城市空氣污染指數(shù)改進(jìn)方案及論證

薛志鋼，劉 妍，4，柴發(fā)合*，梁桂雄，徐 鋒，張 凱，陶 俊

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

2.廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 廣州 510030

3.烏魯木齊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，新疆 烏魯木齊 830000

4.河北工程大學(xué)環(huán)境工程系，河北 邯鄲 056038

5.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655

城市空氣污染指數(shù)改進(jìn)方案及論證

薛志鋼1，劉 妍1，4，柴發(fā)合1*，梁桂雄2，徐 鋒3，張 凱1，陶 俊5

1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012

2.廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣東 廣州 510030

3.烏魯木齊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，新疆 烏魯木齊 830000

4.河北工程大學(xué)環(huán)境工程系，河北 邯鄲 056038

5.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510655

為進(jìn)一步改進(jìn)和完善我國(guó)城市空氣污染指數(shù)(API)，分析比較了國(guó)內(nèi)外空氣污染指數(shù)計(jì)算方法.提出了5種改進(jìn)方案，這些改進(jìn)方案均將計(jì)算時(shí)段調(diào)整為00:00—23:00.其中，方案1僅對(duì)計(jì)算時(shí)段進(jìn)行了調(diào)整，方案2增加了CO和O3指標(biāo)，方案3，方案4和方案5又增加了PM2.5指標(biāo)，且ρ(PM2.5)限值依次加嚴(yán).分別以新疆烏魯木齊和廣東廣州2個(gè)城市的2009年空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)5種方案展開(kāi)論證.結(jié)果表明:方案1和現(xiàn)行API差別不大;方案2對(duì)以煤煙型污染為主的烏魯木齊市影響不大，但使廣州市的空氣質(zhì)量超標(biāo)天數(shù)增加，超標(biāo)率達(dá)到36%，O3為首要污染物的天數(shù)占全年的比例達(dá)到43%，比現(xiàn)行API更好地反映了 O3污染;方案3，方案4和方案5中優(yōu)良天數(shù)明顯下降，灰霾日空氣質(zhì)量超標(biāo)率達(dá)到53% ～89%，灰霾日中首要污染物為PM2.5的天數(shù)增加，上述方案能更好地反映我國(guó)東部發(fā)達(dá)地區(qū)面臨的復(fù)合型空氣污染狀況.基于以上研究結(jié)果，提出了空氣污染指數(shù)改進(jìn)建議.

空氣污染指數(shù);改進(jìn)建議;論證

Abstract:In order to further improve and perfect the air pollution index(API)of China，various air pollution indices from within China and abroad were analyzed and compared.Five API improvement schemeswere put forward.The calculation interval of the API was adjusted to 00:00－23:00 in all of the schemes.In the No.2 scheme，CO and O3were added into the API.In the No.3－5 schemes，PM2.5was added.The lim it value of PM2.5mass concentration was increasingly stricter from scheme No.3－5.The five improvement schemes were demonstrated using air quality monitoring data of Urumqi and Guangzhou in 2009.The results under the No.1 scheme were similar to the existing API.The results of the No.2 scheme had little impact on Urumqi，whose air pollution is mainly caused by coal burning.However，in Guangzhou，it made the number of days whose air quality exceeded the standard increase，reaching 36%.43% of days had O3as the chief pollutant;therefore，the new API could better reflect O3as compared with the existing API.For the No.3－5 schemes，the number of days whose air quality met the standard clearly decreased.The percentage of hazy days whose air quality exceeded the standard reached 53%－89%，while the number of hazy days whose chief air pollutant was PM2.5increased. This more accurately reflects the comp licated air pollutionstatus in the advanced regions of eastern China.Based on the above results，API improvement suggestions were proposed.

Keywords:air pollution index;improvement suggestion;demonstration

1 國(guó)內(nèi)外空氣污染指數(shù)分析和比較

1.1 我國(guó)空氣污染指數(shù)的發(fā)展歷程

空氣污染指數(shù)(Air Pollution Index，API)是一種評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量好壞的指標(biāo)，它將常規(guī)監(jiān)測(cè)的幾種空氣污染物濃度簡(jiǎn)化成為單一的數(shù)值形式，并分級(jí)表征空氣污染程度和空氣質(zhì)量狀況，適合于表示城市的短期空氣質(zhì)量狀況和變化趨勢(shì).目前在向社會(huì)公眾發(fā)布空氣質(zhì)量信息和環(huán)境管理決策時(shí)，國(guó)際上普遍使用這種指數(shù)形式［1］.我國(guó)于1982年建立空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)體系，污染物為SO2，NOx和總懸浮顆粒物，1996年污染物指標(biāo)更改為 SO2，NO2和PM10

