車 飛,宋英石,高 健,張?jiān)懒?,柴發(fā)合
中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012
中國(guó)大氣超級(jí)站發(fā)展與展望:基于問(wèn)卷調(diào)研的統(tǒng)計(jì)研究
車 飛,宋英石,高 健,張?jiān)懒?,柴發(fā)合
中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院,北京 100012
大氣環(huán)境綜合觀測(cè)研究站(簡(jiǎn)稱大氣超級(jí)站)是開(kāi)展大氣環(huán)境污染綜合立體觀測(cè)、進(jìn)行大氣重污染過(guò)程污染特征動(dòng)態(tài)表征、深入分析大氣污染成因的重要平臺(tái)。了解中國(guó)當(dāng)前不同地區(qū)大氣超級(jí)站的建設(shè)和應(yīng)用現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及發(fā)展需求,有利于科學(xué)指導(dǎo)和規(guī)范中國(guó)大氣超級(jí)站的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)維和應(yīng)用,提高其在大氣重污染過(guò)程應(yīng)急管控和空氣質(zhì)量改善中的技術(shù)支撐能力。研究通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)60余個(gè)大氣超級(jí)站進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)研,綜述了中國(guó)目前大氣超級(jí)站的現(xiàn)狀,并基于統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果,對(duì)中國(guó)大氣超級(jí)站發(fā)展提出建議。
大氣環(huán)境;超級(jí)站;綜合觀測(cè);運(yùn)維;應(yīng)用
大氣環(huán)境綜合觀測(cè)研究站(簡(jiǎn)稱大氣超級(jí)站)是利用先進(jìn)儀器、綜合全面地監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量的高度專業(yè)化、設(shè)備完善的空氣環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)施[1]。與城市環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站、區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站、背景值監(jiān)測(cè)站等不同,大氣超級(jí)站觀測(cè)設(shè)備自動(dòng)化、探測(cè)空間立體化、觀測(cè)項(xiàng)目綜合化,可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、多維度協(xié)同觀測(cè)。基于大氣超級(jí)站觀測(cè)所得大量環(huán)境綜合數(shù)據(jù)開(kāi)展深入挖掘分析,可為大氣環(huán)境污染特征評(píng)估及成因溯源提供重要的技術(shù)支撐。
國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)在大氣超級(jí)站建設(shè)方面開(kāi)展了大量工作,積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。為研究不同地區(qū)顆粒物的化學(xué)組成、前體物及其來(lái)源和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律,明確顆粒物濃度、人體暴露與健康效應(yīng)之間的關(guān)系,美國(guó)環(huán)保署于1999年提出“顆粒物超級(jí)站項(xiàng)目”,并先后分2個(gè)階段建立了8個(gè)顆粒物超級(jí)站[2]。2006—2011年,在歐盟資助下,歐洲建立了由20個(gè)高質(zhì)量的地面監(jiān)測(cè)站組成的“歐洲氣溶膠研究超級(jí)站”網(wǎng)絡(luò),旨在通過(guò)集成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化方法對(duì)氣溶膠理化和光學(xué)特性進(jìn)行長(zhǎng)期觀測(cè)研究[3]。韓國(guó)灰霾監(jiān)測(cè)超級(jí)站的建設(shè),主要用于研究灰霾的污染規(guī)律、區(qū)域傳輸特征以及污染源與受體的關(guān)系,其監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的Gosan超級(jí)站和kwangju超級(jí)站是“亞太地區(qū)氣溶膠特征實(shí)驗(yàn)(ACE-Asia)”的重要觀測(cè)站點(diǎn)[4-6]。此外,在中國(guó)臺(tái)灣和香港地區(qū)也建立了一些大氣超級(jí)站(如臺(tái)灣北部懸浮顆粒超級(jí)測(cè)站和南部空氣質(zhì)量超級(jí)測(cè)站[7],及香港設(shè)立的首個(gè)致力于解決當(dāng)?shù)嘏c珠三角地區(qū)空氣污染問(wèn)題的香港科技大學(xué)空氣質(zhì)量研究超級(jí)站[8])。
目前中國(guó)在大氣超級(jí)站建設(shè)方面仍處于起步階段,2012年廣東地區(qū)的大氣觀測(cè)超級(jí)站——廣東江門(mén)鶴山超級(jí)站正式運(yùn)行[9],之后,各地在超級(jí)站建設(shè)方面積極探索,積累了一定的基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。由于建設(shè)耗資巨大,運(yùn)維難度較大,以往超級(jí)站的建設(shè)和運(yùn)維多依托科研單位,用于開(kāi)展典型季節(jié)短期強(qiáng)化觀測(cè)研究。近年來(lái),隨著監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展和監(jiān)測(cè)能力的不斷提高,環(huán)境監(jiān)測(cè)部門(mén)也著手大力開(kāi)展大氣超級(jí)站的建設(shè)。但由于超級(jí)站的建設(shè)、運(yùn)維以及應(yīng)用的要求較高,需要監(jiān)測(cè)部門(mén)投入極大人力物力。此外,在大氣超級(jí)站業(yè)務(wù)化運(yùn)行過(guò)程中,如何有效保證數(shù)據(jù)質(zhì)量、提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性、保證超級(jí)站整體運(yùn)行的穩(wěn)定性等,也面臨很多技術(shù)難題。研究通過(guò)問(wèn)卷方式,開(kāi)展全國(guó)范圍內(nèi)的大氣超級(jí)站調(diào)研,并通過(guò)調(diào)研結(jié)果的分析和討論,總結(jié)了大氣超級(jí)站在建設(shè)、運(yùn)維及應(yīng)用方面存在的主要問(wèn)題,并提出大氣超級(jí)站未來(lái)發(fā)展的建議。
