2018年3月12日:
　　在德里的一個問答環(huán)節(jié)(2017年12月)，我被問到這樣一個問題:“自排燈節(jié)以來，德里政府安裝了20個連續(xù)監(jiān)測站。盡管監(jiān)測工作有所增加(從6個增加到20個)，為什么污染水平仍然如此之高?”
　　一個簡單的答案是，監(jiān)測是一種評估空氣污染水平的診斷工具，監(jiān)測本身并不能減少任何空氣污染。
　　它所做的，是為理解空氣污染問題(空間和時間)提供了一個起點(diǎn)，并為解決污染控制方案提供了一個方向。
　　這引起了我的思考。
　　在我的整個職業(yè)生涯中，我一直從事與空氣污染相關(guān)的研究，在與空氣污染相關(guān)的問題交流時，我不得不不斷提醒自己存在認(rèn)知偏差。這意味著我(在不知不覺中)假設(shè)其他人也像我一樣理解與空氣污染(和監(jiān)測)有關(guān)的概念。當(dāng)與其他“專家”交談時，這種偏見往往會得到加強(qiáng)，而打破這種偏見的唯一方法就是盡可能清晰地溝通。
　　我想談?wù)効諝馕廴局械膸讉€主題，例如來源分配、擴(kuò)散模型、排放清單等。在這篇博客中，我將嘗試解釋“空氣質(zhì)量監(jiān)測”的概念，它是什么意思，它是如何做的，我們從中得到什么，以及如何使用數(shù)據(jù)，并附有一些插圖。本博客中所有的例子和插圖都來自印度，但這些都是世界各地普遍的做法。
　　什么是空氣污染監(jiān)測?
　　監(jiān)測是測量一個地區(qū)的環(huán)境空氣污染水平。
　　這些數(shù)據(jù)將表明我們呼吸的空氣質(zhì)量狀況。
　　從長期來看，這些數(shù)據(jù)使我們能夠梳理出有助于支持空氣污染控制政策的模式。這些模式包括污染的空間差異(城市中哪些區(qū)域污染更嚴(yán)重或更好)和時間差異(白天和/或季節(jié)中的污染水平是否存在模式)。
　　因此，雖然空氣污染監(jiān)測本身并不能減少空氣污染，但它為我們提供了污染程度、污染地點(diǎn)和污染時間的線索。
　　利用這些數(shù)據(jù)趨勢，我們可以得出結(jié)論，我們改善空氣質(zhì)量的努力是否成功，以及成功了多少。如果不是，我們是否需要嘗試其他選擇，或者在目前的努力中更加積極?
　　+為什么我們認(rèn)為監(jiān)測污染會帶來更好的空氣質(zhì)量?
　　空氣污染監(jiān)測為空氣污染政策提供信息，由于這種聯(lián)系，監(jiān)測活動經(jīng)常被決策者引用為污染控制戰(zhàn)略的一個組成部分(如果不是關(guān)鍵措施)，引引性地，媒體也引用。
　　例如，《印度斯坦時報》2016年的一篇文章引用了“移動空氣質(zhì)量監(jiān)測單元將能夠從源頭實(shí)時采樣、分析和控制空氣污染?！?br>　　對于不懂技術(shù)的讀者來說，這一聲明意味著，流動空氣污染監(jiān)測裝置在城市巡查的同時，也在控制空氣污染。
　　如何監(jiān)測環(huán)境空氣污染?
　　監(jiān)測是用于評估空氣污染水平的方法的通用術(shù)語。對于空氣污染測量，環(huán)境是10米以下的所有空氣(大致);在這一點(diǎn)上，垂直混合是均勻的，并代表了附近的所有來源(包括來自遠(yuǎn)距離的污染-鄰近的村莊，城市，州，甚至國家)。
　　有幾種類型的監(jiān)測(環(huán)境靜態(tài)、環(huán)境移動和堆棧排放)，收集這些信息的不同方法(參考等級系統(tǒng)和低成本傳感器)，以及這些信息的多種用途(趨勢、暴露評估和源分配)。
　　+什么是人工空氣污染監(jiān)測?