［2］.1997年6月全國(guó)46個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市分批開(kāi)展空氣質(zhì)量周報(bào)工作.2000年6月5日實(shí)現(xiàn)42個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市日?qǐng)?bào)，并向社會(huì)發(fā)布.2001年6月5日47個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)和預(yù)報(bào)［3］.到目前為止，全國(guó)已有180個(gè)地級(jí)以上城市實(shí)現(xiàn)了環(huán)境空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)，其中90個(gè)地級(jí)城市還實(shí)現(xiàn)了環(huán)境空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)，并通過(guò)地方電視臺(tái)、電臺(tái)、報(bào)紙或互聯(lián)網(wǎng)等媒體向社會(huì)發(fā)布［4］.總之，現(xiàn)行API自實(shí)行以來(lái)在定量表征空氣污染狀況并對(duì)公眾進(jìn)行健康提示等方面發(fā)揮了巨大作用，尤其在促進(jìn)環(huán)保工作公開(kāi)化、透明化，提高公眾環(huán)保意識(shí)等方面發(fā)揮了積極作用.

1.2 國(guó)外和中國(guó)香港空氣污染指數(shù)

美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)實(shí)行空氣質(zhì)量時(shí)報(bào)，以空氣質(zhì)量指數(shù)(Air Quality Index，AQI)表示空氣污染程度，根據(jù)各監(jiān)測(cè)站對(duì)包括近地面O3，顆粒物，CO，SO2和NO2濃度，計(jì)算各污染物的分指數(shù)，取最大值作為AQI，對(duì)不同AQI以不同顏色來(lái)區(qū)分，目前AQI分為6級(jí).AQI超過(guò)100時(shí)，US EPA必須向公眾報(bào)告污染物種類(lèi)，并公告對(duì)空氣質(zhì)量敏感的人群.當(dāng)2種或以上污染物的分指數(shù)高于100時(shí)，US EPA要提醒公眾保護(hù)身體健康.此外，美國(guó)還進(jìn)行空氣質(zhì)量預(yù)報(bào)工作，使公眾可以提前計(jì)劃戶(hù)外活動(dòng)［5］.

英國(guó)將1～10的空氣污染指數(shù)根據(jù)對(duì)人群健康狀況的影響程度分為 4級(jí)(低、中等、高和很高)，取O3，PM10，CO，SO2和NO2等5種污染物的污染指數(shù)最大值，作為空氣污染指數(shù)，不同級(jí)別的污染指數(shù)以不同顏色標(biāo)明，可清楚地顯示空氣質(zhì)量的優(yōu)劣及對(duì)健康的影響［6］.

法國(guó)巴黎大區(qū)采用ATMO指數(shù)來(lái)表征空氣質(zhì)量，通過(guò)與空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值比較，將空氣質(zhì)量劃分為1(極佳)～10(極差)10個(gè)等級(jí).考慮SO2，NO2，O3和PM104種污染物的濃度，計(jì)算各污染物分指數(shù)，取其中最大值所在等級(jí)為該日的空氣質(zhì)量等級(jí)［7］.

日本將空氣質(zhì)量按污染物濃度分6級(jí)，并分別用藍(lán)、青、綠、黃、橙和紅色標(biāo)識(shí)，污染物有 SO2，NO2，NO，CO，PM10，光化學(xué)氧化劑和非甲烷總烴.與其他國(guó)家不同的是，日本將非甲烷總烴也列在空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)系統(tǒng)中，有助于對(duì)光化學(xué)污染現(xiàn)象進(jìn)行預(yù)警.此外，日本沒(méi)有計(jì)算綜合空氣污染指數(shù)，而是將不同污染指標(biāo)分別標(biāo)在地圖上，以評(píng)價(jià)空氣污染程度［8］.

