什么是环境监测？

环境监测系统收集和测量数据，以了解当前的环境条件，检测随时间产生的变化，发现潜在问题并预测未来状况。

例如，政府机构可使用环境监测工具追踪河流水质指标，包括温度、酸碱度及污染物含量。持续监测有助于发现问题（如工业废水导致污染物浓度突然激增），以便及时应对并控制损害范围。

科学家、研究人员、企业及美国环保署 (EPA) 等监管机构利用环境监测数据编制影响评估报告、核查环保法规合规性并指导自然资源管理决策。

环境监测可帮助组织收集关键数据，用于保护公众健康、维护脆弱的生态系统、制定环境政策和法规并提高运营效率。环境监测的优点包括：

• 污染检测
• 生态系统保护
• 灾害准备与风险管理
• 法规一致性
• 运营效率

企业使用不同的环境监测手段用于评估环境各要素。常见的环境监测类型包括：

• 空气质量监测
• 水质监测
• 土壤质量监测
• 盐度监测
• 生物多样性监测
• 污染监测

空气监测旨在测量大气中的污染物，如臭氧、颗粒物、二氧化硫和二氧化氮。这些污染物会导致人类健康问题，如心血管疾病和呼吸系统问题。它们还会导致酸雨，从而损害湖泊和森林等敏感的生态系统。

各组织通常通过使用传感器采集空气样本来监测空气质量。然后对样本进行分析，以确定空气污染物是否存在及其浓度，以及温度和湿度等其他因素。

地理信息系统 (GIS) 模型是一种计算机系统，用于生成地理空间数据的关联可视化内容，能够帮助研究人员跟踪特定区域的空气质量水平和污染浓度。

水监测可分析物理、化学和生物特征，确保供人类和水生生态系统使用的水资源的安全。

常见水质威胁包括重金属、杀虫剂、硝酸盐、工业化学品及大肠杆菌污染。

微生物分析和电导率测试通常是水监测的核心部分。微生物分析可检测供水中的有害微生物，例如病毒、细菌和真菌。电导率测试可评估水的电导率，有助于确定是否存在工业废物、污水或农业径流等污染物。

土壤监测有助于识别危害植物生长、生物多样性、农业和生态系统的其他方面的威胁。研究人员观察并分析土壤质地、颜色、营养物质水平、微生物活动和根系健康状况等因素，了解土壤质量。

侵蚀监测指追踪风、水等外力导致的土壤流失情况。侵蚀会带走植物生长必需的养分与有机质，破坏生态系统平衡。

研究人员通过视觉评估、土壤样本、地被植物测量以及可检测海拔和湿度变化的红外或超声波传感器来监测土壤侵蚀情况。

水和土壤中过量的盐会损害生态系统的健康，降低农作物的产量，并危害动物。

为了跟踪水的盐度，研究人员可能会直接取样、测试电导率或测量热辐射，这些都会受到盐度水平的影响。

为监测土壤盐度，研究者常用卫星与航拍等遥感工具识别土壤反射光的光谱特征。因盐度改变土壤反光特性，不同光谱波长可以辅助测算盐度值。

同样，盐结壳和植被也有助于确定土壤盐度。如果土壤中存在可溶性盐，它们蒸发后会留下白色沉积物或硬壳。植被生长发育不良、变色或叶子大小或形状发生变化也表明土壤盐度较高。

生物多样性是指生态系统中的所有生命形式，包括动物、植物、微生物等。

生物多样性监测通常涉及观察物种种群的方法，包括迁移跟踪、入侵物种识别、实地调查、DNA 采样和声学监测，声学监测可根据物种发出的特征性声音来检测物种。

铅等重金属、杀虫剂等有机污染物和放射性物质会威胁土壤、空气和水质。污染监测依靠采样和实验室检测来识别、跟踪和测量这些有害元素。

质谱法测量光与物质之间的相互作用，常用于分子层面的污染监测。它可以从空气、土壤和水样本中检测万亿分之几的痕量污染物。

环境监测流程通常包含四个阶段：

• 明确目标
• 数据收集
• 数据分析
• 报告

环境监测的第一步是确定项目的目标和范围。该定义通常包括要开展的活动、要跟踪的环境参数以及要监测的地理区域。

例如，环境监测系统可能重点关注制造设施周围的空气和水中是否存在某些污染物，旨在确保污染物不会达到危险水平。

接下来，负责环境监测的研究人员或其他利益相关者系统性地收集与既定目标相关的环境条件信息。利益相关者可以使用各种技术，包括现场直接采样和遥感。

例如，要从生产设施收集空气质量数据，组织可以在周边区域安装一系列传感器，持续对空气质量进行分析。

接着，利益相关者分析他们收集的数据集，以揭示生态系统健康和环境条件的关系、模式和趋势。使用不同类型的数据分析和统计技术从调查结果中得出有意义的结论。

例如，研究人员可能会使用统计软件来绘制生产设施周围区域的空气质量趋势图。然后，这些图表可以指明该设施是否会随着时间的推移对空气质量产生负面影响。

环境监测的最后一个阶段是向目标受众明确传达结果，根据项目的目的，受众可能包括政策制定者、管理人员、研究人员、监管机构或公众。

报告形式多样。例如，拟建工厂的环境影响评估需提交一份详尽报告，供管理层和监管机构审阅。而宣传企业环保承诺的可持续发展报告可通过网络研讨会、社交媒体或政府官网发布。 

研究人员越来越多地使用人工智能 (AI) 来提高环境监测的速度和准确性。

AI 可以自动执行耗时的任务，例如，环境数据管理和数据收集仪器的校准。通过分析来自传感器、卫星和现场采样的大量数据集，AI 工具可以在更短的时间内识别模式、发现风险并预测未来趋势，而且可能比人类分析师更准确。

AI 技术现已用于空气和水质监测、野生动物保护、森林砍伐检测、气候变化监测、废物管理、农业和海洋监测等领域。

例如，机器学习现在用于预测未来几周的空气质量水平，并预测湖泊中有毒藻类的可能性和严重程度。大语言模型 (LLM) 也在帮助研究人员总结研究结果、生成报告并从大量环境监测数据中提取关键洞察分析。