Индекс качества воздуха (AQI) — это показатель, разработанный государственными учреждениями [1] для информирования общественности о том, насколько загрязнен воздух в настоящее время или насколько загрязненным он станет, по прогнозам. [2] [3] По мере роста уровня загрязнения воздуха растет и AQI, а также связанный с ним риск для здоровья населения. Дети, пожилые люди и люди с респираторными или сердечно-сосудистыми заболеваниями, как правило, являются первыми группами, на которых влияет плохое качество воздуха. Когда AQI высок, государственные органы обычно рекомендуют людям сократить физическую активность на открытом воздухе или даже вообще избегать выхода на улицу. Когда лесные пожары приводят к высокому AQI, также рекомендуется использовать маску (например, респиратор N95 ) на открытом воздухе и очиститель воздуха (включающий как фильтры HEPA , так и фильтры с активированным углем ) в помещении. [4] [5]
В разных странах существуют свои индексы качества воздуха, соответствующие разным национальным стандартам качества воздуха. Некоторые из них — Канадский индекс качества воздуха для здоровья , Малайзийский индекс загрязнения воздуха и Сингапурский индекс стандартов загрязняющих веществ .
Для вычисления AQI требуется концентрация загрязняющего вещества в воздухе за определенный период усреднения, полученная с помощью монитора воздуха или модели . Взятые вместе, концентрация и время представляют собой дозу загрязняющего вещества в воздухе. Последствия для здоровья, соответствующие данной дозе, устанавливаются эпидемиологическими исследованиями. [6] Загрязнители воздуха различаются по силе воздействия, и функция, используемая для преобразования концентрации загрязняющего вещества в AQI, различается в зависимости от загрязнителя. Значения индекса качества воздуха обычно группируются в диапазоны. Каждому диапазону присваивается дескриптор, цветовой код и стандартизированный консультативный совет по общественному здравоохранению.
AQI может увеличиться из-за увеличения выбросов в атмосферу. Например, во время движения в час пик или при лесном пожаре с наветренной стороны или из-за отсутствия разбавления загрязняющих веществ в воздухе. Застойный воздух , часто вызванный антициклоном , температурной инверсией или низкой скоростью ветра , позволяет загрязнению воздуха оставаться в локальной области, что приводит к высоким концентрациям загрязняющих веществ, химическим реакциям между загрязняющими веществами в воздухе и туманным условиям. [7]
В день, когда прогнозируется повышение AQI из-за загрязнения мелкодисперсными частицами, агентство или организация общественного здравоохранения могут:
В период очень плохого качества воздуха, например, при загрязнении воздуха , когда AQI указывает на то, что острое воздействие может нанести значительный вред общественному здоровью, агентства могут применять планы действий в чрезвычайных ситуациях, которые позволяют им приказать основным источникам выбросов (например, предприятиям, сжигающим уголь) сократить выбросы до тех пор, пока опасные условия не исчезнут. [11]
Большинство загрязнителей воздуха не имеют связанного с ними AQI. Многие страны контролируют приземный озон , твердые частицы , диоксид серы , оксид углерода и диоксид азота и рассчитывают индексы качества воздуха для этих загрязнителей. [12]
Определение AQI в конкретной стране отражает дискурс вокруг разработки национальных стандартов качества воздуха в этой стране. [13] Недавно стал доступен веб-сайт, позволяющий правительственным учреждениям в любой точке мира предоставлять данные мониторинга воздуха в режиме реального времени для отображения с использованием общего определения индекса качества воздуха. [14]
Каждый из штатов и территорий Австралии несет ответственность за мониторинг качества воздуха и публикацию данных в соответствии со стандартами Национальной системы охраны окружающей среды (качество окружающего воздуха) (NEPM). [15]
Каждый штат и территория публикует данные о качестве воздуха для отдельных точек мониторинга, и большинство штатов и территорий публикуют индексы качества воздуха для каждой точки мониторинга.
