城市空气污染指数改进方案及论证，本文主要内容关键词为：空气污染论文,指数论文,方案论文,城市论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 国内外空气污染指数分析和比较
1.1 我国空气污染指数的发展历程
1997年6月全国46个环保重点城市分批开展空气质量周报工作。2000年6月5日实现42个环境保护重点城市日报，并向社会发布。2001年6月5日47个环境保护重点城市实现空气质量日报和预报[3]。到目前为止，全国已有180个地级以上城市实现了环境空气质量日报，其中90个地级城市还实现了环境空气质量预报，并通过地方电视台、电台、报纸或互联网等媒体向社会发布[4]。总之，现行API自实行以来在定量表征空气污染状况并对公众进行健康提示等方面发挥了巨大作用，尤其在促进环保工作公开化、透明化，提高公众环保意识等方面发挥了积极作用。
1.2 国外和中国香港空气污染指数
我国现行的空气质量评价体系不能描述现在的复合型污染，尤其是不能描述细粒子污染。大气颗粒物中细粒子的消光作用是灰霾现象的主要原因，因此现行API不能很好地反映灰霾对空气质量的影响，也就造成空气质量日报结果与公众感受不一致。
1.3.3 计算时段不合理
空气质量日报周期为24 h，起止时间为前一日12：00—当日12：00。当日的API反映的是前一日12：00—当日12：00的质量状况，与人们所习惯的自然天的概念不一致，也与气象部门提交数据的时段不相同，故导致了API与公众感受和气象条件不一致。
1.3.4 警示作用不明显
我国根据API将空气质量分为优、良、轻微污染、轻度污染、中度污染、中度重污染和重污染。对空气质量状况的描述不够清晰、明确，公众很难理解轻微污染与轻度污染、中度污染与中度重污染等概念的区别。另外，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，并未区分不同污染物对健康的影响。与发达国家(如美国)的空气质量指数相比，我国API对不同污染物对人体健康存在的隐患关注度不够。
2 空气污染指数改进方案
2.1 方案设计
综合国内外空气污染指数现状，结合当前我国城市环境空气质量状况，提出5种改进方案(见表1)，各方案的污染物质量浓度计算时段均从前一日12：00—当日12：00改为当日00：00—23：00。方案1不增加污染物指标。方案2拟在现有3项指标的基础上增加
和CO指标。方案3，方案4和方案5拟在现有3项指标的基础上增加，CO和
指标，区别在于ρ()限值不同，其中方案3和方案5中的ρ(PM[，2.5])限值分别参考世界卫生组织(WHO)[15]和US EPA[16-17]的浓度限值，方案4中的ρ()限值是该项目组基于在广东广州市、北京、浙江嘉兴和河北武清等地开展的颗粒物和能见度长期观测结果提出的[18-20]。此外，方案5还增加了灰霾指数(HI)作为附加指数。计算时段修改后，城市每日09：00评价并发布前一天空气质量状况，包括API或AQI，空气污染状况和首要污染物，条件成熟时，可以改为分时段预报，甚至改为时报。
2.2 污染物浓度限值
综合国内外资料，基于该项目研究成果，结合我国现行《城市空气质量日报技术规定》[21]、《城市空气质量日报和预报技术规定》(二次征求意见稿)[22]以及《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)[23]和2000年发布的GB 3095—1996修改单[24]中规定的污染物质量浓度限值，参考WHO[15]和US EPA[16-17]的污染物浓度限值，提出空气污染指数对应的污染物浓度限值，如表2所示。该项目组根据在广州、北京、嘉兴和武清等地开展的颗粒物和能见度长期观测结果，分析了细粒子与能见度的关系，发现ρ()低于0.030mg/
时，能见度通常在10 km以上；ρ()大于0.050 mg/，能见度迅速下降到10 km以下。参考WHO和US EPA的ρ()限值，提出了日均ρ()限值[15-20].