　　這是一個收集物理樣本的過程，然后在實(shí)驗(yàn)室稱重，分析，記錄，然后郵寄給消費(fèi)。
　　+什么是持續(xù)空氣污染監(jiān)測?
　　在這個過程中，除了定期維護(hù)監(jiān)測設(shè)備外，所有步驟(采樣、稱重、分析、記錄和發(fā)布數(shù)據(jù))都是自動化的。
　　+進(jìn)行環(huán)境測量的高度是多少?
　　根據(jù)印度中央污染控制委員會(CPCB, New Delhi, India)提出的環(huán)境監(jiān)測協(xié)議，一個監(jiān)測站將位于距離地面3-10米的地方，而不是“歸零地”。這代表了該點(diǎn)上的所有來源貢獻(xiàn)，而不受可能影響監(jiān)測結(jié)果的來源(在零點(diǎn)處，例如車輛尾氣)的影響——在本例中，是對車輛尾氣直接排放造成的污染水平的高估。
　　+如何選擇測量地點(diǎn)?
　　測量地點(diǎn)的位置非常關(guān)鍵，并可能導(dǎo)致最終結(jié)果的偏差——靠近工業(yè)區(qū)的地點(diǎn)，或位于居民區(qū)中間的地點(diǎn)，或被周圍樹木遮擋的地點(diǎn)，或靠近交通路口的地點(diǎn)，或位于公園中間的地點(diǎn)。
　　一般的理解是，一個環(huán)境監(jiān)測站可以代表半徑2公里的區(qū)域，換算成15平方公里。Km(舍入)。如果城市面積是1000平方英尺。公里，那么你需要67個車站分布在城市各處。此外，我們還必須考慮人口密度、工業(yè)活動范圍和當(dāng)?shù)赝恋赜猛?，這些因素將進(jìn)一步?jīng)Q定所需車站的數(shù)目。這是一個理想的要求，有足夠的資金。為了盡量減少這些偏差，安裝監(jiān)測站的適當(dāng)協(xié)議是在不同的地點(diǎn)設(shè)置多個監(jiān)測站，代表城市中的所有區(qū)域和活動。
　　如果以長期規(guī)劃為目標(biāo)，那么環(huán)境監(jiān)測站必須持續(xù)運(yùn)行(進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)、機(jī)器校準(zhǔn)和質(zhì)量控制檢查)，這樣得到的數(shù)據(jù)才能提供城市空氣區(qū)污染空間趨勢的代表性圖片，以及空氣污染水平的日(日內(nèi))和季(年內(nèi))趨勢。
　　印度需要多少個連續(xù)監(jiān)測站?
　　根據(jù)印度中央污染控制委員會(CPCB, India)創(chuàng)建的拇指規(guī)則，考慮了該地區(qū)的總?cè)丝诤突顒咏M合，我們估計印度需要4000個監(jiān)測站——城市地區(qū)2800個，農(nóng)村地區(qū)1200個。按州和地區(qū)分列的環(huán)境監(jiān)控器所需數(shù)量和運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控器數(shù)量的詳細(xì)信息可在這里找到。
　　例如，人口超過2億的北方邦需要558個車站，人口超過2000萬的德里需要77個。
　　+什么是流動空氣污染監(jiān)測?
　　當(dāng)使用這個術(shù)語時，特別是在污染控制委員會(pcb)中，這是指配備了與監(jiān)管級環(huán)境監(jiān)測站相同儀器的貨車，在需要時，將其取出，停在被審計的地點(diǎn)，并運(yùn)行一天或一周或更長時間，收集所有標(biāo)準(zhǔn)污染物的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)。氣象站在不同地點(diǎn)之間的靈活性使其具有移動性，但從該裝置上進(jìn)行的測量被認(rèn)為是環(huán)境測量，因?yàn)樵撗b置保持在預(yù)先選定的地點(diǎn)進(jìn)行長期測量。
　　+什么是道路空氣污染監(jiān)測?
