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空气污染指数论文

空气污染指数

摘要：

本文介绍了国目前使用的空气污染指数AOI及其前身API，通过比较两种空气污染指数的评价标准，介绍两种指数的计算方法，结合中国实际情况，为中国空气污染指数的发展提供了建议和对策。

关键词空气污染指数API空气质量指数AQI分级标准计算方法

一、引言

2016年7月，74个城市达标天数比例在25.8%～100%之间。

其中，、、、、、、、等8个城市的达标天数比例为100%，、和江门等36个城市的达标天数比例在80%～100%之间，、和乌鲁木齐等22个城市的达标天数比例在50%～80%之间，、和等8个城市的达标天数比例不足50%。

超标天数中以O3为首要污染物的天数最多，其次是PM2.5。

按照城市环境空气质量综合指数评价，空气质量相对较差的后10位城市（从第74名到第65名）依次是、、、、、、、、和；空气质量相对较好的前10位城市（从第1名到第10名）依次是、、、江门、、、、、和。

3月1日，实施新标准的338个城市中，99个城市空气质量超标，主要集中在京津冀及周边、成渝、西北及两广等地区，其中4个城市达到重度污染，7个城市为中度污染，88个城市为轻度污染。

大气污染物主要通过三条途径危害人体：

一是人体表面接触后受到伤害，二是食用含有大气污染物的食物和水中毒，三是吸入污染的空气后患了种种严重的疾病。

从下面的表格中，可以看到：

各种大气污染物是通过多种途径进入人体的，对人体的影响又是多方面的。

而且，其危害也是极为严重的。

 随着近年空气质量受到更多关注，空气污染指数日益成为人们了解空气健康状况选择出行活动的重要指标。

二、城市污染指数的相关介绍

1、API定义

空气污染指数是根据空气环境质量标准和各项污染物的生态环境效应及其对人体健康的影响来确定污染指数的分级数值及相应的污染物浓度限值。

空气污染指数划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201-300和大于300六档，对应于空气质量的六个级别，指数越大，级别越高，说明污染越严重，对人体健康的影响也越明显。

详情见下表：

API

空气质量状况

对健康影响

建议采取措施

0~50

优

可正常活动

51~100

良

101~150

轻微污染

易感人群症状有轻度加剧，健康人群出现刺激症状

心脏病和呼吸系统疾病患者应减少体力消耗和户外活动

151~200

轻度污染

201~250

中度污染

心脏病和肺病患者症状显著加剧，健康人群中普遍出现症状

老年人和心脏病、肺病患者应在

停留在室，并减少体力活动

251~300

中度重污染

>300

重污染

健康人运动耐受力降低，有明显

强烈症状，提前出现某些疾病

老年人和病人应当留在室，避

免体力消耗，一般人群应避免户

外活动

2、API的局限性

（1）随着工业发展进程的加快，区域污染源与本地污染源的共同作用导致某些地区出现复合型空气污染，城市化加速与交通需求快速增长导致机动车数量持续保持上升趋势，机动车尾气污染较为严重。

老的污染还未解决，臭氧污染、细微颗粒物污染、光化学烟雾污染等新的问题也已经开始凸现。

我国现行的API污染物指标只有SO2、NO2、PM10三项，与发达国家相比我们的指标较少，对于我国以前的煤烟型污染类型，三项指标尚能描述空气质量状况，但对于当前复杂的空气污染状况，三项指标已不适应当前我国空气污染的新趋势，不能更好更全面地体现空气污染状况。

中国、美国、英国的空气污染指数指标在三个污染物基础上增加了，O3和CO，美国还加入PM2.5指标，PM2.5只是地球大气成分中含量很少的组分，但它对空气质量和能见度等有重要的影响。

现行的API指标不包括细颗粒，而我国大城市区域的空气污染类型，在不断地发展中，经历了发达国家200年的历程，转变为复合污染类型，以前建立的空气质量评价体系，已经远远不能描述这种污染类型，尤其是不能反应细粒子的污染。

美国的多项研究表明，对于人体健康的影响，细粒子尤为严重，特别是PM2.5，这种细颗粒物可以穿过人体肺部并留在肺的深部，对呼吸系统产生刺激，导致心肺功能疾病，严重威胁人体健康。

