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相信在大城市生活的各位经常会有这样的经历:城市笼罩在灰雾之中,鼻子灵敏的朋友已经咳个不停,但官方宣称空气污染指数仍然停留在“良好”级别。怎么回事?8月23日,维基解密网站释出了一份美国广州领事馆2006年8月16日的文件,内文提及我国空气污染指数(API)尚未将会对人体健康产生重大威胁的一种污染物——细颗粒物、或称可入肺污染物及PM2.5——纳入监测体系。是否这就是原因?让我们先从空气污染指数的计算说起。

空气污染指数是如何计算出来的?

空气污染指数(Air Pollution Index, API)是为了方便公众对污染情况有个直观的认识,根据污染物的浓度计算出来的。一般而言,监控部门会监测数种污染物分别计算指数,并选取其中指数最大者为最终的空气污染指数。可见,选取哪些污染物纳入监测,对最后的空气污染指数值至关重要。在我国,监控的污染物包括如下几种:可吸入颗粒物(直径小于10微米的颗粒物,PM10)、臭氧、二氧化氮、二氧化硫等。

对于不同的空气污染指数分级,会有不同的限值。比如,对于可吸入颗粒物(PM10)而言,有如下限值:

API 50 100 200 300 400 500
PM10浓度
(μg/m3)
50 150 350 420 500 600

然后可以根据下式算出PM10所对应的空气污染指数:

其中

  • I是PM10所对应的空气污染指数;
  • C是PM10的浓度;
  • Chigh和Clow是表中最接近C的两个值;
  • Ihigh和Ilow是表中最贴近I的两个值。

比如说,若此时PM10的污染物浓度为100μg/m3,则根据上式可以算得,

即此时PM10的空气污染指数为75。如果在所监测的几种空气污染物中,PM10的空气污染指数最高,那此时的空气污染指数就是75。

对于细颗粒物,不同污染指数对应的限值则如下:

API 50 100 150 200 300 400 500
PM2.5浓度
(μg/m3)
15 40 65 150 250 350 500

可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)有何不同

有人可能已经注意到,我国监测体系是包括PM10的,那么这个值和PM2.5有何区别呢?

我国目前监测的可吸入颗粒物是PM10,指气动直径小于10微米的颗粒物;细颗粒物(PM2.5)指气动直径小于2.5微米的颗粒物,又称气溶胶或可入肺颗粒物。对于大城市而言,细颗粒物产生的主要来源是日常发电、工业生产、汽车尾气排放等过程中经过燃烧而排放的残留物,大多含有重金属等有毒物质,而且不易被人体排出。

根据世界卫生组织资料,PM10和PM2.5对人体健康的影响超过了其他任何污染物,长期曝露会带来呼吸道疾病、心血管疾病的发病率上升。而PM2.5由于特别细小,吸入后可能抵达细支气管壁,对肺部健康影响尤甚。就连欧盟国家,人类活动产生的PM2.5都造成了人均期望寿命减少8.6个月。

正因PM10与PM2.5对人类健康影响不容小觑,2005年,世界卫生组织首次在空气质量准则中为可吸入颗粒物(PM)确定了一项指导值。

可吸入颗粒物(PM10)污染指数 细颗粒物(PM2.5)污染指数 死亡风险增加(较准则值)
准则值 20 33 0%
过渡时期目标-3 30 50 ~3%
过渡时期目标-2 50 70 ~9%
过渡时期目标-1 60 90 ~15%

注:以上资料引自世界卫生组织《关于颗粒物、臭氧、二氧化氮和二氧化硫的空气质量准则(2005年版)》

世界卫生组织对准则值的制定,是以总死亡率、心肺疾病的死亡率以及肺癌的死亡率是否增加作为参考依据的。也就是说,当细颗粒物浓度超过年均准则值的时候(即超过10μg/m3时),总死亡率、心肺疾病的死亡率和肺癌的死亡率会显著增加。这一准则值建立在许多研究的基础上,在他们的技术文档里有详尽的说明。

根据Donkelaar等人2010年发表的研究结果(或参见NASA的新闻稿),我国是世界上细颗粒物污染最严重的国家;最近十几年来许多国内外研究成果也证实,国内大城市的细颗粒物严重超标。但由于种种原因,我国至今还没有将细颗粒物纳入监测体系,这也是大家经常抱怨“空气污染指数不准”的原因。

