欧洲大气颗粒物标准及监测体系

王晓彦，李健军

中国环境监测总站，国家环境保护监测质量控制重点实验室，北京 100012

欧洲大气颗粒物标准及监测体系

王晓彦，李健军

中国环境监测总站，国家环境保护监测质量控制重点实验室，北京 100012

以欧洲环境空气质量及清洁空气指令为基础，从标准限值、监测点位布设、监测方法等多个方面，对欧洲大气颗粒物标准及监测体系进行了综合阐述。由极限值、目标值、暴露浓度限值、评价上限和下限等构成的标准限值体系协同作用，将欧洲大气颗粒物浓度控制在一定范围内；大气颗粒物监测点位布设方法遵循基本布设原则和最少点位数及AEI计算要求的详细规定；在颗粒物监测方法上，参比方法和等效方法并存，近年多种方法的应用情况也有所变化。通过对欧洲大气颗粒物标准及监测体系的综述，以期为中国大气颗粒物监测管理提供先进思路和技术参考。

欧洲；大气颗粒物；标准；点位布设；监测方法

欧洲现行的环境空气质量标准和监测体系基于2008年欧洲议会和欧盟理事会共同颁布的欧洲环境空气质量及清洁空气指令（2008／50／EC）。该指令在空气质量标准、监测点位布设、污染物监测方法、空气质量评价与管理、清洁空气计划、信息发布、空气质量报告等方面做出了原则性的技术规定，是欧洲各国开展空气质量监测、评价、管理的指导性文件［1］。各国以该指令为基础，结合实际情况，制定适合本国环境空气质量达标管理的一系列法律法规，以赋予指令法律效力。大气颗粒物（PM，包括PM10和PM2.5）是欧洲环境空气质量监测和达标管理的重点之一，2008／50／EC指令中详细规定了大气颗粒物的浓度限值、布点原则、监测方法等一系列监测管理相关内容。研究将对欧洲较为成熟和完善的大气颗粒物标准及监测体系进行综合阐述，以期为中国大气颗粒物的监测管理提供先进思路和技术参考。

1 大气颗粒物标准和限值

2008／50／EC指令中除规定大气颗粒物的标准极限值外，还根据不同目的设定了一系列浓度限值对颗粒物污染进行全方位的综合控制，形成了一套较为复杂的大气颗粒物标准和限值体系。

1.1 极限值

2008／50／EC指令中对大气颗粒物浓度设定了极限值（limit value），是硬性的空气质量达标要求，其中PM10日均值极限值与WHO指导值相同，未设定PM2.5日均值极限值，PM10、PM2.5与WHO指导值仍存在一定差距。与中国不同的是，欧洲空气质量标准中还同时规定PM10日均浓度一年内超标天数不得超过35 d，因此从浓度和超标天数2个方面综合控制大气颗粒物污染。同样，允许的超标天数也使空气质量达标评价具备一定的弹性空间。欧洲和WHO大气颗粒物标准的比较见表1［2］。

表1 欧洲和WHO大气颗粒物标准比较

1.2 目标值

2008／50／EC指令对PM2.5年均浓度设定了目标值，要求PM2.5年均值在2020年达到20 μg／m3。在正式生效之前，目标值仅是改善空气质量的软性要求，即在一定时间内尽可能达到的目标性浓度限值。

根据人体健康与环境影响之间进一步的研究成果以及成员国在目标值实现上的技术可行性和经验，欧洲理事会将适时对PM2.5年均浓度目标值进行审查，并视情况调整目标值。

1.3 暴露浓度限值

为进一步降低PM2.5污染以减少因人体暴露导致的健康影响，2008／50／EC指令对PM2.5设定了暴露浓度限值。该值基于平均暴露指示值（AEI）的计算，以所有城市监测站开展的PM2.5浓度监测为基础，计算连续3年PM2.5年均浓度的滑动平均值作为AEI。欧盟以各成员国2010年的AEI为基准（2008—2010年PM2.5年均浓度值），按照浓度范围设定了不同比例的PM2.5削减目标，并将以2020年AEI对各成员国的目标完成情况进行评估［1］（表2）。

