Загрязнение атмосферы – актуальный вопрос наших дней.
Присутствие в воздушной среде повышенных концентраций загрязняющих веществ ухудшает качество воздуха, приводит к проблемам со здоровьем.
Индексы загрязнения воздуха отражают реальную картину по состоянию окружающего нас воздуха, указывают на уровень загрязнения – в режиме онлайн или в виде статистических данных за сутки, месяц или год.
Статья рассказывает, как государственный мониторинг состояния воздуха и различные индексы указывают, насколько загрязнена атмосфера в конкретном населенном пункте и чем это угрожает здоровью местного населения.
Мы рассмотрим, что означает индекс качества и чистоты воздуха и какой он сегодня в Москве, городах Московской области, а также в Красноярске, Барнауле, Алматы, Краснодаре, Норильске, Астрахань, Ярославль и других.
Содержание
Что такое индекс качества воздуха?
Индекс качества воздуха AQI (ИКВ) используется, чтобы в доступной форме сообщить населению о степени загрязненности воздуха в реальном времени, а также о том, насколько по прогнозам возрастет загрязненность в ближайшее время.
Информацию о качестве атмосферы в мире предоставляют сервисы:
Наблюдения за состоянием атмосферного воздуха (АВ) ведутся с помощью сети постов (станций). В течение суток метеоданные и показатели концентрации различных примесей регистрируются и обрабатываются, определяются средние, максимальные и минимальные значения за конкретный период (сутки, месяц) или в конкретной зоне (город, район).
Показатель AQI определяется в результате усреднения измерений датчика качества воздуха. AQI может возрастать из-за увеличения выбросов в АВ, например, во время активного движения автомобильного транспорта в час пик или при лесном пожаре с подветренной стороны.
Застойный воздух, который обычно вызывается малой скоростью ветра, антициклоном, температурной инверсией, позволяет загрязняющим веществам (ЗВ) оставаться в локальной зоне.
В результате концентрации примесей значительно возрастают, возникает химическое взаимодействие между загрязнителями воздуха, приводящее к образованию еще более вредных веществ, появляется смог. Риски для здоровья людей возрастают по мере роста ИКВ.
Для расчета AQI требуется, чтобы в воздушной среде была концентрация загрязнителей за конкретный период усреднения, полученная с помощью воздушного монитора или модели. Показатели концентрации и времени представляют собой дозу загрязняющего вещества.
Воздействие на здоровье населения, эквивалентное этой дозе, устанавливается санитарно-эпидемиологическими исследованиями и нормами. Величины ИКВ обычно сгруппированы в диапазоны со своим дескриптором, цветовым кодом и стандартизированной рекомендацией медиков.
В разных странах существуют свои собственные индексы качества воздуха, соответствующие национальным стандартам.
Европейский ИКВ (European AQI) основан на значениях концентрации для 5 основных загрязнителей:
- твердых частиц (PM10);
- твердых частиц (PM2,5);
- озона;
- диоксида азота;
- диоксида серы.
При этом ИКВ отражает лишь краткосрочную ситуацию. Индекс не характеризует долгосрочную (годовую) обстановку по состоянию воздуха, которая может существенно отличаться. ИКВ не является инструментом проверки соответствия стандартам качества воздуха и не может применяться ко всем загрязняющим примесям, а только к тем, для которых установлены краткосрочные нормативы.
Агрегированные показатели уровня загрязнения воздуха населенных пунктов позволяют выделить объекты, в первую очередь требующие проведения мероприятий по охране АВ.
ИЗА
Уровень загрязнения атмосферы над городом формируется в результате поступления выбросов ЗВ от всех городских источников. Атмосфера – единое целое.
Воздушная среда над городом не разграничивается на отдельные изолированные объемы. Как правило, все загрязнители, поступающие в атмосферу, обычно фиксируются во всех частях города, только в разной концентрации.
На загрязненность АВ оказывают влияние атмосферные процессы, в результате которых вещества переносятся на значительные расстояния от источников загрязнения, претерпевают химические трансформации, рассеиваются и вымываются атмосферными осадками.
