空氣污染指數(shù)模式的改進(jìn)

1、空氣污染指數(shù)模式的改進(jìn)空氣污染指數(shù)模式的改進(jìn)Improvement of Air Pollution Parameter Mode陶志華秦浙新韓梁鈞(浙江省臺州市環(huán)境監(jiān)測中心站臺州318000)摘要我國目前以空氣污染指數(shù)API報告各城市的環(huán)境空氣質(zhì)量。由于我國各地環(huán)境空氣質(zhì)量狀況差異很大，該方法在報告城市空氣質(zhì)量時具有較大的片面性，不能綜合反應(yīng)污染狀況。本文針對現(xiàn)行的API指數(shù)法進(jìn)行了模式推算和改進(jìn)，新的計算模式可更客觀全面地反映城市空氣質(zhì)量。關(guān)鍵詞空氣污染指數(shù)（API）空氣質(zhì)量計算模式AbstractAir pollution inedx(API)is currently used to e

2、valuate ambient air quality.By reason of the obvious differences of air pollution in some cites in China,the method is so unilateral that we revised the modulation of API to make it more objective and more comprehensive.Key wordsAir Pollution Index(API)Air QualityCalculational Mode1空氣污染指數(shù)簡介我國現(xiàn)行的空氣污染

3、指數(shù)API（Air Pollution Index）計算方法為：根據(jù)某一污染物的濃度求得該污染物的API分指數(shù)I， 然后在各分指數(shù)中選取其中的最大值作為全市的API，即 API=max（ISO2，INO2，IPM10）,再根據(jù)表1確定空氣質(zhì)量級別。表1空氣污染指數(shù)范圍及相應(yīng)的空氣質(zhì)量級別空氣污染指數(shù)API空氣質(zhì)量級別空氣質(zhì)量狀況對健康的影響05051100優(yōu)良可正?；顒?0115015120012輕微污染輕度污染易感人群癥狀有輕度加劇 ，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀。20125025130012中度污染中度重污染心臟病和肺病患者癥狀顯著加劇，運動耐受力降低，健康人群中普遍出現(xiàn)癥狀。301500重污染健

4、康人運動耐受力降低，有強烈癥狀，提前出現(xiàn)某些疾病。2指數(shù)模式在實際應(yīng)用中存在的問題該指數(shù)法在計算中選取API各分指數(shù)中的最大值作為API指數(shù)，用以反映全市空氣質(zhì)量。由于我國各地環(huán)境空氣質(zhì)量狀況差異很大，近年來絕大多數(shù)城市的首要污染物始終是PM10，這就使得SO2、NO2的監(jiān)測在空氣質(zhì)量公報中得不到體現(xiàn)。在比較兩地空氣質(zhì)量時，由于B市（IPM10=101，ISO2=10，INO2=10，輕微污染）首要污染物的分指數(shù)略高于A市（IPM10=100，ISO2=95，INO2=95，良），雖然B市的SO2和NO2兩指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于A市，但API指數(shù)反映的空氣質(zhì)量還是不如A市，這種比較存在著很大的片面性。為了

5、使API指數(shù)在反映城市空氣質(zhì)量時更綜合全面，有必要對API計算模式進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。3API模式的改進(jìn)3.1改進(jìn)方法將API指數(shù)的計算過程中的各污染分指數(shù)按從大到小的順序設(shè)為I1、I2、I3。設(shè)X=I1，Y=(I2+ I3)/2則X為首要污染物的污染指數(shù)；Y為其余污染物的污染指數(shù)均值；我們可將綜合污染指數(shù)API表示為X和Y的函數(shù)，這樣就能兼顧首要污染物和其余污染物的共同影響。在X軸與Y軸的直角坐標(biāo)平面內(nèi)，一定的大氣污染程度和大氣質(zhì)量可以用坐標(biāo)系上的一個點P（X、Y）表示。當(dāng)X和Y愈大時，大氣質(zhì)量愈差，因此API與X2+Y2 成正比，即：API=X2+Y2式中：為比例常數(shù)在X、Y兩項指標(biāo)中，X對空