中國(guó)香港空氣污染指數(shù)是將香港環(huán)境保護(hù)署空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)的 PM10，SO2，CO，O3和NO2濃度轉(zhuǎn)化為0～500的數(shù)字，其中指數(shù)100相當(dāng)于空氣污染管制條例制訂的香港短期空氣質(zhì)量指標(biāo).空氣污染指數(shù)的計(jì)算是將空氣污染物濃度與空氣污染管制條例制訂的空氣質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行比較，計(jì)算5種污染物的分指數(shù)，選最大值為該小時(shí)的空氣污染指數(shù)［9］.用不同顏色代表不同污染級(jí)別［10］.從1995年開(kāi)始，香港環(huán)境保護(hù)署除了公布即時(shí)的空氣污染指數(shù)外，還進(jìn)行空氣污染指數(shù)的預(yù)測(cè)，目的是在嚴(yán)重空氣污染出現(xiàn)前提醒公眾，特別是對(duì)空氣污染敏感的人群，如心臟病或呼吸系統(tǒng)疾病患者在必要時(shí)采取預(yù)防措施.

1.3 我國(guó)現(xiàn)行空氣污染指數(shù)存在的問(wèn)題

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，城市群地區(qū)資源和能源消耗巨大，大氣污染物排放相對(duì)集中，尤其是京津冀、長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的東部地區(qū)，環(huán)境空氣中O3和細(xì)粒子(PM2.5)污染加劇，大氣能見(jiàn)度不斷降低，原來(lái)的煤煙型污染已轉(zhuǎn)變?yōu)橐悦簾熜秃凸饣瘜W(xué)污染為特征的區(qū)域性復(fù)合型大氣污染［11－12］.正是由于空氣污染類(lèi)型的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)行API已經(jīng)難以準(zhǔn)確、完整地反映空氣質(zhì)量的真實(shí)狀況，提供的空氣質(zhì)量信息經(jīng)常與公眾感受不相符［13］.我國(guó)現(xiàn)行 API主要存在以下問(wèn)題.

1.3.1 污染指標(biāo)的局限性

我國(guó)現(xiàn)行API評(píng)價(jià)指標(biāo)只有SO2，NO2和PM103項(xiàng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比指標(biāo)較少，不適應(yīng)空氣污染的新形勢(shì)，不能更好、更全面地體現(xiàn)空氣污染狀況.中國(guó)香港、美國(guó)和英國(guó)的空氣污染指數(shù)(或空氣質(zhì)量指數(shù))在這3類(lèi)污染物基礎(chǔ)上，分別增加了O3和CO指標(biāo)，美國(guó)還加入PM2.5指標(biāo).PM2.5對(duì)能見(jiàn)度有重要影響，對(duì)人體危害更大，與人體健康關(guān)系更密切、更直接.對(duì)于大氣細(xì)粒子污染和光化學(xué)煙霧等區(qū)域性復(fù)合型大氣環(huán)境問(wèn)題，增加 O3和PM2.5等指標(biāo)可以更全面、準(zhǔn)確地反映其污染狀況.

1.3.2 與公眾感受不一致

空氣中的灰塵，H2SO4與硫酸鹽，HNO3與硝酸鹽，有機(jī)碳?xì)浠衔锏攘Ｗ幽苁勾髿饣鞚?，視野模糊，?dǎo)致能見(jiàn)度惡化，如果水平能見(jiàn)度 ＜104m時(shí)，將這種非水成物組成的氣溶膠系統(tǒng)造成的視程障礙稱(chēng)為霾(Haze)或灰霾(Brownish－Haze)［14］.在我國(guó)城市群地區(qū)，污染物排放量日益增大，再加上某些不利氣象條件影響，區(qū)域性灰霾頻繁出現(xiàn)，公眾總是把“灰霾”與空氣污染嚴(yán)重聯(lián)系在一起，群眾對(duì)空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良的判斷與按照現(xiàn)行API統(tǒng)計(jì)的優(yōu)良天數(shù)不一致，造成群眾感受與空氣質(zhì)量報(bào)告不符.

我國(guó)現(xiàn)行的空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)體系不能描述現(xiàn)在的復(fù)合型污染，尤其是不能描述細(xì)粒子污染.大氣顆粒物中細(xì)粒子的消光作用是灰霾現(xiàn)象的主要原因，因此現(xiàn)行 API不能很好地反映灰霾對(duì)空氣質(zhì)量的影響，也就造成空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)結(jié)果與公眾感受不一致.

1.3.3 計(jì)算時(shí)段不合理

空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)周期為24 h，起止時(shí)間為前一日12:00─當(dāng)日12:00.當(dāng)日的API反映的是前一日12:00─當(dāng)日12:00的質(zhì)量狀況，與人們所習(xí)慣的自然天的概念不一致，也與氣象部門(mén)提交數(shù)據(jù)的時(shí)段不相同，故導(dǎo)致了 API與公眾感受和氣象條件不一致.

