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, по прогнозам, станет. [2] [3] По мере роста уровня загрязнения воздуха растет и AQI, а также связанный с этим риск для здоровья населения. Дети, пожилые люди и люди с респираторными или сердечно-сосудистыми заболеваниями, как правило, первыми страдают от плохого качества воздуха. Когда AQI высок, правительственные органы обычно рекомендуют людям снизить 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 — это Индекс качества воздуха в Канаде , Индекс загрязнения воздуха в Малайзии и Индекс стандартов загрязнителей в Сингапуре .
Для расчета AQI требуется концентрация загрязняющих веществ в воздухе за определенный период усреднения, полученная с помощью монитора или модели воздуха . В совокупности концентрация и время представляют собой дозу загрязнителя воздуха. Последствия для здоровья, соответствующие данной дозе, устанавливаются эпидемиологическими исследованиями. [6] Загрязнители воздуха различаются по силе действия, и функция, используемая для преобразования концентрации загрязнителя воздуха в AQI, зависит от загрязнителя. Значения индекса качества воздуха обычно сгруппированы в диапазоны. Каждому диапазону присвоен дескриптор, цветовой код и стандартизированные рекомендации по общественному здравоохранению.
AQI может увеличиться из-за увеличения выбросов в атмосферу. Например, во время движения в час пик, при лесном пожаре с наветренной стороны или из-за недостаточного разбавления загрязнителей воздуха. Застой воздуха , часто вызванный антициклоном , температурной инверсией или низкой скоростью ветра , позволяет загрязнению воздуха оставаться в определенной области, что приводит к высоким концентрациям загрязняющих веществ, химическим реакциям между загрязнителями воздуха и туманной атмосфере. [7]
В день, когда прогнозируется повышение AQI из-за загрязнения мелкими частицами, агентство или организация общественного здравоохранения может:
В период очень плохого качества воздуха, например эпизод загрязнения воздуха , когда AQI показывает, что острое воздействие может нанести существенный вред здоровью населения, агентства могут применять планы действий в чрезвычайных ситуациях, которые позволяют им приказывать крупным источникам выбросов (например, угольным предприятиям). ) сократить выбросы до тех пор, пока опасные условия не исчезнут. [11]
Большинство загрязнителей воздуха не имеют связанного с ним 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 дискуссию 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 отвечает за мониторинг качества воздуха и публикацию данных в соответствии со стандартами Национальной меры защиты окружающей среды (качество окружающего воздуха) (NEPM). [15]
Каждый штат и территория публикует данные о качестве воздуха для отдельных мест мониторинга, а большинство штатов и территорий публикуют индексы качества воздуха для каждого места мониторинга.
По всей Австралии применяется последовательный подход к индексам качества воздуха с использованием простой линейной шкалы, где 100 представляет собой максимальный стандарт концентрации для каждого загрязнителя, установленный NEPM. Эти стандарты максимальной концентрации:
Индекс качества воздуха (AQI) для отдельного места — это просто наибольшее из значений индекса качества воздуха для каждого загрязнителя, мониторинг которого осуществляется в этом месте.
Полосы AQI с рекомендациями по здоровью для каждой: [16] [ проверка не удалась ]
О качестве воздуха в Канаде уже много лет сообщается с помощью провинциальных индексов качества воздуха (AQI). Примечательно, 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 (AQHI) — это шкала, призванная помочь понять влияние качества воздуха на здоровье. Это инструмент защиты здоровья, используемый для принятия решений по снижению краткосрочного воздействия загрязнения воздуха путем корректировки уровня активности во время повышенного уровня загрязнения воздуха. Индекс качества воздуха и здоровья также дает советы о том, как улучшить качество воздуха, предлагая изменить поведение, чтобы уменьшить воздействие 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 представляет собой число от 1 до 10+, обозначающее уровень риска для здоровья, связанного с местным качеством воздуха. В некоторых случаях, когда уровень загрязнения воздуха аномально высок, это число может превышать 10. AQHI предоставляет текущее значение местного качества воздуха, а также прогноз местных максимальных значений качества воздуха на сегодня, сегодня вечером и завтра, а также предоставляет соответствующие рекомендации по здоровью. . [17]
30 декабря 2013 года Гонконг заменил индекс загрязнения воздуха новым индексом под названием « Индекс качества воздуха и здоровья» . [18] 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 часа AQHI рассчитывается как сумма процентного избыточного риска ежедневных госпитализаций, обусловленного 3-часовыми скользящими средними концентрациями этих четырех загрязнителей. AQHI сгруппированы в пять категорий риска для здоровья AQHI с предоставлением рекомендаций по здоровью: [19]
С каждой категорией риска для здоровья связаны рекомендации. На низком и среднем уровнях населению рекомендуется продолжать нормальную деятельность. Для высокой категории детям, пожилым людям и людям с заболеваниями сердца или органов дыхания рекомендуется снизить физические нагрузки на открытом воздухе. Выше этого уровня ( очень высокий или серьезный ) населению также рекомендуется уменьшить или избегать физических нагрузок на открытом воздухе.
