時(shí)采用聯(lián)邦參比方法(FRM)和聯(lián)邦等效方法(FEM)進(jìn)行監(jiān)測。以顆粒物為例，重量法作為FRM評(píng)價(jià)方法應(yīng)用于考核顆粒物是否達(dá)標(biāo)。而FEM方法用來評(píng)估FRM方法的精確度。SCAQMD環(huán)境空氣手工采樣可分為階段性和全周期采樣。采樣項(xiàng)目包括TSP、PM10、PM2.5、金屬組分、碳質(zhì)元素、揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、毒性物質(zhì)和顆粒物化學(xué)組分。采樣器通過不同種類的濾紙(如Teflon濾膜、石英濾膜等)進(jìn)行采集。此外，部分監(jiān)測點(diǎn)還設(shè)置了USEPA和加州空氣資源局(CEPA)的平行手工采樣設(shè)備，用于比對(duì)監(jiān)測。自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備包括 CO、SO2、NO2、O3、PM2.5、PM10和氣象參數(shù)，與目前我國在用設(shè)備大體相同。

數(shù)據(jù)分析包括單站超標(biāo)時(shí)段、峰值區(qū)域和受影響人群的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估(HRA)等多個(gè)方面。在全面評(píng)估現(xiàn)有污染水平的基礎(chǔ)上改進(jìn)大氣污染防治規(guī)劃，分步驟執(zhí)行達(dá)標(biāo)規(guī)劃。

1.4 監(jiān)測質(zhì)量管理

SCAQMD的質(zhì)量管理體系包括監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃(組織、歸檔和培訓(xùn))、全流程執(zhí)行(方法、質(zhì)量控制)、績效評(píng)估(性能評(píng)估、系統(tǒng)審計(jì)和糾正措施)和質(zhì)量報(bào)告(認(rèn)證)。從質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的驅(qū)動(dòng)力來看，美國由法律制度保障，建立了諸多法律法規(guī)體系及管理制度［8］。

SCAQMD質(zhì)量管理目標(biāo):①保證數(shù)據(jù)質(zhì)量達(dá)到或超過期望標(biāo)準(zhǔn)(聯(lián)邦、州或特定目標(biāo)，如健康研究、社區(qū)監(jiān)測和政府補(bǔ)償);②評(píng)估數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍(數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)DQO、有效性評(píng)估)。

數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)(DQO)是使收集數(shù)據(jù)的類型、數(shù)量及環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量滿足數(shù)據(jù)庫的潛在用途，同時(shí)避免收集不必要的、重復(fù)的、過度精確的數(shù)據(jù)。該工作通過定義標(biāo)準(zhǔn)使數(shù)據(jù)收集設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)，包括收集何時(shí)、何地、采樣數(shù)量以及如何控制采集樣品的質(zhì)量。為保障質(zhì)量保證中數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，評(píng)估流程包括數(shù)據(jù)完整性、校準(zhǔn)、內(nèi)/外審、評(píng)價(jià)/糾錯(cuò)、報(bào)送、回顧、驗(yàn)證、校正以及數(shù)據(jù)質(zhì)量目標(biāo)的比對(duì)，并根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)對(duì)質(zhì)量控制/質(zhì)量保證手冊(cè)進(jìn)行修訂。質(zhì)量控制的體現(xiàn)則通過檢查/測試耗材、設(shè)備和儀器工況，評(píng)估數(shù)據(jù)的不確定度。根據(jù)置信區(qū)間(校準(zhǔn)、空白、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、重復(fù)和重現(xiàn)等)判斷監(jiān)測數(shù)據(jù)是否超出范圍。

2 空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行管理體系比較

2.1 管理架構(gòu)

