解讀空氣質量指數 | 在水一方

一、什么是空氣質量指數

空氣質量指數（Air Quality Index，簡稱AQI），是一個用來定量描述空氣質量水平的數值。世界各國制定的空氣質量標準不同，AQI的取值范圍也各有不同^[1]。我國采用的是和美國相似的標準，AQI的取值范圍位于0 – 500 之間。

環境空氣污染物的種類有很多，常見的有二氧化硫(SO₂)、二氧化氮(NO₂)、一氧化碳(CO)、臭氧(O_３)和懸浮顆粒物。懸浮顆粒物中，直徑小于等于10μm的稱為PM₁₀，直徑小于等于2.5μm的稱為PM_2.5。其中，現階段對人們健康影響最大的要數PM_2.5。正是由于意識到PM_2.5的嚴重危害，我國于2012年發布，將于2016年1月1日實施的國家標準GB 3095-2012《環境空氣質量標準》^[2]中，新增了對PM_2.5的監測要求并規定了濃度限值。

環境監測部門每天發布的空氣質量報告中，會包含各種污染物的濃度值，比如SO₂濃度為20.5μg/m³、PM₁₀濃度為150.8μg/m³、PM_2.5濃度為130.7μg/m³等等。但是，人們很難從這么多個抽象的濃度數據中判斷出到底當前的空氣質量處在什么水平。于是就有人想出了一個辦法，將各種不同污染物含量折算成一個統一的指數，這就是空氣質量指數。

空氣質量指數的值在不同的區間，就代表了不同的空氣質量水平。比如0 – 50之間，代表“良好”；51 – 100之間，代表“中等”；101 – 150之間，代表“對敏感人群不健康”……等等。為了更直觀起見，每個區間都有一個固定的顏色值與它對應：

這樣，只需要根據報告的AQI值，甚至只看顏色，即可直觀判斷空氣質量水平。

二、空氣質量指數是怎么算出來的

如前所述，空氣質量指數是根據各種污染物的濃度值換算出來的。要計算AQI，就需要事先確定各污染物在不同空氣質量水平下的濃度限值。例如，美國環保局(EPA)針對PM_2.5的限值定義如下^[3]：

AQI的計算公式如下：

其中：

I = 空氣質量指數，即AQI，輸出值；
C = 污染物濃度，輸入值；
C_low= 小于或等于C的濃度限值，常量；
C_high= 大于或等于C的濃度限值，常量；
I_low= 對應于C_low的指數限值，常量；
I_high= 對應于C_high的指數限值，常量。

利用這個公式，根據污染物濃度C，可以方便地計算出空氣質量指數I。比如要計算PM_2.5濃度等于68.5μg/m³對應的AQI，查濃度限值表可知，它在55.5和150.4之間。所以C_low = 55.5，C_high = 150.4，對應的I_low = 151，I_high = 200，套入公式計算：

取整即得AQI=158。各種污染物的AQI值分別算出來后，取數值最大的那個即為最終報告的AQI值。比如SO₂濃度為20.5μg/m³，算出來對應的AQI為29；PM₁₀濃度為150.8μg/m³，對應的AQI為98；PM_2.5濃度為130.7μg/m³，對應的AQI為190。最終報告的AQI值就是190，而貢獻了那個最大值的PM_2.5則稱為首要污染物。

嚴格來說，PM_2.5對應的AQI是針對24小時平均的PM_2.5濃度計算出來的。也就是說，并沒有對應于實時PM_2.5濃度的AQI。但是為了報告的方便，更直觀地體現當前的空氣質量水平變化，通常也將實時PM_2.5濃度按24小時平均濃度計算出AQI值。這樣算有一個假設的前提，就是如果這個濃度持續24小時的話，對應的AQI才成立。

三、我國的空氣質量指數標準，和存在的問題

配合GB 3095-2012的推出，我國環保部制訂了一份試行的環境空氣質量指數（AQI）技術規定^[4]，同樣將于2016年1月1日實施。

在這份試行的技術規定中，AQI的級別和美國標準一樣分為6個等級，采用相同的顏色標識。各級別對應的AQI值也完全一致。只是每個級別的描述有所不同，從好到差依次稱為優、良、輕度污染、中度污染、重度污染和嚴重污染。但各級別對應的健康影響和建議措施，又基本等同。

此外，計算AQI使用的公式也和美國標準完全一樣，但是每個級別對應的污染物濃度限值是不同的。同樣以PM_2.5的限值為例，兩國標準中規定的濃度限值對比如下：

結合上面的AQI計算公式可以看出，在PM_2.5濃度高于150μg/m³時，兩國標準計算出來的AQI基本等同；而在PM_2.5濃度低于150μg/m³時，兩國標準計算出來的AQI有明顯差異。

例如當PM_2.5濃度等于32.5μg/m³時，我國標準計算出的AQI值為47，屬于“優”的級別；而按照美國標準計算出來的AQI為94，屬于“中等”的級別。又如當PM_2.5濃度等于68.5μg/m³時，我國標準計算出的AQI值為92，屬于“良”的級別；而按照美國標準計算出來的AQI為158，屬于“不健康”的級別。

從下圖可以比較直觀地看出同樣的PM_2.5濃度水平下，按照中美兩國標準計算出來的AQI的差別：

由于我國試行的技術標準中，在濃度限值的設置上與美國標準存在差異，使得同樣的污染物濃度換算出來的AQI值偏低。但是另一方面，它規定的AQI級別、表示顏色、和針對各AQI級別給出的健康影響及建議措施又基本上等同于美國標準，這就難免會給人們造成困擾了。比如上面例子中那個PM_2.5濃度等于68.5μg/m³的情況，到底是該按照中國標準算出“良”，認為空氣質量可以接受，放心外出呢？還是該按照美國標準算出“不健康”，認為對所有人都有健康危害，減少外出呢？

另外一個存在的問題是，根據中美兩國的AQI計算標準，當污染物濃度超出最高上限時，AQI的值最高也只能是500，因為在這之上的指數是不存在的。這種情況下，稱為“爆表”或”Beyond Index”，也就是用空氣質量指數已經無法描述這糟糕的空氣質量了。

然而在現實中，中美兩國的空氣質量水平差距極大。美國大部分地區的AQI值常年保持在100以下，超過300以上的情況極為罕見，所以設置500為最大值絕對夠用了。而在中國，“爆表”現象則在全國各地常有發生。而一旦發生“爆表”的情況，就只能通過污染物的濃度值來進一步描述污染的嚴重程度了，這就違背了設置AQI作為統一的空氣質量衡量指標的初衷。這說明在我國當前的空氣質量水平下，設置500為最大值是不合理的，需要對AQI超出500的計算方法做出進一步的規定。

我國環保部門將這份技術標準作為試行標準，而不是正式標準，顯然也是考慮到了今后進一步改進的可能。希望在正式標準出臺之前，能進一步修改完善，消除可能造成人們困擾的因素。也希望越來越多的人能夠了解到空氣質量指數真正的含義，推動空氣質量指數技術標準的完善，使其更有利于空氣質量的改善和人們的身體健康。

附錄：參考資料

1. Wikipedia: Air Quality Index
2. 環境空氣質量標準 (GB 3095—2012)
3. Technical Assistance Document for the Reporting of Daily Air Quality (EPA-454/B-13-001)
4. 環境空氣質量指數（AQI）技術規定（試行） (HJ 633—2012 )