廖乾邑,陳建文,李 亮,趙 昂

(1.四川省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站,成都 610041;2.中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,北京 100012)

1 前 言

空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,因?yàn)樗粌H能獲得大量、連續(xù)、完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)及時(shí)反映環(huán)境空氣質(zhì)量的動(dòng)態(tài)變化,而且能夠預(yù)測(cè)空氣污染發(fā)展趨勢(shì)和加快應(yīng)急事件的控制過(guò)程[1,2]。但是做為無(wú)人值守的連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),也會(huì)因電路、光路、氣路的變化而產(chǎn)生零點(diǎn)漂移和跨度漂移,加上停電的干擾、氣候變化的影響、維護(hù)的情況等因素影響空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的異常數(shù)據(jù)。因此在數(shù)據(jù)的上報(bào)方面應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況,對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的審核和異常數(shù)據(jù)的有效性進(jìn)行分析。它是環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量保證工作的一個(gè)重要組成部分,更是為環(huán)境管理決策提供準(zhǔn)確、真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的重要保證[3,4]。

2 異常數(shù)據(jù)的判斷

2.1 可預(yù)知的異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[5]

對(duì)于儀器校準(zhǔn)、維護(hù)、停電、儀器已知故障及排除故障期的數(shù)據(jù)、儀器重啟可視為可預(yù)知的異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理過(guò)程中將其剔除。

2.2 不可預(yù)知的異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

氣象變化、儀器性能不穩(wěn)定、儀器突發(fā)故障、采樣系統(tǒng)、輔助設(shè)施的故障等諸多因素均能夠?qū)е卤O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的突變。

(1)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在零值附近 (2ppb到 -2ppb)波動(dòng),超過(guò) 5小時(shí);單個(gè)監(jiān)測(cè)子站的某項(xiàng)污染物濃度值出現(xiàn)一個(gè)、數(shù)個(gè)極高值。應(yīng)該有相應(yīng)氣象、外界影響(如污染源出現(xiàn)、或位置處于污染源下風(fēng)向)條件支持來(lái)判斷。

(2)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小時(shí)值為負(fù)數(shù)小于 -2ppb;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小時(shí)值連續(xù)出現(xiàn) 4個(gè)以上恒定值;監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)小時(shí)值在某一數(shù)據(jù)附近波動(dòng),相對(duì)偏差小于 5%,且持續(xù)時(shí)間超過(guò) 5小時(shí)。

(3)某一子站的某項(xiàng)污染物監(jiān)測(cè)數(shù)值離群明顯偏低;某一子站的某項(xiàng)污染物濃度變化趨勢(shì)與其他子站明顯不一致[6]。

3 數(shù)據(jù)質(zhì)量現(xiàn)狀

通過(guò)對(duì)空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)子站的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得到,每年實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的近萬(wàn)個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中存在0.95%～3.18%的異常數(shù)據(jù)。其中以負(fù)值形式存在的異常數(shù)據(jù)占 38%左右,以零值附近波動(dòng)形式存在的占 30%左右,以在某一數(shù)據(jù)附近波動(dòng)形式存在的占 30%左右,數(shù)據(jù)突然升高形式存在的占 2%左右。其中工作人員基本能夠?qū)ω?fù)值形式、突然升高形式的數(shù)據(jù)做為異常數(shù)據(jù)判斷并進(jìn)行處理。但對(duì)于零值附近、某一數(shù)據(jù)附近波動(dòng)的,甚至一直以某一固定值出現(xiàn)的數(shù)據(jù),只要沒(méi)有超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn),都沒(méi)有對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷、作為異常數(shù)據(jù)剔除。

4 異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因分析

4.1 氣路因素

采樣頭受到遮擋、污染或長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有清洗,采樣管路堵塞或引風(fēng)機(jī)的故障、閥板電磁閥不暢通等因素都可導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)值離群、較低、無(wú)變化。

4.2 分析儀的因素

4.2.1 SO2分析儀

SO2分析儀的采樣管道和限流孔受到空氣中灰塵的阻塞,內(nèi)置泵的泵膜受到灰塵污染,紫外燈或檢測(cè)器老化與損壞,光電元件受到灰塵污染等都能引起監(jiān)測(cè)值的突變。

4.2.2 NO2分析儀

NO2分析儀的采樣管道和限流孔受到空氣中灰塵的阻塞,外置泵的泵膜受到灰塵污染,光電倍增管室正常工作范圍是 0℃～3℃,儀器在使用過(guò)程中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)光電倍增管室溫度超出范圍的現(xiàn)象,在鉬爐的轉(zhuǎn)化效率低于 96%時(shí),會(huì)導(dǎo)致 NO2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)偏低從而導(dǎo)致監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常值。

4.2.3 PM10監(jiān)測(cè)儀

采集氣路系統(tǒng)漏氣,導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果偏低;流量計(jì)受阻,采樣流量達(dá)不到預(yù)設(shè)的16.7L/min,使監(jiān)測(cè)值偏高;采樣濾膜帶斷裂,測(cè)量值會(huì)持續(xù)增大或恒定不變;走紙主動(dòng)輪性能不穩(wěn)定,用力不均,使紙帶邊緣撕破,濾紙帶偏移計(jì)數(shù)器,數(shù)據(jù)將會(huì)出現(xiàn)恒定不變值;當(dāng)外界氣候突變,如下雨時(shí)空氣濕度較大,加熱管不能完全分離水份,導(dǎo)致潮濕空氣中的水份吸附在濾膜上,在測(cè)量周期內(nèi)吸附在濾膜上的低沸點(diǎn)物質(zhì)、水份隨溫度的不斷上升而揮發(fā),會(huì)出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)值為負(fù)值或一直處于一個(gè)很低水平的監(jiān)測(cè)結(jié)果。

4.3 其他影響因素

(1)儀器與數(shù)據(jù)采集器的模擬輸出聯(lián)線松動(dòng)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集器顯示的監(jiān)測(cè)數(shù)值與實(shí)際測(cè)量不符,工控機(jī)死機(jī),會(huì)導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為一恒定值。

(2)供電系統(tǒng)不穩(wěn)定,斷電及斷電恢復(fù)后儀器預(yù)熱過(guò)程的監(jiān)測(cè)值一般為離群、異常監(jiān)測(cè)值。

5 異常數(shù)據(jù)的處理

對(duì)于異常數(shù)據(jù)應(yīng)做到及時(shí)的判斷,查找異常數(shù)據(jù)產(chǎn)生的原因,并進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)處理,如在剔除異常數(shù)據(jù)后的其他正常數(shù)據(jù)滿足規(guī)范規(guī)定(二氧化硫、氮氧化物 18小時(shí),PM1012個(gè)小時(shí))的數(shù)據(jù)小時(shí)數(shù),可以直接剔除異常數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),同時(shí)參看相同功能區(qū)的其他子站的數(shù)據(jù),在剔除異常數(shù)據(jù)后的其他正常數(shù)據(jù)不滿足規(guī)范規(guī)定的數(shù)據(jù)小時(shí)數(shù)可采用其他監(jiān)測(cè)手段、或參看相同功能區(qū)的其他子站的數(shù)據(jù)。具體數(shù)據(jù)處理程序如下圖所示。

圖 數(shù)據(jù)處理流程圖Fig. Flow diagram of data processing

6 結(jié) 論

無(wú)人值守的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),因儀器維護(hù)周期較長(zhǎng),使一些儀器故障和外界因素的干擾不能及時(shí)排除,導(dǎo)致獲取一些異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),因此需要及時(shí)記錄大氣氣候條件的變化、對(duì)獲取的異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確地、有效地判斷處理,建立好儀器校準(zhǔn)、定期的零點(diǎn)和量程漂移檢查、異常監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理等數(shù)據(jù)質(zhì)量保證制度并使之真正得以落實(shí),確保自動(dòng)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠,真正發(fā)揮自動(dòng)監(jiān)測(cè)的作用;為環(huán)境管理提供科學(xué)的依據(jù)[7]。

[1] Ivan Kantora,Michael W.Fowler,Amirhossein Hajimiraghaa and Ali ElkamelAir quality and environmental impacts of alternative vehicle technologies in Ontario[J].Canada International Journal of Hydrogen Energy,2010,35(10)：5145-5153

[2] Cowlinga E B,Eris manb J W,Smeuldersc SM,et al.Optimizing air qualitymanagement in Europe and North America：Justification for integratedmanagementof both oxidized and reduced forms of nitrogen[J].Environmental Pollution1998,102(1)：599-608.

[3] 曹家新.監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的審核及結(jié)果的分析與判斷[J].四川環(huán)境 2002,21(4)：19-21.

[4] Daniel A Vallero.Fundamentals of Air Pollution(Fourth Edition)[M].USA：Academic press,2007.296-312.

[5] 楊麗萍.環(huán)境空氣自動(dòng)監(jiān)測(cè)異常數(shù)據(jù)的判斷與處理[J].天津建設(shè)科技,2005,(增刊)：236-237.

[6] Longley ID,InglisD W F,M W,et al.UsingNOx and CO monitoring data to indicate fine aerosol number concentrations and emission factors in three UK conurbations[J].Atmospheric Environment,2005,39(28)：5157-5169.

[7] W illiams M L.UK air quality in 2050—synergies with climate change policies[J].Environmental Science&Policy,2007,10 (2)：169-175.