表2 基于2010年AEI的PM2.5削减目标

极限值在质量浓度上对PM2.5加以控制，而AEI侧重于PM2.5污染减排，以达到极限值要求。极限值和 AEI之间类似“钳子”的协同作用将PM2.5污染控制在一定范围内。

1.4 评价上限和下限

欧洲针对PM2.5浓度设定评价上限、下限的目的在于划分浓度区间以选择不同的数据获取方式。当PM2.5浓度高于评价上限（极限值的70%，17 μg／m3）时，必须在固定点位开展实地监测以获得浓度数据；当浓度低于评价下限（极限值的50%，12 μg／m3）时，允许单独使用模型模拟或客观评估获得浓度数据；当浓度在评价上限与下限之间（12～17 μg／m3）时，可使用固定点位监测、模型模拟或指示测量的综合方式获取数据［1］。根据评价上限、下限划分3种浓度区间，使PM2.5浓度数据获取方式多样化，具有较强的灵活性和实际操作性。

2 大气颗粒物监测点位布设

2.1 点位布设原则

欧洲空气质量监测点位设置的目的分为保护人体健康和保护植物及自然生态系统2个大类。2008／50／EC指令从宏观角度规定了监测点位的选址原则，并从微观角度提出监测点位站房设计、采样条件、基础设施等具体要求，以保证不同点位监测数据的可比性。

以保护人体健康为目的的监测点位选址的首要原则是将国家内部划分若干个区域和城市群作为“区”，且对每种污染物单独划分“区”，分别进行监测点位设置，形成各种污染物相对独立的监测网络。在设置点位时，要求在各“区”内容易出现高浓度（峰值）而直接或间接影响人体健康的地区，以及“区”内其他能代表总人口暴露水平的地区设置监测点［3］。

为了优化空气质量的管理，根据面积、人口、污染物来源、保护目标、减排策略等因素，各污染物划分的“区”的数量会有所不同。例如2010年欧盟27个成员国中，NO2、PM10这2项容易超标的污染物“区”的数量（约680个）多于其他污染物（400～600个）；21个国家中PM10、PM2.5划分“区”几乎一致，而部分国家 PM10的“区”多于PM2.5，例如德国分别划分了85个PM10“区”和78个PM2.5“区”［4］。

与国际惯例相同，欧洲规定不同类型监测点位需具有一定的区域范围代表性，例如交通监测点至少代表100 m长的街段的空气质量，工业区监测点至少代表250 m×250 m范围的空气质量，城市监测点应设置在能反映上风向所有污染源综合贡献影响的位置，能代表几平方公里范围的空气质量，乡村背景监测点不应受到周围城市群或工业区的影响等。在保证监测点位代表性的前提下，各国可按照空间相关分析、等浓度线、聚类等不同方法自行设计污染物的监测网络［3］。

2.2 最少监测点位数要求

针对以固定点位监测（自动监测或手工监测）作为唯一污染物浓度获取方式的区域和城市群，2008／50／EC指令规定了该区域和城市群内的最少监测点位数，以保证能够全面反映污染物总体浓度水平。同时，根据面源和点源2种不同的监测对象，最少点位数要求又有所区别。

在面源上监测大气颗粒物浓度时，各“区”内规定不同数量的最少监测点位，同时根据“区”内PM2.5的最大浓度又分为“超过评价上限”和“介于评价上下限之间”2类。在同一人口数区间内，以上2类情况下要求的最少点位数不同，PM2.5最大浓度超过评价上限的最少点位数多于最大浓度介于评价上下限之间的最少点位数，且随着区域和城市群内人口数的增加，两者之间的差距会越来越大。在同一个点位同时监测PM10、PM2.5时，该点位计为2个单独的点位，且一个国家中PM10和PM2.5监测点位数量差别不能超过2个。相对来说，PM2.5监测点位的设置更加侧重于人体暴露影响评价。例如2010年990个PM2.5监测点中，52%是城市和郊区监测点，33%是用于交通和工业监测点；相反，2 859个PM10监测点位中，两者的比例分别为41%、46%［4］。面源监测大气颗粒物（PM）的最少点位数要求见表3［1］。

