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今天的空气真的优良吗?(摘自科学松鼠会)

Jessie 发表于 2011-9-9 17:33 |显示全部帖子
本帖最后由 Jessie 于 2011-9-9 17:34 编辑

   


    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:

API50100200300400500
PM10浓度
(μg/m3)
50150350420500600

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:

API50100150200300400500
PM2.5浓度
(μg/m3)
154065150250350500



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20330%
过渡时期目标-33050~3%
过渡时期目标-25070~9%
过渡时期目标-16090~15%

    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PM2.5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/19970.651
Wei et al., 1999, Environ. Sci. Technol., 33, 4188武汉/19970.605
Wei et al., 1999, Environ. Sci. Technol., 33, 4188兰州/19970.519
Wei et al., 1999, Environ. Sci. Technol., 33, 4188西安/19970.604
He et al., 2001, Atmos. Environ., 35, 4959北京/1999-20000.640
Cao et al., 2003, Atmos. Environ., 37, 1451广州/20010.679
Cao et al., 2003, Atmos. Environ., 37, 1451深圳/20010.733
Cao et al., 2003, Atmos. Environ., 37, 1451珠海/20010.708
Wang et al., 2006, EM&A, 119, 425广州/20040.680
Gu et al., 2010, AAQR, 10, 167天津/20080.579

    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。


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