Indeksy jakości powietrza

Indeksy jakości powietrza (ang. Air Quality Index – AQI) to proste wskaźniki pozwalające ocenić jakość powietrza. Wyznacza się je w oparciu o pomiary lub prognozy stężeń wybranych zanieczyszczeń powietrza, przede wszystkim: pyłu zawieszonego frakcji PM₁₀ i PM_2,5, ozonu O₃, dwutlenku azotu NO₂, dwutlenku siarki SO₂, benzenu C₆H₆ i tlenku węgla CO.

Polski Indeks Jakości Powietrza

W opracowanym i zalecanym przez Główny Inspektorat Ochrony Środowiska (GIOŚ) Polskim Indeksie Jakości Powietrza dla każdego z tych zanieczyszczeń wyznaczono 6 przedziałów stężeń (klas jakości powietrza), pozwalających ocenić panujące warunki oraz zastosować odpowiednie zalecenia zdrowotne.

Polski Indeks Jakości Powietrza jest obliczany wyłącznie na podstawie 1-godzinnych danych ze stacji automatycznych funkcjonujących w ramach Państwowego Monitoringu Środowiska (PMŚ). Zanieczyszczenia, na podstawie których liczony jest indeks: dwutlenek siarki (SO₂), dwutlenek azotu (NO₂), pył PM₁₀, pył PM_2,5, tlenek węgla (CO), benzen (C₆H₆), ozon (O₃). jakości powietrzana podstawie 1-godzinnych stężeń zanieczyszcze. W przypadku indeksu indywidualnego przy braku dostatecznej informacji pomiarowej do obliczenia indeksu dany punkt nie wyświetla się. Wartość indeksu jest w oparciu o wartości poniższej tabeli zakresów (średnie 1-godzinne).

Rysunek 1. Tabela zakresów stężeń 1-godzinnych zanieczyszczeń dla poszczególnych klas Polskiego Indeksu Jakości Powietrza

Zakresy poszczególnych progów charakteryzują się przedziałami lewostronnie otwartymi i prawostronnie domkniętymi, czyli dla przykładu wartość PM₁₀ = 49,9 µg/m³ oraz PM₁₀ = 50,0 µg/m³ przyjmuje indeks „Dobry”, natomiast PM₁₀ = 50,1 µg/m³ jest dopiero indeksem „Umiarkowanym”, co zostało przedstawione na poniższym rysunku. Przy przypisywaniu progów stosuje się takie same zasady, jak przy porównywaniu z wartościami norm. Np. gdy norma wynosi 50 µg/m³, to stężenie wynoszące 50 µg/m³ nie jest jeszcze jej przekroczeniem. Przy zaliczaniu wartości do klasy indeksu nie stosuje się zaokrągleń.

Rysunek 2. Polski Indeks Jakości Powietrza – jak odczytywać indeksy indywidualne w zależności do stężenia danego zanieczyszczenia

Przykład wyznaczania Polskiego Indeksu Jakości Powietrza: dla danego dnia, o godzinie 12:00 odnotowano następujące stężenia zanieczyszczeń:

• PM₁₀ – 141 µg/m³ (klasa 5, „zły”)
• PM_2,5 – 125 µg/m³ (klasa 6, „bardzo zły”)
• O₃ – 36 µg/m³ (klasa 2, „dobry”)
• NO₂ – 121 µg/m³ (klasa 3, „umiarkowany”)
• SO₂ – 35 µg/m³ (klasa 1, „bardzo dobry”)
• C₆H₆ – 1 µg/m³ (klasa 1, „bardzo dobry”)
• CO – 300 µg/m³ (klasa 1, „bardzo dobry”)

Przy takich stężeniach aktualny Indeks Jakości Powietrza dla godziny 12:00 przyjmuje wartość 6 („bardzo zły”), określoną przez stężenie pyłu zawieszonego PM_2,5.

Wartości bieżące Polskiego Indeksu Jakości Powietrza dla całego kraju są dostępne na stronie GIOŚ: https://powietrze.gios.gov.pl/pjp/current.