　　在文獻(xiàn)中，像“路上”和“移動”這樣的詞經(jīng)?；Q使用，指的是測量是在儀器運(yùn)動時進(jìn)行的。在這種情況下，所有的儀器都被綁在車內(nèi)(或車上)，用來測量道路上的空氣污染水平。
　　如果以多種模式(汽車、公共汽車、自行車、摩托車和步行)長時間重復(fù)這個練習(xí)，我們就可以建立道路污染的熱圖。值得注意的是，從這項工作中收集到的測量數(shù)據(jù)偏向于道路上的污染源和城市中的一個土地用途(道路)，從設(shè)計上講，它們不能與環(huán)境監(jiān)測站的數(shù)據(jù)或環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。然而，這個練習(xí)是互補(bǔ)的，它可以幫助更好地了解旅行者暴露在多少污染中。
　　上圖顯示了在德里以各種模式旅行時暴露率的總結(jié)(這項研究是由印度新德里印度理工學(xué)院TRIPP中心的工作人員和學(xué)生進(jìn)行的)。簡而言之，我們可以為城市旅行者建立一個健康暴露函數(shù)——如果城市的日平均環(huán)境污染為100 μg/m3，道路上的旅行者(平均每天)暴露在20-30%的污染中。這種比較只有在環(huán)境平均值和道路平均值之間才有意義。
　　另一個例子，下面是一段2分鐘的道路暴露研究視頻，展示了一名乘坐機(jī)動人力車的乘客在德里暴露在PM2.5污染的高點(diǎn)(和低點(diǎn))(點(diǎn)擊這里了解該研究的更多細(xì)節(jié))。您將注意到，儀器記錄的最高值為3000 μg/m3，但這些是旅行者暴露在1-2秒內(nèi)的瞬時值，無法與環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的平均值相比。這項研究估計，與德里的平均PM2.5水平相比，駕駛機(jī)動三輪車的旅行者平均暴露在道路上的污染多50%。
　　+如何利用衛(wèi)星觀測來推斷空氣質(zhì)量?
　　從衛(wèi)星檢索的原始數(shù)據(jù)是柱狀的-代表從衛(wèi)星鏡頭到地面的一切。將該值轉(zhuǎn)換為地面濃度是一個多步驟的過程，包括使用基于多個假設(shè)的建模練習(xí)來估計污染水平。這些假設(shè)包括從環(huán)境空氣監(jiān)測站進(jìn)行的地面測量，以及全球化學(xué)物質(zhì)傳輸模型到污染垂直分布下的結(jié)果。這些模型還依賴于估計的排放清單來驅(qū)動化學(xué)運(yùn)輸模型。因此，為了從衛(wèi)星監(jiān)測中準(zhǔn)確估計，來自地面監(jiān)測站和排放清單的數(shù)據(jù)至關(guān)重要。
　　例如，NASA MODIS衛(wèi)星是氣溶膠光學(xué)深度評估最常用的數(shù)據(jù)來源，用于估計全球PM2.5濃度。這顆衛(wèi)星的軌道為705公里，在極軌上繞地球一周需要99分鐘。一個更新的模型是歐空局哨兵系列，軌道距離為693公里。簡而言之，我們有幾秒鐘內(nèi)在印度上空拍攝的氣溶膠光學(xué)深度快照(當(dāng)圖像無云時)，以確定當(dāng)天的污染水平。這些快照講述了一個迷人的故事，但不足以理解印度地面污染水平的真實(shí)晝夜和季節(jié)循環(huán)。
　　分析衛(wèi)星數(shù)據(jù)，將其與建模數(shù)據(jù)聯(lián)系起來，并將其回歸到地面濃度，這是一項漫長的工作，只有少數(shù)團(tuán)隊有技術(shù)能力使用這種方法?？紤]到在印度增加環(huán)境監(jiān)測站的努力，以及專注于印度上空空氣污染物的新衛(wèi)星(在地球靜止軌道上)，這種方法將會變得更好。但今天，如果有資金來了解印度城市和農(nóng)村地區(qū)的空氣污染情況，那么這些努力應(yīng)該落實(shí)到實(shí)地，以加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)池
　　+什么是排放監(jiān)測?