1.3.4 警示作用不明顯

我國(guó)根據(jù)API將空氣質(zhì)量分為優(yōu)、良、輕微污染、輕度污染、中度污染、中度重污染和重污染.對(duì)空氣質(zhì)量狀況的描述不夠清晰、明確，公眾很難理解輕微污染與輕度污染、中度污染與中度重污染等概念的區(qū)別.另外，現(xiàn)行API僅說(shuō)明不同級(jí)別的空氣污染對(duì)人體健康的總體影響，并未區(qū)分不同污染物對(duì)健康的影響.與發(fā)達(dá)國(guó)家(如美國(guó))的空氣質(zhì)量指數(shù)相比，我國(guó) API對(duì)不同污染物對(duì)人體健康存在的隱患關(guān)注度不夠.

2 空氣污染指數(shù)改進(jìn)方案

2.1 方案設(shè)計(jì)

綜合國(guó)內(nèi)外空氣污染指數(shù)現(xiàn)狀，結(jié)合當(dāng)前我國(guó)城市環(huán)境空氣質(zhì)量狀況，提出5種改進(jìn)方案(見(jiàn)表1)，各方案的污染物質(zhì)量濃度計(jì)算時(shí)段均從前一日12:00─當(dāng)日12:00改為當(dāng)日00:00─23:00.方案1不增加污染物指標(biāo).方案2擬在現(xiàn)有3項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上增加O3和CO指標(biāo).方案3，方案4和方案5擬在現(xiàn)有3項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)上增加O3，CO和PM2.5指標(biāo)，區(qū)別在于ρ(PM2.5)限值不同，其中方案3和方案5中的ρ(PM2.5)限值分別參考世界衛(wèi)生組織(WHO)［15］和US EPA［16－17］的濃度限值，方案4中的ρ(PM2.5)限值是該項(xiàng)目組基于在廣東廣州市、北京、浙江嘉興和河北武清等地開(kāi)展的顆粒物和能見(jiàn)度長(zhǎng)期觀測(cè)結(jié)果提出的［18－20］.此外，方案5還增加了灰霾指數(shù)(HI)作為附加指數(shù).計(jì)算時(shí)段修改后，城市每日09:00評(píng)價(jià)并發(fā)布前一天空氣質(zhì)量狀況，包括 API或AQI，空氣污染狀況和首要污染物，條件成熟時(shí)，可以改為分時(shí)段預(yù)報(bào)，甚至改為時(shí)報(bào).

2.2 污染物濃度限值

綜合國(guó)內(nèi)外資料，基于該項(xiàng)目研究成果，結(jié)合我國(guó)現(xiàn)行《城市空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)技術(shù)規(guī)定》［21］、《城市空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)和預(yù)報(bào)技術(shù)規(guī)定》(二次征求意見(jiàn)稿)［22］以及《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—1996)［23］和 2000年發(fā)布的 GB 3095—1996修改單［24］中規(guī)定的污染物質(zhì)量濃度限值，參考WHO［15］和 US EPA［16－17］的污染物濃度限值，提出空氣污染指數(shù)對(duì)應(yīng)的污染物濃度限值，如表2所示.該項(xiàng)目組根據(jù)在廣州、北京、嘉興和武清等地開(kāi)展的顆粒物和能見(jiàn)度長(zhǎng)期觀測(cè)結(jié)果，分析了細(xì)粒子與能見(jiàn)度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)ρ(PM2.5)低于 0.030mg/m3時(shí)，能見(jiàn)度通常在10 km以上;ρ(PM2.5)大于0.050 mg/m3，能見(jiàn)度迅速下降到10 km以下.參考WHO和US EPA的ρ(PM2.5)限值，提出了日均ρ(PM2.5)限值［15－20］.

