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修订后的空气质量指数AQI指数PSI和比较
摘要：空气污染指数通常用来表示公共情况下空气污染的严重程度。污染标准指数（PSI）最初是为了响应越来越多的人因空气质量恶化而引起呼吸刺激而发布出版的。PSI实在1999年随后修订并且由美国环保局实施，和包括有关于悬浮颗粒物PM2.5，和在8小时、1小时可选的增加的臭氧浓度在臭氧时期被称为空气质量指数（AQI）。然而，对许多国家而言，在可预见的未来中发射一个检测可入肺颗粒物的网站从PSI系统实施AQI的成本太高。因此，本研究的目的是探讨评估一个新开发修改的用来代替PSI和AQI的AQI（RAQI）系统的最佳方法。在RAQI,AQI和PSI的应用程序之间对几个空气污染条件的可行性，有效性以及差异性也进行了研究。结果表明，南台湾的悬浮颗粒物对pm2.5/pm10的影响比中部和北部都市区更明显，同时在整个台湾的比值比其他许多国家要高。我们还发现，RAQI和PSI、AQI相比将显示更加显著的效果，因为它有一个更加广泛的污染物浓度水平范围。
关键字：修订后的空气质量指数 (RAQI)； 空气质量指数 (AQI)；空气污染总数 (PSI)
1 介绍
经过几十年的工业化发展，无论是发达国家和发展中国家，空气污染已经成为一个主要的环境问题。糟糕的空气质量对人体健康的急性和慢性影响（Yang et al.，2004，afroz et al.，2003）。1976美国。美国EPAA，B建立了污染物标准指数（PSI），空气质量为0–500，100相当于国家环境空气质量标准（NAAQS）。PSI通过国家环境空气质量标准计算每个污染物，但是只有唯一一级报告是对于一个给定的时间和位置超过标准的污染物的。PSI通过列入“好”或“不健康”的词语来表达这个层次对健康的影响。环保局利用从各监测站的日常测量psin100的值来预测未来空气质量状况。日常的PSI是由五个主要的空气污染物中的最高值确定：可吸入颗粒物（PM10）、臭氧（O3）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、二氧化氮（NO2）。PSI并不暴露其他一些可能危及到人与呼吸问题的污染物质(Qian et al., 2004, Radojevic and Hassan, 1999)。
随后在1999美国环保署，PSI进行了修订，更名为空气质量指数（AQI）。新系统包括臭氧（O3）的断点，8小时平均臭氧浓度的分项指数，和可吸入颗粒物的一个新的子指标（可入肺颗粒物PM2.5）。然而，尽管在美国AQI已完全取代PSI，世界上的一大部分国家还是没有采用这一体系，主要是因为可入肺颗粒物（PM2.5）测量能力的缺乏。例如，监测可入肺颗粒物需要昂贵的仪器设备建立监测站和全国网络服务，成本过高，大多数国家无法承受这些负担。因此，对这一体系的全面实施过渡，将不会在可以预见的将来实现，计时在新兴的工业化国家，如韩国和台湾，也是不能实现的。除此之外外，AQI这个指标可能不能直接适用于一个新的区域，王（1999）显示，AQI的可入肺颗粒物标准指标的修正从标准指标（65mu;g/m3）更改到一个新的推荐水平75mu;g/m3将会适用于台湾地区。
该研究已经评估了在北部，中部，和台湾南部的大都市地区的新开发的修订后的空气质量指数（RAQI）以及AQI和PSI（图1）。本文旨在评估五个子指标污染物，并确定一个最佳的可以提供普通大众所需的了解每天的空气质量状况信息的指标。空气质量数据涵盖了从1997-2002年之间6年的数据。 断点浓度已经通过在国家环境空气质量标准（NAAQS）和对基于单一污染物质对人体健康的影响的流行病学的研究的基础上被美国环保署定义。本研究将RAQI应用于环境保护总局的空气质量监测数据上，来描述台湾的“真实”的空气质量状况。
图1在苦丁，中铭，和林源监测站中AQI,PSI和RAQI每日分布
2.模型——RAQI公式
PSI的建立为推广空气质量的健康含义使用一个被广泛接受的索引系统奠定了坚实的基础。在1999年，美国环保局修订了PSI系统，现在则被称为AQI，将可入肺颗粒物PM2.5和8小时平均臭氧浓度作为新的分项指标，并通过分类指数范围将101–200成单独的实体变成101–150和151–200成单独实体。这些修改旨在加强指标体系的健康影响，特别是对空气质量的恶化敏感的人，并已经因为它的简单性和准确性呗全世界采纳。
