中日韓空氣質(zhì)量特征對比分析研究

金　峰

（1東華大學環(huán)境科學與工程學院上海2016202上海市環(huán)境保護局上海200065）

中日韓空氣質(zhì)量特征對比分析研究

金峰

（1東華大學環(huán)境科學與工程學院上海2016202上海市環(huán)境保護局上海200065）

本文通過對中國、日本和韓國三個國家的環(huán)境空氣質(zhì)量標準和三個國家典型城市上海、東京和首爾的空氣質(zhì)量指數(shù)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)中國的空氣環(huán)境質(zhì)量一級標準等于或嚴于日本和韓國兩個國家，而二級標準比其他兩國相對寬松，同時，分析了三個典型城市的主要污染特征，對上海的空氣質(zhì)量進一步改善提出了相關(guān)建議。

空氣質(zhì)量標準；空氣質(zhì)量指數(shù)；濃度限值

1　前言

地處東亞的上海、東京和首爾三個城市分別是中國、日本和韓國三個國家典型發(fā)達城市，經(jīng)濟總量均居亞洲地區(qū)前列，人口密度大、機動車保有量高，在地理條件、工業(yè)布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟發(fā)展特征和人居環(huán)境等方面具有很多相似點。東京和首爾的經(jīng)濟發(fā)展起步早于上海，在城市環(huán)境改善過程中積累了大量經(jīng)驗和教訓，在大氣污染預防與控制方面有許多可借鑒之處。

2　空氣質(zhì)量標準對比分析

隨著經(jīng)濟、技術(shù)發(fā)展，各國家對自己的環(huán)境空氣質(zhì)量標準都不斷進行修訂，主要是增加控制項目和進一步降低污染物濃度限值。上海、東京和首爾的環(huán)境空氣質(zhì)量標準基本上都分別采用自己國家的標準，所以本文以中國、日本、韓國的國家標準進行對比分析。表1是中日韓環(huán)境空氣質(zhì)量標準中的污染物控制項目。從各國的變化趨勢來看，空氣質(zhì)量指數(shù)的指標項目呈逐漸增多的趨勢，其中CO、SO2、NO2、PM10、PM2.5和O3和是各國都含有的評價項目。

表1　中·日·韓環(huán)境空氣質(zhì)量標準中的污染物控制項目

三個國家中，只有中國實行空氣質(zhì)量標準的不同功能區(qū)分級，一級和二級標準：自然保護區(qū)、風景名勝區(qū)和其他需要特殊保護的區(qū)域，執(zhí)行一級標準；居住區(qū)、商業(yè)交通居民混合區(qū)、文化區(qū)、工業(yè)區(qū)和農(nóng)村地區(qū)，執(zhí)行二級標準。下面對中、日、韓三國主要大氣污染物濃度限值進行比較分析。

2.1 PM10濃度限值比較

中日韓PM10濃度限值標準比較見圖1。

圖1PM10環(huán)境空氣質(zhì)量標準的比較

由圖1可見，對于PM10年均濃度限值，中國一級標準0.04 mg/m3低于韓國標準0.05 mg/m3，但中國二級標準0.07 mg/m3高出韓國標準0.02 mg/m3。從日均濃度的限值的比較可以看出，中國一級標準0.05mg/m3低于日本標準0.08 mg/m3和韓國標準0.10 mg/m3；而中國二級標準0.15 mg/m3高出日本、韓國的標準限值。由此可以看出，中國2012年新修訂的一級標準已經(jīng)超過日本、韓國，與主要發(fā)達國家相比差別不大，但是二級標準目前而言還相對寬松，有很大的空間加以嚴格修訂。

2.2 PM2.5濃度限值比較

PM2.5的標準，是由美國在1997年提出的，目前為止包括美國、歐盟、日本等一些發(fā)達國家已將其納入國標并強制性限制。2012年2月中國新修訂發(fā)布的《環(huán)境空氣質(zhì)量標準》增加了PM2.5監(jiān)測指標。具體情況見圖2。

圖2　PM2.5空氣質(zhì)量標準濃度限值比較

由圖2中可以看出，無論是年均濃度限值還是日均濃度限值日本與中國一級標準持平（年均0.015 mg/m3，日均0.035 mg/m3），分別低于韓國；但中國二級標準(0.035 mg/m3，0.075 mg/m3)較其他國家顯得過于寬松。應該逐步縮小與一級標準的差距，在技術(shù)和管控力度達到時可以考慮取消標準分級。

由圖2還可以看出，世界衛(wèi)生組織（WHO）給出的PM2.5準則值為0.01 mg/m3，這是從人體健康角度出發(fā)要求的最佳值，也是各國努力為之奮斗的終極目標[1]。從圖可知，中、日、韓都沒能按照WHO的準則值制定標準，而是選取了適合本國國情的目標值。我國此次修訂的新標準其實只是做到了與世界的“低軌”相接。

2.3 NO2濃度限值比較

圖3　NO2空氣質(zhì)量標準濃度限值比較

NO2是酸雨的成因之一，所帶來的環(huán)境效應多種多樣，是各國進行嚴格控制的大氣污染物之一。我國新修訂的標準中一級標準與二級標準限值相同消除了原有的分級差異，小時濃度限值由一級標準的0.12 mg/m3和二、三級標準的0.24 mg/m3修訂為0.2 mg/m3，三國NO2濃度限值比較情況見圖3。

對于NO2，日本沒有年均濃度限值，只有日均和1h平均濃度限值。由圖3比較可以看到，中國的標準濃度限值最大，相對比較寬松。

2.4 SO2濃度限值比較

SO2主要來源于煤和石油的燃燒，濃度高時使人呼吸困難，甚至死亡，SO2還是產(chǎn)生酸雨的重要原因，控制SO2對防治酸雨等二次污染具有重要作用，三國SO2限值比較情況見圖4。

圖4　SO空氣質(zhì)量標準濃度限值比較2

從圖4可以看出，日本已取消了SO2年均濃度限值的設置（發(fā)達國家基本上都是這樣），對小時濃度限值，中國一級標準處于中等控制水平，高于日本(0.10 mg/m3)，與韓國(0.15 mg/m3)持平；中國二級標準偏高(0.50 mg/m3)。從日均濃度限值來看，中國一級標準(0.05 mg/m3)是比較嚴格的，與韓國持平，高于日本(0.04 mg/m3)，但中國二級標準(0.15 mg/m3)比較寬松，還有進一步嚴格控制的空間。

2.5 O3濃度限值比較

圖5　O3空氣質(zhì)量標準8h濃度限值比較

各國設置O3質(zhì)量標準的取值時間不同，大致有8h、4h和1 h之分，日本標準是以1h為取值時間，而我國與韓國的標準有8h和1h取值。具體比較情況見圖5。從圖5可以看出，1h的標準取值韓國最高，日本最低。8h的取值我國一級標準低于韓國標準，我國二級標準高于韓國標準。

WHO廢除了臭氧的1h和年平均指導值，增加8h平均指導值，WHO的日最大8h平均濃度指導值為0.1 mg/m3，設置的過渡期第1階段目標值為0.16 mg/m3。我國一級標準日最大8h平均濃度限值為0.1 mg/m3，與WHO的準則是一致的；二級標準日最大8h平均濃度限值為0.16 mg/m3與WHO過渡期第1階段目標接軌。

目前各國主要的控制污染物還是SO2、CO、NO2、O3、PM10和Pb，但是PM2.5逐漸被納入各國的環(huán)境空氣質(zhì)量標準中，PM2.5也成為了主要控制污染物。與日本、韓國的空氣質(zhì)量標準相比，我國在主要污染物控制上，通過2012年的修訂，環(huán)境空氣質(zhì)量標準的一級標準已經(jīng)接近或者達到了國際先進水平，但是二級標準與一級標準相差很大，處于較落后狀態(tài)，因此二級標準有很大的向嚴格方向修訂的空間。此外，目前世界各國、組織或者地區(qū)基本已經(jīng)取消了環(huán)境空氣質(zhì)量標準執(zhí)行分級標準，中國繼續(xù)執(zhí)行分級標準，將會導致不同分類地區(qū)的大氣污染控制不同步，也會造成二級標準區(qū)域控制措施滯后，缺乏改善空氣質(zhì)量動力。因此，逐漸縮小或者在技術(shù)水平達到的情況下取消空氣質(zhì)量標準的分級制度是今后的方向[2]。

3　空氣質(zhì)量指數(shù)比較

由于各個國家采用的空氣質(zhì)量標準不同，評價分級體系也有差異，我國是通過分級線性插值方法將指數(shù)范圍設定為0～500內(nèi)的離散變化量，并據(jù)此進行級別分類；日本是不做指數(shù)轉(zhuǎn)換，直接根據(jù)污染物濃度范圍劃定級別；韓國以PM2.5為基準分級。

為了避免分級方法帶來的誤差，相對統(tǒng)一地進行評估，我們在2015年8月12日～2015年12月13日期間（以下簡稱：采樣期間），利用亞洲Air Pollution:Real-time Air Quality Index(AQI)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)[3]，隨機實時采集了101天上海、東京（以中央?yún)^(qū)晴海為代表）和首爾的AQI值和六個主要空氣質(zhì)量指標的分指數(shù)IAQI值，以了解三個城市在這個時間段里空氣質(zhì)量的變化情況，這個時間段正是北半球處于秋天后半期和冬天的前期，是霧霾天氣逐漸增多的時期。

3.1空氣質(zhì)量指數(shù)總體情況

采樣期間上海、東京、首爾三城市的AQI值，分析其數(shù)據(jù)，得到三城市環(huán)境空氣質(zhì)量分布見表2。

表2　采樣期間上海、東京、首爾空氣質(zhì)量指數(shù)類別分布(d)

如表2所示，采樣期間東京空氣質(zhì)量的優(yōu)良率達到97%，其余皆為輕度污染天氣；首爾的優(yōu)良率為92%以上，輕度污染占6%，中度污染1%；上海的優(yōu)良率為50%，輕度污染占26%，中度污染23%，有2%的重度污染，沒有嚴重污染。分析采樣區(qū)間的時間段，可以知道上海空氣的中度污染、重度污染大多數(shù)發(fā)生在10月之后，首要污染物都為PM2.5；特別要關(guān)注的是，重度污染發(fā)生時，PM2.5濃度最高，PM10次之，兩者疊加。

為更好地了解和比較這三個城市的空氣污染變化情況，在采樣期間內(nèi)，大約每隔10天抽取三城市的PM2.5、PM10、O3、NO2、SO2、CO六個空氣質(zhì)量分指數(shù)(IAQI)值進行比較分析，分別見圖1～圖6。3.2 PM2.5的空氣質(zhì)量分指數(shù)比較

從圖7的曲線總體趨勢來看，三城市的PM2.5空氣質(zhì)量分指數(shù)中，上海的IAQI值全部大于東京，也基本上大于首爾；首爾除了10月21日數(shù)據(jù)比上海大，其他時間都低于上海，有時還低于東京。

初始化模塊 初始化模塊主要負責完成播放的初始化過程，首先是創(chuàng)建播放器，之后就是消息機制的建立（包括數(shù)據(jù)請求、數(shù)據(jù)返回和數(shù)據(jù)響應），緊接著是創(chuàng)建線程以及對應的全局變量的初始化（包括獲取頻道和頻道狀態(tài)等）。

圖7　三城市PM2.5的IAQI值

從采樣期間抽取的數(shù)據(jù)變化趨勢來看，上海在8、9月PM2.5的空氣分指數(shù)與10、11、12月的相比相對較低，其中10月中旬之后數(shù)據(jù)明顯變大，說明秋天后期，PM2.5的污染開始凸顯。東京PM2.5的空氣分指數(shù)在10月之后也略有抬升，而首爾反而是8、9月比較高。

由圖7可以看出，上海PM2.5的IAQI中最大值是東京的2.34倍，是首爾的1.73倍，首爾是東京的1.35倍；最小值相比，上海是東京的5.11倍，是首爾的2倍，首爾是東京的2.56倍。可以推論，上海的PM2.5的最低值居高不下，說明污染情況比較嚴重，也是霧霾容易形成的重要因素之一。

3.3 PM10的空氣質(zhì)量分指數(shù)比較

圖8是采樣期間抽取的三城市可吸入顆粒物PM10的空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI值變化圖。從圖8上可以發(fā)現(xiàn)，其變化規(guī)律與PM2.5比較相近。PM10的IAQI值總體是上海的高于東京，大多數(shù)時候也高于首爾。由表2知，上海的最大值與最小值差距是108，而東京和首爾都是30，上海的變化幅度最大。縱向比較最大值，上海是東京的3.56倍，是首爾的2.98倍；上海的最小值是東京的3.33倍，是首爾的1.54倍。與PM2.5相比，上海PM10的控制得比較好，與東京、首爾的差距相對小些。

圖8　三城市PM10的IAQI值

3.4臭氧O3的空氣質(zhì)量分指數(shù)比較

采樣期間三城市臭氧O3的空氣質(zhì)量分指數(shù)見圖9。

圖9　三城市O3的IAQI值

由圖9可以看出，三條曲線互相交織在一起，有不少時候東京O3的IAQI值處于最大值，說明東京的光氧化污染比較嚴重。對比表2的數(shù)據(jù)，橫向比較IAQI值，上海的最大值與最小值的差值為50，東京的為55，首爾85；最大值的縱向比較結(jié)果是，東京是上海的1.06倍，首爾是上海的1.63倍；最小值的縱向比較，上海是東京的2倍，是首爾的1.33倍。這表明采樣期間上海O3的IAQI值變化幅度不大，最大值基本上小于50，最小值略高于東京和首爾。說明采樣期間上海的光氧化污染不顯著。

3.5 NO2的空氣質(zhì)量分指數(shù)比較

圖10是三城市NO2的空氣質(zhì)量分指數(shù)IAQI值曲線圖。由圖10可以看出，采樣期間首爾NO2的IAQI值總體上居于最高，上海在10月之前基本上處于最低，10月之后開始有所上升，但是仍然處于首爾和東京之間。NO2的IAQI最大值在首爾94，最小值在上海5。橫向計算最大值與最小值之差，首爾的為73，上海是62，東京是31。縱向比較最大值，首爾是東京的2.47倍，是上海的1.40倍，上海是東京的1.76倍；比較最小值，首爾是上海的4.20倍，是東京的3.00倍，東京是上海的1.40倍。數(shù)據(jù)表明，采樣期間上海的NO2污染不顯著。

圖10　三城市NO2的IAQI值

3.6 SO2的空氣質(zhì)量分指數(shù)比較

圖11　三城市SO2的IAQI值

如圖11所示，總體上來看東京SO2的IAQI曲線處于最低，上海其次，首爾最高。采樣期間東京的IAQI值變化幅度很小，最大值與最小值之差只有4，上海變化幅度是9，首爾的變化幅度是13。縱向比較最大值，首爾是東京的3.33倍，是上海的1.43倍，上海是東京的2.30倍；比較最小值，首爾是東京的3.50倍，是上海的1.40倍，上海是東京的2.50倍。計算結(jié)果表明，采樣期間首爾的SO2污染比上海嚴重，但發(fā)現(xiàn)10月份以上海的SO2有上升趨勢。

3.7 CO的空氣質(zhì)量分指數(shù)比較

圖12　三城市CO的IAQI值變化

由圖12中三城市CO的IAQI曲線，發(fā)現(xiàn)采樣期間總體上東京的變化趨勢與上海的相近，在10月之前，數(shù)據(jù)都比較低，還較平穩(wěn)，但之后就開始升高，且波動較大；首爾的始終有波動。10月之前首爾CO的IAQI數(shù)據(jù)最大，10月之后，上海的數(shù)據(jù)最大。從表2也可知，首爾、上海、東京的最大值與最小值的差距分別是10、9、8，波動幅度比較接近。

4　結(jié)語

通過對中國、日本和韓國空氣質(zhì)量標準的分析，發(fā)現(xiàn)中日韓環(huán)境空氣質(zhì)量標準中的污染物控制項目數(shù)呈逐漸增多的趨勢，目前日本控制污染物的項目是11個，韓國8個，中國最多是15個，其中CO、SO2、NO2、PM10、PM2.5和O3是各國共同含有的評價項目。在三個國家中，只有中國在空氣質(zhì)量標準中實行兩類功能區(qū)劃，分別執(zhí)行一級和二級標準。其中一級標準等于或嚴于其他兩個國家，而二級標準比其他兩國相對寬松。

通過對中國上海、日本東京和韓國首爾三個典型城市的環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)分析，結(jié)果表明，采樣期間總體上東京的空氣質(zhì)量最好，首爾的其次，上海最差；具體分析大氣污染物發(fā)現(xiàn)，上海的主要污染物是PM2.5，其次是O3，另外4個指標濃度忽高忽低，表明上海的大氣污染類型是典型的石油氧化型和煤煙型的復合混合型，排放源包括移動源、固定源、面源、生活源等，東京的主要污染物是O3，其次是NO2，東京都的空氣質(zhì)量雖然總體良好，但還存在大氣污染，其污染類型屬于石油氧化型，主要由移動源尾氣排放而致；首爾的NO2和SO2污染相對比較嚴重，是以機動車尾氣石油氧化型和化石燃料的復合污染。

建議我國以后在空氣質(zhì)量標準修訂時能夠借鑒日本和韓國的經(jīng)驗，逐漸縮小或者在技術(shù)水平達到的情況下取消空氣質(zhì)量標準的分級制度；上海市在以后的空氣治理過程中，借鑒東京和首爾的經(jīng)驗，結(jié)合石油氧化型和煤煙混合型的特點，制定相應的大氣污染控制對策。

[1]何書申,趙兵濤,俞致遠.環(huán)境空氣質(zhì)量國家標準的演變與比較[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2014,30(4):50-55.

[2]錢一晨,金晶.典型國家和國際環(huán)境空氣質(zhì)量標準對比研究[J].能源研究與信息,2013,29(2):67-73.

[3]http://aqicn.org/city/shanghai/,http://aqicn.org/city/japan/chuoku/ chuokuharumi/,http://aqicn.org/city/seoul/.