表1 改進(jìn)方案Table 1 Air pollution index revision schemes

表2 空氣污染指數(shù)對(duì)應(yīng)的污染物濃度限值Table 2 Value lim its for air pollutants concentrations corresponding to API or AQI mg/m3

2.3 灰霾指數(shù)的分級(jí)原則

灰霾是多種大氣污染物共同作用的結(jié)果.灰霾最直接的表現(xiàn)是降低能見(jiàn)度，但影響能見(jiàn)度的因素十分復(fù)雜，除了大氣污染外，降水、霧和沙塵天氣等都會(huì)降低能見(jiàn)度，因此能見(jiàn)度不宜直接作為API指標(biāo)之一.為了更全面、準(zhǔn)確地表征空氣污染狀況，當(dāng)灰霾出現(xiàn)時(shí)提醒公眾注意，可以考慮以灰霾指數(shù)作為空氣質(zhì)量指數(shù)的附加指數(shù)一起公布.目前普遍認(rèn)為，霾或灰霾天氣出現(xiàn)時(shí)，水平能見(jiàn)度小于10 km.霧和霾的區(qū)別主要在于相對(duì)濕度，相對(duì)濕度達(dá)到90%以上的叫霧，相對(duì)濕度低于80%的叫霾，80% ～90%之間的是霧和霾的混合物，但主要成分是霾［14，25－26］.吳兌［2］認(rèn)為，相對(duì)濕度≤80% ～95%的情況下，能見(jiàn)度在5～10 km屬輕度灰霾，2～5 km屬中度灰霾，＜2 km屬重度灰霾.綜合現(xiàn)有研究成果，提出灰霾指數(shù)分級(jí)表(見(jiàn)表3).由于能見(jiàn)度與相對(duì)濕度日變化較大，因此灰霾指數(shù)根據(jù)具體時(shí)刻的能見(jiàn)度與相對(duì)濕度確定，當(dāng)日灰霾指數(shù)取各時(shí)間點(diǎn)的最大值.

表3 灰霾指數(shù)分級(jí)［2，14，25-26］Table 3 Haze index classification

2.4 空氣污染指數(shù)的計(jì)算方法

污染物(x)的分指數(shù)(Ix)運(yùn)用線性?xún)?nèi)插法，按式(1)計(jì)算.對(duì)x的第j轉(zhuǎn)折點(diǎn)(Cx，j，Ix，j)的分指數(shù)值和相應(yīng)的濃度值，由表2確定.

式中，Cx為x的質(zhì)量濃度監(jiān)測(cè)值，mg/m3;Ix，j為第j轉(zhuǎn)折點(diǎn)的污染分指數(shù);Ix，j+1為第j+1轉(zhuǎn)折點(diǎn)的污染分指數(shù);Cx，j為第j轉(zhuǎn)折點(diǎn)上x(chóng)的質(zhì)量濃度限值(對(duì)應(yīng)于Ix，j)，mg/m3;Cx，j+1為第j+1轉(zhuǎn)折點(diǎn)上x(chóng)的質(zhì)量濃度限值(對(duì)應(yīng)于Ix，j+1)，mg/m3.

懸臂式掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可對(duì)掘進(jìn)機(jī)與模擬巷道進(jìn)行全方位監(jiān)控，同時(shí)可實(shí)時(shí)顯示、采集與記錄掘進(jìn)機(jī)參數(shù)與數(shù)據(jù)，以便于試驗(yàn)過(guò)程的管理并且可作為相應(yīng)掘進(jìn)機(jī)試驗(yàn)的驗(yàn)證數(shù)據(jù)。因此，該遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)必須具備以下功能[12]。①可實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)全部設(shè)備的遠(yuǎn)程控制；②可顯示、采集與記錄掘進(jìn)機(jī)的所有數(shù)據(jù)；③可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存、顯示、查詢(xún)、調(diào)用以及數(shù)據(jù)的處理與分析；④可顯示掘進(jìn)機(jī)各個(gè)視角實(shí)時(shí)動(dòng)作與周?chē)h(huán)境，監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)時(shí)參數(shù)，并有相應(yīng)的操作提示；⑤具有高可靠性與安全性，具有完備的自我診斷與自我保護(hù)功能。

取各污染物中污染分指數(shù)最大者為該區(qū)域或城市的API，該項(xiàng)污染物即為該區(qū)域或城市空氣中的首要污染物［21－22］.

3 空氣污染指數(shù)改進(jìn)方案論證

為了驗(yàn)證不同改進(jìn)方案的準(zhǔn)確性和可行性，分別以新疆烏魯木齊和廣東廣州2個(gè)城市的2009年空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)進(jìn)行論證.

3.1 烏魯木齊

2009年烏魯木齊達(dá)標(biāo)天數(shù)為262 d，超標(biāo)天數(shù)為103 d，其中輕微/輕度污染為77 d，中度/中度重污染為16 d，重污染為10 d.與現(xiàn)行API比較，方案1達(dá)標(biāo)天數(shù)減少25 d，輕微/輕度污染減少10 d，中度/中度重污染增加3 d，重污染增加5 d;方案2達(dá)標(biāo)天數(shù)減少31 d，輕微/輕度污染減少40 d，中度/中度重污染減少3 d，重污染增加了48 d.