Министерство охраны окружающей среды Китая ( MEP ) отвечает за измерение уровня загрязнения воздуха в Китае . По состоянию на 1 января 2013 года МООС ежедневно контролирует уровень загрязнения в 163 крупных городах. Уровень AQI основан на уровне шести атмосферных загрязнителей, а именно диоксида серы (SO 2 ), диоксида азота (NO 2 ), взвешенных частиц с аэродинамическим диаметром менее 10 мкм (PM 10 ), [20] взвешенных частиц размером менее 2,5. Аэродинамический диаметр мкм (PM 2,5 ), [20] окись углерода (CO) и озон (O 3 ), измеренные на станциях мониторинга по всему городу. [21]
Индивидуальный балл (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 в США. и окончательное значение AQI может быть рассчитано либо за час, либо за 24 часа и является максимальным из этих шести показателей. [21]
Оценка для каждого загрязнителя является нелинейной, как и окончательный показатель AQI. Таким образом, показатель AQI, равный 300, не означает удвоенного загрязнения по сравнению с показателем AQI, равным 150, и не означает, что воздух в два раза более вреден. Концентрация загрязняющего вещества, когда его IAQI равен 100, не равна двойной концентрации, когда его IAQI равен 50, и это не означает, что загрязняющее вещество в два раза вреднее. Хотя AQI 50 с 1-го по 182-й день и AQI 100 с 183-го по 365-й день действительно обеспечивают среднегодовой показатель 75, это не означает , что загрязнение приемлемо, даже если контрольный показатель 100 считается безопасным. Поскольку контрольный показатель представляет собой 24-часовой целевой показатель, а среднегодовой показатель должен соответствовать годовому целевому показателю, вполне возможно иметь безопасный воздух каждый день в году, но при этом не соответствовать годовому контрольному показателю загрязнения. [21]
Общий индекс качества воздуха (CAQI) [22] — это индекс качества воздуха, используемый в Европе с 2006 года. [23] 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 сайтах. другие способы информирования общественности о качестве воздуха. [24]
По состоянию на 2012 год [update]проект CiteairII , поддерживаемый ЕС, утверждал, что CAQI был оценен на «большом наборе» данных, и описывал мотивацию и определение CAQI. CiteairII заявила, что наличие индекса качества воздуха, который было бы легко представить широкой публике, было основной мотивацией, оставив в стороне более сложный вопрос индекса, основанного на здоровье, который потребует, например, воздействия совокупных уровней различных загрязнителей. . Основная цель CAQI заключалась в том, чтобы иметь индекс, который способствовал бы широкому сравнению по всему ЕС, не заменяя при этом местные индексы. CiteairII заявила, что «основная цель CAQI — не предупредить людей о возможных неблагоприятных последствиях для здоровья от плохого качества воздуха, а привлечь их внимание к загрязнению городского воздуха и его основному источнику (движению транспорта) и помочь им снизить воздействие». [23]