表3 面源监测PM的最少点位数要求

在进行大气颗粒物的点源监测时，监测点位数量的设置应同时考虑污染源密度、空气污染扩散类型和对人体健康的潜在暴露影响等因素。

各成员国在选定大气颗粒物固定监测点位后上报欧盟理事会，由理事会进行统一监督并优化总体点位布设。在满足一定条件后，例如当辅助方法（模型模拟或指示测量）能够提供足够的信息用于评价环境空气质量时，可视情况减少监测点位数。

2.3 用于AEI计算的点位数要求

除最少监测点位数要求外，PM2.5监测中应保证有足够数量的城市点位提供监测数据用于AEI计算，即在城市群每100万人口或超过10万居民的其他城市地区内均需设置一个点位。在用于AEI计算的PM2.5点位设置上，允许与现有PM2.5监测点位重合，即从中选取部分点位的PM2.5监测数据进行AEI计算。如表4所示，2010年欧洲主要国家中，用于AEI计算的点位数占PM2.5总点位数的比例为16% ～96%［4］。

表4 2010年欧洲主要国家用于AEI计算的点位数

3 大气颗粒物监测方法

3.1 参比监测方法

欧洲大气颗粒物质量浓度的参比监测方法（基准方法）为重量法，并针对PM10、PM2.5均制定了相应的方法标准，分别为EN 12341：1998、EN 14907：2005，目前这2项标准已由欧洲标准委员会修订归纳为一项标准（prEN 12341：2012）。大气颗粒物的参比方法标准对重量法监测的原理、质量控制和质量保证措施、采样系统构成、称重设备、滤膜条件、采样和称重过程等基础内容，以及包括天平室、空白膜称重、采样时间、样品保存和输送、采样膜称重等在内的一系列技术要求做出了详细阐述和规定［5⁃6］。

3.2 等效监测方法

高时间分辨率、连续在线的自动监测方法在欧洲大气颗粒物浓度监测中被广泛应用。欧盟允许将自动监测方法作为重量法的等效方法来监测大气颗粒物浓度，并有权要求成员国提交等效方法与参比方法之间的比对测试报告。欧洲最常用的大气颗粒物自动监测方法为β射线法、微量振荡天平法（TEOM）。

为规范等效方法在环境空气质量监测中的应用，欧盟委员会出台了相关指导性文件，为各类监测方法的等效性认证提供依据。其中，指导文件中详细说明了大气颗粒物自动监测等效测试认证的程序，包括与参比方法外场比对测试的要求和过程、滤膜称重和存储等实验条件、数据评价、不确定性评估、结果校正、质量控制和质量保证等众多方面［7］。

通过等效测试认证的大气颗粒物自动监测方法可计算获得相应的校正系数（CF），以使其监测结果与参比方法监测结果等效。各国会对CF值进行适时的审查、更新，欧盟也有权对成员国使用的CF值进行确认或修正，并要求CF值可追溯，以保证与以往监测数据具有可比性。如表5所示，2007年欧盟27个成员国（EU27）有47%的PM10监测点上报了CF值，其中分别有43%的CF值大于1，32%的CF值等于1；PM2.5监测点上报的CF值中，大于1、等于1的比例分别为29%、50%［8］。

表5 2007年EU27中等效监测方法CF值使用情况 %

对于未开展PM10自动监测方法等效测试认证的国家，欧洲设定了统一的默认校正系数（CF＝1.3），且该系数同时适用于PM10自动监测的日均值、年均值校正。部分国家已开展的等效测试认证结果显示，不同原理的PM10自动监测方法使用的CF值不同，见表6［9］。