1997年，美国EPA颁布了PM2.5的空气质量标准，以保护人体健康。

相比较而言，PM2.5对人体危害更大，与人体健康关系更密切、更直接，PM2.5已成为国际上大气污染研究领域的热点和前沿。

臭氧（O3）是氮氧化物和碳氢化合物等一次污染物在紫外光照射下，发生化学反应生成的二次污染物，是光化学烟雾污染的主要污染物之一，对人体、植物体等有很强的毒害作用，所以近地面臭氧（O3）也是需要防治的大气污染物之一。

另外，近些年来，我国交通事业高速发展，机动车、飞机等现代化交通工具逐年增多，石油和煤作为主要能源消耗量巨大，排放的尾气中含有大量CO,NOx，SO2等有害物质，对城市大气污染有很大影响。

机动车的增多导致汽车尾气污染加重，使机动车尾气排放成为一氧化碳主要排放源头，污染情况越发严重，对空气质量的影响也在加剧，一氧化碳也逐渐成为排放量最大的大气污染物。

我国更多的把精力集中在SO2、NO2、PM10等污染物的治理，中国每年的环境状况公报中均未提及一氧化碳污染问题，我国每年都会出现几起机动车乘驾人员一氧化碳中毒事件，已经严重威胁到人体健康，不得不重视。

必须将空气中的一氧化碳浓度控制在某个围才能保障人体的健康。

因此，API指数污染物指标中增加O3和PM2.5等污染物将可以更全面、准确地反映大气颗粒物细粒子污染、光化学烟雾等复杂的区域性环境问题。

将CO作为常规指标加入到空气污染指数的计算当中共同描述空气污染状况，也将是未来空气污染指数改进的一个趋势。

（2）与公众感受不一致近年来，污染物排放量日益增大，再加上某些不利气象条件影响，京津冀、长三角、珠三角等区域灰霾频繁出现，、、、、等城市灰霾污染更为严重。

当出现灰霾天气时，人们感官上会出现能见度下降，视野不清晰等感受，灰霾虽说是一种天气现象，但空气中气溶胶、颗粒物细粒子、光化学烟雾等污染物污染状况均与灰霾的形成密切相关。

灰霾的出现会加重空气污染程度，空气污染往往呈现复合型与区域性污染现象，对视觉空气质量以及人体健康造成很大影响与危害，人们在感官上就会对当时的空气质量状况产生不好的评价。

细粒子过多会形成灰霾这种现象已经得到公认，可以肯定汽车尾气和工业排放是灰霾形成的重要因素，因此在车辆繁忙的交通要道和工业发达地区，灰霾情况会显得尤其严重，能见度比其他地方更低，公众会感觉天气灰蒙蒙的，并自然而然的将“灰霾”这种天气现象归罪于空气污染。

我国现行的空气质量评价体系并没有考虑细粒子对空气质量的影响，不能描述现在的复合性区域污染，而灰霾的组成成分复杂，其本质是细粒子气溶胶污染，细粒子污染更有害健康，因此现行API不能很好的反映出灰霾对空气质量的影响。

公众对空气质量好坏的判断多数仅凭感官，与通过现行API统计的优良天数不一致，也就造成空气质量日报结果与公众感受不一致。

珠三角地区是我国灰霾较严重地区，以省为例，2009年共出现208个灰霾天气，据统计这208灰霾天，其中189天空气质量状况为优良，所占百分比高达90%以上，在公众感官上不适的天气给出的空气质量报告却是达标，不免会引起群众质疑，空气污染指数评价体系没有在人们生活中起到指导作用，增加人们疑惑。

（3）计算时间段不合理我国现行的空气质量日报周期为24小时，空气质量计算周期起止时间为前一日12：

00至当日12：

00，当天的空气污染指数反应的是前一天12点到当日12点的质量状况，不能对当日的空气污染状况进行报告，与人们所习惯的自然天的概念不一致，与气象部门提交数据的时段不相同，从而导致API指数与公众感受和气象条件不一致。

另外，我国现行空气质量评价体系只对空气污染状况进行日报，并且报告的是前一天12点到当天12点的空气质量状况，没有起到提示公众注意空气污染的作用，因此我国可以借鉴美国经验，在日报的基础上增加逐时API发布，更加真实、准确地反映空气质量状况，给予公众及时、准确的健康提示，满足公众不同程度的需求。

（4）警示作用不明显中国地对API的描述分为“优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染、中度重污染、重污染”，描述对象是空气质量状况，对API的描述不够清晰明确，公众很难理解轻微与轻度污染，中度与中度重污染等概念的区别。

现行API仅说明不同级别的空气污染对人体健康的总体影响，与发达国家（如美国）的空气质量指数系统相比，并未区分不同污染物的健康影响。

目前我国空气污染指数日报和预报只对空气污染指数、空气污染状况、空气污染等级、首要污染物进行公告，没有对健康影响做相应的提示，不同污染物对人体健康存在的隐患没有及时关注，不能针对性地指导公众保护健康，减少空气污染对身体健康的影响。

3、AQI定义

AQI是空气质量指数（Air Quality Index）的简称，是定量描述空气质量状况的无量纲指数。

其数值越大、级别和类别越高、表征颜色越深，说明空气污染状况越严重，对人体的健康危害也就越大。

针对单项污染物还规定了空气质量分指数。

污染物监测为6项：

二氧化硫、二氧化氮、PM10、PM2.5、一氧化碳和臭氧。

数据每小时更新一次。

AQI将这6项污染物用统一的评价标准呈现。

地面臭氧和空气中的颗粒的两种污染物构成这个国家对人类健康的最大威胁。

AQI共分六级，从一级优，二级良，三级轻度污染，四级中度污染，直至五级重度污染，六级严重污染。

空气污染指数划分为0－50、51－100、101－150、151－200、201－300和大于300六档。

AQI指数也只表征污染程度，并非具体污染物的浓度值。

由于AQI评价的6种污染物浓度限值各有不同，在评价时各污染物都会根据不同的目标浓度限值折算成空气质量分指数AQI。

由于颗粒物没有小时浓度标准，基于24小时平均浓度计算的AQI相对于空气质量的小时变化会存在一定的滞后性，因此，当首要污染物为PM2.5和PM10时，在看AQI的同时还要兼顾其实时浓度数据。

相关单位为弥补滞后性，同时发布了“实时空气质量指数”，所有污染物均采用当前1小时平均浓度计算。

4、空气质量指数（AQI）与空气污染指数（API）的区别

空气质量指数（AQI）与原来发布的空气污染指数（API）有着很大的区别。

AQI分级计算参考的标准是新的环境空气质量标准（GB3095-2012），参与评价的污染物为SO2、NO2、PM10、PM2.5、O3、CO等六项，每小时发布一次；而API分级计算参考的标准是老的环境空气质量标准（GB3095-1996），评价的污染物仅为SO2、NO2和PM10等三项，每天发布一次。

AQI采用的标准更严、污染物指标更多、发布频次更高，其评价结果也将更加接近公众的真实感受。

5、空气污染指数发展历程

（1）、我国在1982年建立的空气质量评价体系，针对我国城市的空气污染以煤烟型污染为主的污染特征，空气常规监测的指标主要为二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和总悬浮颗粒物（TSP），这三项也被定义为空气污染指数（API）的评价指标。

（2）、1996年空气污染指数（API）污染物指标调整为二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和可吸入颗粒物（PM10）。

1997年开始，根据国家空气质量标准的有关规定及我国城市开展空气质量例行监测项目的实际情况，在全国重点城市陆续开展空气质量周报工作[5]，空气质量周报就是对一周的空气质量进行评价，并以空气污染指数的表征形式发布的报告，空气污染物指标为二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）和可吸入颗粒物（PM10）。

（3）、截止至1998年6月，空气质量周报工作在全国46个城市进行，多家新闻媒体开始报告空气污染指数。

（4）、2000年6月开始，中国环境监测总站应国家环境保护总局的要求，在47个环境保护重点城市（包括32个省会城市、直辖市、自治区首府，15个沿海及重点旅游城市）分阶段开展城市环境空气质量日报和预报工作，其中，监测项目为SO2、NO2和PM10，对空气污染物指数、首要污染物、空气质量级别和空气质量状况进行报告。

日报/预报工作初期，42个环境保护重点城市实现日报，并向社会发布日报结果。

2001年6月5日47个环境保护重点城市全部实现空气质量日报和预报。

根据空气污染指数评价结果显示，47个环保重点城市中，符合空气质量二级标准的有19个城市，14个城市空气质量为三级，剩余14个城市超过三级标准[7]，全国空气污染水平没有很大波动，也没有重大空气污染事件发生。