根據(jù)環(huán)境保護(hù)部監(jiān)測(cè)司工作項(xiàng)目“中國(guó)大氣環(huán)境綜合觀測(cè)研究站現(xiàn)狀調(diào)研”要求,中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院于2016年1月開(kāi)始編寫(xiě)“大氣環(huán)境綜合觀測(cè)研究站(超級(jí)站)調(diào)研問(wèn)卷”,并基于該問(wèn)卷開(kāi)展超級(jí)站調(diào)研。該問(wèn)卷共分為5個(gè)部分:①超級(jí)站的基本信息及建設(shè)目的,包括名稱、建設(shè)時(shí)間、方式、目的、選點(diǎn)代表性等;②能力建設(shè)及運(yùn)維情況,主要關(guān)注超級(jí)站規(guī)模、配套設(shè)施及運(yùn)行維護(hù)、管理規(guī)章制度、運(yùn)行成本構(gòu)成及經(jīng)費(fèi)來(lái)源;③數(shù)據(jù)質(zhì)量控制,包括日常巡檢、儀器校準(zhǔn)及數(shù)據(jù)處理規(guī)程、質(zhì)控制度、內(nèi)部考核及獎(jiǎng)懲機(jī)制等方面;④數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用情況,主要關(guān)注數(shù)據(jù)分析、解讀及討論機(jī)制以及數(shù)據(jù)在大氣管理決策中的應(yīng)用情況;⑤對(duì)未來(lái)中國(guó)大氣超級(jí)站發(fā)展的需求,分別從未來(lái)建設(shè)規(guī)劃、建設(shè)技術(shù)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的制定、聯(lián)網(wǎng)及數(shù)據(jù)共享等方面設(shè)置了問(wèn)題。問(wèn)卷設(shè)計(jì)題目類型包括填空題、單選題和多選題。問(wèn)卷主要采用自填式調(diào)查方法,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)起問(wèn)卷的形式,被調(diào)查者自行登錄網(wǎng)站答題或通過(guò)微信鏈接答題。調(diào)研發(fā)出65份問(wèn)卷,最終收回61份有效問(wèn)卷,其中24份網(wǎng)頁(yè)答卷,37份手機(jī)答卷,涉及全國(guó)21個(gè)省、自治區(qū)、直轄市,32個(gè)城市(港、澳、臺(tái)地區(qū)暫未參與調(diào)研),見(jiàn)表1。
表1 調(diào)研問(wèn)卷回收情況Table 1 Questionnaires in each region
調(diào)研問(wèn)卷的統(tǒng)計(jì)方法為在線統(tǒng)計(jì)分析,圖表在線生成。問(wèn)卷信息匯總采用Microsoft excel 2013軟件。
2.1超級(jí)站建設(shè)基本情況
根據(jù)問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,目前全國(guó)已建成48個(gè)超級(jí)站,建設(shè)中的有8個(gè),計(jì)劃籌建的有5個(gè),已建成超級(jí)站占調(diào)研總數(shù)的77.1%,全國(guó)大部分超級(jí)站處于建成和投入使用的狀態(tài)。其中75.4%的超級(jí)站是分批次投入建設(shè)或籌建的,僅24.6%的超級(jí)站是一次性投入建成或在建(籌建)。
關(guān)于超級(jí)站的建設(shè)目的,問(wèn)卷設(shè)置了“污染特征表征”“科學(xué)研究”“重污染應(yīng)急”“管理決策支撐”和“提升能力”5個(gè)選項(xiàng),調(diào)研顯示,大部分超級(jí)站用來(lái)進(jìn)行污染特征表征、科學(xué)研究、管理決策支撐等,用于重污染應(yīng)急的超級(jí)站占55.7%。
超級(jí)站隸屬部門(mén)信息顯示,調(diào)研超級(jí)站有68.9%隸屬于環(huán)保廳(局),14個(gè)隸屬于大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等科研機(jī)構(gòu),占調(diào)研總數(shù)的23.0%,2個(gè)隸屬于氣象局,另外還有3個(gè)隸屬于其他單位。隸屬于環(huán)保廳(局)的多為業(yè)務(wù)應(yīng)用需要,隸屬于科研單位的主要是用于科學(xué)研究。所有站點(diǎn)中有超過(guò)一半(52.5%)的超級(jí)站設(shè)計(jì)和建設(shè)任務(wù)是由監(jiān)測(cè)站負(fù)責(zé)的,有23個(gè)是由環(huán)科院、大學(xué)或科研院所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)和建設(shè)的,占所有站點(diǎn)的37.7%,有3個(gè)是由公司設(shè)計(jì)和建設(shè)的。
調(diào)研結(jié)果亦顯示,85.3%的超級(jí)站在建設(shè)之前經(jīng)過(guò)了規(guī)劃,有9個(gè)未經(jīng)過(guò)規(guī)劃,這9個(gè)站中有8個(gè)隸屬于當(dāng)?shù)丨h(huán)保廳(局),1個(gè)隸屬于大學(xué)。此外,72.1%的超級(jí)站在建設(shè)前進(jìn)行了國(guó)內(nèi)調(diào)研,有17個(gè)未進(jìn)行調(diào)研,其主要原因是這些站點(diǎn)建設(shè)時(shí)間比較早(2004—2012年),當(dāng)時(shí)可供參考的國(guó)內(nèi)超級(jí)站數(shù)量較少。另有部分超級(jí)站仍在籌建中,尚未進(jìn)行調(diào)研。
經(jīng)調(diào)研超級(jí)站轄區(qū)內(nèi)其他超級(jí)站建設(shè)情況發(fā)現(xiàn),有52.5%的超級(jí)站表示在轄區(qū)內(nèi)已有科研單位或環(huán)保系統(tǒng)內(nèi)業(yè)務(wù)單位建成或正在籌建超級(jí)站,表明超級(jí)站存在一定的重復(fù)建設(shè)問(wèn)題。針對(duì)轄區(qū)內(nèi)有超級(jí)站的情況,問(wèn)卷詳細(xì)調(diào)研了轄區(qū)內(nèi)超級(jí)站與調(diào)研超級(jí)站的關(guān)系。結(jié)果顯示,兩者是上下級(jí)隸屬關(guān)系的有7個(gè)(22.6%),有科研合作關(guān)系的為12個(gè)(38.7%),是業(yè)務(wù)協(xié)同合作關(guān)系的有4個(gè)(12.9%),兩者之間沒(méi)有關(guān)系的有8個(gè)(25.8%)。從這些關(guān)系類型上看,有些站點(diǎn)確實(shí)存在重復(fù)建設(shè)的情況,且部分超級(jí)站之間的聯(lián)系與合作不夠充分。
此次調(diào)研也涉及了超級(jí)站的預(yù)算投入金額。問(wèn)卷將投入金額分為“0~2 000萬(wàn)元”“2 000~3 000萬(wàn)元”和“3 000~5 000萬(wàn)元”3檔。調(diào)研發(fā)現(xiàn),47.5%的超級(jí)站已投入或規(guī)劃預(yù)算金額在0~2 000萬(wàn)元區(qū)間,36.1%的超級(jí)站投入2 000~3 000萬(wàn)元,有16.4%的超級(jí)站投入3 000~5 000萬(wàn)元。超級(jí)站投入金額差異較大,這與其監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和配置的設(shè)備量等應(yīng)有較大關(guān)系。
從超級(jí)站的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位分布上看,75.4%的超級(jí)站分布在城市,僅有11.5%的超級(jí)站分布在郊區(qū),分布在清潔對(duì)照點(diǎn)、下風(fēng)向站點(diǎn)和工業(yè)區(qū)的超級(jí)站各占3.3%,沒(méi)有路邊站。超級(jí)站監(jiān)測(cè)區(qū)域主要集中在城市,而其他類型的區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)位明顯不足。
2.2超級(jí)站能力建設(shè)情況
2.2.1 觀測(cè)方式
超級(jí)站觀測(cè)方式包括3種(長(zhǎng)期一般性運(yùn)行、長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化運(yùn)行和研究性強(qiáng)化觀測(cè))。調(diào)研的所有超級(jí)站中,長(zhǎng)期一般性運(yùn)行、長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化運(yùn)行和研究性強(qiáng)化觀測(cè)分別占29.5%、37.7%和32.8%。有23個(gè)長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化運(yùn)行超級(jí)站,其中有20個(gè)屬于環(huán)保廳(局);有20個(gè)研究性強(qiáng)化觀測(cè)超級(jí)站,其中10個(gè)隸屬于科研院所和大學(xué),10個(gè)隸屬于環(huán)保廳(局),可見(jiàn)不但科研院所和高校注重研究性強(qiáng)化觀測(cè),一些監(jiān)測(cè)站也開(kāi)始重視強(qiáng)化觀測(cè)的研究。
中國(guó)不同地區(qū)間超級(jí)站觀測(cè)方式的比較如圖1所示,可以看出,華北、華中和華東地區(qū)的長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化運(yùn)行超級(jí)站比例較高(40%以上),西北和西南地區(qū)比例較低(25%及以下)。研究性強(qiáng)化觀測(cè)方面,華南地區(qū)比例最高(100%),華北和西南地區(qū)次之,東北、華東及西北地區(qū)較低。特別需要指出的是,東北地區(qū)全部為長(zhǎng)期運(yùn)行超級(jí)站,沒(méi)有研究性強(qiáng)化觀測(cè)超級(jí)站,而華南地區(qū)則完全是研究性強(qiáng)化監(jiān)測(cè)超級(jí)站。
圖1 中國(guó)不同地區(qū)超級(jí)站觀測(cè)方式比較Fig.1 Comparison of the observation mode of supersites among regions
2.2.2 主體外配套設(shè)施
超級(jí)站主體外配套設(shè)施主要包括化學(xué)分析室、樣品庫(kù)、恒溫恒濕稱量設(shè)備、備用電等。調(diào)研分析顯示,配有化學(xué)分析室、樣品庫(kù)、恒溫恒濕稱量設(shè)備、備用電、其他設(shè)施的超級(jí)站分別占調(diào)研總數(shù)的57.4%、49.2%、60.7%、55.7%和27.9%,表明除了超級(jí)站主體外,分別配備化學(xué)分析室、樣品庫(kù)、恒溫恒濕稱量設(shè)備和備用電的超級(jí)站均已經(jīng)接近或超過(guò)50%。此外,有15個(gè)超級(jí)站已配齊化學(xué)分析室、樣品庫(kù)、恒溫恒濕稱量設(shè)備、備用電,配套設(shè)施較為完備。不同地區(qū)配套設(shè)施完備的超級(jí)站占比情況見(jiàn)圖2,可以看出,華北和西南地區(qū)比例較高,均超過(guò)40.0%。
圖2 不同地區(qū)配套設(shè)施完備的超級(jí)站占比Fig.2 The proportion of supersites with completeassociated facilities among regions
2.2.3 站房設(shè)計(jì)
為滿足站房特殊功能的需要,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行特殊設(shè)計(jì),其功能主要體現(xiàn)在能否做到恒溫、恒濕、防塵、防靜電以及防雷等。調(diào)研超級(jí)站站房中,普通站房、恒溫站房、恒濕站房、防塵站房、防靜電站房及防雷站房占比分別為65.6%、52.5%、32.8%、32.8%、31.2%和77.1%。由此可知,目前大多數(shù)超級(jí)站都為普通站房并配有防雷設(shè)施,52.5%的超級(jí)站配有恒溫設(shè)備,但是配有恒濕、防塵和防靜電的超級(jí)站近1/3,可見(jiàn)部分超級(jí)站配套仍有待提升。
2.2.4 大氣樣品采集和分析方法
對(duì)超級(jí)站的大氣樣品采集和分析方法進(jìn)行了調(diào)研,在線分析占39.3%,在線分析和離線采樣結(jié)合的占57.4%,而單純離線采樣分析的超級(jí)站僅有2個(gè),占比為3.3%。不同地區(qū)超級(jí)站的大氣樣品采集和分析方法見(jiàn)圖3,可知華北、華南地區(qū)更多采用在線分析和離線采樣結(jié)合的方法,華東、西北及西南地區(qū)采用在線分析和在線與離線結(jié)合的方法比例相當(dāng),而東北、華中地區(qū)更多采用在線分析的方法。各個(gè)地區(qū)中,僅華北地區(qū)部分超級(jí)站單純采用離線采樣分析的方法。
圖3 不同地區(qū)超級(jí)站大氣樣品采集和分析方法Fig.3 Collection and analysis method of atmospheric samples of supersites among regions
2.2.5 觀測(cè)項(xiàng)目