表6 2009年欧洲国家PM10自动监测法CF值统计

3.3 各类监测方法使用情况

根据欧洲空气污染和减缓气候变化主题研究中心最新发布的2011年欧洲监测信息交换报告的统计，2010年欧洲共有3 040个PM10监测点位和997个PM2.5监测点位提供监测数据，其中，采用参比重量法、β射线法、TEOM监测PM10的点位比例分别为22%、43%、24%，采用这3种方法监测PM2.5的点位比例分别为33%、23%、26%。图1显示，在欧洲大气颗粒物监测中，50%以上的点位采用自动监测方法监测PM10、PM2.5浓度［10］。

图1 2010年欧洲PM10、PM2.5监测方法使用情况

通过对2005—2009年欧洲PM2.5多种监测方法使用情况的统计发现，在PM2.5监测点位逐年增多的情况下，采用参比重量法和β射线自动监测法的点位所占的比例仍相对稳定，分别在27%～36%、27%～39%的范围内波动；众多研究结果显示，在仪器加热除湿的环境下，大气颗粒物中硝酸铵等半挥发性有机物会有所损失，使得 TEOM自动监测仪的监测结果偏低［11⁃13］，而在此基础上加装膜动态测量系统（FDMS）则成为修正 TEOM监测结果的趋势［14⁃16］。从表7可以明显看出，欧洲使用TEOM监测PM2.5的点位所占比例在逐年减少，从2005年的37%下降到2009年的6%；相反，使用TEOM⁃FDMS监测PM2.5的点位所占比例在逐年升高，在2008年超过TEOM，2009年达到21%，高达TEOM所占比例的3.5倍。由表7可见，TEOM⁃FDMS正逐渐取代TEOM，成为欧洲PM2.5自动监测的主流方法之一。

表7 欧洲PM2.5多种监测方法所占比例变化情况［8，17⁃20］

4 结语

经过几十年大气颗粒物监测管理与污染控制探索，欧洲逐渐形成了一套多个约束性指标并存的大气颗粒物标准和限值体系，通过各方面的协同作用，有效地将大气颗粒物浓度控制在一定范围内。根据欧洲环境空气质量及清洁空气指令中按“区”布点的原则性规定和最少点位数要求，同时结合人体暴露评价需求，各国分别建立了大气颗粒物监测网络。在监测方法上，以重量法作为大气颗粒物浓度监测的参比方法，同时广泛应用自动监测方法，并形成完善的等效方法认证程序和CF值使用规范。总之，欧洲先进的大气颗粒物标准和监测体系，可为中国大气颗粒物监测管理的发展带来一定的思考和启示。

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Atmospheric Particulate Matter Standards and Monitoring System of Europe

WANG Xiao⁃yan，LI Jian⁃jun
State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring，China National Environmental Monitoring Centre，Beijing 100012，China

Based on the Directive of ambient air quality and cleaner air for Europe，this paper made a review on the standards and limits，siting of sampling points and measurement methods of atmospheric particulate matter（PM）in Europe.The standards and limits system consists of limit values，target values，exposure concentration obligation，upper and lower assessment levels，which maintains the European PM concentrations within a certain range.The layout of PM sampling points follows the basic principles and further detailed regulations according to minimum number and AEI calculation requirements.Reference and equivalent methods for PM monitoring exist at the same time and the application of these methods has changed during recent years.The purpose of this review is to provide advanced experience and technical reference for atmospheric particulate matter monitoring management system of China.

Europe；atmospheric particulate matter；standards；siting of sampling points；monitoring methods

X830

A

1002⁃6002（2014）06⁃0013⁃06

2013⁃11⁃17；

2014⁃02⁃21

王晓彦（1985⁃），女，河北邢台人，硕士，助理工程师.

李健军