Нормированные характеристики загрязнения атмосферы называют индексом загрязнения атмосферы (ИЗА). Показатель индекса загрязнения атмосферы (ИЗА) является количественной характеристикой уровня загрязнения АВ. Чтобы ее рассчитать, используют средние величины концентраций отдельных загрязнителей, деленные на ПДК и приведенные к вредности диоксида серы.
Показатель учитывает различие в скорости увеличения степени вредности веществ по отношению к вредности диоксида серы по мере увеличения превышения ПДК.
ИЗА позволяет учитывать концентрации многих примесей, наблюдаемых в городском воздухе, и выразить степень загрязненности АВ одним числом.
При разработке документации о загрязнении АВ в городах, предназначенной для информирования населения и организаций, специалисты региональных подразделений Росгидромета руководствуются правилами РД 52.04.667-2005.
Руководящий документ РД 52.04.667-2005 также используется для анализа гидрометеорологической информации, подготовки Ежегодников состояния загрязнения АВ в отдельных городах, а также по всей территории России.
При обработке информации и подготовке Ежегодников УГМС определяются:
- города с наибольшим уровнем загрязнения АВ;
- источники выбросов ЗВ, которые вносят самый большой вклад в уровень загрязнения воздушной среды городов;
- примеси, определяющие уровень загрязнения АВ в городах.
Получение этих данных достигается совместным анализом выбросов вредных веществ, характеристик загрязнения атмосферы и метеорологических факторов, определяющих перенос и рассеивание вредных веществ в атмосфере.
Индекс может применяться для установления взаимосвязей между изменением качества АВ и состояния здоровья населения на наблюдаемой территории, а также для установления взаимосвязи между состоянием атмосферы и динамикой производственных процессов промышленных объектов, расположенных в зоне наблюдения.
Обобщению подлежат данные измерений разовых или среднесуточных концентраций загрязняющих примесей.
Данные наблюдений с городских станций государственной и ведомственной сети наблюдений обобщаются для получения объективной информации об уровне и причинах загрязнения АВ.
Полученная информация о состоянии атмосферы доводится до органов, принимающих решения по ее охране, а также до населения и общественности.
ИЗА разделяют на 2 группы:
| 1. Единичные индексы загрязнения АВ одной примесью | 1.1. Коэффициент для выражения концентрации ЗВ в единицах ПДК – значения максимальной или средней концентрации, приведенные к ПДК |
| 1.2. Повторяемость концентраций загрязнителя в воздухе выше заданного уровня по посту либо по постам населенного пункта за год – повторяемость (%) случаев превышения заданного уровня разовым значениям концентрации загрязнителя. | |
| 1.3. Индекс загрязнения атмосферы отдельной примесью – количественная характеристика уровня загрязнения АВ, учитывающая различия в скорости возрастания степени вредности компонентов, приведенной к вредности диоксида серы, по мере увеличения превышения ПДК. | |
| 2. Комплексные показатели загрязнения АВ несколькими загрязнителями | 2.1. Комплексный индекс загрязнения атмосферы (КИЗА) – количественная характеристика уровня загрязнения АВ, формируемого компонентами, присутствующими в воздухе города. |
| 2.2. Комплексный показатель загрязнения атмосферы приоритетными компонентами (характерными для данного населенного пункта с существующими промышленными объектами и другими источниками загрязнения), определяющими состояние загрязнения АВ в городе. |
Комплексный индекс загрязнения
Показатели уровня загрязнения, рассчитываемые по различному набору загрязнителей отдельно на 1-2 постах по значениям ИЗА, не могут отразить фактическую ситуацию с загрязненностью атмосферы в городской черте.
Люди находятся под воздействием всего комплекса загрязнителей, поступающих в воздушную среду населенного пункта. Поэтому на основании общей информации о качестве АВ рассчитывается комплексный ИЗА, чтобы оценить суммарное загрязнение воздуха в целом по городу.
Комплексные показатели дают интегральную оценку состояния АВ.
На основе полученных данных:
- Сопоставляется уровень загрязненности нескольких населенных пунктов.
- Оценивается изменение состояния АВ для одного и того же населенного пункта в динамике.
При ранжировании городов и регионов по уровню загрязнения АВ для расчета комплексного ИЗА используют значения единичных индексов пяти веществ с наибольшими показателями, вносящих основной вклад в уровень загрязнения.
В большинстве российских регионов это:
- оксиды азота;
- диоксид серы;
- бенз(а)пирен;
- озон;
- формальдегид;
- фенолы;
- свинец;
- пыль.
Особая роль в ухудшении качества воздуха отводится взвешенным веществам, которые могут являться токсичными или обладать способностью адсорбировать на своей поверхности другие опасные примеси (патогенные микроорганизмы, ксенобиотики, соединения биогенного происхождения), способствуя вторичному загрязнению атмосферы.
Чтобы рассчитать ИЗА в конкретном населенном пункте за определенный период, сначала выбирают 5 примесей, для которых отношение средней зафиксированной концентрации к ПДК будут максимальны. При расчете ИЗА учитывается класс опасности вещества.
Для расчета ИЗА предусмотрены различные методики. Все они основаны на определении отношения измеренной концентрации загрязнителя i к его ПДК. Отличия заключаются в использовании различных весовых коэффициентов и выбором вида функции зависимости ИЗА от этого отношения.
Комплексный индекс загрязнения атмосферы I(m), учитывающий массу (m) ЗВ, вычисляется по следующей формуле:
где:
Xi – среднегодовая концентрация загрязнителя i;
ПДКi – среднесуточная ПДК загрязнителя i;
Сi – безразмерный коэффициент для приведения уровня загрязнения воздуха загрязнителем i к уровню загрязнения воздуха диоксидом серы. Значения Сi = 1,5; 1,3; 1,0; 0,85 соответственно для 1, 2, 3, 4 классов опасности вещества.
Комплексный ИЗА представляет собой показатель, обозначающий, какому уровню загрязнения атмосферы (в единицах ПДК диоксида серы) соответствуют фактические концентрации пяти ЗВ, во сколько раз суммарное загрязнение АВ превышает допустимый показатель по наблюдаемой совокупности примесей в целом.
Степень загрязнения АВ в целом по городу определяется при соблюдении двух условий:
- Наличие измерений концентраций в воздухе не менее 5 примесей.
- Количество наблюдений в течение года – не менее 500 за каждой примесью.
При несоблюдении этих условий оценка считается ориентировочной. Уровень загрязненности характеризуется четырьмя стандартными градациями показателей СИ, НП (наибольшей повторяемостью) и ИЗА.
Стандартный индекс состояния атмосферы
Состояние АВ оценивается путем сравнения полученных величин средних и максимальных концентраций примесей с установленными на федеральном уровне предельно допустимыми концентрациями (ПДК). Предельные показатели в России установлены для более, чем 700 ЗВ. Уровни загрязнения могут сравниваться и по критериям, рекомендованным ВОЗ.
ПДК подразделяются на:
- Максимальные разовые (осредненные за 20 мин).
- Среднесуточные.
Средние концентрации за год или месяц обычно сравниваются со среднесуточными ПДК.
Для определения уровня загрязнения используются характеристики загрязнения АВ:
- средняя концентрация примеси в АВ;
- среднее квадратическое отклонение;
- максимальная разовая концентрация примеси.
Для оценки загрязнения АВ с учетом ПДК рассчитываются:
- повторяемость разовых концентраций ЗВ выше ПДК данного ЗВ;
- наибольшая повторяемость (НП) превышения ПДК любым ЗВ;
- повторяемость разовых концентраций ЗВ выше 5 ПДК;
- число дней с концентрацией ЗВ, превышающей 10 ПДК;
- наибольшая зафиксированная в городской черте разовая концентрация любого ЗВ, деленная на ПДК – стандартный индекс (СИ).
Стандартный индекс также называют наибольшим единичным индексом загрязнения атмосферы для одного поста или города в целом, коэффициентом для выражения концентрации загрязняющей примеси в единицах ПДК.
СИ определяется из данных измерений на всех постах за одной примесью или на всех постах за всеми примесями. Величина устанавливается в результате сравнения всех полученных за день показателей СИ для всех примесей за все время наблюдений, а для города – всех значений СИ на всех постах и выделения наибольшего значения СИ.
Формула определения СИ:
Градации загрязнения воздуха в величинах СИ:
| Показатель СИ | Градация | Уровень загрязнения |
| 0-1 | I | Низкое |
| 2-4 | II | Повышенное |
| 5-10 | III | Высокое |
| > 10 | IV | Очень высокое |
Показатели НП также распределяются на 4 градации.
Загрязненность АВ за сутки оценивается по значениям СИ, за месяц – по значениям СИ и НП. В случае различных градаций СИ и НП загрязненность АВ оценивается по наибольшему показателю.
Загрязненность АВ за год оценивается по совокупности трех показателей:
| Уровень загрязнения атмосферы | ИЗА | СИ | НП |
| Повышенный | 5-6 | 5 | < 20 % |
| Высокий | 7-13 | 5-10 | 20-50 % |
| Очень высокий | ≥ 14 | > 10 | > 50 % |
Если ИЗА, СИ и НП попадают в разные градации, загрязненность АВ оценивается по ИЗА.
Оценка уровня загрязненности атмосферного воздуха:
| Загрязненность / градация | Показатели загрязненности АВ | Оценка | ||
| Сутки | Месяц | Год | ||
| Низкая
I |
СИ | 0-1 | 0-1 | 0-1 |
| НП, % | — | 0 | 0 | |
| ИЗА | — | — | 0-4 | |
| Повышенная
II |
СИ | 2-4 | 2-4 | 2-4 |
| НП, % | — | 1-19 | 1-19 | |
| ИЗА | — | — | 5-6 | |
| Высокая
III |
СИ | 5-10 | 5-10 | 5-10 |
| НП, % | — | 20-49 | 20-49 | |
| ИЗА | — | — | 7-13 | |
| Очень высокая
IV |
СИ | > 10 | > 10 | > 10 |
| НП, % | — | > 50 | > 50 | |
| ИЗА | — | — | ≥ 14 | |
Чем выше число наблюдений, тем точнее расчеты, и тем с большей достоверностью определяется максимальная концентрация примеси. Минимальное количество наблюдений для оценки уровня загрязнения АВ за год – 300.
Если число наблюдений в течение года менее 300, средняя концентрация ЗВ считается ориентировочной с погрешностью более 50 %.
Нормы загрязнения воздуха
ПДК загрязняющих веществ в атмосферном воздухе городских и сельских поселений установлены СанПиН 1.2.3685-21«Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания».
В таблице 1.1 СанПиН 1.2.3685-21 перечислены 716 нормируемых загрязнителей воздуха. Выброс некоторых из них запрещен.
В таблице ниже приведем наиболее распространенные показатели нормы для воздуха:
| Вещество | ПДК, мг/м3 | Класс опасности ЗВ | ||
| Максимальная разовая концентрация – предотвращающая раздражающее действие, рефлекторные реакции, запахи при воздействии до 20-30 минут | Средне-суточная концентрация – обеспечивающая допустимые уровни риска при воздействии не менее 24 часов | Среднегодовая концентрация, обеспечивающая допустимые уровни риска при хроническом (не менее 1 года) воздействии | ||
| Диоксид азота | 0,2 | 0,1 | 0,04 | 3 |
| Монооксид азота | 0,4 | — | 0,05 | |
| Оксид цинка (в пересчете на цинк) | — | 0,05 | 0,035 | 3 |
| Взвешенные вещества | 0,5 | 0,15 | 0,075 | 3 |
| Диоксид серы | 0,5 | 0,05 | — | 3 |
| Серная кислота | 0,3 | 0,1 | 0,001 | 2 |
| Оксид углерода | 5,0 | 3,0 | 3,0 | 4 |
| Пыль наркотических анальгетиков | Выброс запрещен | |||
Таблица по городам
На сайте taqi.strelka-kb.com можно ознакомиться с рейтингом 170 крупных городов России по качеству воздуха, построенным с помощью верифицированной методики КБ Стрелка (TAQI).
Расчет индекса атмосферы TAQI городов России выполняется на основании 5 основных загрязнителей с учетом степени их воздействия на здоровье человека:
- угарного газа;
- формальдегида;
- аэрозолей;
- диоксида азота;
- диоксида серы.
Согласно исследованиям 2022 года, 51 % городов России имеет низкий уровень загрязнения, 32 % городов повышенный, и 11 % – высокий. Лидер в ТОП-10 самых чистых городов по индексу taqi – Кызыл (5,6). Антирейтинг возглавляет Московская агломерация (объединенный индекс качества воздуха г. Москвы и городов Московской области с населением от 100 тыс. человек) с высоким показателем 62,3.
Другие города России в прошлом году показали следующие результаты качества воздуха:
| Москва – 33,2 |
| Астрахань – 10,4 |
| Волгоград – 15,3 |
| Краснодар – 29,9 |
| Челябинск – 25 |
| СпБ – 33,3 |
| Казань – 23,9 |
| Новосибирск – 42,5 |
| Абакан – 23,2 |
| Ростов-на-Дону – 24,5 |
| Красноярск – 24,6 |
| Саратов – 18,1 |
| Сочи – 19,8 |
| Ярославль – 24,6 |
| Омск – 22,7 |
| Иркутск – 21,2 |
| Самара – 20,7 |
| Барнаул – 30,5 |
| Калининград – 25,9 |
| Новороссийск – 27,2 |
| Ставрополь – 22,6 |
| Тула – 19 |
| Уфа – 19,9 |
| Воронеж – 19,8 |
| Оренбург – 13,7 |
| Ульяновск – 19,6 |
| Чебоксары – 16,7 |
| Липецк – 19,8 |
| Пермь – 18,5 |
| Рязань – 31 |
| Тамбов – 13,9 |
| Кемерово – 27,9 |
| Пенза – 16,3 |
| Саранск – 17,8 |
| Волгоград – 15,3 |
| Владивосток – 29,2 |
| Ярославль – 24,6 |
| Нижний Новгород – 22,2 |
| Набережные Челны – 19,7 |
| Тюмень – 17,8 |
| Белгород – 16,8 |
| Волжский – 15,1 |
| Пятигорск – 17,4 |
| Нижнекамск – 21,5 |
| Новокузнецк – 29,4 |
| Томск – 17,8 |
| Хабаровск – 23,3 |
| Череповец – 29 |
| Новокузнецк – 29,4 |
| Чита – 12,6 |
| Владикавказ – 15 |
| Курск – 15,7 |
| Тверь – 19,8 |
| Тольятти – 31,4 |
| Барнаул – 30,5 |
| Армавир – 16,4 |
| Петрозаводск – 25,8 |
| Симферополь – 24,2 |
| Альметьевск – 16,7 |
| Норильск – 40,4 |
| Якутск – 52,4 |
| Кисловодск – 10,9 |
| Курган – 25,4 |
| Смоленск – 12,6 |
| Сургут – 23,8 |
| Таганрог – 18,3 |
| Хабаровск – 23,3 |
| Челябинск – 25 |
| Братск – 13,2 |
| Ижевск – 14 |
| Люберцы – 34,4 |
| Магнитогорск – 26,1 |
| Майкоп – 17,4 |
| Черкесск – 11,8 |
| Абакан – 23,2 |
| Архангельск – 21,8 |
| Брянск – 11,4 |
| Владимир – 28 |
| Волгодонск – 12,3 |
| Калуга – 16,5 |
| Кострома – 29,4 |
| Махачкала – 16,3 |
| Мытищи – 34,7 |
| Орск – 13,4 |
| Подольск – 27,9 |
| Салават – 17,9 |
| Стерлитамак – 20,2 |
| Улан-Удэ – 14,5 |
| Шахты – 24,1 |
| Электросталь – 31,6 |
Видео по теме
В видео ролике, представленном ниже, автор называет основной индекс качества атмосферного воздуха, рассказывает, как он рассчитывается. Именно эти расчеты используются сейчас, чтобы оценить загрязнение и качество воздуха сегодня в таких городах, как Санкт-Петербург, Абакан, Екатеринбург, Бишкек, Астрахань, Орел, Новокузнецк:
Заключение
Датчики на постах контроля качества воздуха измеряют концентрацию загрязняющих веществ в населенных пунктах. Затем местные метеорологи обрабатывают полученные данные, определяют индексы качества воздуха и классифицируют показатели по оценочной шкале.
Индексы помогают определить уровень загрязнения атмосферы и узнать связанный с ним риск. Для оценки состояния воздуха используются разные индексы, в зависимости от страны или региона. Также исследования позволили составить представление о состоянии и качестве атмосферного воздуха в таких небольших городах, как Анапа, Геленжик, Туапсе, Ейск, Железноводск, Кропоткин, Щелково.