從管理架構(gòu)來看，SCAQMD環(huán)境管理的整體架構(gòu)是通過聯(lián)邦-州-地方三級(jí)得到確立的，形成了國家法律-USEPA環(huán)保法規(guī)-州(地方)法規(guī)相對(duì)應(yīng)的三級(jí)環(huán)境制度，各司其職(表1)。《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》第六條明確規(guī)定:地方各級(jí)人民政府應(yīng)當(dāng)對(duì)本行政區(qū)域的環(huán)境質(zhì)量負(fù)責(zé)［9］，國家層面的環(huán)境行政機(jī)構(gòu)的建制相對(duì)薄弱，國家-省-地市-縣(市)環(huán)保部門之間尚未明確劃分工作范圍，各級(jí)行政部門之間的權(quán)責(zé)有待于進(jìn)一步厘清。

表1 美國各級(jí)環(huán)保部門主要工作范圍

2.2 環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)

SCAQMD執(zhí)行美國國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NAAQS)，一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)象為保護(hù)人體健康;二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要對(duì)象為保護(hù)自然生態(tài)及公眾福利［6，10］。與我國空氣質(zhì)量類別劃分和表征顏色均相同，區(qū)別在于我國傾向于描述污染程度，SCAQMD則關(guān)注健康風(fēng)險(xiǎn)(表2)。

表2 空氣質(zhì)量類別和表征顏色對(duì)照

以PM2.5為例，SCAQMD的每日環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)小于200時(shí)，PM2.5濃度限值均嚴(yán)于 GB 3095—2012，而大于200時(shí)則與我國一致(表3)。且SCAQMD從監(jiān)測點(diǎn)入手評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量超標(biāo)情況，相比 HJ 663—2013更為嚴(yán)格［11］。

區(qū)別:我國現(xiàn)行環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)評(píng)價(jià)體系中SO2和CO的評(píng)價(jià)時(shí)段比SCAQMD長;我國SO2、PM2.5和Pb的污染物濃度限值相比SCAQMD寬松;我國O3、NO2和CO的污染物濃度限值相比SCAQMD嚴(yán)格，但在允許超標(biāo)次數(shù)上卻沒有限制。

表3 PM2.5質(zhì)量濃度與對(duì)應(yīng)環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)一覽表

表4 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比

2.3 PM2.5考核指標(biāo)對(duì)比

USEPA將各州和有關(guān)機(jī)構(gòu)提交的空氣質(zhì)量監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一審核，據(jù)此劃分未達(dá)標(biāo)區(qū)域［6］。SCAQMD作為未達(dá)標(biāo)區(qū)域，每4年制定一次空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)規(guī)劃。空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了時(shí)均尺度、日均尺度和年均尺度，除標(biāo)準(zhǔn)外，還規(guī)定了污染物達(dá)標(biāo)的統(tǒng)計(jì)要求。達(dá)標(biāo)的統(tǒng)計(jì)要求是指規(guī)定在一定時(shí)間內(nèi)以統(tǒng)計(jì)方式獲得的污染物平均濃度水平不能超標(biāo)的次數(shù)限制。歐盟PM2.5也采用年均濃度考核，以2010年作為目標(biāo)值頒布執(zhí)行，在2015年必須正式執(zhí)行。歐盟標(biāo)準(zhǔn)還制定了中長期細(xì)顆粒物達(dá)標(biāo)的目標(biāo)值，2015 年為 20 μg/m3，2020 年為 18 μg/m3［12］。

根據(jù)《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施情況考核辦法(試行)實(shí)施細(xì)則》要求，長三角地區(qū)以2013年為基準(zhǔn)值，2014、2015、2016年度 PM2.5年均濃度下降比例達(dá)到《目標(biāo)責(zé)任書》核定空氣質(zhì)量改善目標(biāo)(比2013年下降20%)的逐年下降比例為10%、35%、65%，PM10年均濃度(比2013年下降10%)的逐年下降比例為10%、30%、60%。即使完成考核要求，與歐、美目標(biāo)值仍有較大差距。