6、氣質(zhì)量的好壞起較大作用，我們對最大值X加較大的權(quán)。設(shè)定X的權(quán)為XY，Y的權(quán)為1，由此可得：API=2X2·XY+Y2XY+1=2X2-XY+Y2（1）取F=APIAPI ，可得 FYX=2YX2-YX+1=2YX-122+34（2）不難發(fā)現(xiàn)FYX的圖象為一雙曲線，在YX=12時達(dá)到極值，函數(shù)圖象如下：改進(jìn)API指數(shù)計算模式的目的，是為了綜合反映各污染物的影響，因此，有必要確定YX的臨界值m。當(dāng)YXm時，可認(rèn)為除首要污染物外的其余污染物對環(huán)境空氣質(zhì)量有較大的貢獻(xiàn)率，應(yīng)適當(dāng)增加按首要污染物求得的API指數(shù)值；當(dāng)YXm時，可認(rèn)為由于其余污染物相對于首要污染物對環(huán)境影響要小得多，在反映空氣質(zhì)

7、量時，應(yīng)適當(dāng)拉低依據(jù)首要污染物確定的API指數(shù)值；當(dāng)YX=m時，改進(jìn)后的指數(shù)計算值與現(xiàn)行的API指數(shù)值相等，即FYX=1。在空氣質(zhì)量分級中，級空氣API限值為100，為級空氣API限值200的12；級空氣API的限值為50，也為級空氣API限值的12，我們可考慮取m=12；同時參照FYX=2X2-XY+Y2在YX=12時達(dá)到極值這一特征，我們可認(rèn)為取m=YX=12是較合理的。當(dāng)m=12時，由F12=1可知F12=2YX-122+34=1解得=63得 =63代入（1）式得API=233X2-XY+Y2（3）得 =63代入（2）式得FYX=233YX2-YX+1（4）由（4）式可知，當(dāng)12YX1時

8、，隨首YX的增大，F(xiàn)YX也逐漸增大，就是說，非首要污染物的影響增加量在API計算模式中得到了反映。當(dāng)0YX12時，取FYX在12，1區(qū)間的曲線以曲線頂點12，1作中心對稱圖形，可得FYX在0，12區(qū)間的函數(shù)式：FYX=2-233YX2-YX+1（5）FYX曲線在0，1區(qū)間是一平滑曲線，當(dāng)X =05時不存在拐點。由FYX=APIAPI=APIX可得，當(dāng)0XY12時，API=2X-233X2-XY+Y2（6）至此，我們得到了改進(jìn)后的API計算式，即：0YX12時API=2X-233X2-XY+Y2=2X-115X2-XY+Y212YX1時API=233X2-XY+Y2=115X2-XY+Y2（7）

9、（7）由于FYX=APIAPI，因此FYX曲線能直觀地表示，API與API的差別，曲線見下圖：當(dāng)12YX1，非首要污染物在總污染物中占據(jù)了一定的比重時， APIAPI；在0YX12范圍內(nèi)，由于非首要污染物的濃度相對較低，則APIAPI，這樣使用API計算模式就可使空氣污染指數(shù)表現(xiàn)為以首要污染物為主，所有污染物共同作用的結(jié)果。3.2新舊模式的計算比較假定某日A地各項污染物的API分指數(shù)分別為：IPM10=105，ISO2=90， INO2=75；B地各污染物的API分指數(shù)分別為：IPM10=105，ISO2=20， INO2=16。按現(xiàn)行的API指數(shù)計算法可得：APIA=APIB =105如果按

10、改進(jìn)后的API'模式計算，則A地API=111；而B地的 API=98APIA=111APIA=APIB=105APIB=983.3改進(jìn)模式在空氣質(zhì)量周報、日報、預(yù)報中的應(yīng)用模式的可操作性API的改進(jìn)計算法API在API的基礎(chǔ)上進(jìn)行計算，增加了Y以及API'的兩個計算式，由于計算公式較簡便，且城市空氣質(zhì)量周報、日報、預(yù)報的數(shù)據(jù)量較少，API模式的采用基本不會增加計算工作量。API計算法在表述空氣質(zhì)量時仍沿用了現(xiàn)行的API分級標(biāo)準(zhǔn)、空氣質(zhì)量級別劃分法以及各污染物的分指數(shù)計算法，因此具有可操作性，在實際應(yīng)用、推廣中是可行的。模式可能帶來的差異新的模式API與API計算結(jié)果的最大差別為233-1×100%=155%，新模式考慮了所有污染物的作用，但不會對按原方法確定的指數(shù)值和空氣質(zhì)量級別產(chǎn)生顯著的改變。在API模式中，首要污染物的報出仍按原方法實施，即在首要污染物分指數(shù)大于50時報出。這樣就有可能出現(xiàn)當(dāng)API小于50，空氣質(zhì)量優(yōu)時，首要污染物也出現(xiàn)在公報上的情況。據(jù)此分析我們能了解