圖1為不同方案空氣污染狀況比較.現(xiàn)行API，方案1和方案2的空氣質(zhì)量狀況均以良為主，分別占總天數(shù)的62.2%，56.4%和55.3%，現(xiàn)行API與方案1基本一致，由于方案2增加了CO和O3指標(biāo)，達(dá)標(biāo)天數(shù)減少，重污染天數(shù)有所增加.

圖1 烏魯木齊2009年不同方案空氣污染狀況Fig.1 The air pollution status of Urumchi under different schemes in 2009

圖2為烏魯木齊2009年不同方案首要污染物出現(xiàn)天數(shù)所占比例.現(xiàn)行API首要污染物為PM10和SO2，分別占全年的73.7%和16.7%;方案1的首要污染物仍為 PM10和 SO2，分別占全年的70.7%和13.4%，與現(xiàn)行API相比差別不大;方案2的首要污染物為 PM10的天數(shù)減少41 d，首要污染物為SO2的天數(shù)減少35 d，其中有6 d首要污染物為O3，占全年的1.6%，有50 d的首要污染物為CO，占全年的13.7%.方案2中加入新指標(biāo)CO和O3后，首要污染物仍以 PM10為主，說(shuō)明指標(biāo)的增加對(duì)以煤煙型污染為主要特征的烏魯木齊影響不大.

圖2 烏魯木齊2009年不同方案首要污染物Fig.2 The main pollutants of Urumchi under different schemes in 2009

現(xiàn)行API的達(dá)標(biāo)天數(shù)為347 d，超標(biāo)天數(shù)為18 d，超標(biāo)天均為輕微/輕度污染.方案1達(dá)標(biāo)天數(shù)為346 d，輕微污染為18 d，中度污染1 d.方案2達(dá)標(biāo)天數(shù)234 d，較現(xiàn)行API減少113 d;輕微/輕度污染為128 d，增加110 d.方案3達(dá)標(biāo)天數(shù)為218 d，減少129 d，輕微/輕度污染為144 d，增加126 d，中度污染為3 d;方案4達(dá)標(biāo)天數(shù)為167 d，較現(xiàn)行API減少180 d;輕微/輕度污染為189 d，增加171 d，中度污染為9 d;方案5達(dá)標(biāo)天數(shù)為109 d，較現(xiàn)行API減少238 d;輕微/輕度污染為253 d，增加235 d，中度污染為3 d.

圖3反映了不同方案的空氣污染狀況，方案1與現(xiàn)行API相比，優(yōu)良天數(shù)沒(méi)有明顯差別.由于方案2增加了CO和O3指標(biāo)，方案3，方案4和方案5增加了CO，O3和PM2.53項(xiàng)污染指標(biāo)，故優(yōu)良天數(shù)明顯減少，輕微污染增加明顯.

如圖4所示，現(xiàn)行API中首要污染物為 PM10和SO2的分別出現(xiàn)215和20 d.與現(xiàn)行API比較，方案1中首要污染物為PM10的增加了3 d，沒(méi)有很大改變，占全年的59.7%;方案2中首要污染物為PM10的天數(shù)減少了100 d，首要污染物為 O3的為157 d，占全年的43.0%，排在首位;方案3中首要污染物為O3的天數(shù)最多，占全年的40.3%，PM2.5作為首要污染物的天數(shù)增加，占全年的27.4%;方案4和方案5中 PM2.5作為首要污染物的天數(shù)增加，居于首位，分別占到全年的47.1%和71.5%，PM10，O3和SO2作為首要污染物的天數(shù)明顯減少.