2.3 灰霾指数的分级原则
灰霾是多种大气污染物共同作用的结果。灰霾最直接的表现是降低能见度，但影响能见度的因素十分复杂，除了大气污染外，降水、雾和沙尘天气等都会降低能见度，因此能见度不宜直接作为API指标之一。为了更全面、准确地表征空气污染状况，当灰霾出现时提醒公众注意，可以考虑以灰霾指数作为空气质量指数的附加指数一起公布。目前普遍认为，霾或灰霾天气出现时，水平能见度小于10 km。雾和霾的区别主要在于相对湿度，相对湿度达到90％以上的叫雾，相对湿度低于80％的叫霾，80％～90％之间的是雾和霾的混合物，但主要成分是霾[14，25-26]。吴兑[2]认为，相对湿度≤80％～95％的情况下，能见度在5～10 km属轻度灰霾，2～5 km属中度灰霾，<2 km属重度灰霾。综合现有研究成果，提出灰霾指数分级表(见表3)。由于能见度与相对湿度日变化较大，因此灰霾指数根据具体时刻的能见度与相对湿度确定，当日灰霾指数取各时间点的最大值。
取各污染物中污染分指数最大者为该区域或城市的API，该项污染物即为该区域或城市空气中的首要污染物[21-22]。
3 空气污染指数改进方案论证
为了验证不同改进方案的准确性和可行性，分别以新疆乌鲁木齐和广东广州2个城市的2009年空气质量监测数据为依据进行论证
3.1 乌鲁木齐
2009年乌鲁木齐达标天数为262 d，超标天数为103 d，其中轻微/轻度污染为77 d，中度/中度重污染为16 d，重污染为10 d。与现行API比较，方案1达标天数减少25 d，轻微/轻度污染减少10 d，中度/中度重污染增加3 d，重污染增加5 d；方案2达标天数减少31 d，轻微/轻度污染减少40 d，中度/中度重污染减少3 d，重污染增加了48 d。
图1为不同方案空气污染状况比较。现行API，方案1和方案2的空气质量状况均以良为主，分别占总天数的62.2％，56.4％和55.3％，现行API与方案1基本一致，由于方案2增加了CO和指标，达标天数减少，重污染天数有所增加。
图2为乌鲁木齐2009年不同方案首要污染物出现天数所占比例。现行API首要污染物为
和
，分别占全年的73.7％和16.7％；方案1的首要污染物仍为和，分别占全年的70.7％和13.4％，与现行API相比差别不大；方案2的首要污染物为的天数减少41 d，首要污染物为的天数减少35 d，其中有6 d首要污染物为，占全年的1.6％，有50 d的首要污染物为CO，占全年的13.7％。方案2中加入新指标CO和后，首要污染物仍以为主，说明指标的增加对以煤烟型污染为主要特征的乌鲁木齐影响不大。
3.2 广州
现行API的达标天数为347 d，超标天数为18d，超标天均为轻微/轻度污染。方案1达标天数为346 d，轻微污染为18 d，中度污染1 d。方案2达标天数234 d，较现行API减少113 d；轻微/轻度污染为128 d，增加110 d。方案3达标天数为218 d，减少129 d，轻微/轻度污染为144 d，增加126 d，中度污染为3 d；方案4达标天数为167 d，较现行API减少180 d；轻微/轻度污染为189 d，增加171 d，中度污染为9 d；方案5达标天数为109 d，较现行API减少238 d；轻微/轻度污染为253 d，增加235d，中度污染为3 d。
图3反映了不同方案的空气污染状况，方案1与现行API相比，优良天数没有明显差别。由于方案2增加了CO和指标，方案3，方案4和方案5增加了CO，和3项污染指标，故优良天数明显减少，轻微污染增加明显。
如图4所示，现行API中首要污染物为和的分别出现215和20 d。与现行API比较，方案1中首要污染物为的增加了3 d，没有很大改变，占全年的59.7％；方案2中首要污染物为的天数减少了100 d，首要污染物为的为157 d，占全年的43.0％，排在首位；方案3中首要污染物为的天数最多，占全年的40.3％，作为首要污染物的天数增加，占全年的27.4％；方案4和方案5中作为首要污染物的天数增加，居于首位，分别占到全年的47.1％和71.5％，，和作为首要污染物的天数明显减少。
图3 广州2009年不同方案空气污染状况
2009年广州共出现208个霾日，比较霾日中不同方案的空气污染状况(见图5)。现行API中191 d为空气质量优良，占总天数的91.8％，轻微/轻度污染为17 d，占总天数的8.2％；方案1中189d为空气质量优良，占总天数的90.9％，轻微污染为18 d，占总天数8.7％，中度污染为1 d；方案2中113 d为空气质量优良，占总天数的54.3％，轻微/轻度污染为92 d，占总天数的44.2％，中度污染为3 d；方案3中有97 d为空气质量优良，占总天数的46.6％，轻微/轻度污染为108 d，占总天数的51.9％，中度污染为3 d；方案4中58 d为空气质量优良，占总天数的27.9％，轻微/轻度污染为141 d，占总天数的67.8％，中度污染为9 d，占总天数的4.3％；方案5中23 d为空气质量优良，占总天数的11.1％，轻微/轻度污染182 d，占总天数的87.5％，中度污染为3 d。可见，现行API与改进方案1中，全年208个霾日中90％以上为空气质量优良，二者均不能很好地反映灰霾出现时的空气质量状况，方案2下全年霾日中的优良天数比例降到54.3％，方案3，方案4和方案5中霾日中的优良天数比例依次下降到46.6％，27.9％和11.1％，改进后的方案，尤其是增加了的方案3，方案4和方案5能够较好地反映霾日时的空气质量状况。
图6为不同方案中广州208个霾日中首要污染物及所占比例。现行API与方案1中，208个霾日中首要污染物均以为主，分别占总天数的80.3％和82.2％；方案2中霾日首要污染物主要是和，所占比例分别为48.1％和42.8％；方案3中霾日首要污染物主要是O[，3]和，方案4和方案5中霾日首要污染物主要是而正是灰霾形成的主要原因。可见，从霾的形成机制上来看，方案3，方案4和方案5能够更好地反映实际的空气污染状况。综上，5种改进方案中方案1与现行API比较接近，方案2比现行API能够更好地反映O[，3]污染，方案3，方案4和方案5能更好地反映我国东部发达地区面临的复合型空气污染状况，尤其是灰霾出现情况下的空气质量状况。
4 结论
a.现行API自实行以来在定量表征空气污染状况并对公众进行健康提示等方面发挥了巨大的作用，尤其在促进环保工作公开化、透明化，提高公众环保意识等方面发挥了积极作用。但我国现行空气污染指数方案与发达国家相比污染指标较少，存在较多不足，突出表现为：污染指标的局限性、与公众感受不一致、计算时段不合理、警示作用不明显。已不能适应当前我国空气污染状况的新形势。
b.提出5种空气污染指数改进方案。改进方案均将大气污染物日均质量浓度(或小时质量浓度最大值)的计算时段调整为00：00—23：00，其中方案2增加了CO和指标，方案3，方案4和方案5又增加了指标，且P()限值依次加严，同时，方案5增加了灰霾指数，并将其作为附加指数。
c.对不同改进方案的论证表明，方案1和现行API差别不大；方案2对以煤烟型污染为主的乌鲁木齐影响不大，但会使广州的空气质量达标天数减少，超标率达到36％，为首要污染物的天数占总天数的43％，可比现行API更好地反映污染；同时，灰霾日空气质量超标率达到46％，而按照现行API，灰霾日优良天数达90％以上；方案3，方案4和方案5中优良天数明显下降，灰霾日空气质量超标率达到53％～89％，其中方案5达到89％，灰霾日中首要污染物是的天数迅速增加，可更好地反映我国东部发达地区面临的复合型空气污染状况，尤其是灰霾出现情况下的空气质量状况。可见，改进后的方案能够较好地反映和灰霾对空气质量的影响，很大程度上克服了现行空气污染指数存在的污染指标局限性、与公众感受不一致、计算时段不合理等问题，能够更客观地反映我国当前的空气质量状况。但我国在不同大气污染物的健康影响方面还需进一步深入研究，以便给公众提出更加准确、细致的健康提示。
5 建议
a.建议尽快试行方案2提出的API修改方案，如果试行成功，可在全国范围实行；建议在北京、上海和广州等复合型大气污染较严重、空气质量监测设备较先进的地区试行API修改方案3，方案4和方案5，试行效果理想，再推广到全国；试行期间的空气质量日报实行新老指数双轨制。
b.改变污染物浓度的计算时段，当前我国API的计算时段是从前一日12：00—当日12：00，与自然日不一致，建议今后空气污染指数的计算时段要与自然日统一，即为00：00—23：00。
c.建议有条件的地区发布灰霾指数作为空气污染指数的附加指数。
d.建立类似美国AIRNOW的空气质量日报和预报网站，开展空气污染指数的逐时、逐日报告，不但给出空气污染指数的总体健康提示，而且要给出和等污染物的健康提示。
致谢：在研究过程中，王淑兰、陈义珍、李红、段菁春、张新民、张萌、马京华、湛灵芝和于延芬等项目组成员对空气污染指数改进方案的提出作出了贡献，环境保护部科技标准司、环境监测司，广州市环境监测中心站和乌鲁木齐市环境监测中心站给予了大力支持，中国环境监测总站、环境保护部环境标准研究所的王瑞斌、武雪芳和王宗爽等提出了宝贵建议，在此表示感谢！