CAQI — это число по шкале от 1 до 100, где низкое значение означает хорошее качество воздуха, а высокое — плохое. Индекс определяется как в почасовой, так и в дневной версиях, а также отдельно вблизи дорог (индекс «придорожный» или «трафик») или вдали от дорог («фоновый» индекс). По состоянию на 2012 год [update]CAQI имел два обязательных компонента для придорожного индекса, NO 2 и PM 10 , и три обязательных компонента для фонового индекса, NO 2 , PM 10 и O 3 . В него также были включены факультативные загрязнители PM 2,5 , CO и SO 2 . «Субиндекс» рассчитывается для каждого из обязательных (и необязательных, если таковые имеются) компонентов. CAQI определяется как субиндекс, который представляет худшее качество среди этих компонентов. [23]
Некоторые из ключевых концентраций загрязняющих веществ в мкг/м 3 для часового фонового индекса, соответствующих субиндексов, пяти диапазонов CAQI и словесных описаний приведены ниже. [23]
Часто обновляемые значения и карты CAQI показаны на сайте www.airqualitynow.eu [25] и других веб-сайтах. [22] Также определяется отдельный среднегодовой общий индекс качества воздуха (YACAQI), в котором различные субиндексы загрязняющих веществ отдельно нормализуются до значений, обычно близких к единице. Например, среднегодовые 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 трафик YACAQI для города представляет собой среднее арифметическое определенного подмножества этих субиндексов. [23]
Национальный индекс качества воздуха (NAQI) был запущен в Нью-Дели 17 сентября 2014 года в рамках Swachh Bharat Abhiyan . [26] [27] [28] [29]
Центральный совет по контролю за загрязнением совместно с государственными управлениями по контролю за загрязнением осуществляет Национальную программу мониторинга воздуха (NAMP), охватывающую 240 городов страны и имеющую более 342 станций мониторинга. [30] Была создана экспертная группа, в которую вошли медицинские работники, эксперты по качеству воздуха, научные круги, правозащитные группы и SPCB, а техническое исследование было поручено ИИТ Канпур . ИИТ Канпур и Экспертная группа рекомендовали схему AQI в 2014 году. [31] В то время как предыдущий измерительный индекс был ограничен тремя индикаторами, новый индекс измеряет восемь параметров. [32] Системы непрерывного мониторинга, которые предоставляют данные практически в режиме реального времени, установлены в Нью-Дели, Мумбаи , Пуне , Калькутте и Ахмедабаде . [33]
Существует шесть категорий AQI: хороший, удовлетворительный, средний, плохой, тяжелый и опасный. Предлагаемый показатель качества воздуха будет учитывать восемь загрязнителей (PM 10 , PM 2,5 , NO 2 , SO 2 , CO, O 3 , NH 3 и Pb), для которых краткосрочные (до 24-часового периода усреднения) национальные стандарты качества атмосферного воздуха. прописаны. [34] На основе измеренных концентраций в окружающей среде, соответствующих стандартов и вероятного воздействия на здоровье для каждого из этих загрязнителей рассчитывается субиндекс. Худший субиндекс отражает общий AQI. Также были предложены вероятные последствия для здоровья различных категорий AQI и загрязнителей, при этом основная информация была предоставлена медицинскими экспертами группы. Значения AQI и соответствующие концентрации в окружающей среде (пороговые значения для здоровья), а также связанные с ними вероятные последствия для здоровья для выявленных восьми загрязнителей следующие:
По данным Японской метеорологической ассоциации , Япония использует другую шкалу для измерения индекса качества воздуха.