圖3 廣州2009年不同方案空氣污染狀況Fig.3 The air pollution status of Guangzhou under different schemes in 2009

圖4 廣州2009年不同方案首要污染物Fig.4 The main pollutants of Guangzhou under different schemes in 2009

2009年廣州共出現(xiàn)208個(gè)霾日，比較霾日中不同方案的空氣污染狀況(見(jiàn)圖5).現(xiàn)行API中191 d為空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，占總天數(shù)的91.8%，輕微/輕度污染為17 d，占總天數(shù)的8.2%;方案1中189 d為空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，占總天數(shù)的90.9%，輕微污染為18 d，占總天數(shù)8.7%，中度污染為1 d;方案2中113 d為空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，占總天數(shù)的54.3%，輕微/輕度污染為92 d，占總天數(shù)的44.2%，中度污染為3 d;方案3中有97 d為空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，占總天數(shù)的46.6%，輕微/輕度污染為108 d，占總天數(shù)的51.9%，中度污染為3 d;方案4中58 d為空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，占總天數(shù)的27.9%，輕微/輕度污染為141 d，占總天數(shù)的67.8%，中度污染為9 d，占總天數(shù)的4.3%;方案5中23 d為空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，占總天數(shù)的11.1%，輕微/輕度污染182 d，占總天數(shù)的87.5%，中度污染為3 d.可見(jiàn)，現(xiàn)行API與改進(jìn)方案1中，全年208個(gè)霾日中90%以上為空氣質(zhì)量?jī)?yōu)良，二者均不能很好地反映灰霾出現(xiàn)時(shí)的空氣質(zhì)量狀況，方案2下全年霾日中的優(yōu)良天數(shù)比例降到54.3%，方案3，方案4和方案5中霾日中的優(yōu)良天數(shù)比例依次下降到46.6%，27.9%和11.1%，改進(jìn)后的方案，尤其是增加了 PM2.5的方案3，方案4和方案5能夠較好地反映霾日時(shí)的空氣質(zhì)量狀況.

圖5 廣州2009年霾日不同方案空氣污染狀況Fig.5 The air pollution status of hazy days under different schemes in Guangzhou in 2009

圖6 廣州2009年霾日不同方案首要污染物Fig.6 The main pollutants of hazy days under different schemes in Guangzhou in 2009

圖6為不同方案中廣州208個(gè)霾日中首要污染物及所占比例.現(xiàn)行API與方案1中，208個(gè)霾日中首要污染物均以PM10為主，分別占總天數(shù)的80.3%和82.2%;方案2中霾日首要污染物主要是O3和PM10，所占比例分別為48.1%和42.8%;方案3中霾日首要污染物主要是 O3和 PM2.5，方案4和方案5中霾日首要污染物主要是 PM2.5，而PM2.5正是灰霾形成的主要原因.可見(jiàn)，從霾的形成機(jī)制上來(lái)看，方案3，方案4和方案5能夠更好地反映實(shí)際的空氣污染狀況.綜上，5種改進(jìn)方案中方案1與現(xiàn)行API比較接近，方案2比現(xiàn)行API能夠更好地反映O3污染，方案3，方案4和方案5能更好地反映我國(guó)東部發(fā)達(dá)地區(qū)面臨的復(fù)合型空氣污染狀況，尤其是灰霾出現(xiàn)情況下的空氣質(zhì)量狀況.

4 結(jié)論

a.現(xiàn)行API自實(shí)行以來(lái)在定量表征空氣污染狀況并對(duì)公眾進(jìn)行健康提示等方面發(fā)揮了巨大的作用，尤其在促進(jìn)環(huán)保工作公開(kāi)化、透明化，提高公眾環(huán)保意識(shí)等方面發(fā)揮了積極作用.但我國(guó)現(xiàn)行空氣污染指數(shù)方案與發(fā)達(dá)國(guó)家相比污染指標(biāo)較少，存在較多不足，突出表現(xiàn)為:污染指標(biāo)的局限性、與公眾感受不一致、計(jì)算時(shí)段不合理、警示作用不明顯.已不能適應(yīng)當(dāng)前我國(guó)空氣污染狀況的新形勢(shì).

b.提出5種空氣污染指數(shù)改進(jìn)方案.改進(jìn)方案均將大氣污染物日均質(zhì)量濃度(或小時(shí)質(zhì)量濃度最大值)的計(jì)算時(shí)段調(diào)整為00:00—23:00，其中方案2增加了CO和O3指標(biāo)，方案3，方案4和方案5又增加了PM2.5指標(biāo)，且ρ(PM2.5)限值依次加嚴(yán)，同時(shí)，方案5增加了灰霾指數(shù)，并將其作為附加指數(shù).

