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PM2.5 站点观测:来源、质量与日统计

站点观测用于浓度比较、模型评价和暴露研究。获取与整理见 PM2.5 技能。

数据从哪里来

本例来源链为:国控空气质量站点测量 → 中国环境监测总站公开发布 → Quotsoft 采集与历史归档 → 本项目指定日期下载 → 派生站号长表。维护者说明明确其全国数据来自总站实时发布平台,单日站点 CSV 是第三方保存的发布记录,不是仪器原始信号、带全套运维记录的审核数据库或总站官方历史 API。

china_sites 以站点为列,PM2.5 为小时质量浓度,单位 µg/m³;PM2.5_24h 和 AQI 分别管理。日期跨度、实际提供者和格式见来源说明,已验证小样例见获取示例。公开归档没有逐条提供完整的仪器状态、校准和质量审核信息,不能给所有行标记为“已通过官方质控”。

观测与使用中可能出现的误差

环节 潜在问题 规范处理
采样与仪器 采样流量、切割器/管路状态、温湿度调理、温压检测及校准异常;不同测量方法和仪器更换可能造成差异 尽量关联仪器、运维与源质量标记;仅凭小时 CSV 不能恢复分钟有效采样或实施仪器校正
站点与代表性 迁站、更名、周边环境变化、城市点与背景点差异;站点不代表整个网格或城市人口暴露 站号结合有效期,保留历史坐标;明确点位类型、空间匹配与距离,不自动合并迁站序列
发布与采集 断电、网络/采集失败、平台延迟、发布修订或重复抓取 区分缺文件、缺小时、单站缺测与源剔除;记录取得时间、版本及冲突,不能把采集失败视为浓度为零
时间抽样 只有白天/夜间或某类天气有值时,即使能算均值也可能有抽样偏差 报告有效小时和缺失时段/季节;按完整性规则筛选,并比较筛选前后站点/时段构成
统计加工 重复小时抬高计数、滑动均值重复汇总、插补压低变异、过度异常剔除改变污染峰值 用唯一小时计数,严格区分观测/插补/均一化;高值不等于错误,研究筛选与源质控分开

仪器和运维检查的依据为 HJ 817—2018。校准、更换与长序列不连续问题可参考 Bai 等(2020)第 2–3 节;该文的研究处理不等于所有站点的通用校正。上述是风险来源,不据此推断某站实际误差大小或方向。

单位相同也要核对浓度状态

2018 年 GB 3095 修改单调整了监测状态,2019-01-01 起实施:颗粒物按实际监测温度和压力表达,气态污染物按参比状态表达。跨此节点研究长期变化时,核对发布记录是否已经回算,不能仅凭年份自动转换,或把新旧口径差异全解释为减排效果。参见修改单及生态环境部关于实施时间和可比性的答复。转换需要相应温压与明确公式;缺这些信息就保留未知状态。

日均值:怎样处理小时数不足

标准与文献分开选择

依据 核实到的规则 使用范围
GB 3095—2012 第 6.4 条、表 4 PM2.5 的 24 小时平均每日至少有 20 个小时平均浓度值或采样时间 历史评价或明确采用该版本的研究;使用时同时核对当时适用的修改单和评价规范
GB 3095—2026 第 6 章、表 4、HJ 663—2026 第 6.1.1 条 GB 的日均最低要求仍为 20 小时;HJ 要求评价项目统计有效性符合 GB 3095 2026-03-01 起新版标准体系;新版 GB/HJ 不写成 2024 年当时有效版本
Bai 等(2020)第 2 节 独立的美国驻华使领馆验证样本,日均要求多于 12 个有效小时样本,即至少 13 个 仅该文这一验证数据处理,不能替代国控站 20 小时规则,也不能误写成其所有数据的统一门槛

新版替代时间见发布公告。监管评价按适用规则执行;论文复现按论文精确规则并标明用途;跨年研究预先固定统一统计方案并报告其与监管规则的差别,不随结果好坏切换门槛。

建议的研究整理顺序

  1. 先确认自然日:明确时区、小时标签代表区间起点还是终点、0/24 如何归日。当前 Quotsoft 小样例这些语义尚未全部核实,实际日均计算仍暂停;24 行本身不能证明自然日已正确对齐。
  2. 确定有效观测:精确筛选小时 PM2.5,按所选源标记/质控规则排除无效值,空值或非有限值不计入;缺少源标记要如实保留来源质量状态,小时文件无法证明分钟采样合规。
  3. 处理重复和冲突:按来源、站点、自然日与小时区间唯一化。完全相同的重复可按预定规则折叠;不同值冲突先报告并按版本/审核规则处理,不能任意平均后当成实测。保留原记录。
  4. 统计有效唯一小时:记为 n_valid_hours;常规自然日的覆盖率为 n_valid_hours / 24。只统计观测,不用插补值凑足门槛;其他时区若存在夏令时,另定实际日长和规则。
  5. 采用明确门槛:例如历史国控站研究选用表 4 的 20 小时要求时,n_valid_hours >= 20 才输出有效日均,用有效小时浓度算术平均,不除以固定 24;不足时令 daily_mean = NA、daily_valid = false、原因 insufficient_valid_hours。
  6. 保留被筛掉的日期:保留站点—日期、计数、覆盖、原因和可追溯记录;“去除该日”指不纳入有效日均分析,不删除 raw 或悄悄丢失缺测日。
  7. 汇总覆盖与敏感性:报告各站/月份有效日数、连续缺口、缺失集中时段。需要更严格完整样本时,可比较 20 小时与完整 24 小时样本结果,说明选择,不把敏感性分支冒充另一项标准。

合成边界例子:19 个有效唯一小时不通过 20 小时门槛,20 个通过;20 行中有一行重复则最多 19 个唯一小时,不通过;24 行全缺失则有效小时为 0。满足小时数只是统计条件,不能补足缺失的时区、仪器与来源审核证据。

日表建议额外保留 n_valid_hours、n_expected_hours、coverage_fraction、daily_valid、exclusion_reason、quality_policy_id、source_qc_status、imputed_hours。月/年汇总再检查相应有效日和月份覆盖,不将所有可用小时直接混合成“合规年均”。

异常、插补和模型使用

异常检测只在派生层标记并保存依据;负值、超量程、长时间恒值、突跳分别审查,不按统一上下限或局地离群规则自动删除真实污染事件。文献异常阈值是其研究设计,需评估污染分布和用途后采用。插补、迁站合并或均一化另存产品与标记,原观测路径保留;不将重建值用于证明自身插补或模型的独立准确性。

与 ERA5/CAMS 配准前,分别核对小时/自然日、UTC/当地时间、浓度状态、地表定义与空间代表性。气象或模式值不能无标记地填成站点观测;训练/验证按站点与时间划分,标准化、插补和偏差订正只在训练范围拟合。

整理交接见数据准备方法。