Качество воздуха в Мехико сообщается в IMECA. IMECA рассчитывается с использованием измерений среднего времени содержания 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 частицы размером менее 10 микрометров (PM 10 ). [35]
Сингапур использует Индекс стандартов загрязнителей для отчетности о качестве воздуха [36] ; детали расчета аналогичны, но не идентичны тем, которые используются в Малайзии и Гонконге. [37] Приведенная ниже диаграмма PSI сгруппирована по значениям индексов и дескрипторам, согласно данным Национального агентства по охране окружающей среды . [38]
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. Цель индекса – помочь населению легко понять качество воздуха и защитить здоровье 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 связанное с ним влияние на здоровье и цветовое представление категорий, как показано ниже. [39]
Северная Сеульская башня на горе Намсан в центре Сеула, Южная Корея , подсвечивается синим цветом от заката до 23:00 и 22:00 зимой, в дни, когда качество воздуха в Сеуле составляет 45 или ниже. Весной 2012 года Башня горела 52 дня, что на четыре дня больше, чем в 2011 году. [40]
Наиболее часто используемым индексом качества воздуха в Великобритании является индекс ежедневного качества воздуха, рекомендованный Комитетом по медицинскому воздействию загрязнителей воздуха (COMEAP). [41] Этот индекс имеет десять баллов, которые далее сгруппированы в четыре диапазона: низкий, средний, высокий и очень высокий. Каждая из полос содержит советы для групп риска и населения в целом. [42]
Индекс основан на концентрациях пяти загрязняющих веществ. Индекс рассчитывается на основе концентраций следующих загрязняющих веществ: озона, диоксида азота, оксида серы, PM2,5 (частиц с аэродинамическим диаметром менее 2,5 мкм) и PM10. Точки излома между значениями индекса определяются для каждого загрязнителя отдельно, а общий индекс определяется как максимальное значение индекса. Для разных загрязняющих веществ используются разные периоды усреднения. [42]
Агентство по охране окружающей среды США (EPA) разработало индекс качества воздуха, который используется для оценки качества воздуха. Этот AQI разделен на шесть категорий, указывающих на возрастающий уровень проблем со здоровьем. Значение AQI более 300 означает опасное качество воздуха, а значение ниже 50 — хорошее. [12]
AQI основан на пяти «критериях» загрязнителей, регулируемых Законом о чистом воздухе : приземный озон, твердые частицы, окись углерода, диоксид серы и диоксид азота. Агентство по охране окружающей среды установило национальные стандарты качества окружающего воздуха (NAAQS) для каждого из этих загрязнителей в целях защиты здоровья населения. Значение AQI, равное 100, обычно соответствует уровню NAAQS для загрязнителя. [12] Закон о чистом воздухе (США) (1990 г.) требует, чтобы Агентство по охране окружающей среды пересматривало свои национальные стандарты качества окружающего воздуха каждые пять лет, чтобы отражать меняющуюся информацию о влиянии на здоровье. Индекс качества воздуха периодически корректируется с учетом этих изменений.
Индекс качества воздуха является кусочно-линейной функцией концентрации загрязняющих веществ. На границе категорий AQI наблюдается прерывистый скачок на одну единицу AQI. Для преобразования концентрации в AQI используется следующее уравнение: [43]
(Если измеряется несколько загрязняющих веществ, рассчитанный AQI представляет собой наибольшее значение, рассчитанное на основе приведенного выше уравнения, примененного для каждого загрязняющего вещества.)
где:
Таблица точек останова EPA: [44] [45] [46] [47] [48]
Предположим, что монитор регистрирует среднюю за 24 часа концентрацию мелких частиц (PM 2,5 ) 26,4 микрограмма на кубический метр. Уравнение выше приводит к AQI:
который округляется до значения индекса 83, что соответствует качеству воздуха в диапазоне «Умеренное». [49] Чтобы преобразовать концентрацию загрязняющих веществ в воздух в AQI, Агентство по охране окружающей среды разработало калькулятор. [50]
Если на объекте мониторинга измеряется несколько загрязняющих веществ, то для этого места указывается наибольшее или «доминирующее» значение AQI. AQI озона между 100 и 300 рассчитывается путем выбора большего из AQI, рассчитанного с использованием 1-часового значения озона, и AQI, рассчитанного с использованием 8-часового значения озона.
Среднее значение содержания озона за восемь часов не определяет значения AQI выше 300; Значения AQI 301 или выше рассчитываются с учетом 1-часовой концентрации озона. Значения SO 2 за 1 час не определяют более высокие значения AQI, превышающие 200. Значения AQI 201 или выше рассчитываются с учетом 24-часовых концентраций SO 2 .