超級(jí)站觀測(cè)項(xiàng)目主要包括常規(guī)氣體污染物、顆粒物質(zhì)量濃度、顆粒物化學(xué)成分、顆粒物粒徑、顆粒物光學(xué)特征、單顆粒特征、大氣氧化性、干濕沉降、基本氣象要素和邊界層參數(shù)等。經(jīng)調(diào)研,觀測(cè)以上10類項(xiàng)目的超級(jí)站占比分別為98.4%、96.7%、93.4%、88.5%、85.3%、47.5%、82.0%、37.7%、96.7%和77.1%。其中觀測(cè)常規(guī)氣體污染物、顆粒物質(zhì)量濃度、顆粒物化學(xué)成分和基本氣象要素的比例均在90%以上,這表明幾乎所有超級(jí)站都可以觀測(cè)這4類項(xiàng)目。同時(shí),可以觀測(cè)顆粒物粒徑、顆粒物光學(xué)特征(吸收和散射等)和大氣氧化性(包括VOC)的超級(jí)站占比均超過(guò)80%。對(duì)邊界層參數(shù)(氣溶膠垂直分布、風(fēng)垂直信息等)進(jìn)行觀測(cè)的超級(jí)站有47個(gè),占比為77%。觀測(cè)單顆粒特征的超級(jí)站接近調(diào)研總數(shù)的50%,而觀測(cè)干濕沉降(酸雨和集塵等)的比例最低(37.7%)。
調(diào)研顯示,幾乎所有超級(jí)站監(jiān)測(cè)的常規(guī)氣態(tài)污染物項(xiàng)目包括O3、CO、SO2、NOx,但是觀測(cè)NOy、CO2和NH3的超級(jí)站均僅占總數(shù)的60%左右。此外,在顆粒物質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)項(xiàng)目方面,監(jiān)測(cè)PM2.5和PM10的超級(jí)站占比分別為96.7%和91.8%,PM1次之,占比為78.7%。有30%的超級(jí)站測(cè)定了TSP。從顆粒物化學(xué)成分上看,監(jiān)測(cè)水溶性離子濃度和碳成分(OCEC)的超級(jí)站占比分別為90.2%和96.7%,而可以監(jiān)測(cè)重金屬元素的比例僅有58%(表2)。
2.2.6 質(zhì)量控制儀器設(shè)備配置
為保證超級(jí)站的正常運(yùn)行,超級(jí)站需要配置質(zhì)量控制儀器設(shè)備(如標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、氣體標(biāo)定儀、標(biāo)準(zhǔn)溫濕壓、氣溶膠發(fā)生器等)。調(diào)研顯示,配有標(biāo)準(zhǔn)流量計(jì)、氣體標(biāo)定儀、標(biāo)準(zhǔn)溫濕壓設(shè)備的超級(jí)站占比分別為95%、82%和58%,而配有氣溶膠發(fā)生器的超級(jí)站較少,僅占23%。
表2 不同地區(qū)常規(guī)氣體污染物和顆粒物濃度觀測(cè)超級(jí)站占比Table 2 The proportion of supersites monitoring gaseous pollutants and particulates among regions %
2.3超級(jí)站運(yùn)維及數(shù)據(jù)質(zhì)量管理情況
2.3.1 運(yùn)維方式
超級(jí)站運(yùn)維方式調(diào)研結(jié)果見(jiàn)圖4??梢钥闯觯^(guò)半數(shù)(50.8%)的超級(jí)站由本單位獨(dú)立運(yùn)維,34.4%的超級(jí)站部分委托公司運(yùn)維,也有9.8%的超級(jí)站全面委托公司運(yùn)維。而與科研單位合作運(yùn)維的超級(jí)站僅有2個(gè),占比為4.9%。
圖4 不同運(yùn)維方式超級(jí)站占比Fig.4 Ways of operation and maintenance of the investigated supersites
2.3.2 運(yùn)維人員情況
對(duì)由本單位負(fù)責(zé)運(yùn)維超級(jí)站的運(yùn)維人員情況進(jìn)行了調(diào)研。從運(yùn)維人員力量上看,專業(yè)運(yùn)維人員為1~3人、3~5人、5~10人的超級(jí)站占比較高,范圍為24.6%~27.9%,無(wú)專業(yè)運(yùn)維人員及專業(yè)運(yùn)維人員超過(guò)10人的超級(jí)站占比均較低,分別為11.4%和8.2%(圖5)。從運(yùn)維人員學(xué)歷結(jié)構(gòu)上看(圖6),華北、華東及華南地區(qū)較為合理,均是博士人數(shù)>碩士人數(shù)>本科人數(shù)。華中和西南地區(qū)具有碩士學(xué)歷的運(yùn)維人員明顯高于博士和本科人員,而東北和西北地區(qū)則無(wú)博士學(xué)歷人員。
圖5 不同運(yùn)維人數(shù)范圍的超級(jí)站占比Fig.5 The scale of operations staff ofthe investigated supersites
圖6 調(diào)研超級(jí)站不同學(xué)歷運(yùn)維人員的地區(qū)比較Fig.6 Comparison of educational background of operations staff of the investigated supersites among regions
2.3.3 委托公司運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)
對(duì)采取第三方委托運(yùn)維的超級(jí)站進(jìn)行了委托公司運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)評(píng)價(jià)。統(tǒng)計(jì)顯示,認(rèn)為運(yùn)維公司有足夠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和能力的人數(shù)占比為39.3%,認(rèn)為沒(méi)有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的占19.7%,其余人則不置可否。超級(jí)站隸屬部門(mén)之所以對(duì)運(yùn)維公司持有不同看法,可能有2方面原因:一是部分運(yùn)維公司超級(jí)站運(yùn)維能力確實(shí)存在不足,二是部分公司盡管運(yùn)維能力足夠,但其與超級(jí)站之間的溝通不充分。
2.3.4 運(yùn)維技術(shù)規(guī)范和管理制度
調(diào)研發(fā)現(xiàn),目前大部分超級(jí)站具有日常巡檢制度(83.6%),具有質(zhì)量控制管理制度、數(shù)據(jù)審核制度、人員管理制度和安全制度的超級(jí)站均接近或超過(guò)50%,此外,18%的超級(jí)站沒(méi)有相關(guān)規(guī)范和制度,65%的超級(jí)站沒(méi)有報(bào)表報(bào)告制度。
在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和質(zhì)量管理制度方面,具有技術(shù)規(guī)范和制度的超級(jí)站有23個(gè)(37.7%),其余超級(jí)站部分儀器有相關(guān)制度(49.2%),這些制度主要涉及站房環(huán)境條件巡查、儀器狀態(tài)參數(shù)檢查、儀器日常標(biāo)樣標(biāo)定等,而數(shù)據(jù)審核制度相對(duì)缺乏。
2.3.5 年運(yùn)行經(jīng)費(fèi)投入
從運(yùn)行投入上看,各超級(jí)站差異較大,其中26.2%的超級(jí)站沒(méi)有固定投入,16.4%的超級(jí)站說(shuō)不清每年運(yùn)行投入。年運(yùn)維費(fèi)用超過(guò)80萬(wàn)元的有19個(gè),占比超過(guò)30%。整體上看,調(diào)研超級(jí)站中無(wú)固定投入超級(jí)站比重較大,應(yīng)進(jìn)一步加大經(jīng)費(fèi)投入管理,使其更加穩(wěn)定且有保障(圖7)。
圖7 調(diào)研超級(jí)站的年運(yùn)行經(jīng)費(fèi)投入Fig.7 Annual operating expenses of the investigated supersites
2.3.6 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制及數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)情況
調(diào)研結(jié)果顯示,所有調(diào)研超級(jí)站中有63.9%的超級(jí)站具有持續(xù)的質(zhì)量控制記錄,75.4%的超級(jí)站有專人對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督和把關(guān),能夠定期進(jìn)行數(shù)據(jù)審核的僅占49.2%。同時(shí)所有超級(jí)站均對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了保存,其中91.8%的超級(jí)站進(jìn)行了備份。此外,調(diào)研亦發(fā)現(xiàn),有超過(guò)50%的超級(jí)站具有數(shù)據(jù)管理和質(zhì)控的數(shù)字化平臺(tái),其主要功能是數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、查詢,也有用于儀器狀態(tài)參數(shù)收集、儀器質(zhì)控記錄和質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)分析等其他功能。
2.4超級(jí)站數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用
調(diào)研發(fā)現(xiàn),建設(shè)目的為“科學(xué)研究”的56個(gè)超級(jí)站中,有82.1%的超級(jí)站有專人(或團(tuán)隊(duì))對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解讀,同時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)整理、分析、報(bào)告的周期形式而言,周報(bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)、重污染次報(bào)超級(jí)站占比分別為8.9%、39.3%、23.3%、37.5%、55.4%,并且有部分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)告、無(wú)固定格式報(bào)告和業(yè)務(wù)化報(bào)告的超級(jí)站占比分別為33.9%、57.1%、8.9%,具備數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的超級(jí)站占比為48.2%。建設(shè)目的為“管理決策”的49個(gè)超級(jí)站中,有專人(或團(tuán)隊(duì))對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解讀的超級(jí)站占比為73.4%,周報(bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)、重污染次報(bào)超級(jí)站占比分別為14.3%、34.7%、20.4%、32.6%、59.2%,有部分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)告、無(wú)固定格式報(bào)告和業(yè)務(wù)化報(bào)告的超級(jí)站占比分別為32.6%、55.1%、12.2%,具備數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的超級(jí)站占比為51.0%。而以“重污染預(yù)警”為建設(shè)目的的34個(gè)超級(jí)站中,有76.4%的超級(jí)站有專人(或團(tuán)隊(duì))對(duì)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析解讀,有24個(gè)采取污染過(guò)程次報(bào)形式,占比為70.6%,周報(bào)、月報(bào)、季報(bào)、年報(bào)形式占比分別為14.7%、32.4%、20.6%、29.4%,有部分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)告、無(wú)固定格式報(bào)告和業(yè)務(wù)化報(bào)告的超級(jí)站占比分別為41.2%、47.0%、14.7%,具備數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的超級(jí)站占比為61.8%。綜上可知,重污染次報(bào)是各站點(diǎn)較多采用的數(shù)據(jù)整理、分析及報(bào)告周期形式,其次為月報(bào)和年報(bào),周報(bào)最少。關(guān)于數(shù)據(jù)分析報(bào)表,無(wú)固定格式報(bào)告的站點(diǎn)比例較高,其次為有部分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)告的站點(diǎn),具有業(yè)務(wù)化報(bào)告站點(diǎn)占比最低。特別需要指出的是,調(diào)研超級(jí)站中長(zhǎng)期業(yè)務(wù)化運(yùn)行的站點(diǎn)有23個(gè),而其中具有業(yè)務(wù)化報(bào)告的僅有1個(gè),占比不到5%,問(wèn)題值得深思。此外,建有數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的超級(jí)站比例在50%左右,總體比例不高,無(wú)論對(duì)于科學(xué)研究、管理決策以及應(yīng)急預(yù)警,數(shù)據(jù)分析平臺(tái)均是超級(jí)站不可或缺的重要組成部分,其作用不言而喻,因此亟需加快各站點(diǎn)數(shù)據(jù)分析平臺(tái)的建設(shè)。
同時(shí),對(duì)超級(jí)站的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了調(diào)研,目前其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括科學(xué)研究、重污染成因分析、測(cè)量方法應(yīng)用、重大活動(dòng)空氣質(zhì)量保障、管理部門(mén)日常決策支撐和人員培養(yǎng)等。統(tǒng)計(jì)顯示,重污染成因分析、科學(xué)研究和人員培養(yǎng)是3個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域,三者超級(jí)站占比分別為76.7%、86.7%和76.7%。
3.1加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì),進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)超級(jí)站建設(shè)合理布局
調(diào)研結(jié)果顯示,目前全國(guó)多半超級(jí)站在同一轄區(qū)內(nèi)有建成或正在籌建的超級(jí)站,其中7個(gè)超級(jí)站(23.3%)與當(dāng)?shù)匾呀ǔ苫蛘诨I建超級(jí)站屬于上下級(jí)隸屬關(guān)系,4個(gè)超級(jí)站與本轄區(qū)內(nèi)已建成超級(jí)站屬于業(yè)務(wù)協(xié)同合作關(guān)系??梢钥闯鲋袊?guó)超級(jí)站在建設(shè)方面缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和頂層設(shè)計(jì),存在一定程度的重復(fù)建設(shè)問(wèn)題。此外,有26.7%的超級(jí)站與本轄區(qū)超級(jí)站缺乏聯(lián)系,表明部分超級(jí)站在數(shù)據(jù)共享和協(xié)同監(jiān)測(cè)方面需要進(jìn)一步加強(qiáng)。從地理位置上看,超級(jí)站分布不均勻,大部分超級(jí)站集中在東部及沿海城市,內(nèi)陸城市相對(duì)較少。具體到每個(gè)城市,絕大多數(shù)超級(jí)站分布在城區(qū)。因此,在超級(jí)站建設(shè)方面,建議由環(huán)境保護(hù)部統(tǒng)籌資源分配,統(tǒng)一規(guī)劃,合理布局。
3.2明確目標(biāo)與定位,促進(jìn)超級(jí)站快速長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展
近年來(lái),中國(guó)各地超級(jí)站項(xiàng)目建設(shè)如火如荼。然而,超級(jí)站“躍進(jìn)式”發(fā)展背后藏有隱憂。一些短期觀測(cè)類站點(diǎn)為了滿足項(xiàng)目和科研的需求而建,卻隨著觀測(cè)期的結(jié)束而不再運(yùn)行。一些站點(diǎn)未考慮實(shí)際需要,重視硬件設(shè)施的完備而忽視了管理,而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)工作不能健康持續(xù)進(jìn)行,從而浪費(fèi)了不少監(jiān)測(cè)資源。還有一些站點(diǎn),雖然定位于長(zhǎng)期觀測(cè),但監(jiān)測(cè)種類僅局限于常規(guī)6種污染物及少量局地污染前體物,亦難以滿足中國(guó)大氣復(fù)合型污染研究及管理的需求。這些站點(diǎn),大多是定位不夠清晰,并缺乏長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的科學(xué)目標(biāo)。因此,對(duì)于各地已建或正在籌建的超級(jí)站,建議進(jìn)一步明確并完善發(fā)展定位和目標(biāo),合理籌劃和配置監(jiān)測(cè)設(shè)備、人員力量及資金,切實(shí)提高運(yùn)行管理水平,從而促進(jìn)中國(guó)超級(jí)站的快速持續(xù)發(fā)展。
3.3加大超級(jí)站能力建設(shè)支持力度,提高站點(diǎn)綜合觀測(cè)能力
調(diào)研結(jié)果顯示,關(guān)于常規(guī)氣態(tài)污染物監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)項(xiàng)目集中在O3、CO、SO2、NOx,而監(jiān)測(cè)NOy、CO2和NH3的超級(jí)站比例較低。顆粒物化學(xué)組分監(jiān)測(cè)方面,主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為水溶性離子和碳成分(OCEC),可以測(cè)定重金屬元素的比例較低。因此建議在一些必要地區(qū)實(shí)現(xiàn)全部污染物和化學(xué)組分的監(jiān)測(cè)。調(diào)研亦發(fā)現(xiàn),部分超級(jí)站在標(biāo)準(zhǔn)溫濕壓和氣溶膠發(fā)生器配備方面不足,應(yīng)加以完善以保證超級(jí)站的正常運(yùn)行。此外,由于資金限制,有些大學(xué)或科研院所的超級(jí)站不能實(shí)現(xiàn)日?;L(zhǎng)期運(yùn)行,只能在重污染期間進(jìn)行強(qiáng)化觀測(cè),建議相關(guān)部門(mén)對(duì)這些超級(jí)站給予適當(dāng)?shù)闹С?,同時(shí)將其納入到全國(guó)監(jiān)測(cè)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。
3.4開(kāi)展超級(jí)站試點(diǎn),建立統(tǒng)一規(guī)范的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn),提高第三方運(yùn)維服務(wù)能力
現(xiàn)在部分超級(jí)站對(duì)第三方運(yùn)維方式接受度較低,主要原因是運(yùn)維公司運(yùn)維能力和經(jīng)驗(yàn)不足,建議環(huán)保部門(mén)遴選一些具有運(yùn)維資質(zhì)且運(yùn)維能力較強(qiáng)的大公司,在一部分超級(jí)站開(kāi)展試點(diǎn),建立相關(guān)的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn),培育市場(chǎng),引導(dǎo)超級(jí)站運(yùn)維逐漸轉(zhuǎn)向第三方服務(wù)。此外,部分超級(jí)站在數(shù)據(jù)報(bào)表和運(yùn)行監(jiān)督方面應(yīng)進(jìn)一步提高,并且針對(duì)超級(jí)站的投入,也建議相關(guān)部門(mén)出臺(tái)政策加以規(guī)范。
3.5進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和質(zhì)量管理制度,提高超級(jí)站數(shù)字化平臺(tái)利用能力
調(diào)研發(fā)現(xiàn),部分超級(jí)站在數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和質(zhì)量管理方面有待提高,需要出臺(tái)相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和制度。在數(shù)字化平臺(tái)建設(shè)方面,亦發(fā)現(xiàn)部分超級(jí)站對(duì)數(shù)字化平臺(tái)利用不夠充分,沒(méi)有實(shí)現(xiàn)在線分析。建議環(huán)境保護(hù)部能夠統(tǒng)籌資源,并指導(dǎo)監(jiān)測(cè)部門(mén)充分利用數(shù)字化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線分析和成果共享。
3.6加強(qiáng)工作人員培訓(xùn),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析規(guī)范化
調(diào)查發(fā)現(xiàn)有63.8%的超級(jí)站在數(shù)據(jù)分析方面是本單位獨(dú)立分析,其余的為聯(lián)合科研單位合作分析,部分超級(jí)站數(shù)據(jù)使用不充分,數(shù)據(jù)聯(lián)合分析方面應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)。此外,絕大多數(shù)超級(jí)站數(shù)據(jù)分析報(bào)表沒(méi)有固定格式或有部分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)告,僅有6個(gè)超級(jí)站具有業(yè)務(wù)化報(bào)告,這需要相關(guān)部門(mén)制定統(tǒng)一的數(shù)據(jù)報(bào)告格式。因此建議相關(guān)部門(mén)加強(qiáng)對(duì)監(jiān)測(cè)人員的培訓(xùn)學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)超級(jí)站數(shù)據(jù)分析規(guī)范化,切實(shí)提高數(shù)據(jù)分析的能力。
基于60余個(gè)大氣超級(jí)站問(wèn)卷調(diào)研結(jié)果,從超級(jí)站建設(shè)基本情況、能力建設(shè)、運(yùn)維及數(shù)據(jù)質(zhì)量管理、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用等方面對(duì)中國(guó)大氣超級(jí)站的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。從建設(shè)基本情況看,全國(guó)大部分超級(jí)站處于建成和投入使用狀態(tài),且整體表現(xiàn)為城市站點(diǎn)多而區(qū)域站點(diǎn)分布不足的特點(diǎn),部分站點(diǎn)存在一定的重復(fù)建設(shè)問(wèn)題。從能力建設(shè)看,各地站點(diǎn)設(shè)備配套完備情況不一,部分超級(jí)站配套仍有待提升。關(guān)于觀測(cè)項(xiàng)目,各地超級(jí)站基本具備了對(duì)常規(guī)氣態(tài)污染物、顆粒物質(zhì)量濃度、顆粒物化學(xué)成分和基本氣象要素4類項(xiàng)目的觀測(cè)能力。在運(yùn)維及數(shù)據(jù)質(zhì)量管理方面,各地超級(jí)站運(yùn)維方式不同,大部分制訂了較為規(guī)范的管理制度,而數(shù)據(jù)審核制度相對(duì)缺乏,需要進(jìn)一步健全。在數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用方面,多數(shù)站點(diǎn)數(shù)據(jù)分析報(bào)表格式仍不規(guī)范,數(shù)據(jù)報(bào)告周期因應(yīng)用目的的不同而不同。另外,從全國(guó)范圍看,超級(jí)站數(shù)據(jù)分析平臺(tái)建設(shè)整體比重不高。
當(dāng)前,中國(guó)大氣超級(jí)站建設(shè)方興未艾,為促進(jìn)超級(jí)站健康快速發(fā)展,首先需要對(duì)中國(guó)大氣超級(jí)站全面發(fā)展進(jìn)行頂層設(shè)計(jì),制定統(tǒng)一規(guī)劃,防止盲目和重復(fù)建設(shè),實(shí)現(xiàn)超級(jí)站建設(shè)合理布局。其次,各地超級(jí)站在建設(shè)及運(yùn)行過(guò)程中,應(yīng)進(jìn)一步明確其發(fā)展定位,制定科學(xué)合理的發(fā)展目標(biāo)。同時(shí),應(yīng)加強(qiáng)超級(jí)站能力建設(shè),在一些必要地區(qū),逐步完善監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及儀器配置,提高其綜合監(jiān)測(cè)能力和管理水平。建議開(kāi)展超級(jí)站試點(diǎn),建立統(tǒng)一規(guī)范的運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn),提高第三方運(yùn)維服務(wù)能力。此外,各地超級(jí)站應(yīng)進(jìn)一步完善數(shù)據(jù)質(zhì)量控制和質(zhì)量管理制度,提高超級(jí)站數(shù)字化平臺(tái)利用能力,并加強(qiáng)工作人員培訓(xùn),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析規(guī)范化。
致謝:
在“中國(guó)大氣環(huán)境綜合觀測(cè)研究站現(xiàn)狀調(diào)研”項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,得到上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心、清華大學(xué)、江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院等61個(gè)地方監(jiān)測(cè)部門(mén)、高校、科研院所及其他相關(guān)部門(mén)和人員給予的大力協(xié)助和支持,調(diào)研成果為本研究提供了重要的素材,在此一并表示真摯的感謝!
致謝單位:北京大學(xué);北京工業(yè)大學(xué);北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心;長(zhǎng)春市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;常州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院;成都市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;大連市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;福州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;復(fù)旦大學(xué);甘肅省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;廣東省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院;杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;河北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;河北省環(huán)境科學(xué)研究院;河南省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所;濟(jì)南市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;暨南大學(xué);嘉興市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站;江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;江蘇省環(huán)境科學(xué)研究院;中國(guó)氣象局京津冀環(huán)境氣象預(yù)報(bào)預(yù)警中心;廊坊市環(huán)境保護(hù)局;連云港市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;遼寧省環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)中心;內(nèi)蒙古環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;南京大學(xué);南京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;南京信息工程大學(xué);南開(kāi)大學(xué);秦皇島市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站;青島市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;清華大學(xué);山東大學(xué);上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;上海市環(huán)境科學(xué)研究院;深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;四川省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院;四川省環(huán)境監(jiān)測(cè)總站;蘇州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;太原市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;天津市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;烏魯木齊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站;武漢市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;西安市環(huán)境監(jiān)測(cè)站;浙江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心;鄭州市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心站;中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院;中國(guó)科學(xué)院城市環(huán)境研究所;中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所;中國(guó)氣象局氣象探測(cè)中心;中山大學(xué)。
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DevelopmentandProspectofAtmosphericSupersiteinChinaResultofDomesticQuestionnaireSurvey
CHE Fei,SONG Yingshi,GAO Jian,ZHANG Yuechong,CHAI Fahe
Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China
Atmospheric supersite is an important platform for air pollution comprehensive observation, dynamic charactering the status and source during the heavy pollution episodes and in-depth analysis of the causes of air pollution. It is important to understand the development status, demand and the existing problems of supersites in different regions in China, which will help to guide the design, construction, maintenance and application of the supersite. And this will also be helpful for improving the technical support capabilities in heavy pollution emergency control and ambient environmental air quality management. In this paper we summarized the status of atmospheric supersite based on a nationwide questionnaire survey, in which more than 60 supersites were reviewed. The authors also put forward some suggestions for their development.
atmospheric environment;supersite;comprehensive observation;maintenance;application
X84
A
1002-6002(2017)05- 0007- 08
10.19316/j.issn.1002-6002.2017.05.02
2017-06-29;
2017-08-04
國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(91544226, 41375132);環(huán)保公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(201409003)
車 飛(1982-),男,河北衡水人,碩士,工程師。
高 健