大气背景值监测中的质量保证工作

大气背景值监测中的质量保证工作作者：赵谞恺来源：《海峡科学》2010年第06期[摘要] 根据大气背景值监测工作特点，结合实践经验，从系统建设、系统运行、管理体系等方面提出了一系列质量保证措施，对大气背景值监测过程中的质量保证体系进行探讨。

[关键词] 大气背景值监测质量保证大气背景值监测是指对未经（或者极少）人为影响地区的大气环境要素组成元素的自然含量而进行的监测工作，它为追溯污染历史、制定环境标准、研究环境质量提供基础数据,是环境科学的基础性工作之一。

欧美发达国家开展大气背景值监测已有多年。

在过去的30多年中逐步建立了环境空气质量的背景监测站，至今已经形成布局较为完整、运行和维护规范的各类功能的背景监测网络。

在欧洲，按照欧盟规范要求的区域背景站进行监测的主要目的是评价目标污染物（主要是SO2、O3和颗粒物等）对区域人口以及作物和生态的影响（曝露量），从而保护公众和植物健康。

欧洲根据一些地区间国家条约和国际协作项目，建立了主要面向监测特定目标污染物的长距离输送和酸沉降的背景监测网络[1]。

在美国，进行大气背景值监测的主要目的是反映清洁地区污染物浓度和变化趋势，分析周边城市环境空气污染在大气环流的作用下对背景地区环境空气质量的影响，分析和评估所处区域生态系统的健康值，判断该区域空气质量是否达标，评估该区域污染控制和环境管理的成效。

监测项目包括SO2、NOx、O3浓度、气溶胶颗粒物的主要化学组分（硫酸盐，硝酸盐，氨等）和痕量元素浓度、挥发性有机物成分和浓度、酸沉降等。

目前欧美开展大气背景值监测的网络主要有：欧洲监测和评价网络（European Monitoring and Evaluation Program，EMEP）、欧洲西北大西洋海域国家的综合大气监测网络（Comprehensive Atmospheric Monitoring Program，CAMP）、欧洲污染物传输监测网络（Transport of Pollutant Research，TOR）、美国环保署的清洁空气状态和趋势监测网络（Clear Air Status and Trends Network，CASTNET）、美国光化学评估监测网络（Photochemical Assessment Monitoring Stations，PAMS）、世界气象组织（WMO）全球大气监测网（Global Atmospheric Watch, GAW;大部分全球背景站集中在海岸地区，少部分在内陆）等[1]。

我国的大气背景监测工作起步较晚，水平比较落后，缺乏整体网络。

截至2007年底，我国正式纳入国家监测网的约1000个空气质量自动监测点位（包括已经投入运行和正在建设或验收点位）以及约1000个酸雨（只有湿沉降）监测点位基本上全部集中设立在城市及近郊地区，因此目前对全国空气质量和酸沉降状况的了解，也集中在城市局地的监测结果。

在城市以外的广大背景地域，包括乡村和边远地区，还没有设立相应的区域背景监测点位，开展大气背景值监测。

对相应代表这些广大区域的环境空气状况的了解，除了极其有限的零散科研观测结果，在绝大多数方面还基本上是空白。

由于缺乏广大背景地区的监测，目前我国的环境监测还不能系统、连续地说明我国整体层面和区域层次的环境空气状况、变化以及对自然资源和公众的影响。

由于缺乏与背景监测的对照，也难以判断城市地带污染控制和环境管理的成效。

目前我国开展大气背景值监测的机构主要有：中国气象局在青海瓦里关、黑龙江龙凤山和北京上甸子等地建立的较大规模的全球或区域大气本底观测站，主要以观测气候影响为目的；原国家环保总局在山东长岛和福建武夷山建立的大气背景监测站，进行常规基本参数（SO2、NO2和颗粒物）监测。

大气背景值监测最基本的重要性在于无可争议的代表性、专业的基本数据、稳定的历史记录。

这就要求在大气背景值监测中必须做好质量保证工作，以保证监测结果的代表性、准确性、有效性。

笔者结合武夷山大气背景值监测站运行多年的经验，就这一问题对大气背景值监测中质量保证工作所涉及到的各个方面试做探讨。

1 地面站点位的优化设置大气背景值监测地面站建设地点的选择是开展大气背景值监测的基础。

如果建设地点不合规范要求，那么所谓的监测就无从谈起。

因此，地面站建设地点应符合点位代表性、空间垂直条件、空间水平条件、场地畅通条件等选点规范要求，并在这一前提下尽可能从后勤保障条件等方面进行优化。

以武夷山大气背景值监测站摩天岭地面站为例：武夷山自然保护区总面积56527ha，区内有优越的地理、气候环境，孕育着极为繁多的动、植物种群和颇为丰富的森林资源；是我国东南大陆保存最为完整的、典型的、面积最大的中亚热带原生性森林生态系统，是选择大气背景值监测点的理想区域。

经过长期踏勘，选定武夷山自然保护区的先锋岭、黄溪洲、麻粟、三港、摩天岭等5个点作为大气环境背景值监测的备选点，进行优化筛选。

见表1、表2。

表1 备选点基础条件对比从表1、表2中可以看出，摩天岭备选点较其它备选点而言，基础条件优越且大气环境因子浓度大大低于国家规定的大气环境质量一级标准。

说明摩天岭点位受人为活动影响较小，污染物基本来自环境本底，在5个备选点中，为最优候选点，见表3。

从对比中可以看出：摩天岭点位完全符合大气背景值监测选点要求。

表3 摩天岭点位与大气背景值监测站选点规范要求对比序号项目规范要求摩天岭点位情况对比结果条件设置地点需不受局地污染影响，需设置于较少人为污染地区或周围污染总量控制区的盛行风路径的上风方。