Данные мониторинга в реальном времени от непрерывных мониторов обычно доступны в виде средних значений за 1 час. Однако расчет AQI для некоторых загрязнителей требует усреднения данных за несколько часов. (Например, для расчета AQI озона требуется вычисление среднего значения за 8 часов, а для расчета AQI PM 2,5 или PM 10 требуется среднее значение за 24 часа.) Чтобы точно отразить текущее качество воздуха, среднее значение за несколько часов используется для расчет AQI должен быть сосредоточен на текущем времени, но, поскольку концентрации в будущие часы неизвестны и их трудно точно оценить, EPA использует суррогатные концентрации для оценки этих многочасовых средних значений. Для отчетности об индексах качества воздуха PM 2,5 , PM 10 и озона эта суррогатная концентрация называется NowCast . Прогноз текущей погоды — это особый тип средневзвешенного значения, которое придает больший вес самым последним данным о качестве воздуха, когда уровни загрязнения воздуха меняются. [51] [52]
Данные мониторинга в реальном времени и прогнозы качества воздуха, которые имеют цветовую маркировку индекса качества воздуха, доступны на веб-сайте EPA AirNow. [53] Другие организации обеспечивают мониторинг членов чувствительных групп, таких как астматики, дети и взрослые старше 65 лет. [54] Исторические данные мониторинга воздуха, включая диаграммы и карты AQI, доступны на веб-сайте AirData Агентства по охране окружающей среды. [55] Для жителей Нью-Йорка существует бесплатная служба подписки по электронной почте — AirNYC. [56] Абоненты получают уведомления об изменениях значений AQI для выбранного местоположения (например, домашнего адреса) в зависимости от условий качества воздуха. Подробная карта, содержащая текущие уровни AQI и двухдневный прогноз AQI, доступна на веб-сайте Aerostate. [57]
Исторически Агентство по охране окружающей среды разрешало включать в свои национальные карты в реальном времени только данные, полученные от регулирующих органов, которыми управляют специалисты регулирующих органов или общественного здравоохранения. [58] [59] В последнее десятилетие недорогие датчики (LCS) становятся все более популярными среди гражданских ученых, и в США и по всему миру возникли крупные сети LCS. Недавно Агентство по охране окружающей среды разработало алгоритм коррекции данных [60] [61] для конкретной марки PM 2.5 LCS (монитор Purple Air), который делает данные LCS сопоставимыми с нормативными данными для целей расчета AQI. Эти исправленные данные LCS в настоящее время отображаются вместе с нормативными данными на национальной карте пожаров Агентства по охране окружающей среды. [62]
AQI дебютировал в 1968 году, когда Национальное управление по контролю за загрязнением воздуха выступило с инициативой разработать индекс качества воздуха и применить эту методологию к столичным статистическим районам . Идея заключалась в том, чтобы привлечь внимание общественности к проблеме загрязнения воздуха и косвенно подтолкнуть ответственных местных государственных чиновников к принятию мер по контролю над источниками загрязнения и улучшению качества воздуха в пределах их юрисдикции.
Джеку Фенстерстоку, руководителю отдела Национальной инвентаризации выбросов и контроля выбросов в воздух, было поручено возглавить разработку методологии и собрать данные о качестве воздуха и выбросах, необходимые для тестирования и калибровки результирующих индексов. [63]
В первоначальной версии индекса качества воздуха использовались 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. В общей методологии можно использовать концентрации, взятые из данных мониторинга окружающей среды или прогнозируемые с помощью модели диффузии. Затем концентрации были преобразованы в стандартное статистическое распределение с заданным средним значением и стандартным отклонением. Предполагается, что полученные в результате индексы отдельных загрязнителей 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 [64] из-за отсутствия доступных данных по другим загрязняющим веществам.
Хотя методология была разработана как надежная, практическое применение для всех мегаполисов оказалось непоследовательным из-за нехватки данных мониторинга качества окружающего воздуха, отсутствия согласия по весовым коэффициентам и неравномерности стандартов качества воздуха в разных географических и политических регионах. границы. Несмотря на эти проблемы, публикация списков с рейтингом мегаполисов достигла целей государственной политики и привела к будущей разработке улучшенных индексов и их регулярному применению.
12 ноября 2019 года Управление окружающей среды Вьетнама издало Решение № 1459/QD-TCMT об опубликовании Технического руководства по расчету и публикации индекса качества воздуха Вьетнама (VN_AQI). [65]
На некоторых из следующих веб-сайтов представлены активно обновляемые карты индексов качества воздуха; другие представляют собой архивные версии неактивных веб-сайтов: