監測空氣細顆粒物有哪些門道
2012年05月02日
因為灰霾，PM2.5變成家喻戶曉的名詞。可是，出現灰霾天一定就是PM2.5濃度超標嗎？新的《環境空氣質量標準》實施后，給各地環境監測部門帶來了哪些挑戰？監測點位設置又有哪些門道？帶著這些問題，本報記者專訪了中國環境監測總站大氣室主任王瑞斌。
中國環境報記者 劉秀鳳
PM2.5與灰霾是怎樣的關系？
灰霾不是反映空氣中顆粒物污染程度的指標，空氣中顆粒物質量濃度可以很好地衡量空氣污染程度，因而，灰霾這個術語可以不用了
記者：PM2.5已經人所共知，那么PM2.5與灰霾到底有怎樣的關系？
王瑞斌：灰霾是最近幾年常被提到的一個術語，一般人們都把灰霾現象與空氣中的顆粒物污染聯系起來。比如，經常見到的說法是，灰霾主要是細顆粒物PM2.5或更細的顆粒物造成的。
因此，很多人認為，只要看到灰霾天，就是顆粒物PM2.5濃度超標了，或者說顆粒物PM2.5濃度超標了就會出現灰霾天。其實，這是個誤區。雖然總的來說，顆粒物PM2.5濃度高了就容易出現霾天氣，但這種表述并不確切。
記者：我們該如何理解灰霾這種現象呢？
王瑞斌：灰霾這個術語其實是很不確定的，可以說是從霾發展過來的。首先，霾指的是一種低能見度的天氣現象。很多天氣現象都可以造成低能見度天氣，如降水、沙塵天氣、吹雪、雪暴等。
由于空氣中存在的水汽和顆粒物都會引起能見度降低，為了區分各種低能見度天氣現象，人們把主要由于水汽含量高造成的低能見度天氣稱為霧，把主要由于空氣中干顆粒物造成的低能見度天氣叫霾。
《地面氣象觀測規范》對霾的定義為：大量極細微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10.0千米的空氣普遍混濁現象。霾使遠處光亮物體微帶黃、紅色，使黑暗物體微帶藍色。
一般來講，霧和霾的區別主要在于相對濕度的大小：在低能見度天氣，通常低于10公里、水分含量達到90%以上的叫霧；相對濕度低于80%的叫霾。80%～90%之間的，是霧和霾的混合物，但主要因素是霾。
記者：顆粒物對能見度有怎樣的影響？為什么出現了灰霾，顆粒物還能夠達標？
王瑞斌：能見度主要反映的是一種大氣中的光學特性，由于顆粒物對光的散射、吸收程度不同，能見度的高低也會變化。因而，顆粒物對能見度的影響主要是由于其光學特性－－總光學截面的大小。
霾主要反映了干顆粒物對能見度的影響，霧反映了水汽對能見度的影響。顯然，空氣中顆粒物的數量、不同粒徑顆粒物的數量分布情況、顆粒物的化學組分等因素共同造成了空氣能見度降低。
但新《環境空氣質量標準》中顆粒物PM2.5的標準是根據其質量濃度制定的，使用的是顆粒物的重量特性。
顆粒物濃度是一種綜合指標，與其他氣態污染物不同，在不同時間或不同地點監測到濃度相同的顆粒物可能從顆粒物形態（如粒徑分布），到其化學組分都大為不同。不同粒徑分布或化學組分的顆粒物，光學特性可以差別很大。因而，相同濃度的顆粒物PM2.5對能見度的影響結果可能有很大差別。
在顆粒物的化學組分相同時，粒徑小的顆粒物對光的吸收和散射作用更大，等效粒徑為10微米的顆粒物與同樣重量的等效粒徑為2.5微米的顆粒物相比，其截面積只有后者的1/4；等效粒徑為2.5微米的顆粒物與同樣重量的等效粒徑為1微米的顆粒物相比，其截面積也是只有后者的1/4。這也就是說，細顆粒物對能見度的影響比粗顆粒物要大。