设立在自然保护区内的点位需离旅游点有较远的距离。

污染物浓度低（见上表2），在周围55公里范围内无任何污染源，地处国家级自然保护区边缘，全年平均风速1.6~2.2m/s，气流十分活跃。

周围无任何气流路径阻隔，自然地理条件优越。

条件海拔高度应合适。

在山区应位于局部高点，高于大气混合层高度（通常为1～1.5公里），避免受到局地空气污染物的干扰和近地面逆温层等局地气象条件的影响。

在平缓地区应保持在开阔地点的相对高地，避免空气沉积的凹地。

点位海拔高度1100m，位于四新摩天岭顶峰，高于大气混合层高度，不受局地空气污染物的干扰和近地面逆温层等局地气象条件的影响。

符合条件周边向外的大视野需360度开阔，1～10公里方圆距离内应没有明显的视野阻断。

周边向外的大视野360度开阔，其东北、西南方向均临大峡谷，东面遥对松风岭（海拔1296.3m，水平距离3000m），西面遥对天子地（海拔1251m，水平距离5000m）。

监测点具体设立位置附近应较为开阔，没有影响风场的障碍物；采样点周围应无遮挡雨、雪的障碍物，其中包括房屋、桥梁、高大树木等；障碍物与采样器之间的水平距离不得小于该障碍物高度的2倍；或从采样器至障碍物顶部与地平线夹角应小于30度。

该点位置周围开阔，没有影响风场气流的障碍物；采样点周围无遮挡雨、雪的障碍物。

3 后勤支持标准需考虑站位条件，包括地域特征、道路交通基础、电力和通讯等后勤支持基础，以实现长期稳定监测的可行性。

已有现成林业简易公路，车辆可安全通行；点位局部地势平缓，周围均为矮小树木，建设站点无需大量伐木，避免了生态破坏。

水、电、通讯等后勤支持基础条件可满足该点位实现长期稳定监测的要求。

符合条件2 空气自动监测系统的配置由于大气背景值监测区域未受（或极少）人为影响，大气环境中污染因子本底浓度很低，因此对空气自动监测系统的测量准确度要求高。

我站先后装备了大西比-东宇1000型与美国热电C型空气质量自动监测系统，两者对比见表4、表5。

表4 大西比-东宇1000型与美国热电C型空气质量自动监测系统对比表5 监测结果对比由于大气本底中NO2、SO2不可能为零，从表4、表5中可以看出,在使用美国热电C型空气质量自动监测系统进行24h连续监测时，未出现监测结果低于检出限的现象，这说明在使用测量准确度更高的美国热电C型空气质量自动监测系统后，仪器能够满足大气背景值监测的要求，监测数据的准确度有了很大提高。

3 仪器校准由于大气背景值监测系统中，地面站建设地点通常与中心站距离很远，因此常采用远程遥控与巡检人员手动校准相结合的方法对仪器进行校准。

经常采用的校准方法主要有零点校正、跨度校正（单点校准）、多点校准等。

3.1 零点校正零点漂移会引起工作曲线的平行位移。

由于大气背景值监测中，污染物浓度很低，零点的漂移对监测结果影响很大，因此每天要进行一次校零。

校零可以根据仪器说明书进行。

影响校零结果的主要因素有：零气源发生器的净化效果、检测室信号的稳定性、供电系统的稳定性、量值传递过程的准确性等。

实践中最经常出现的问题是零气源发生器的净化效果降低。

如某次监测过程中，SO2监测数据在校零后立刻出现负值，经查，是零气源发生器的活性碳失效造成的，更换活性碳后故障排除。

其次是供电电压不稳引起的零点漂移，因为波动较大的供电电压影响了仪器电路基线的稳定，因此应给每一监测单元都配置独立的电源稳压器以减少供电电压波动造成的影响。

3.2 跨度校正（单点校准）跨度校正应当每日进行一次。

校正浓度须在仪器的线性范围内，要考虑标气浓度的准确性，并尽量缩短校正时间。

其中对校正结果影响较大的是标气浓度的准确性。

在进行跨度校正时发现，目前国产低浓度标气在校准时很难得到稳定的结果。

究其原因，主要是因为国产低浓度标气存在上下分层、浓度不容易混匀、钢瓶内壁吸附等问题，特别是有些国产低浓度SO2标气在校准时上下波动达到20%以上，要一个多小时的校准才能达到满意结果。

这与洪正昉、马荻荻等人[2]的研究结果一致。

因此建议在大气背景值监测中校准时使用进口低浓度标气或国内大厂生产的低浓度标气。

如果新购钢瓶标气，应对新购置的钢瓶气体进行至少3次测试，测试结果之间偏差应小于1.5%，并与钢瓶计量鉴定证书上标注的数据相符后才可用于子站仪器的校准。

实践操作中要注意钢瓶减压阀的选择。

由于铜质减压阀对SO2标气有吸附作用，因此SO2标气减压不能使用铜质减压阀。

跨度校正（单点校准）数据用于仪器的测量准确度审核，具体方法参考技术规范，这里不做说明。

3.3 多点校准多点校准是用于判断监测仪器线性的依据，一般以满量程的0%、10%、30%、50%、70%、90%绘制标准曲线，检验相关系数、斜率和截距。

每台仪器都应进行多点校准并制作回归曲线予以确认，线性范围之内的监测值才能视为有效数据。

标准曲线的相关系数r>0.999，否则要找出原因并加以纠正。

正常情况下，多点校准每半年进行一次，在仪器更换关键性部件（如紫外灯、光电倍增管、转换炉、光源等）后也应进行多点校准，并制作回归曲线。

4 仪器维护按照仪器使用说明书和操作规程对监测仪器进行各种日常维护是保证仪器工作状态的基本要求，也是质量保证工作的一项重要内容。