По всей Австралии применяется единый подход к индексам качества воздуха, использующий простую линейную шкалу, где 100 представляет собой максимальный стандарт концентрации для каждого загрязняющего вещества, установленный NEPM. Эти максимальные стандарты концентрации следующие:
Индекс качества воздуха (AQI) для отдельного местоположения представляет собой наивысшее из значений индекса качества воздуха для каждого загрязняющего вещества, отслеживаемого в этом месте.
Существует шесть диапазонов AQI, для каждого из которых приведены рекомендации по охране здоровья:
Качество воздуха в Канаде уже много лет оценивается с помощью провинциальных индексов качества воздуха (AQI). Важно отметить, что значения AQI отражают цели управления качеством воздуха, которые основаны на минимально достижимом уровне выбросов, а не исключительно на заботе о здоровье человека. Индекс качества воздуха и здоровья (AQHI) — это шкала, разработанная для того, чтобы помочь понять влияние качества воздуха на здоровье. Это инструмент защиты здоровья, используемый для принятия решений по сокращению краткосрочного воздействия загрязнения воздуха путем корректировки уровней активности при повышенных уровнях загрязнения воздуха. Индекс качества воздуха и здоровья также дает советы о том, как улучшить качество воздуха, предлагая изменение поведения для снижения воздействия на окружающую среду. Этот индекс уделяет особое внимание людям, чувствительным к загрязнению воздуха. Он дает им советы о том, как защитить свое здоровье при уровнях качества воздуха, связанных с низким , умеренным , высоким и очень высоким риском для здоровья.
AQHI предоставляет число от 1 до 10+, чтобы указать уровень риска для здоровья, связанный с местным качеством воздуха. Иногда, когда уровень загрязнения воздуха аномально высок, число может превышать 10. AQHI предоставляет текущее значение местного качества воздуха, а также прогноз местного максимального качества воздуха на сегодня, сегодня вечером и завтра, а также предоставляет соответствующие рекомендации по охране здоровья. [16]
30 декабря 2013 года Гонконг заменил Индекс загрязнения воздуха новым индексом под названием Индекс здоровья и качества воздуха . [17] Этот индекс, сообщаемый Департаментом охраны окружающей среды , измеряется по шкале от 1 до 10+ и учитывает четыре загрязнителя воздуха: озон; диоксид азота; диоксид серы и твердые частицы (включая PM10 и PM2.5). Для любого заданного часа AQHI рассчитывается как сумма процентного избыточного риска ежедневных госпитализаций, приписываемых 3-часовым скользящим средним концентрациям этих четырех загрязнителей. AQHI сгруппированы в пять категорий риска для здоровья AQHI с предоставленными рекомендациями по охране здоровья: [18]
Министерство охраны окружающей среды Китая ( МООС ) отвечает за измерение уровня загрязнения воздуха в Китае . По состоянию на 1 января 2013 года МООС ежедневно отслеживает уровень загрязнения в 163 крупных городах. Уровень AQI основан на уровне шести загрязняющих веществ в атмосфере, а именно диоксида серы (SO2 ) , диоксида азота (NO2 ) , взвешенных частиц размером менее 10 мкм в аэродинамическом диаметре (PM10 ) , [19] взвешенных частиц размером менее 2,5 мкм в аэродинамическом диаметре (PM2.5 ) , [19] оксида углерода (CO) и озона (O3 ) , измеренных на станциях мониторинга в каждом городе. [20]
Индивидуальный показатель (индивидуальный индекс качества воздуха, IAQI) рассчитывается с использованием концентраций контрольных точек, указанных ниже, и с использованием той же кусочно-линейной функции для расчета промежуточных значений, что и шкала AQI США. Окончательное значение AQI может быть рассчитано либо за час, либо за 24 часа и является максимальным из этих шести показателей. [20]
Оценка каждого загрязняющего вещества нелинейна, как и окончательная оценка AQI. Таким образом, AQI 300 не означает, что загрязнение в два раза больше, чем AQI при 150, и не означает, что воздух в два раза вреднее. Концентрация загрязняющего вещества, когда его IAQI равен 100, не равна удвоенной его концентрации, когда его IAQI равен 50, и не означает, что загрязняющее вещество в два раза вреднее. Хотя AQI 50 с 1 по 182 день и AQI 100 с 183 по 365 день действительно обеспечивают среднегодовое значение 75, это не означает, что загрязнение приемлемо, даже если контрольный показатель 100 считается безопасным. Поскольку контрольный показатель является 24-часовым целевым показателем, а среднегодовое значение должно соответствовать годовому целевому показателю, вполне возможно иметь безопасный воздух каждый день года, но все равно не соответствовать годовому контрольному показателю загрязнения.
