潘本锋，李莉娜

中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

环境空气质量指数计算方法与分级方案比较

潘本锋，李莉娜

中国环境监测总站，国家环境保护环境监测质量控制重点实验室，北京 100012

环境空气质量指数(AQI)广泛应用于各国环境空气质量评价体系之中，旨在为公众提供简单明了的空气质量信息和健康指引。通过对不同国家和地区空气质量指数的名称、计算方法、分级方案进行深入分析和比较，系统分析了各种空气质量指数的优缺点，并针对我国当前的空气质量指数体系存在的问题提出了相应的改进建议。

环境空气质量指数；计算方法；分级方案；比较

目前，绝大多数国家和地区都制定了环境空气质量标准[1-8]，在标准中规定了环境空气中各项污染物的浓度限值，作为环境空气质量评价和管理的依据。随着公众环境意识的提升，为充分保障公众的环境知情权，许多国家公开了环境空气质量状况信息。由于各项空气污染物的名称、监测结果等信息具有较强专业性，直接发布不利于社会公众理解。环境空气质量指数(AQI)是将专业性较强的空气质量监测结果转换成一个无量纲的指数，根据指数大小将空气质量状况划分为“优、良、中、差”等通俗易懂的等级。目前，许多国家通过发布空气质量指数和等级的方式，方便公众直观地理解环境空气质量状况。

2012年2月我国颁布了《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》(HJ 633—2012)[9]，规定了我国环境空气质量指数的计算方法和分级方案以及环境空气质量指数的发布内容、格式等要求，环境空气质量指数的应用在及时发布环境质量状况信息、为公众提供健康指引等方面发挥了重要作用[10-16]，但在使用过程中也逐步显现出一些问题[17-19]，譬如部分时段空气质量状况发布结果与公众感受不一致，不能及时为公众提供健康指引等。为了更加客观准确地反映空气质量状况，本文比较分析了美国、英国、加拿大、欧盟、韩国、中国等国家或地区环境空气质量指数的计算方法和分级方案，系统地分析了各种方案的优缺点，旨在为改进我国环境空气质量指数技术体系提供参考。

1 环境空气质量指数名称比较

目前，美国、英国、加拿大、欧盟、韩国、中国等国家或地区都建立了自己的空气质量指数计算方法与分级体系，但由于各国对空气质量信息发布的侧重点不同，空气质量指数名称和计算方法并不完全一致，不同国家或地区的空气质量指数名称比较见表1[20-24]。

由表1可见，目前国际上常用的空气质量指数主要分为2个类型，一种称作空气质量指数，美国、英国、欧盟、韩国、中国均使用空气质量指数，虽名称略有差别，但内涵基本一致，主要用来反映空气质量状况。另一种称作空气质量健康指数，如加拿大使用了空气质量健康指数。空气质量健康指数有别于传统的空气质量指数，健康指数以污染物对人群的健康风险研究结果为基础，用来向公众发布当前的健康风险等级[25]。

表1 空气质量指数名称比较

此外，尚有部分国家没有建立空气质量指数体系，而是直接发布污染物在环境空气中的浓度，如日本、德国等。

2 空气质量指数分级方案比较

目前，各国空气质量指数的分级体系并不一致，大致分为4～6级，不同国家或地区空气质量指数分级情况见表2。

表2 不同国家或地区空气质量指数分级情况

由表2可见，各国的空气质量指数分级方案虽然不尽相同，但分级理论基本一致，都是按照空气质量的优劣程度对空气质量指数进行分级。其中美国、韩国、中国的空气质量指数级别从“优”或“好”开始，而加拿大、英国、欧盟等国家或地区的空气质量指数是从“轻度污染”或“低风险”开始的。我国的空气质量指数采用了“空气质量指数级别”(从“1”到“6”6个级别)和 “空气质量指数类别”(从“优”到“严重污染”6个类别)2种方法共同对空气质量指数进行分级[9]。韩国同我国类似，也采用了6个级别(从“A”到“F”)和6种空气质量状况描述(从“好”到“危险”)2种方式共同分级[23]。总体来看，多数国家的空气质量指数分级中，直接用空气质量状况的定性描述(如轻度污染、重度污染等)对空气质量进行分级，不再使用数字级别(如1级、2级等)，各级别之间的界限相对都比较清晰。

3 空气质量指数计算方法比较

3.1 计算空气质量指数采用的污染物项目

各国在空气质量指数计算时，参与计算的污染物项目主要来自于各国环境空气质量标准所涉及的相关项目，不同国家或地区参与计算的项目见表3。

表3 不同国家或地区参与空气质量指数计算的污染物比较

从表3可见，各国在计算空气质量指数时选取的污染物指标并不完全相同，O3、PM10、PM2.5、CO、SO2、NO2等污染物项目在各国空气质量指数计算中广泛采用，颗粒物、O3、NO2是美国、英国、欧盟、韩国、中国、加拿大、澳大利亚等国家或地区共同采用的污染物项目。

我国当前计算空气质量指数所选取的污染物项目从数量和种类上与国际上其他国家基本一致。对比各国的空气质量标准可知，各国所采用的污染物项目种类以及污染物浓度的取值时间，主要取决于各国环境空气质量标准的相关规定。

3.2 空气质量指数计算方法优劣比较

对比分析可知，各国的空气质量指数计算方法并不一致，美国、英国、欧盟、韩国、中国、加拿大等国家或地区的空气质量指数计算方法见表4。

表4 不同国家或地区的空气质量指数计算方法比较

空气质量指数计算方法主要有插值法、浓度区间对照法、健康风险计算法等，其中插值法是空气质量指数计算中较为常用的一个方法，美国、欧盟、韩国、中国等均采用插值法计算空气质量指数，插值法的计算公式：

式中：IAQIp为各单项污染物的空气质量分指数；IAQIHi为与Cp接近的高位临界值对应的空气质量指数；IAQILo为与Cp接近的低位临界值对应的空气质量指数；BPHi为与Cp接近的高位临界值；BPLo为与Cp接近的低位临界值；Cp为污染物浓度值。

使用插值法计算空气质量指数时，空气质量指数的临界值和对应的空气质量指数分级标准均有相关标准规定，美国的空气质量指数分级标准见表5[以PM2.524 h质量浓度(PM2.5-24 h)和臭氧8 h质量浓度(O3-8 h)为例][26]。

表5 美国AQI分级临界值

注：当AQI≥301时，不再使用O3-8 h计算AQI,改用O3-1 h计算；空表示无相应数据。

插值法的优点在于计算结果较为精确，能够准确地区分不同污染物浓度下的空气质量状况。美国、中国、欧盟在空气质量指数计算时所采用的插值法基本一致。

韩国的空气质量指数计算方法在一般插值法的基础上进行了适当改进，即当有2项污染物的单项空气质量指数大于100时，取较大值加上50作为最终的空气质量指数，当有3项污染物的空气质量指数大于100时，取最大值加上75作为最终的空气质量指数，改进后的计算方法在一定程度上反映了空气污染物之间叠加影响的效果，能够更加严格地保护人体健康。

英国的空气质量指数计算采用浓度区间对照法，即根据各项污染物的浓度值直接查表，对应得出各项污染物的空气质量指数，该方法的优点在于计算方法简单，可以将污染物浓度直接换算为空气质量指数。英国空气质量指数换算见表6(以O3-8 h、PM2.5为例)[22]。

表6 英国空气质量指数换算表

加拿大的空气质量指数采用了空气质量健康指数，根据当地污染物对人体健康影响的相关研究结果，估算不同污染状况下空气污染所导致的健康风险增幅，根据健康风险增幅大小确定空气质量健康风险指数，空气质量健康指数与健康风险直接相关。以加拿大为例，在计算空气质量健康指数时，仅考虑了PM2.5、O3、NO23项污染物的浓度，而没有考虑SO2、CO等，是因为当已经考虑PM2.5、O3、NO23项污染物的健康影响时，SO2、CO等污染物并没有明显导致健康风险额外增加[24]。该方法的优点是充分考虑了本地的污染特征和污染物健康风险研究结果，并能够综合考虑各主要污染物对人体健康的风险来计算空气质量健康指数，在对公众提供健康指引和出行建议方面具有很强的针对性，能够最大限度地为社会公众提供健康风险信息参考。

3.3 颗粒物单项空气质量指数计算方法比较

由于大多数国家都没有制定颗粒物(PM10和PM2.5)的1 h浓度标准，而普遍制定了颗粒物的24 h浓度标准，因此，许多国家在计算颗粒物单项空气质量指数时只能采用颗粒物24 h平均浓度这一指标。由于颗粒物浓度在一天中会有一定的变化，采用24 h平均浓度进行空气质量指数计算往往具有一定的滞后性[18]，因此，评价结果不能及时反映当前空气质量状况，尤其是最近24 h颗粒物浓度变化较大时，甚至造成空气质量评价结果与人们对当时空气质量的主观感受存在明显差异[19]。为了及时反映颗粒物的污染状况，部分国家对颗粒物单项空气质量指数的计算方法进行了特别规定。