【2001-2006年卫星图片显示的全球PM>2.5均值,图片来自:Dalhousie University, Aaron van Donkelaar

细颗粒物并不一定是由人为排放造成,天然矿物的粉尘也可能满足细颗粒物的定义标准。在卫星记录下的2001-2006年全球细颗粒物分布图上,我们可以看到藏北、中亚以及北非等地有大片的细颗粒物高值区,这些比较可能是天然原因形成的。然而,在人口密集区,过高浓度的细颗粒物几乎可以肯定是由于人为排放的原因造成的。

在呼吁将PM2.5纳入监测体系的同时,实际上,我们还可以自己估计一下经PM2.5改正的空气污染指数,这样可以让大家对身边的空气污染程度有一个更直观的了解。

如何反推经PM2.5改正的空气污染指数

对于大多数内地城市来说,可吸入颗粒物(PM10)往往都是主要污染物,这意味着可以通过空气污染指数反推出PM10的浓度。而可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)也有着很密切的关系(简单地说,和大苹果和小苹果的关系一样)。许多研究表明,发达国家城市的细颗粒物与可吸入颗粒物之比在0.5-0.8之间。因此,假如通过空气污染指数反推出可吸入颗粒物的浓度,再乘上这个比值,便可得到细颗粒物(PM2.5)浓度的估计值。本文中笔者做出的改正估计值,就是根据细颗粒物与可吸入颗粒物的比值为0.5-0.8这个结果推算的。还需要注意的一点是,用于计算空气污染指数的细颗粒物的限值和可吸入颗粒物不同,这里使用的是美国环境保护局的标准,具体数值可查询他们的技术文档

中国内地城市的测定数值如下表,另外,细颗粒物和可吸入颗粒物的比值是会变化的。以天津为例,这一比值可以在0.215-0.932之间变化(Gu et al., 2010, AAQR, 10, 167),因此在任一时刻,估计值可能和实际情况有出入。但从长期来说,0.5-0.8之间的比值依然是比较准确的。

数据出处 城市/观测年份 细颗粒物与可吸入颗粒物之比
Wei et al., 1999, Environ. Sci. Technol., 33, 4188 重庆/1997 0.651
Wei et al., 1999, Environ. Sci. Technol., 33, 4188 武汉/1997 0.605
Wei et al., 1999, Environ. Sci. Technol., 33, 4188 兰州/1997 0.519
Wei et al., 1999, Environ. Sci. Technol., 33, 4188 西安/1997 0.604
He et al., 2001, Atmos. Environ., 35, 4959 北京/1999-2000 0.640
Cao et al., 2003, Atmos. Environ., 37, 1451 广州/2001 0.679
Cao et al., 2003, Atmos. Environ., 37, 1451 深圳/2001 0.733
Cao et al., 2003, Atmos. Environ., 37, 1451 珠海/2001 0.708
Wang et al., 2006, EM&A, 119, 425 广州/2004 0.680
Gu et al., 2010, AAQR, 10, 167 天津/2008 0.579

环境保护部发布的《2009年环境保护重点城市环境空气质量状况》(公告2010年第34号)里包括内地113座环境保护重点城市的年均空气质量情况。于是按照环境保护部发布的可吸入颗粒物年均值,以及PM2.5/PM10在0.5至0.8之间的区间,我可以推算出细颗粒物的范围,以及按照世界卫生组织空气质量准则的评定结果。

推算结果是,这113座城市没有一座能达到世界卫生组织的空气质量准则值,也就是细颗粒物年均浓度低于10μg/m3。在这113座城市中,空气质量最好的是海南省三亚市,其细颗粒物年均浓度估计在13.5-21.6μg/m3之间,它也是我国内地唯一一座能达到世界卫生组织除准则外最苛刻的标准(过渡时期目标-3)。大庆、桂林、海口、拉萨、南宁、湛江、珠海这7座城市可满足过渡时期目标-2,而北海、大连、福州、广州、深圳、汕头、厦门等20座城市可满足世界卫生组织的最低标准——过渡时期目标-1。具体表单读者可到我的个人博客查询。我国污染最重的城市有兰州、西宁和乌鲁木齐,其中兰州的细颗粒物年均浓度估计在75-120 μg/m3间,超过世界卫生组织准则值差不多10倍。

至于全世界大城市的状况又如何呢?根据Donkelaar等人2010年发表的研究结果(Donkelaar et al., 2010, doi:10.1289/ehp.0901623),美国有差不多1/3的国土超过标准,西欧地区更是几乎全数超标。不过,我们同时也可以注意到,他们超标的幅度相对来说并不大,几乎都在2-3倍之内,不能达到世界卫生组织最初步的过渡时期目标-1的地区很少见。以下就是我基于Donkelaar等人的结果,给出部分世界主要城市的细颗粒物污染水平估计值。