Общий индекс качества воздуха (CAQI) [21] — индекс качества воздуха, используемый в Европе с 2006 года. [22] В ноябре 2017 года Европейское агентство по окружающей среде объявило о Европейском индексе качества воздуха (EAQI) и начало поощрять его использование на веб-сайтах и для других способов информирования общественности о качестве воздуха. [23]
По состоянию на 2012 год [update]поддерживаемый ЕС проект CiteairII утверждал, что CAQI был оценен на «большом наборе» данных, и описал мотивацию и определение CAQI. CiteairII заявил, что наличие индекса качества воздуха, который было бы легко представить широкой общественности, было главной мотивацией, оставив в стороне более сложный вопрос индекса, основанного на здоровье, который потребовал бы, например, эффектов комбинированных уровней различных загрязняющих веществ. Главной целью CAQI было иметь индекс, который бы поощрял широкое сравнение по всему ЕС, не заменяя местные индексы. CiteairII заявил, что «главная цель CAQI — не предупредить людей о возможных неблагоприятных последствиях для здоровья плохого качества воздуха, а привлечь их внимание к загрязнению городского воздуха и его основному источнику (транспорту) и помочь им снизить свое воздействие». [22]
CAQI — это число по шкале от 0 до 100, где низкое значение означает хорошее качество воздуха, а высокое значение означает крайне плохое качество воздуха. Индекс определяется как в часовой, так и в дневной версиях, а также отдельно вблизи дорог (индекс «придорожный» или «транспортный») или вдали от дорог (индекс «фоновый»). По состоянию на 2012 год [update]CAQI имел два обязательных компонента для индекса придорожного воздуха, NO 2 и PM 10 , и три обязательных компонента для фонового индекса, NO 2 , PM 10 и O 3 . Он также включал необязательные загрязняющие вещества PM 2.5 , CO и SO 2 . «Субиндекс» рассчитывается для каждого из обязательных (и необязательных, если они доступны) компонентов. CAQI определяется как субиндекс, который представляет наихудшее качество среди этих компонентов. [22]
Ниже приведены некоторые из основных концентраций загрязняющих веществ в мкг/м 3 для почасового фонового индекса, соответствующих субиндексов и пяти диапазонов CAQI, а также словесные описания. [22]
Часто обновляемые значения и карты CAQI представлены на www.airqualitynow.eu [24] и других веб-сайтах. [21] Также определен отдельный Годовой средний общий индекс качества воздуха (YACAQI), в котором различные субиндексы загрязняющих веществ отдельно нормализуются до значения, обычно близкого к единице. Например, годовые средние значения NO 2 , PM 10 и PM 2.5 делятся на 40 мкг/м 3 , 40 мкг/м 3 и 20 мкг/м 3 соответственно. Общий фон или транспортный YACAQI для города является арифметическим средним определенного подмножества этих субиндексов. [22]
Национальный индекс качества воздуха (NAQI) был запущен в Нью-Дели 17 сентября 2014 года в рамках Swachh Bharat Abhiyan . [25] [26] [27] [28]