然而，AQI和PSI都是来自于最大值之间的子指数污染物中间的最大值，从而在产生歧义的情况下，将会使其他污染物对健康的影响消失。举个例子，在台湾的特定的一天，可能不能被分类为“有害”的情况，但是在那些集中在不健康水平而忽略其他污染物指数的情况下，该指数可能无法反映实际的空气质量。因此，RQAI的角色就是帮助AQI避免其产生歧义。
RAQI是由AQI衍生数来的，是一个背景算术平均指数和背景算术平均指数(Cheng et al., 2004)。RAQI公式表示如下：
右边第一项（RHS），这是根据各子指标的最大值的最大算子函数（I1hellip;，n = 5，n = 6 PSI为AQI），这一方法与AQI相同。在这条款中，指标污染值的体现如以下方程定义：
其中C表示每日参考浓度，BPH是污染物大于或等于C最高的断点，BPL是污染物小于或等于C最低的断点，IH和IL分别是BPH和BPL的指标值。在右边的第二项建立背景的算术平均指数，其中的分子是所有子指标每天（I1hellip;In中）的算术平均数的总和，而分母是这些污染物的日平均和年平均。他们每年的平均值这项占各子指标污染物的贡献之个人通过将污染物的浓度日相比，，并可减少AQI的歧义和比消失的污染物更严重的水平指标值(Cheng et al.,2004; Ott, 1978; Ott and Thom, 1976)。
在右边的第三项代表背景算术平均熵指数在其中的分子是每日平均熵的年平均，而分母是分项指标污染物的熵函数。熵函数是一种修饰剂，用来防止过大的数值发散，定义为对I1hellip;最大函数log10。熵的概念不仅适用于热能量的物理性质，而且还以信息技术（信息熵）作为衡量“有用”的能力。此外，熵函数作为大气能量平衡模型（Lin and Yang, 1995;
North et al., 1983），由Shannon熵函数用Cheng等人的应用实例。（2004）修改PSI值（Ott and Thom, 1976; Li and Kyu,1996）。
3 方法
该研究分析了选定的环保局监测站，选择代表性和可比性的数据。这些包括苦丁和资料在台湾北部，中铭在中部都市区，并在南凤山和林源。这些站均配备监测仪器，测量可入肺颗粒物：臭氧（o3ppm），空气中的颗粒物质：分数在10–2.5微米（PM10mu;g/m3），分数在2.5mu;（可入肺颗粒物mu;g/m3）、二氧化硫（SO2 ppm）、一氧化碳（CO ppm）、二氧化氮（no2ppm）。
我们用了1999年1月- 2000年12月台湾环境保护局的污染日平均数据。这些平均数应用到RAQI，AQI和PSI模型。我们计算了五个站之间的差异分布。
4、结果与讨论
这里有三个有趣的领域值得你进一步的探索。首先，由于指数N100对人体健康具有重要意义，如果年度频率为指数gt;100，那么RAQI、PSI和AQI之间会有什么区别呢？其次，是在RAQI中测量可入肺颗粒物的增量时，能不能够给一个比在PSI和AQI系统中更加准确的表示主要污染物的表达式？
4.1 大城市地区不健康日的比较
总共有72个关于PM10和PM2.5的样品在五个监测站的高电压采样器被采集。在中铭站，対每个指数关于值gt;100的出现频率是：PSI(3.42%),AQI(22.02%)和RAQI(8.48%)。対每个指数关于值gt;150的出现频率是：PSI (0%), AQI (5.20%), and RAQI (1.09%)。图2显示了在1999年和2000年之间PSI与RAQI值的在中铭站的日分布。
图2在中铭站（1999–2000）在台湾中部的污染物标准指数（PSI）和修订分配每日空气质量指数（RAQI）
在139天之内PSI值为60。RAQI在90天之内为20.从1999年到2000年，PSI的指数通常介于20到90，RAQI介于10到100。RQAI的范围比PSI的范围曲线更广。关于RAQI的四个字指标的线性回归指数显示如图3所示。
图3在台湾中部的RAQI和每个子在中铭站指数（1999–2000）：（a）PM10、（b）O3、（C）SO2，（DCO）有限浓度单位：PM10（mu;g/m3），O3（PPB），SO2（PPM），CO（PPM）