Rysunek 3. Polski Indeks Jakości Powietrza – widok wartości z całej Polski na mapie GIOŚ

Informacje o wartościach Polskiego Indeksu Jakości Powietrza są również dostępne na aplikacjach na urządzenia mobilne. Są to m.in.: Jakość powietrza w Polsce czy Kanarek – ostrzeżenia o smogu.

Tabela 1. Informacje zdrowotne dla poszczególnych kategorii Polskiego Indeksu Jakości Powietrza

Lokalne indeksy jakości powietrza

Mimo, iż zalecanym dla Polski indeksem jakości powietrza jest ten opracowany przez Główny Inspektorat Ochrony Środowiska, to część miast decyduje się na własny sposób przekazywania informacji. Wynika to na przykład z tego, że dane miasto posiada własne czujniki i interpretację pomiarów opiera na znanym międzynarodowym indeksie, np. w Przemyślu jest to CAQI. Innym razem, jak w przypadku Wrocławia, może to być chęć wprowadzenia bardziej restrykcyjnych poziomów indeksów tak, aby odzwierciedlały rzeczywisty negatywny wpływ na zdrowie ludzkie.

Wrocławski Indeks Jakości Powietrza

Wrocław wprowadził w 2019 roku własne narzędzie służące informowaniu mieszkańców o zagrożeniu związanym z zanieczyszczeniem powietrza – Wrocławski Indeks Powietrza. Indeks ten w założeniu jego twórców ma służyć lepszemu informowaniu mieszkańców miasta o zagrożeniach związanych z zanieczyszczeniem powietrza. Tym samym Wrocław dołącza do grupy miast, która zdecydowała się wprowadzić zmiany w informowaniu na poziomie lokalnym. Wrocławski Indeks Powietrza jest sześciostopniową skalą, w ramach której poszczególne stopnie informują o tym, które aktywności (i dla jakiej grupy mieszkańców) są zalecane bądź nie.

Rysunek 4. Wrocławski Indeks Jakości Powietrza

Międzynarodowe indeksy jakości powietrza

Przedstawianie danych o jakości powietrza za pomocą indeksów przyjmuje w tym momencie różne postacie. Różnią się one między sobą tym, jakie zanieczyszczenia się uwzględnia, wartości progów dla poszczególnych klas, itd. Jest to bardzo ważne, jeśli chcemy porównywać ze sobą te wyniki czy po prostu dobrze je interpretować. Kolory i nazwy klas indeksów mogą być dokładnie takie same, ale odzwierciedlają inną jakość powietrza czy generują inne zalecenia zdrowotne. O tym zagadnieniu pisał już w przeszłości SmogLab.

EAQI

W listopadzie 2017roku Europejska Agencja Środowiska (the European Environment Agency, EEA) ogłosiła Europejski Indeks Jakości Powietrza (the European Air Quality Index, EAQI) i zaczęła zachęcać do jego stosowania na stronach internetowych oraz informowania innymi sposobami opinii publicznej o jakości powietrza. Indeks ten dostarcza informacji o aktualnej sytuacji w zakresie jakości powietrza w oparciu o pomiary z ponad 2000 stacji monitorowania jakości powietrza w całej Europie i opiera się na 5 kluczowych zanieczyszczeniach, które szkodzą zdrowiu ludzi i środowisku: pył zawieszony (PM_2,5 i PM₁₀), ozon w warstwie przyziemnej (O₃), dwutlenek azotu (NO₂) i dwutlenek siarki (SO₂). Do indeksu wliczanie jest stężenia godzinowe, a dla średniej 24-godzinnej są to dane z poprzedzających 24-godzin pomiarów. Indeks odpowiada najgorszemu poziomowi dowolnego z 5 zanieczyszczeń zgodnie z poniższym schematem.

European Air Quality Index, EAQI

Wyniki EAQI są dostępne dla całej Europy na stronie:

https://airindex.eea.europa.eu/Map/AQI/Viewer/#. Na interaktywnej mapie można śledzić aktualną jakość powietrza dla poszczególnych stacji. Użytkownicy mogą powiększyć mapę lub wyszukać dowolne miasto lub region w Europie, aby sprawdzić ogólną jakość powietrza i wyniki pomiarów głównych substancji zanieczyszczających. Wyświetlona jest ogólna ocena dla każdej stacji monitorującej, oznaczonej kolorową kropką na mapie, odpowiadająca najwyższemu stężeniu dowolnej z 5 substancji zanieczyszczających.

Rysunek 5. Interaktywna mapa dla EAQI

CAQI

Wspólny wskaźnik jakości powietrza (the Common Air Quality Index, CAQI) to wskaźnik jakości powietrza stosowany oficjalnie w Europie od 2006 do 2017 roku. Nadal jest on wykorzystywany w prezentacji stanu jakości powietrza na różnych stronach i w aplikacjach. Indeks ten posiada 5 poziomów, które przedstawione są na skali od 0 (bardzo niski) do >100 (bardzo wysoki) – jest to względna miara ilości zanieczyszczeń powietrza. Doczekał się również pewnych zmodyfikowanych wersji, jak np. AirlyCAQI, gdzie poziomów jest 7. Oryginalny indeks opiera się na 3 głównych zanieczyszczeniach w Europie: PM₁₀, NO₂, O₃ można wziąć pod uwagę 3 dodatkowe zanieczyszczenia (CO, PM_2,5 i SO₂), gdy dane te są również dostępne. Kalkulacja indeksu (wyniki można sprawdzić na stronie: https://www.airqualitynow.eu/pl/comparing_home.php) następuje w oparciu o przegląd wielu istniejących indeksów jakości powietrza i odzwierciedla w jak największym stopniu UE progi alarmowe i dobowe wartości dopuszczalne. W celu łatwiejszych porównań miast, niezależnie od charakteru sieci monitoringu, dwie sytuacje są zdefiniowane:

• tło – reprezentujące ogólną sytuację w danej aglomeracji (oparte na stacjach monitoringu tła miejskiego);
• komunikacyjne – reprezentujące miejsca w pobliżu ulic w miastach o dużym ruchu (w oparciu o stacje komunikacyjne monitoringu).

Wartości indeksów są aktualizowane co godzinę (dla tych miast, które dostarczają dane godzinowe) oraz .

Rysunek 6. Klasy i progi CAQI dla poszczególnych zanieczyszczeń oraz typów stacji

AQI

Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych (the United States Environmental Protection Agency, EPA) opracowała Indeks Jakości Powietrza (Air Quality Index, AQI) podzielony na 6 kategorii wskazujących na coraz większe zagrożenie dla zdrowia. Indeks ten jest dość powszechnie stosowany na różnych stronach internetowych zbierających dane o jakości powietrza, np.: https://aqicn.org/. Wartość AQI powyżej 300 oznacza niebezpieczną jakość powietrza, a poniżej 50 jakość powietrza jest dobra. Dla każdego zanieczyszczenia wartość AQI wynosząca 100 odpowiada (na ogół) stężeniu powietrza w otoczeniu, które jest równe poziomowi krótkoterminowej krajowej normy jakości powietrza w zakresie ochrony zdrowia publicznego. Stąd wartości AQI na poziomie 100 lub poniżej są uważane za zadowalające. Kiedy wartości AQI przekraczają 100, jakość powietrza jest niezdrowa: najpierw dla pewnych wrażliwych grup ludzi (100–150), a następnie dla wszystkich, gdy wartości AQI rosną.

Rysunek 7. Poziomy AQI

AQI to najwyższa spośród obliczonych wartości dla każdego zanieczyszczenia. Do obliczeń stosuje się tabelę punktów granicznych, z której wybiera się progi w zależności od stężenia zanieczyszczenia. Ostatnim krokiem jest obliczenie indeksu według wzoru z wykorzystaniem zaokrąglonej wartości stężenia oraz punktów granicznych odczytanych z tabeli.

Podstawowym miejscem, gdzie znajdują się wyniki AQI oraz np. prognozy jakości powietrza dla Stanów Zjednoczonych jest baza AirNow. W celu obliczenia indeksu należy zastosować odpowiednie równanie, ale dla uproszczenia tego procesu powstał intuicyjny kalkulator:

https://www.airnow.gov/aqi/aqi-calculator-concentration/.

EPA ustanowiła AQI dla 5 głównych zanieczyszczeń powietrza objętych Ustawą o czystym powietrzu (the Clean Air Act, CAA). Każde z tych zanieczyszczeń ma krajowe normy jakości powietrza określone przez EPA w celu ochrony zdrowia publicznego:

• ozon w warstwie przyziemnej;
• zanieczyszczenie cząsteczkowe (znane również jako pył zawieszony, w tym PM_2,5 i PM₁₀);
• tlenek węgla;
• dwutlenek siarki;
• dwutlenek azotu.

Zdrowotne indeksy jakości powietrza

Obok tradycyjnych indeksów jakości powietrza powstają bardziej specjalistyczne metody oceny jakości powietrza w oparciu o wpływ na zdrowie ludzi. Podczas wyznaczania wartości indeksów uwzględnia się istniejące udowodnione związki przyczynowo-skutkowe pomiędzy krótkoterminowym (dobowym) narażeniem na zanieczyszczenia a możliwością wystąpienia widocznych skutków zdrowotnych.

Kanada

Zdrowotny Indeks Jakości Powietrza (the Air Quality Health Index, AQHI) to skala opracowana w Kanadzie, aby pomóc zrozumieć wpływ jakości powietrza na zdrowie. Jest to narzędzie ochrony zdrowia służące do podejmowania decyzji o ograniczeniu krótkotrwałego narażenia na zanieczyszczenie powietrza poprzez dostosowanie poziomu aktywności w warunkach zwiększonego zanieczyszczenia powietrza. Indeks AQHI obliczany jest na podstawie średnich 3-godzinnych stężeń:

• O₃,
• NO₂,
• PM_2,5.

Indeks zdrowia jakości powietrza zawiera liczbę od 1 do 10+, aby wskazać poziom ryzyka zdrowotnego związanego z lokalną jakością powietrza. Czasami, gdy ilość zanieczyszczenia powietrza jest ponadnormatywnie wysoka, liczba ta może przekroczyć 10.

Rysunek 8. Skala indeksu AQHI

Obliczanie wartości AQHI dla konkretnej społeczności (lokalnie) nie wymaga jedynie znajomości stężeń zanieczyszczeń środowiska. Wykorzystuje się wartości tzw. ważone populacyjnie oraz funkcje wpływu zanieczyszczeń powietrza na zdrowie (tzw. ryzyko relatywne, relative risk, RR). Wynik dla kanadyjskich miast można znaleźć na stronie: https://weather.gc.ca/airquality/pages/index_e.html.

Warszawa

Odpowiednik kanadyjskiego indeksu powstał dla stolicy Polski. Warszawski Indeks Powietrza (WIP) jest wskaźnikiem wyrażającym przybliżony stopień zanieczyszczenia powietrza atmosferycznego w czterostopniowej skali wraz z zaleceniami dla mieszkańców. Zdecydowano się na mniejszą liczbę poziomów indeksu w porównaniu do Polskiego Indeksu Jakości Powietrza (4 do 6), gdyż takie rozwiązanie jest prostsze do interpretacji dla mieszkańców. Dla poszczególnych grup mieszkańców przygotowano dwa indeksy:

• Warszawski Ogólny Indeks Powietrza (WIPo) – informowanie ogółu mieszkańców Warszawy;
• Warszawski Zdrowotny Indeks Powietrza (WIPz) – informowanie wybranych wrażliwych grup mieszkańców.

Poziomy indeksu ogólnego (WIPo) są prezentowane w dwóch kategoriach:

• mierzonych stężeń zanieczyszczeń (PM₁₀, PM_2,5, NO₂);
• prognoz.

WIPz obliczany jest na podstawie wartości średnich 24-godzinnych stężeń pyłu zawieszonego PM₁₀ i PM_2,5. Prezentowane są dwie prognozy WIPz:

• na dzień bieżący („dziś”);
• następny („jutro”).

Przy obliczaniu WIPz wykorzystuje się związki matematyczne między jakością powietrza a wzrostem ryzyka wystąpienia:

• symptomów astmy oskrzelowej;
• hospitalizacji z powodu zaostrzeń chorób układu oddechowego;
• hospitalizacji z powodu zaostrzeń chorób układu krążenia;
• przedwczesnego zgonu u osób starszych.

Rysunek 9. Skala WIPz

Rysunek 10. Prezentacja wyniku WIPz dla dzieci chorujących na astmę oskrzelową na stacji Śródmieście