美国在空气质量指数实时报中将PM2.5的24 h平均浓度定义为最近12 h和未来12 h的平均浓度，未来12 h的浓度根据经验公式来推算，以尽可能地反映当前的颗粒物污染状况[18]。

韩国在计算PM10的单项空气质量指数时，采用了24 h滑动平均浓度，由过去12 h平均浓度和过去4 h平均浓度加权平均得到，并且根据当前PM10浓度值的高低以及当前浓度值与过去12 h平均浓度值的比值大小，调整过去4 h平均浓度值的权重，以最大限度地反映当前污染状况。

欧盟则直接基于PM10和PM2.5的1 h浓度，制定了相应的空气质量指数分级标准，直接使用1 h浓度计算颗粒物的单项空气质量指数。欧盟PM10和PM2.5分级标准见表7[21]。

表7 欧盟颗粒物单项空气质量指数分级标准

英国、中国目前仍然采用颗粒物(PM10和PM2.5)的24 h平均浓度进行空气质量指数计算，因此，当空气质量发生明显变化时，空气质量实时评价结果存在一定的滞后性，不能及时反映当前的空气质量状况。

4 我国空气质量指数的特点和不足

通过对各国空气质量指数的名称、分级方案、计算方法进行比较分析，我国的空气质量指数在名称、分级方案、污染物项目选取、计算方法等方面基本和国际接轨。但还存在一些不足：颗粒物(PM10和PM2.5)单项空气质量指数计算时采用24 h均值进行计算，空气质量实时评价结果有一定的滞后；臭氧使用O3-8 h和O3-1 h 2个指标同时进行评价，实时评价结果可能存在矛盾；空气质量指数类别分级不够清晰，对空气质量指数为51～100时的空气质量状况描述过于乐观；空气质量指数分级和分类系统过于繁杂，需要同时发布空气质量指数、指数级别、指数类别、颜色类别，不够直观明了；未考虑不同污染物协同效应；未充分考虑污染物对人群的健康效应等。

5 结论

1)各国普遍采用了空气质量指数的方法来分级表征空气质量状况，使得空气质量状况信息更容易为社会公众所理解，能够有效地为公众提供健康指引。

2)各国计算空气质量指数时所选取的污染物主要来自各国的环境空气质量标准中规定的相关项目，其中颗粒物、O3、NO2是各个国家普遍采用的污染物项目。

3)空气质量指数计算的主流方法包括线性插值法、浓度区间对照法和健康风险指数法。

4)对于颗粒物(PM10和PM2.5)缺乏小时浓度限值的污染物，部分国家对其空气质量单项指数计算方法进行了特殊规定，以能够及时反映空气质量变化。

建议我国对空气质量指数类别的分级方案进行调整，将类别调整为“优、一般、轻度污染、中度污染、重度污染、严重污染”。简化空气质量指数体系，舍弃空气质量指数级别(即1～6级)，保留空气质量指数、空气质量类别、首要污染物、健康指引等信息。简化空气质量指数计算方法，采用浓度区间对照法，污染物浓度由低到高分别对应“1、2、3、4、5、6”6个空气质量指数，便于指数计算和公众理解。采用颗粒物(PM10和PM2.5)1 h浓度和臭氧1 h浓度进行空气质量指数计算，及时反映空气质量变化情况，并在《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》修订时进行相应修改。加快开展我国空气污染物与人群健康效应研究，为进一步科学制定空气质量指数分级标准提供依据。

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Comparison of the Calculating Method and Classifying Program of Air Quality Index Among Some Countries

PAN Benfeng， LI Lina

State Environmental Protection Key Laboratory of Quality Control in Environmental Monitoring, China National Environmental Monitoring Centre, Beijing 100012, China

Air quality index(AQI) is used in the air quality assessing system widely, andAQIcan provide air quality information and health guide to the public conveniently, compares the definition, calculating method and classifying program ofAQIamong some different countries and area, analyzes the merits and demerits of all kinds ofAQI, considering the demerits ofAQIsystem in China, gives some proposal in order to improve theAQIsystem in China

air quality index; calculating method; classifying program；comparison

2015-05-04;

2015-05-28

潘本锋(1978-)，男，河南孟津人，硕士，高级工程师。

李莉娜

X830

A

1002-6002(2016)01- 0013- 05