图A和图B 显示，PM10（R2=0.876）比臭氧（R2=0.611）具有更高的相关性SO2（R2=0.543）和CO（R2=0.332）的相关性也正在进行测试。在每个监测站中对可入肺颗粒物浓度的日平均分布显示如图4显示。在北部地区，苦丁站地区的浓度，分布中在0到20mu;g/m3的时间约占49.74%，20mu;g/m3到40mu;g/m3的时间约占34.53%，而分布在31mu;g/m3到40mu;g/m3的时间约占9.36%，并且大于65mu;g/m3（标准值）的没有出现过。
图4。每年一天的一部分（1999–2000）通过对PM2.5浓度在每个监测站日平均分布范围
4.2.微小比率的多样性
许多研究已经证明PM10和PM2.5之间有着很密切的联系(Keywood et al., 1999)(Liu, 2002)。一项研究显示在检测环境时加拿大显示比例为0.5，并且另一项在澳大利亚的研究显示比率为0.4-0.6，这些数值都遵循季节变化时PM2.5浓度增加。我们分析了1999年-2000年在这五个监测站的每月的PM2.5和PM10的比率。台湾地区的这些比率在0.25和0.90之间（图5）。最高的比例是在七月至十月约为0.90，最低的比例约为0.40是在一月。夏天，在凤山和林源站的颗粒物将会更少一点，PM2.5和PM10的比率约在0.70之上。另一方面，在春季或秋季，会有大量的颗粒物，比是约0.40。比较五个监测站后发现，南部盆地的比例最高，但北盆地的比例较低。这些结果也发生在该地区最近的一项研究中（Chang and Lee, in press）。
图5。每月平均在每个监测站的总浓度比分布
在1999年到2000年之间平均每月的PM2.5/PM10的总浓度比显示的变化在表一可见，他们在0.67和0.53之间变化，平均值为0.58.PM2.5/PM10的平均值指出，大约53%到67%的可吸入颗粒物是由可入肺颗粒物组成的。该地区的比例也和另一项本地区的研究相匹配(Chen et al., 1999)
如图6所示，在PM2.5和RAQI之间的相关系数（R2）比在PM2.5和PSI之间的相关系数要更好，特别是在中部地区和东部地区。这就表明，RAQI对PM2.5很敏感，而PSI这不是这个样子。
图6.PSI和RAQI在苦丁、中铭、和林源监测站对PM2.5的功能性探讨
4.3．沙尘暴时期的个案研究
从这主要发生在二月和五月之间的春季欧亚大陆东部的沙漠的沙尘暴的粉尘颗粒显示，由盛行西风带输送，对东亚地区的空气质量影响显著。在台湾，这种突然增加可吸入颗粒物的状况尤为严重，尤其是在北部的岛屿(Lin, 2001)(Wang et al., 2000)。为了分析沙尘暴对台湾地区的影响我们对台湾市中央气象局在2002年期间的逐日天气图进行了深入分析。RAQI指数被用来评估和比较在五个监测站的PM10和PM2.5的分布。为了说明RAQI对PM2.5和PM10的敏感度，在三个如图7所示站点的关于RAQI没有PM2.5，没有PM10，或者没有这两者的差异进行了对比。第一个条形图的数据表明，在沙尘暴期间，苦丁站的比率为16.5%，而在中铭站是12.5%和林源站5.4%。这表明，在北盆地的空气质量受沙尘暴的影响比南部盆地的大。第二条图如图6表明苦丁站RAQI减分项指数（PM10）的比例为12.5%，同一时期的中铭站的RAQI减分项指数（PM10）为5.5%。在林源站存在负比率，因此我们推断，这是不受沙尘暴的影响。第三条形图表明苦丁站的RAQI的减分项指数（PM10和可入肺颗粒物），比率为5.4%，但中铭和林源站不受影响。
图7。在苦丁、中铭和林源站，在沙尘暴发生时一月至六月2002年RAQI值的比：（一）贴现可入肺颗粒物；（b）贴现PM10；（C）对PM2.5和PM10。
这些数字表明，台湾北部地区的空气质量受沙尘暴的影响更大，并且RAQI能够区分本地排放污染物和沙尘暴的影响。
5、总结
对于学习关于以不健康日比率的地区的空气质量，AQI系统的关于PM2.5的不健康日比率比PSI系统有更高的精确度。通过这个方程式的多个变量，RAQI不仅展示了更高的精确性，也能够在沙城暴期间区分局部和沙尘暴天气。这些结果可以作为一个基准由美国环保局台湾评估他们的努力，以打击空气污染。这些结果可以给台湾的环保署一个评估他们努力，以及打击空气污染的基准。在台湾72个空气质量监测站中，只有5个监测站有能够监测特定空气污染物的能力。随着全球臭氧污染问题不断增长，提高监测能力以获得进一步的信息是
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