3 SCAQMD經(jīng)驗(yàn)對(duì)我國環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測工作的啟示

3.1 試行“空氣質(zhì)量管理區(qū)”模式

我國國家層面一直在探索如何開展區(qū)域內(nèi)的聯(lián)防聯(lián)控，但由于我國大氣污染控制的思路以“屬地管理”為主，各個(gè)城市發(fā)展水平參差不齊。美國不但在州與州之間建立了區(qū)域協(xié)調(diào)合作機(jī)制，而且在州內(nèi)將地形條件與氣象特征類似的地區(qū)劃分為一個(gè)“空氣域”，依據(jù)“空氣域”的劃分建立相應(yīng)的空氣質(zhì)量管理區(qū)(如SCAQMD)，在管理區(qū)內(nèi)開展聯(lián)防聯(lián)控工作，通過協(xié)調(diào)合作、統(tǒng)籌管理，高效率地提升區(qū)域空氣質(zhì)量。從管理模式上避免了各自為政、相互推諉。

建議我國在大氣污染自然特性類似的地區(qū)，小到區(qū)縣，大到地市，可實(shí)施統(tǒng)一的環(huán)境準(zhǔn)入制度，建立大氣污染環(huán)境準(zhǔn)入政策，并且在同級(jí)管理部門之間建立良好的協(xié)同控制機(jī)制，自下而上地開展一些試點(diǎn)，進(jìn)而擴(kuò)展到更大的區(qū)域，建立類似區(qū)域空氣質(zhì)量管理委員會(huì)和專家委員會(huì)的中立機(jī)構(gòu)，積極探索有利于聯(lián)防聯(lián)控的新機(jī)制、新模式。

3.2 開展專項(xiàng)研究網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

USEPA已經(jīng)建立了多層次管理體系(地方、州、國家3級(jí)層面)，發(fā)展趨勢從常規(guī)監(jiān)測、光化學(xué)煙霧、顆粒物化學(xué)組分、人體健康與空氣污染的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，包括:常規(guī)污染物監(jiān)測項(xiàng)目(SLAMS)、光化學(xué)評(píng)估監(jiān)測站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(PAMS)、PM2.5化學(xué)組分分析(CSN)網(wǎng)絡(luò)、國家空氣毒性趨勢監(jiān)測站點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(NATTS)、特殊目的監(jiān)測、糾紛和應(yīng)急監(jiān)測、大氣超級(jí)監(jiān)測站。具體到SCAQMD，其下轄監(jiān)測點(diǎn)作為 SLAMS、PAMS、NATTS和CSN等監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的成員，監(jiān)測要素設(shè)置因監(jiān)測點(diǎn)類型不同而異。

根據(jù)中國區(qū)域性復(fù)合型大氣污染特征，應(yīng)針對(duì)影響空氣質(zhì)量的重點(diǎn)環(huán)境問題設(shè)立專項(xiàng)研究網(wǎng)絡(luò)，以便于今后開展空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化方法與技術(shù)研究［13］，進(jìn)一步優(yōu)化城市尺度監(jiān)測點(diǎn)布局，科學(xué)調(diào)整點(diǎn)監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測項(xiàng)目。例如，在人口密度高、污染嚴(yán)重的城市監(jiān)測點(diǎn)，建立光化學(xué)煙霧監(jiān)測網(wǎng)絡(luò);在農(nóng)村區(qū)域建立酸沉降監(jiān)測網(wǎng)、汞沉降監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。整合監(jiān)測資源和科研力量，充分利用監(jiān)測數(shù)據(jù)開展重點(diǎn)環(huán)境問題的大氣環(huán)境科學(xué)研究，基于大氣污染形成機(jī)理為空氣質(zhì)量管理提供科學(xué)支撐。

3.3 開展手工監(jiān)測采樣和顆粒物化學(xué)組分分析

顆粒物監(jiān)測為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施提供信息(即辨識(shí)污染源，確認(rèn)是否達(dá)標(biāo))，為健康效應(yīng)、生態(tài)效應(yīng)以及輻射效應(yīng)的確定提供方法。在當(dāng)前自動(dòng)監(jiān)測廣泛應(yīng)用的背景下，歐美環(huán)境空氣監(jiān)測中手工監(jiān)測采樣和顆粒物化學(xué)組分分析依然是空氣質(zhì)量監(jiān)測中必不可少的內(nèi)容［12］。在監(jiān)測方法上，歐洲以重量法作為大氣顆粒物濃度的參比方法，同時(shí)廣泛應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)測方法，并形成完善的等效方法認(rèn)證程序和校正系數(shù)使用規(guī)范［14］。美國對(duì)顆粒物化學(xué)組分的監(jiān)測技術(shù)日趨成熟，監(jiān)測結(jié)果有助于解釋大氣中各種污染物濃度水平成因，從而為污染物減排和空氣質(zhì)量管理措施提供決策依據(jù)。FEM也得到了廣泛應(yīng)用，美國現(xiàn)行PM2.5監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中，微量震蕩天平法(TEOM)約占62%，β射線法為28%［15］。國內(nèi)已有學(xué)者建議在部分城市試點(diǎn)開展PM2.5化學(xué)組分監(jiān)測［3］。

考慮到顆粒物化學(xué)組分對(duì)于來源解析和源清單調(diào)查有重要指示意義，建議在環(huán)境空氣監(jiān)測日常業(yè)務(wù)中逐步引入手工采樣和顆粒物化學(xué)組分監(jiān)測，進(jìn)一步增強(qiáng)環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的可驗(yàn)證性。

3.4 提升數(shù)據(jù)挖掘水平，服務(wù)管理決策

SCAQMD近期研究認(rèn)為中國排放量的約1/5將會(huì)直接影響美國、歐洲和其他西半球國家［16］。但上述觀點(diǎn)更多是依靠先進(jìn)技術(shù)手段、模型的模擬，有待于進(jìn)一步數(shù)據(jù)支撐和檢驗(yàn)。英國學(xué)者則認(rèn)為，如果大氣遭受污染，北美的污染氣團(tuán)可以越過海洋到達(dá)歐洲，歐洲的污染氣團(tuán)向東繼續(xù)漂流，到達(dá)俄羅斯和亞洲?？蛇@并不意味著歐洲一定會(huì)遭受美國的污染，或者亞洲會(huì)遭受遙遠(yuǎn)西方的污染，因?yàn)榇髿獗旧砭哂凶詢裟芰Γ?7］。

建議我國在環(huán)境空氣監(jiān)測科研業(yè)務(wù)中深入挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)，強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總分析［18］，與科研部門加強(qiáng)業(yè)務(wù)合作，綜合采用模型、模擬和實(shí)測值相結(jié)合的方法，得出有針對(duì)性的管理建議，進(jìn)而提升為環(huán)境管理決策服務(wù)的水平。

4 結(jié)語

理想的空氣質(zhì)量管理模式應(yīng)當(dāng)是以“空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)”為主要目標(biāo)，由專業(yè)機(jī)構(gòu)和人員對(duì)轄區(qū)的空氣質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理，對(duì)存在以及潛在的問題做出及時(shí)反應(yīng)的管理模式。SCAQMD在過去近40年間的環(huán)境空氣質(zhì)量運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)非常值得我國借鑒和學(xué)習(xí)。我國現(xiàn)行的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測面臨諸多挑戰(zhàn)和困難，涉及管理、技術(shù)、科研(污染特征、健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面)、業(yè)務(wù)、人才儲(chǔ)備等多方面的變革和創(chuàng)新。本文通過介紹SCAQMD的空氣質(zhì)量監(jiān)測現(xiàn)狀、監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)布局、顆粒物采樣方法和質(zhì)量管理體系，綜合比較了現(xiàn)行環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)、管理架構(gòu)和PM2.5考核方法，側(cè)重從運(yùn)行管理角度提出了一些有利于空氣質(zhì)量監(jiān)測工作健康發(fā)展的建議，供管理者決策參考。

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