公众可以根据空气污染指数日报结果有选择的出行，尽量避免恶劣空气状况影响身体健康。

（5）、截止2005年，全国实现环境空气质量日报的地级以上城市有180个（包含109个大气污染防治重点城市），其中更有90个地级城市开展了空气质量预报（包含83个大气污染防治重点城市），日报/预报结果均通过电视、网络等信息传播媒体向社会发布。

空气污染指数评价自实施以来在定量表征空气污染状况方面发挥了巨大的作用，根据API的计算结果，环保有关部门对各年的空气质量状况进行总结，以空气污染指数的计算统计结果作为空气污染状况评价的依据，了解不同城市的空气污染状况，及时采取措施对污染严重的地区提出治理意见。

（6）、2009年，全国612个城市开展环境空气质量监测工作，其中达到一级标准的城市26个，占总体的4.2％，479个城市达到二级标准，占总体的78.3％，达到三级标准的城市99个，占16.2％，劣于三级标准的城市8个，占1.3％。

全国地级及以上城市环境空气质量的达标比例为79.6％，县级城市的达标比例超过85％。

113个环境保护重点城市空气质量有所提高，0.9%的城市空气质量达到一级标准，66.4%的城市空气质量达到二级标准，达到三级标准的占32.7%。

环境保护重点城市总体平均的二氧化氮浓度与上年相比基本保持一致，PM10浓度和SO2浓度均略有降低[9]。

空气污染指数在环保工作中发挥很大作用。

（7）、2012年初我国发布《环境空气质量指数AQI技术规定（试行）》

（8）、新的《环境空气质量标准》（GB3095-2012）于2016年1月1日在我国全面实施。

3、API及AQI的计算方法和软件操作

1、API的计算方法

各项污染物的分指数

，由实测的污染物浓度值

，按照分段线性方程计算。

不同污染物的分指数和对应的浓度限值见表1.

将常规监测的几种空气污染物浓度简化成为单一的概念性指数数值形式，并分级表征空气污染程度和空气质量状况。

中国计入空气污染指数的项目暂定为：

二氧化硫、氮氧化物和总悬浮颗粒物。

当某种污染物浓度

时，其污染分指数

（1）

式中：

是第i种污染物的污染分指数；

是第i种污染物的浓度值；

是第i种污染物j转折点的污染分项指数值；

是第j转折点上i种污染物（对应于

）浓度值；

是第j+1转折点上i种污染物（对应于

）浓度值；

各种污染参数的污染分指数都计算出以后，取最大者为该区域或城市的空气污染指数API

（2）

2、API的简捷计算方法

进行某污染物分指数计算时，当

确定后，查表1按原式共需加减乘除运算6次，方可计算出分指数。

此外，还要再查表2来确定每种污染物的污染级别，作出最终结论较为麻烦。

考虑到这4种参数均为需查表1可知的常数，令

则可将

（1）式简化为

（3）

由（3）式计算出污染物不同浓度限值段的

值，得到每种污染物分指数分段计算公式，连同空气质量状况说明一并列入表2。

计算时将某污染物的实测浓度与计算公式中浓度限值（被减数），自上而下进行比较，选择该浓度值大于其相近某级浓度限值的公式计算出其分指数，分指数按规定保留至整数位。

除所用计算公式级别序号为VI的污染级别也为V级外，其余污染级别均与所用计算公式的级别序号相同。

各污染物分指数计算出后，按分指数最大原则，即公式

（2）确定API，并判定首要污染物及空气污染状况。

3、API手工计算实例

某市大气环境监测数据为：

TSP0.332mg/m3,SO20.119mg/m3,NO20.039mg/m3，PM100.160mg/m3。

计算结果如下：

TSP0.332mg/m3I（TSP）=116III级

SO20.119mg/m3I（SO2）=85II级

NO20.039mg/m3I（SO2）=24I级

PM100.160mg/m3I（PM10）=110III级

空气污染指数API：

116

首要污染物：

TSP

空气质量类别：

III级

空气质量状况：

轻度污染

4、API的计算机软件应用

为更加方便的计算API，避免手工计算错误，提高效率，通过VB6.0编程，实现了API计算的电算化，程序如下：

Dima,b,c,d,maxAsDouble

Dimst,gr

PrivateSubCommand1_Click（）

Fori=0To7

Next

SelectCaseVal（Text1.Text）

CaseIs<0.12

a=417*（Val（Text1.Text）-0）+0

Case0.12To0.3

a=278*（Val（Text.Text）-0.12）+50

Case0.3To0.5

a=500*（Val（Text1.Text）-0.3）+100

Case0.5To0.625

a=800*（Val（Text1.Text）-0.5）+200

Case0.625To0.875

a=400*（Val（Text1.Text）-0.625）+300

CaseIs>0.875

a=800*（Val（Text1.Text）-0.875）+400

EndSelect

SelectCaseVal（Text2.Text）

CaseIs<0.05

b=1000*（Val（Text2.Text）-0）+0

Case0.05To0.15

b=500*（Val（Text2.Text）-0.05）+50

Case0.015To0.7

b=182*（Val（Text2.Text）-0.15）+100

Case0.7To1.6

b=111*（Val（Text2.Text）-0.7）+200

Case1.6To2.1

b=200*（Val（Text2.Text）-1.6）+300

CaseIs>2.1

b=192*（Val（Text2.Text）-3.1）+400

EndSelect

SelectCaseVal（Text3.Text）

CaseIs<0.08

c=625*（Val（Text3.Text）-0）+0

Case0.08To0.12

c=1250*（Val（Text3.Text）-0.08）+50

Case0.12To0.24

c=833*（Val（Text3.Text）-0.12）+100

Case0.24To0.565

c=308*（Val（Text3.Text）-0.24）+200

Case0.565To0.75

c=541*（Val（Text3.Text）-0.565）+300

CaseIs>0.75

c=526*（Val（Text3.Text）-0.75）+400

EndSelect

SelectCaseVal（Text4.Text）

CaseIs<0.05

d=1000*（Val（Text4.Text）-0）+0

Case0.05To0.15

d=500*（Val（Text4.Text）-0.05）+50

Case0.15To0.25

d=1000*（Val（Text4.Text）-0.15）+100

Case0.25To0.42

d=588*（Val（Text4.Text）-0.25）+200

Case0.42To0.5

d=1250*（Val（Text4.Text）-0.42）+300

CaseIs>0.5

d=1000*（Val（Text4.Text）-0.5）+400

EndSelect

max=a:

st="主要污染物为TSP"

Ifb>maxThen

max=b:

st="主要污染物为SO2"

EndIf

Ifc>maxThen

max=c:

st="主要污染物为N02"

EndIf

Ifd>maxThen

max=d:

st="主要污染物为PM10"

EndIf

SelectCasemax

CaseIs<50

gr="I级空气质量状况为优"

Case50To100

gr="II级空气质量状况为良好"

Case101To200

gr="III级空气质量状况为轻度污染"

Case201To300

gr="IV级空气质量状况为中度污染"

CaseIs>300

gr="V级空气质量状况为重度污染"

EndSelect

Text5.Text="空气污染指数为"&max&st&gr

EndSub

PrivateSubcommand2_click（）

End

EndSub

5、空气质量指数AOI的编制

第一步是对照各项污染物的分级浓度限值（AQI的浓度限值参照（GB3095-2012），API的浓度限值参照（GB3095-1996）），以细颗粒物（PM2.5）、可吸入颗粒物（PM10）、二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、臭氧（O3）、一氧化碳（CO）等各项污染物的实测浓度值（其中PM2.5、PM10为24小时平均浓度）分别计算得出空气质量分指数（IndividualAirQualityIndex，简称IAQI）；

式中：

——污染物项目P的空气质量分指数；

——污染物项目P的质量浓度值；

——表1（[3]相应地区的空气质量分指数及对应的污染物项目浓度指数表）中与

相近的污染物浓度限值的高位值；

——表1[3]（相应地区的空气质量分指数及对应的污染物项目浓度指数表）中与

相近的污染物浓度限值的低位值；

——表1（相应地区的空气质量分指数及对应的污染物项目浓度指数表）中与

对应的空气质量分指数；

——表1（相应地区的空气质量分指数及对应的污染物项目浓度指数表）中与

对应的空气质量分指数。

第二步是从各项污染物的IAQI中选择最大值确定为AQI，当AQI大于50时将IAQI最大的污染物确定为首要污染物；

第三步是对照AQI分级标准，确定空气质量级别、类别及表示颜色、健康影响与建议采取的措施。

6、空气质量指数AQI