c.對(duì)不同改進(jìn)方案的論證表明，方案1和現(xiàn)行API差別不大;方案2對(duì)以煤煙型污染為主的烏魯木齊影響不大，但會(huì)使廣州的空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)減少，超標(biāo)率達(dá)到36%，O3為首要污染物的天數(shù)占總天數(shù)的43%，可比現(xiàn)行API更好地反映O3污染;同時(shí)，灰霾日空氣質(zhì)量超標(biāo)率達(dá)到46%，而按照現(xiàn)行API，灰霾日優(yōu)良天數(shù)達(dá)90%以上;方案3，方案4和方案5中優(yōu)良天數(shù)明顯下降，灰霾日空氣質(zhì)量超標(biāo)率達(dá)到53% ～89%，其中方案5達(dá)到89%，灰霾日中首要污染物是PM2.5的天數(shù)迅速增加，可更好地反映我國(guó)東部發(fā)達(dá)地區(qū)面臨的復(fù)合型空氣污染狀況，尤其是灰霾出現(xiàn)情況下的空氣質(zhì)量狀況.可見(jiàn)，改進(jìn)后的方案能夠較好地反映O3和灰霾對(duì)空氣質(zhì)量的影響，很大程度上克服了現(xiàn)行空氣污染指數(shù)存在的污染指標(biāo)局限性、與公眾感受不一致、計(jì)算時(shí)段不合理等問(wèn)題，能夠更客觀地反映我國(guó)當(dāng)前的空氣質(zhì)量狀況.但我國(guó)在不同大氣污染物的健康影響方面還需進(jìn)一步深入研究，以便給公眾提出更加準(zhǔn)確、細(xì)致的健康提示.

5 建議

a.建議盡快試行方案2提出的API修改方案，如果試行成功，可在全國(guó)范圍實(shí)行;建議在北京、上海和廣州等復(fù)合型大氣污染較嚴(yán)重、空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)設(shè)備較先進(jìn)的地區(qū)試行API修改方案3，方案4和方案5，試行效果理想，再推廣到全國(guó);試行期間的空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)實(shí)行新老指數(shù)雙軌制.

b.改變污染物濃度的計(jì)算時(shí)段，當(dāng)前我國(guó)API的計(jì)算時(shí)段是從前一日12:00—當(dāng)日12:00，與自然日不一致，建議今后空氣污染指數(shù)的計(jì)算時(shí)段要與自然日統(tǒng)一，即為00:00—23:00.

c.建議有條件的地區(qū)發(fā)布灰霾指數(shù)作為空氣污染指數(shù)的附加指數(shù).

d.建立類(lèi)似美國(guó) AIRNOW的空氣質(zhì)量日?qǐng)?bào)和預(yù)報(bào)網(wǎng)站，開(kāi)展空氣污染指數(shù)的逐時(shí)、逐日?qǐng)?bào)告，不但給出空氣污染指數(shù)的總體健康提示，而且要給出O3和PM2.5等污染物的健康提示.

致謝:在研究過(guò)程中，王淑蘭、陳義珍、李紅、段菁春、張新民、張萌、馬京華、湛靈芝和于延芬等項(xiàng)目組成員對(duì)空氣污染指數(shù)改進(jìn)方案的提出作出了貢獻(xiàn)，環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司、環(huán)境監(jiān)測(cè)司，廣州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站和烏魯木齊市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站給予了大力支持，中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站、環(huán)境保護(hù)部環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)研究所的王瑞斌、武雪芳和王宗爽等提出了寶貴建議，在此表示感謝!

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Schem es and Dem onstrations for Air Pollution Index Im provem ent

XUE Zhi－gang1，LIU Yan1，4，CHAI Fa－h(huán)e1，LIANG Gui－xiong2，XU Feng3，ZHANG Kai1，TAO Jun5
1.Chinese Research Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China
2.Guangzhou Environmental Monitoring Center，Guangzhou 510030，China
3.Urumqi Environmental Monitoring Center，Urumqi 830000，China
4.Department of Environmental Engineering，Hebei University of Engineering，Handan 056038，China
5.South China Institute of Environmental Sciences，M inistry of Environmental Protection，Guangzhou 510655，China

X51

A

1001－6929(2011)02－0125－08

2010－09－10

2010－11－22

國(guó)家環(huán)保公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(200709005)

薛志鋼(1968－)，男，山西古交人，研究員，博士，主要從事大氣污染源排放與控制對(duì)策研究，xuezg@craes.org.cn.

*責(zé)任作者，柴發(fā)合(1955－)，男，陜西大荔人，研究員，碩士，博導(dǎo)，主要從事大氣環(huán)境管理與技術(shù)研究，chaifh@craes.org.cn