空氣質量標準選擇了顆粒物的質量濃度作為指標，是因為大量的科研結果表明人體健康和顆粒物的質量濃度關系明顯。因而，我們把顆粒物濃度的高低作為污染程度的判斷依據。
雖然從統計特征上定性地說顆粒物濃度越高，其對能見度的影響也越大，但這種關系確實不是定量準確的。同樣的顆粒物PM2.5質量濃度，在其包括的顆粒物粒徑分布不同時，能見度可能不同。而同樣的能見度，PM2.5質量濃度也會有很大區別。
如果在出現霾的狀態時，還可再加入顆粒物的濃度指標把霾劃分灰霾和非灰霾，如顆粒物濃度超標為灰霾，否則為非灰霾，從學術上作這種分類也是可以的。但這時要清楚地看到：是在監測到顆粒物濃度超標后，對霾天氣的再一次分類。
灰霾不是反映空氣中顆粒物污染程度的指標。事實上，空氣中顆粒物的污染程度要靠顆粒物的質量濃度來判別。
由于灰霾定義的模糊，人們把灰霾當作污染的度量，常常提出的一個問題是：我看到了灰霾天，為什么顆粒物濃度達標？這個問題不僅在我國出現，美國也有類似問題。在美國環保局的AQI技術手冊中專門對此做了解答：能見度低時，在一些天氣條件下會出現顆粒物濃度也低的現象。
從天氣現象上看，灰霾這個術語并不能給我們更好的信息來理解霾。從污染的角度看，空氣中顆粒物質量濃度已經很好地衡量了空氣污染程度。因而，灰霾這個術語可以不用了。
空氣質量標準值如何設定？
不僅要科學論證，還與國家發展、管理水平有關
記者：在空氣質量標準制定過程中，各國選擇了不同的標準值，是基于怎樣的考慮？
王瑞斌：為什么要制定標準？污染物濃度升高，對人體健康影響越來越大。制定標準就將連續變量分成幾段，把連續變量轉變成離散變量，建立污染物濃度和人體健康的等價關聯。
通過人體健康學的調查發現，污染濃度越高對健康危害越大，但不同污染物的曲線是不一樣的。制定標準就是要在曲線上分段，但是，標準值到底定在對人體健康影響的什么水平上合適？
這與人們的價值判斷有關，且并不唯一，不僅要科學論證，還與國家發展、管理水平等有關。
對此，世界衛生組織表示，各國制定的國家標準之間是有差異的，因為標準是根據所采用的權衡健康風險的方法、技術可行性、經濟方面的考慮以及其他各種政治和社會因素等來制定的，而這些因素反過來又取決于國家的發展水平和空氣質量管理能力。
我國的新標準對于客觀準確反映當前我國環境空氣質量狀況、緩解公眾對空氣質量主觀感受與環境質量評價結果不完全一致的問題、推動我國大氣污染防治工作等都將產生積極和深遠影響。
記者：在新的《環境空氣質量標準》中，提高了對數據有效性的要求，這主要出于什么考慮？
王瑞斌：數據有效性是考慮到標準執行過程中，城市之間數據要具有可比性，對數據要有統計學要求。如果數據過少，就無法進行比較。為避免出錯，進行了數據有效性規定。
新修訂的《環境空氣質量標準》，加嚴了對數據有效性的要求。這綜合了統計學要求，也考慮了實際工作能力，以確保能夠比較好地判斷城市空氣趨勢，也便于進行比較，不會由于數據少的原因而判斷錯。
地方環境監測部門應采取措施保證監測數據的準確性、連續性和完整性，確保全面、客觀地反映監測結果。
采用自動監測設備監測時，監測儀器應全年365天連續運行，在監測儀器校準、停電和設備故障以及其他不可抗拒因素導致不能獲得連續監測數據時，應采取有效措施確保及時恢復。
對于環境監測站來說，要保證監測的每一個數據在國家允許范圍內是準確的，這是首要任務，生產準確數據然后解釋數據。不能因為解釋不了一些問題，就把數據藏起來。如果不能證明數據有問題，就不能隨便刪除數據。
如何設定監測點位？
監測點位設置不僅要考慮科學性，還要考慮經濟、決策等問題，監測點位設置應和評價目的有關
記者：在設定監測點的時候，要考慮哪些因素？
王瑞斌：監測點的設定要科學、有代表性，監測點位設置應和評價目的有關。我國今后一段時間內的評價目的主要有三類：一是反映公眾關心的敏感點，作為公眾信息用；二是反映城市整體空氣質量狀況，作為政府管理考核用；三是判別區域空氣污染輸送，為污染控制決策做依據。
設點目的不同，設點標準也不一樣。比如，若作為公眾信息用，應根據公眾關注的熱點設置；若作為政府管理考核用，要體現管理考核的公平性，要統一協調，并設定相應的規則。
監測點位的代表性和優化是我們經常提及的問題，但到底什么是代表性？怎么來檢驗監測點位是否具備代表性？這要看監測目的。
如果我們關注某市中心的空氣質量狀況，就不能把點位設在市中心以外的地方，比如郊區，盡管市中心不一定是污染最高的地方。但是，如果要反映城市整體空氣質量狀況，作為政府管理考核用，則所有點位的監測結果必須能代表這座城市的整體水平，也就是監測點的平均值與城市整體平均值的差異越小越好。
理論上，PM2.5空間分布上更均勻，相對于其他污染物，監測點可以適當少些。但作為城市空氣質量評價點，監測點越多越能準確代表整體的空氣質量。
以前由于我國財政投入少，現行監測點位偏少，現在我國經濟條件許可了，PM2.5又是我國空氣中突出的重要污染物，因而其點位布設可參照PM10現行要求布點。
監測點位設置不僅要考慮科學性，還要考慮經濟、決策等問題。點位越多，獲得的數據越詳細。監測的任務就是在有限的監測點上監測數據，并利用這些數據估計實際空氣狀況。如果污染物濃度均勻可少設點；如果濃度變異大，可多設點。
記者：目前，我國環境空氣監測網的建設情況如何，還存在哪些問題？“十二五”期間，在完善環境空氣質量監測方面，有哪些計劃？
王瑞斌：截至2010年底，國家城市空氣質量監測網包含113個環保重點城市，661個點位。
調整后，國家城市空氣質量監測網擴大到338個地級以上城市、1436個點位。此外，還包括31個國家區域空氣質量監測網、14個國家環境空氣背景監測網等。
目前，存在的主要問題包括：監測點位數量不足，覆蓋面還不夠全面；監測項目不夠齊全，污染物標準不全；監測功能不夠完整，原來只針對城市，現在要設定區域站和背景站，以反映污染物輸送變化情況。
“十二五”期間，環境空氣監測系統建設的總體目標是，以建立先進的環境監測預警體系為宗旨，整合國家大氣背景監測網、區域監測網、酸沉降監測網、沙塵天氣對大氣環境影響監測網、溫室氣體試驗監測等資源，增加監測指標，建立健全全國統一的質量管理體系和點位管理制度，升級現行空氣質量評價技術方法與信息發布機制，力爭到“十二五”末，建成一個布局合理、覆蓋全面、功能齊全、指標完整、運行高效的國家環境空氣質量監測網絡。
具體而言，在城市網方面，將原有113座城市661個點位，擴展到包括338座地級以上城市、三區九群城市、環保模范城市在內的1436個點位；區域網由原來的31個擴展到96個；背景站由原來的14個擴展到15個。同時，還要建設和完善質控監控、數據傳輸、監測預警系統、規范和評價體系，全面開展人員培訓工作。
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