城市 细颗粒物
年均污染指数
(2001-2006
年平均)
世界卫生组织
年均准则值
量度结果
可满足的
世界卫生组织
空气污染控制目标
伦敦 ~70 超标2.5倍 过渡时期目标-2
巴黎 ~70 超标2.5倍 过渡时期目标-2
莫斯科 ~60 超标2倍 过渡时期目标-2
新德里 ~160 超标8倍 -
北京 ~160 超标8倍 -
东京 ~80 超标3倍 过渡时期目标-1
悉尼 ~10 达标 符合准则值
温哥华 ~35 略微超标 过渡时期目标-3
纽约 ~59 超标2倍 过渡时期目标-2

为了让大家对空气污染程度有更直观的参考,我特别制作了这个网页,根据当天中央气象台公布的全国各主要城市的空气质量日报,计算出考虑细颗粒物(PM2.5)以后的空气污染指数估计值。数值背景的颜色分别是香港和美国的空气污染等级。网页会在每天下午6时自动更新。今天的天气真的优良么?自行查阅后就知道。

日经细颗粒物改正的主要城市空气质量报告

城市

官方报告值

 

适用于中国内地、香港标准

经细颗粒物改正后的估计值

 

适用于美国、加拿大标准

世界卫生组织

空气质量

准则范围

日均

 

年均

日均

 

年均

B 北海

B 北京

C 长春

C 长沙

C 成都

C 重庆

D 大连

F 福州

G 广州

G 桂林

G 贵阳

H 海口

H 杭州

H 哈尔滨

H 合肥

H 呼和浩特

J 济南

K 昆明

L 兰州

L 拉萨

L 连云港

N 南昌

N 南京

N 南宁

N 南通

N 宁波

Q 青岛

Q 秦皇岛

S 上海

S 汕头

S 沈阳

S 深圳

S 石家庄

S 苏州

T 太原

T 天津

U 乌鲁木齐

W 温州

W 武汉

X 厦门

X 西安

X 西宁

Y 烟台

Y 银川

Z 湛江

Z 郑州

Z 珠海

注1. 在计算改正空气污染指数时,我们假设可吸入颗粒物(PM10)是主要污染物来源。不过对于国内城市来说,这一假设大多数时候都是成立的。

注2. “官方报告值”的背景色使用香港标准,内地标准的评定值已经在中央气象台公布的空气质量日报中给出;“估计值”的背景色使用美国标准。

  • 中国内地和香港的空气污染标准(适用于官方报告值)
  • 美国和加拿大的空气污染标准(适用于经细颗粒物改正后的估计值)
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70 Responses to “空气污染指数是如何计算出来的?”

  1. chenmao006说道:

    关键数值没有的污染指数 就和不统计房价的通胀指数一样 意义不大。

  2. chenmao006说道:

    沙发吗?天哪!

  3. lai说道:

    作者是相当用心的做这篇文章啊

  4. 大型熊类说道:

    为什么北美、西北欧远远比中国发达,这个PM却远远低于中国?

    • @还是大蚂蚁说道:

      为什么上海,深圳远远比西宁,乌鲁木齐发达,这个PM却远远低于中国?

      • laplaceme说道:

        我觉得有影响的三个因素:
        地理位置,乌鲁木齐和兰州离水远,离沙漠荒地近.
        冬天要烧煤供暖
        中国地市跟西欧美国的地市比人口密度可能要大

      • bingyu说道:

        主要原因在于上海深圳沿海。一年中,有很多时间,空气来自海上,稀释了空气中的PM2.5/PM10。

  5. 61说道:

    这个知道很久了,自从去了一次新加坡以后对于中国的空气质量绝望了。

  6. nathan_haitian说道:

    每天都要面对阴霾

  7. diesirae说道:

    看了反推值大家就明白为什么没有统计了

  8. loumin说道:

    这个问题是个问题,我的很多同学和亲戚一回国就生病,小孩更是不敢带回来。

  9. Xinkevin说道:

    非常感谢作者用心写出的这篇文章,希望有更多的人看到这样的文章。

  10. blablasky说道:

    空气质量相对好的几乎全是海洋城市……更加坚定了我绝不离开海边的决心

    • swsknight说道:

      海边空气相对潮湿,细微颗粒沉降的自然也就更多,这个不奇怪。

  11. castor说道:

    非常感谢,用救人一命来形容此贴并不为过。

  12. foreveryounglinda说道:

    作者起很早哦 像你学习

  13. 大蔥说道:

    中国人活得真辛苦啊,连呼吸的都要差一些,唉~~~~

  14. 小c说道:

    可吸入颗粒物在北京是统计的吧,至少电视上是这么说的。关键这不是个技术问题。就跟气温预报一样,空气质量播报通常情况下到轻微污染就到顶了,所以绝大多数情况下只要还看的过去的,一定都是良。

  15. 粉果说道:

    哇,专业得我一个字也看不进去。我用我鼻子去感受这环境。

  16. sonnyhcx说道:

    哇哈哈哈,身在海南的我表示毫无压力

  17. 阿诺说道:

    空气污染指数本身就只是一个粗略的指标啊

  18. user@user.com说道:

    https://twitter.com/#!/BeijingAir 看看北京PM2.5 这几天是多少, 这是个自动仪器发布到推特的

  19. user@user.com说道:

    http://weibo.com/barcastuff 新浪微博的自动同步twitter账号@BeijingAir,其为美国大使馆对北京空气质量的监测数据

  20. nipper说道:

    木有人提,新世纪以来,中国生产与消耗了全世界一半水泥,近五分之二的钢铁吗?

    环境不可恢复地破坏与消耗,我们这代人毁了健康就算了,对不起列祖列宗也算了,然而对不起子孙后代,情何以堪啊!

    • havasupai说道:

      基本来说,他们的后代都跑美国去了,所以:死后哪怕洪水涛天。

  21. kyle说道:

    大庆、桂林、海口、拉萨、南宁、湛江、珠海这7座城市可满足过渡时期目标-2,而北海、大连、福州、广州、深圳、汕头、厦门等20座城市可满足世界卫生组织的最低标准——过渡时期目标-1。
    对于这句话我不是很认同,数据是否取的平均值,取数地点是否广泛分部?根据推算结果?拜托自己切身体会下吧,内陆城市南宁的口气质量好于沿海城市北海?

  22. 北京青年说道:

    怪不得我每次从北美回来都感觉喘不上来气!

  23. 香蕉汤圆说道:

    请问PM2.5限值浓度与API的对应表是出自哪里的呢?PM10有国家标准,PM2.5还没有吧。

  24. 胡说八道说道:

    没有价值的文章,根据中央气象台就说明文章本身没有价值!咋不自己去调查呢?还说欧盟大城市污染超标,你不就是为天朝开脱吗?自己看看欧洲多少蓝天,看看这几年国内能看到多少蓝天,和星星就知道污染多严重啦...

    • tori说道:

      同学还没进入状态吧。。。这玩意每隔一个小时要测一次,普通县市级4个项目,重要的市级7,8个不等,而且是24小时不间断,最后求出日均值。自己查?怎么查?而且除非你不测,读取的数据是不能篡改的,况且也没必要,反正我们都是实报的,还要一天各种踩点关注,要是网络问题没传上数据还得及时排查。。像小站只有1个人负责,基本上别想去旅游了(¬_¬)

  25. yyy说道:

    怎么只有2001-2006年的图呢?这几年城市里的尾气治理对改善空气质量有没有帮助?能不能再搜集一下近期的数据?这样恐怕更有价值

  26. 异教徒说道:

    无怪乎那么多人移民。。。

  27. yxjlsh说道:

    请问在北京周边森林里指标会不会好一点?树木对空气质量的影响有多大?

  28. ZHX说道:

    成都比较惨,地理和气候先天不利,工业神马的不发达地说

  29. JoelVin说道:

    我如果去庙里的时候常常感觉喘不上气,是不是也是因为那些香的缘故,使得空气中PM2.5较高?

    • icetea说道:

      感到喘不过气,更多原因是香在不完全燃烧时产生的一氧化碳。。不过香在燃烧时生成的Pm2.5也很多....

  30. Cielo说道:

    看到PM2.5那个图,我国的颜色真是触目惊心……

  31. hanasnow说道:

    图中,红色和黄色区域大致处于非洲和亚洲,而且纬度也类似,这细颗粒度与纬度有关么?

    • cc说道:

      好问题,求解答。本来以为pm2.5污染严重区域是工业制造业发达的发展中国家,但为什么南美洲和非洲南部没有很高?