Центральный совет по контролю за загрязнением совместно с государственными советами по контролю за загрязнением воздуха реализует Национальную программу мониторинга воздуха (NAMP), охватывающую 240 городов страны с более чем 342 станциями мониторинга. [29] Была создана экспертная группа, состоящая из медицинских работников, экспертов по качеству воздуха, ученых, правозащитных групп и SPCB, и техническое исследование было поручено IIT Kanpur . IIT Kanpur и экспертная группа рекомендовали схему AQI в 2014 году. [30] В то время как предыдущий индекс измерения был ограничен тремя показателями, новый индекс измеряет восемь параметров. [31] Системы непрерывного мониторинга, которые предоставляют данные в режиме, близком к реальному времени, установлены в Нью-Дели, Мумбаи , Пуне , Калькутте и Ахмадабаде . [32]
Существует шесть категорий NAQI, а именно: «хорошо », «удовлетворительно» , «умеренно» , «плохо» , «очень плохо » и «серьезно » . Предлагаемый NAQI будет учитывать восемь загрязняющих веществ (PM 10 , PM 2.5 , NO 2 , SO 2 , CO, O 3 , NH 3 и Pb), для которых предписаны краткосрочные (до 24-часового периода усреднения) национальные стандарты качества окружающего воздуха. [33] На основе измеренных концентраций в окружающей среде, соответствующих стандартов и вероятного воздействия на здоровье для каждого из этих загрязняющих веществ рассчитывается субиндекс. Худший субиндекс отражает общий NAQI. Также были предложены вероятные воздействия на здоровье для различных категорий NAQI и загрязняющих веществ с основными вкладами медицинских экспертов в группе. Значения NAQI и соответствующие концентрации в окружающей среде (пороговые значения для здоровья), а также связанные с ними вероятные воздействия на здоровье для выявленных восьми загрязняющих веществ следующие:
По данным Японской метеорологической ассоциации , в Японии используется другая шкала для измерения индекса качества воздуха.
Качество воздуха в Мехико сообщается в IMECA. IMECA рассчитывается с использованием измерений среднего времени химических веществ: озона (O 3 ), диоксида серы (SO 2 ), диоксида азота (NO 2 ), оксида углерода (CO), частиц размером менее 2,5 микрометров (PM 2.5 ) и частиц размером менее 10 микрометров (PM 10 ). [ необходима цитата ]
Сингапур использует Индекс стандартов загрязняющих веществ для отчетности о качестве воздуха, [34] с подробностями расчета, аналогичными, но не идентичными тем, которые используются в Малайзии и Гонконге. [35] Приведенная ниже диаграмма PSI сгруппирована по значениям индекса и дескрипторам, согласно Национальному агентству по охране окружающей среды . [36]
Министерство окружающей среды Южной Кореи использует Комплексный индекс качества воздуха (CAI) для описания качества окружающего воздуха на основе рисков для здоровья, связанных с загрязнением воздуха. Целью индекса является помощь общественности в понимании качества воздуха и защите здоровья людей. CAI имеет шкалу от 0 до 500, которая разделена на шесть категорий. Чем выше значение CAI, тем выше уровень загрязнения воздуха. Из значений пяти загрязнителей воздуха самым высоким является значение CAI. Индекс также имеет связанные с ним последствия для здоровья и цветовое представление категорий, как показано ниже. [37]
Башня N Seoul на горе Намсан в центре Сеула, Южная Корея , подсвечивается синим цветом с заката до 23:00 и 22:00 зимой, в дни, когда качество воздуха в Сеуле составляет 45 или ниже. Весной 2012 года башня была освещена в течение 52 дней, что на четыре дня больше, чем в 2011 году. [38]