　　環(huán)境污染是我們呼吸的東西，不應(yīng)將其與污染源的排放相混淆。當(dāng)我們將探針插入排氣管或煙囪并開始測量時，監(jiān)視器會顯示排放速率為xx克/立方米——這是排氣管或煙囪排放的瞬時值。只有當(dāng)這個量分散并與其他來源混合后，我們才有一個環(huán)境空氣污染值。
　　與環(huán)境空氣標(biāo)準(zhǔn)一樣，大多數(shù)行業(yè)都有排放標(biāo)準(zhǔn)。例如，每一輛汽車、貨車和吉普車都有一個“污染控制下”(PUC)標(biāo)簽，這意味著車輛在規(guī)定的污染物標(biāo)準(zhǔn)之下，但當(dāng)你有100萬輛車同時在同一條道路上行駛時，復(fù)合效應(yīng)就不同了。工業(yè)也是如此。每個行業(yè)都必須申請環(huán)境許可，該過程不包括對工業(yè)區(qū)的集體污染負(fù)荷的分析，而只包括對單個工廠的分析。
　　有一項命令要求重工業(yè)實(shí)時監(jiān)測煙囪的空氣污染。然而，這些信息并沒有公開審查或用于研究(原因未知)。同樣，我們也有貼有Bharat- iii或IV貼紙的車輛(很快將從德里開始貼有Bharat- VI貼紙)，但車輛的真實(shí)排放率是由其使用年限、用途和行駛的道路決定的，需要使用每個城市的代表性駕駛周期進(jìn)行測試。
　　今天，為印度城市進(jìn)行的大多數(shù)排放清單工作都是使用借來的排放率或基于正在使用的技術(shù)或根據(jù)當(dāng)?shù)鼗顒酉嚓P(guān)條件調(diào)整的排放率構(gòu)建的排放率進(jìn)行的。當(dāng)我們想要了解我們呼吸了多少，哪種污染物，為了更好地了解這些污染物有多少來自哪個來源，我們還需要投資于排放監(jiān)測。
　　+什么是低成本的空氣污染監(jiān)測?
　　低成本監(jiān)控器已成為政府監(jiān)測數(shù)據(jù)的流行替代品，并具有增加監(jiān)測數(shù)據(jù)池的潛力。一般來說，這些替代傳感器可以幫助創(chuàng)建一個更快、更便宜的城市污染水平熱圖;可以幫助到達(dá)使用標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)視器無法到達(dá)的城市部分地區(qū);并補(bǔ)充說，在任何城市不斷擴(kuò)大的監(jiān)管級別網(wǎng)絡(luò)。但是，如果數(shù)據(jù)是為了支持城市的長期空氣質(zhì)量管理計劃，則應(yīng)謹(jǐn)慎分析這些數(shù)據(jù)，只有在設(shè)備通過所需的校準(zhǔn)和維護(hù)協(xié)議時才能使用這些數(shù)據(jù)。如果沒有經(jīng)過校準(zhǔn)或使用不當(dāng)，這些數(shù)據(jù)就會有偏差，更重要的是，政策制定者將不會接受這些數(shù)據(jù)作為診斷依據(jù)。
　　這是一個相當(dāng)新的發(fā)展，尤其受歡迎，因?yàn)橛《缺辈慷究諝馕廴炯觿?，加上居民無法從政府獲得可靠數(shù)據(jù)。因此，他們不得不求助于自己的方法來了解空氣質(zhì)量過去是什么(現(xiàn)在是什么)。隨著時間的推移，低成本監(jiān)控器的質(zhì)量將會提高，希望政府也將增加監(jiān)控器的數(shù)量，并為公民提供實(shí)時訪問，使他們無需訴諸自己的措施。
　　以下是一些低成本傳感器的比較和注意事項，以及購買時應(yīng)注意的事項;Urban Sciences在印度建立了一個可運(yùn)營的低成本傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　+空氣污染監(jiān)測數(shù)據(jù)的基本用途是什么?
　　下面總結(jié)了監(jiān)控數(shù)據(jù)的最基本用法。
　　+監(jiān)測數(shù)據(jù)如何用于健康暴露評估?
　　對健康的影響是人們擔(dān)心空氣質(zhì)量惡化的主要原因。可靠的環(huán)境空氣監(jiān)測數(shù)據(jù)的最大用途之一是與健康影響建立可信的聯(lián)系，包括缺血性心臟病(可導(dǎo)致心臟病發(fā)作)、腦血管疾病(可導(dǎo)致中風(fēng))、慢性阻塞性肺病、下呼吸道感染和癌癥(氣管、肺部和支氣管炎)。越來越多的證據(jù)表明，空氣污染與肥胖、糖尿病和阿爾茨海默病有關(guān)。根據(jù)最近的全球疾病負(fù)擔(dān)(GBD)估計，2016年，戶外過早死亡人數(shù)估計為103萬人，家庭PM2.5污染導(dǎo)致78萬人過早死亡。印度研究人員也發(fā)表了類似的估計，但多次遭到環(huán)境部長們的斷然拒絕。
　　要更好地了解空氣污染對我們健康的影響，并利用它來建立有效的長期空氣質(zhì)量管理計劃，唯一的方法就是了解長期污染暴露水平。健康影響評估基于長期環(huán)境監(jiān)測趨勢和長期醫(yī)院記錄。這種分析通常是針對一個城市或一個國家，或全球(就像GBD的工作一樣)進(jìn)行的，而不是針對一條道路或一天。這里的重點(diǎn)是長期暴露于空氣污染的影響。例如，如果一個城市的PM2.5平均濃度為100 μg/m3，持續(xù)365天，那么由于心血管疾病發(fā)病率的增加，這種慢性暴露的可能影響可能與一年內(nèi)如此多的過早死亡有關(guān)。
　　短時間內(nèi)接觸高濃度會對健康產(chǎn)生急性影響，如眼睛刺激、呼吸短促、鼻竇炎、哮喘加重、惡心和皮膚刺激;所有這些研究都在不同水平上研究了與所有標(biāo)準(zhǔn)污染物的聯(lián)系。
　　與印度的環(huán)境監(jiān)測和排放監(jiān)測一樣，在了解城市和農(nóng)村人口的慢性和急性健康影響方面的工作也很缺乏。目前關(guān)于空氣污染如何影響人體器官的理解，是基于在印度以外進(jìn)行的研究。這不應(yīng)該成為對空氣污染免疫的理由。將健康影響與空氣污染聯(lián)系起來的更多研究將加強(qiáng)印度更嚴(yán)格的監(jiān)管和積極實(shí)施更清潔選擇的理由，但讓我們不要停止或等待這種情況發(fā)生。
　　+監(jiān)測數(shù)據(jù)如何幫助驗(yàn)證建模工作?
　　更多的臺站意味著更大的數(shù)據(jù)池，以便更好地了解污染的空間和時間趨勢，并為試圖了解這些趨勢的建模工作提供更多支持
　　模擬PM2.5濃度(預(yù)測模式)
　　作為空氣污染知識評估(APnA)城市計劃的一部分，我們將來自不同來源的數(shù)據(jù)庫放在一起，為城市空氣群建立排放清單，并將其處理為化學(xué)運(yùn)輸模型，以估計環(huán)境濃度。將2018- 2019年連續(xù)監(jiān)測站的所有PM2.5濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，并與這些模型結(jié)果進(jìn)行比較。散點(diǎn)圖顯示了24小時PM2.5平均濃度的月比較。建模數(shù)據(jù)用于城市的城市部分。為了能夠復(fù)制多個城市濃度的時空趨勢，驗(yàn)證排放清單，可以進(jìn)一步用于情景分析和政策對話。
　　模型PM2.5濃度與實(shí)測值PM2.5濃度的比較(后置模式)
　　+參考資料
　　空氣傳感器指南，美國環(huán)保局，2014年(鏈接)
空氣質(zhì)量傳感簡史，蒂姆·戴伊著，2017年(鏈接)
全球官方監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲庫，由OpenAQ提供。
環(huán)境空氣質(zhì)量連續(xù)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范，印度CPCB(鏈接)
持續(xù)排放監(jiān)測指南，CPCB印度，2017年(鏈接)
在線塵埃粒子計數(shù)器