      • AA说道:

        非洲那里应该是文章里说的天然矿物污染,风沙神马的。翻回去看了一下,文章里已经写到了。

      • AA说道:

        非洲那里应该是文章里说的天然矿物污染,风沙神马的。翻回去看一下,文章里已经写到了。

      • 二氟化氧说道:

        仔细看文章啊少年,沙漠地区有自然原因造成的扬尘啊

  32. ppip说道:

    沿海城市正在逐步的普及 pm2.5 监测设备。

  33. ayuuuuuan说道:

    模范城市及创建城市须在1-2个现有空气监测点位中开展PM2.5监测
    --环保部《关于进一步强化国家环境保护模范城市示范带头作用的通知

    http://www.mep.gov.cn/gkml/hbb/bgt/201109/t20110905_216959.htm

    • pasternak说道:

      虽然慢点,总算开始了。随着PM2.5逐渐降低,真正的蓝天就会出现了。

  34. 吼海雕说道:

    这篇文章居然没有人吐槽……我国的有关部门在这件事上实在是很恶心。

    • Payne说道:

      吐槽政府和制度会使你显得很土鳖,这里混的都是不染尘世的仙人,有科学足以,民生什么的弱爆了,讨论它作甚?

  35. 弋雯说道:

    由于小环境污染很明显, 监测站的区域很关键. 有关单位似乎常常忽视这个因素. 自然数据很漂亮.

  36. 吼海雕说道:

    据说zf自己是监测的,不过他们以保密为由不对外公布,也不允许学术目的的使用。而且公布的好多都是加权过的,所以……

  37. 月铃猫说道:

    这么看北京空气好差。。。

  38. 双黄蛋说道:

    从前

    有一个美国小伙儿

    每天早晨

    在三环跑步

    后来

    得肺癌死了

  39. Jarod说道:

    PM2.5好多监测站都早已开始监测,但是没有国家标准,空有数据无处发力。再者,在经济挂帅的当前,地方环保局根本没有权限去真正的处理排污企业,环保局也没有权限对马路上的汽车尾气排放加以控制,这个不归你管,归你管你也管不了,这是治理不能;同时再看看对排污企业的排放控制,翻遍国标,没有对PM2.5的排放控制要求,连PM10也没有,怎么对企业进行治理?这是治理无据。然后荒谬的来了,上级政府拿空气质量来考核这级政府,政府领导拿这个来考核环保局,环保局拿这个来责问监测站,对于只有监测职能的监测站为了不改数据,只好拼命找合适的监测点位。这就是我们的现状。

  40. [...] 至于为什么大气监测质量会输掉?杜少中进一步指出,中国的空气质量报告监测的是直径在10微米以下的可吸入颗粒物,即PM10[浅显的科普文章]。而据洛杉矶时报消息,美国大使馆的监测站测量的是更细微的颗粒——小于2.5微米,即PM2.5[浅显的科普文章],这些颗粒能穿透人的肺脏和其它器官。因此,我们的表现优秀的数据可能并没有造假,只是我们不想天天破表,把监测标准太低了,低到了尘埃里…… [...]

  41. cmydiablo说道:

    所以有钱人要移民!

  42. 钟烨说道:

    真想去澳大利亚,那里的比较达标。看来中国标准好低,香港的标准比较严,美国及加拿大都没香港这么严

  43. daisytt说道:

    我认为是经济结构的原因,中国一向都会因为没有钱而省略很多其实是很必要的过程

  44. sycamore说道:

    一直觉得成都空气应该比重庆好点。。。看来重庆把重工业都搬离市区还是有点效果,就是可怜了周边的卫星城市。

  45. york说道:

    刚到帝都,PM2.5已经1000了,充当人体过滤器了。

  46. ltheart说道:

    怎么办?

  47. [...] :PM10一般在0.5-0.8之间波动,(见《今天空气真的优良吗?》)如果你很乐观,那么可以估算PM2.5=PM10 × [...]

  48. [...] :PM10一般在0.5-0.8之间波动,(见《今天空气真的优良吗?》)如果你很乐观,那么可以估算PM2.5=PM10 × [...]

  49. [...] 除了上面提到没提到的各种气体成分,当前研究的热点是可吸入颗粒物(又叫做大气气溶胶)。因为空气污染物中固体颗粒物的总量大幅度下降后,粒径较小的颗粒物所占的比重就变大了,而粒径越小,颗粒物可能深入呼吸系统的深度就越大,我们国家虽然在空气质量监测时关注了可吸入颗粒物PM10 (空气动力学直径10微米以下)的变化,但可进入肺部的PM2.5 的固体颗粒物在空气中停留的时间更长,如果吸入过多,...。 [...]

  50. [...] :PM10一般在0.5-0.8之间波动,(见《今天空气真的优良吗?》)如果你很乐观,那么可以估算PM2.5=PM10 × [...]

  51. 1234说道:

    除了中国中东 一片蓝色 唉 困难模式太难了

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