Наиболее часто используемый индекс качества воздуха в Великобритании — это ежедневный индекс качества воздуха , рекомендованный Комитетом по медицинскому воздействию загрязняющих веществ (COMEAP). [39] Этот индекс имеет десять пунктов, которые далее сгруппированы в четыре диапазона: низкий, умеренный, высокий и очень высокий. Каждый из диапазонов сопровождается рекомендациями для групп риска и населения в целом. [40]
Индекс основан на концентрациях пяти загрязняющих веществ. Индекс рассчитывается на основе концентраций следующих загрязняющих веществ: озон, диоксид азота, оксид серы, PM2.5 и PM10. Пороговые значения между значениями индекса определяются для каждого загрязняющего вещества отдельно, а общий индекс определяется как максимальное значение индекса. Для разных загрязняющих веществ используются разные периоды усреднения. [40]
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) разработало индекс качества воздуха, который используется для отчетности о качестве воздуха. Этот AQI делится на шесть категорий, указывающих на растущие уровни беспокойства о здоровье. [12]
AQI основан на пяти «критериях» загрязняющих веществ, регулируемых в соответствии с Законом о чистом воздухе : приземный озон, твердые частицы, оксид углерода, диоксид серы и диоксид азота. Агентство по охране окружающей среды установило национальные стандарты качества окружающего воздуха (NAAQS) для каждого из этих загрязняющих веществ в целях защиты общественного здоровья. Значение AQI, равное 100, обычно соответствует уровню NAAQS для загрязняющего вещества. [12] Закон о чистом воздухе (США) (1990) требует, чтобы Агентство по охране окружающей среды пересматривало свои национальные стандарты качества окружающего воздуха каждые пять лет, чтобы отразить меняющуюся информацию о влиянии на здоровье. Индекс качества воздуха периодически корректируется, чтобы отразить эти изменения.
Индекс качества воздуха является кусочно-линейной функцией концентрации загрязняющих веществ. На границе между категориями AQI происходит скачок на одну единицу AQI. Для перевода из концентрации в AQI используется следующее уравнение: [41]
(Если измеряется несколько загрязняющих веществ, то рассчитанный AQI представляет собой наибольшее значение, рассчитанное с помощью приведенного выше уравнения, примененного для каждого загрязняющего вещества.)
где:
Таблица контрольных точек Агентства по охране окружающей среды выглядит следующим образом: [42] [43] [44] [45] [46]
Предположим, что монитор регистрирует 24-часовую среднюю концентрацию мелких частиц (PM 2.5 ) 26,4 микрограмма на кубический метр. Уравнение выше дает AQI:
что округляется до индексного значения 83, что соответствует качеству воздуха в диапазоне «Умеренное». [47] Для преобразования концентрации загрязняющих веществ в воздухе в AQI Агентство по охране окружающей среды разработало калькулятор. [48]
Если на участке мониторинга измеряется несколько загрязняющих веществ, то для этого места сообщается наибольшее или «доминирующее» значение AQI. Значение AQI озона между 100 и 300 вычисляется путем выбора большего из значений AQI, рассчитанного с использованием значения озона за 1 час, и AQI, рассчитанного с использованием значения озона за 8 часов.
Средние значения озона за восемь часов не определяют значения AQI выше 300; значения AQI 301 или выше рассчитываются с использованием 1-часовой концентрации озона. 1-часовые значения SO 2 не определяют более высокие значения AQI выше 200. Значения AQI 201 или выше рассчитываются с использованием 24-часовой концентрации SO 2 .
Данные мониторинга в реальном времени с непрерывных мониторов обычно доступны в виде 1-часовых средних значений. Однако для вычисления AQI для некоторых загрязняющих веществ требуется усреднение данных за несколько часов. (Например, для вычисления AQI озона требуется вычисление 8-часового среднего значения, а для вычисления AQI PM 2.5 или PM 10 требуется 24-часовое среднее значение.) Чтобы точно отразить текущее качество воздуха, многочасовое среднее значение, используемое для вычисления AQI, должно быть центрировано на текущем времени, но поскольку концентрации будущих часов неизвестны и их трудно точно оценить, EPA использует суррогатные концентрации для оценки этих многочасовых средних значений. Для сообщения индексов качества воздуха PM 2.5 , PM 10 и озона эта суррогатная концентрация называется NowCast . Nowcast — это особый тип взвешенного среднего значения, который придает больший вес самым последним данным о качестве воздуха при изменении уровней загрязнения воздуха. [49] [50]
Данные мониторинга в реальном времени и прогнозы качества воздуха, которые имеют цветовую кодировку в соответствии с индексом качества воздуха, доступны на веб-сайте AirNow Агентства по охране окружающей среды. [51] Другие организации осуществляют мониторинг для членов уязвимых групп, таких как астматики, дети и взрослые старше 65 лет. [52] Исторические данные мониторинга воздуха, включая графики и карты AQI, доступны на веб-сайте AirData Агентства по охране окружающей среды. [53] Для жителей Нью-Йорка существует бесплатная служба подписки по электронной почте — AirNYC. [54] Подписчики получают уведомления об изменениях значений AQI для выбранного местоположения (например, домашнего адреса) на основе условий качества воздуха. Подробная карта, содержащая текущие уровни AQI и двухдневный прогноз AQI, доступна на веб-сайте Aerostate. [55]
Исторически EPA разрешало включать в свои национальные карты в режиме реального времени только данные с регулирующих мониторов, которыми управляют специалисты по регулированию или общественному здравоохранению. [56] [57] За последнее десятилетие недорогие датчики (LCS) стали все более популярными среди гражданских ученых, и в США и по всему миру появились крупные сети LCS. Недавно EPA разработало алгоритм коррекции данных [58] [59] для определенной марки PM 2.5 LCS (монитор Purple Air), который делает данные LCS сопоставимыми с нормативными данными для целей вычисления AQI. Эти скорректированные данные LCS в настоящее время отображаются вместе с нормативными данными на национальной карте пожаров EPA. [60]
AQI дебютировал в 1968 году, когда Национальное управление по контролю за загрязнением воздуха предприняло инициативу по разработке индекса качества воздуха и применению методологии к столичным статистическим районам . Импульсом было привлечение внимания общественности к проблеме загрязнения воздуха и косвенное подталкивание ответственных местных должностных лиц к принятию мер по контролю источников загрязнения и улучшению качества воздуха в пределах их юрисдикций.
Джеку Фенстерстоку, главе Национального отдела инвентаризации выбросов и контроля загрязнения воздуха, было поручено возглавить разработку методологии и собрать данные о качестве воздуха и выбросах, необходимые для проверки и калибровки результирующих индексов. [61]
Первоначальная итерация индекса качества воздуха использовала стандартизированные концентрации загрязняющих веществ в окружающей среде для получения индивидуальных индексов загрязняющих веществ. Затем эти индексы были взвешены и суммированы для формирования единого общего индекса качества воздуха. Общая методология могла использовать концентрации, которые берутся из данных мониторинга окружающей среды или прогнозируются с помощью модели диффузии. Затем концентрации были преобразованы в стандартное статистическое распределение с заданным средним значением и стандартным отклонением. Предполагается, что полученные индивидуальные индексы загрязняющих веществ имеют одинаковый вес, хотя могут использоваться значения, отличные от единицы. Аналогично, индекс может включать любое количество загрязняющих веществ, хотя он использовался только для объединения SO x , CO и TSP [62] из-за отсутствия доступных данных для других загрязняющих веществ.
Хотя методология была разработана как надежная, практическое применение для всех мегаполисов оказалось непоследовательным из-за скудности данных мониторинга качества окружающего воздуха, отсутствия согласия по весовым коэффициентам и неравномерности стандартов качества воздуха в географических и политических границах. Несмотря на эти проблемы, публикация списков, ранжирующих мегаполисы, достигла целей государственной политики и привела к будущей разработке улучшенных индексов и их повседневному применению.
Некоторые из следующих веб-сайтов отображают активно обновляемые карты индекса качества воздуха; другие представляют собой архивные версии неактивных веб-сайтов: