Excel軟件在計算空氣質量指數的應用

2024年3月16日發(作者：沈浩)

Excel軟件在計算空氣質量指數的應用

摘要:在國家新近發布的環境空氣質量指數技術規定中,正式使用

了空氣質量指數AQI,更新了分級方案、濃度限值并新增了PM2.5評

價項目。應用Excel軟件計算空氣質量指數,可以有效減少監測數據分

析人員的工作量,降低失誤率,具有可重復利用性。

關鍵詞:大氣污染 Excel軟件 空氣質量指數AQI

大氣污染已成為當今社會中一個無法逃避的現實,隨著工業及交

通運輸等事業的迅速發展,將產生的大量有害物質和煙塵、二氧化硫、

氮氧化物、一氧化碳、碳氫化合物等排入到大氣中,當其濃度超過環

境所能允許的極限并持續一定時間后,就會改變大氣特別是空氣的正

常組成,破壞自然的物理、化學和生態平衡,從而危害人們的生活、工

作和健康,損害自然資源及財產、器物等[1]。我國大氣中污染物以可

吸入顆粒物PM10、PM2.5、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2為主。為

了直觀的反映和評價空氣質量狀況,新空氣污染監測管理標準中采用

空氣質量指數的方法。傳統計算方法使用計算器計算處理,不僅費時

繁瑣,還容易出錯。Excel是一款由微軟公司開發的電子表格程序,它包

含大量的數學函數,具有強大的數據編輯功能[2]。利用Excel軟件對

數據進行處理可以簡化工作程序,節省時間,提高效率。

1 空氣質量指數

1.1 空氣質量指數的定義

空氣質量指數(Air Quality Index,簡稱AQI)定義為定量描述空氣

質量狀況的無量綱指數,針對單項污染物的還規定了空氣質量分指數

(Individual Air Quality Index,簡稱IAQI)。當AQI大于50時IAQI最大

的空氣污染物稱為首要污染物(primary pollutant),若IAQI最大的污染

物為兩項或兩項以上時,并列為首要污染物。濃度超過過國家環境空

氣質量二級標準的污染物,即IAQI大于100的污染物稱為超標污染物

(non-attainment pollutant)。空氣質量的好壞取決于首要污染物的污染

程度[3]。

1.2 空氣質量指數分級方案和分限數值

空氣質量指數是根據空氣質量標準和各項污染物的生態環境效

應及其對人體健康的影響來確定分級數值及相應的污染物濃度限值。

空氣質量指數劃分為七檔,分別為0～50、51～100、101～150、151～

200、201～250、251～300和大于300,對應于空氣質量的7個級別。

空氣質量指數越大,級別越高,大氣污染越嚴重,對人體健康和社會活

動的影響也越明顯。新標準中空氣質量指數評價項目包括SO2、NO2、

CO、O3、PM10、PM2.5。日常監測中空氣質量指數很少超過300,以

常規污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5指數300前的日報AQI為例。

日報AQI級別及對應的污染物項目濃度限值如表1。

1.3 空氣質量分指數計算方法

污染物項目P的空氣質量分指數基本計算公式:

IAQIP=[(IAQIHi-IAQILo)/(BPHi-BPLo)]×(CP—BPLo)+ IAQILo

式中:IAQIP為污染物項目P的空氣質量分指數;

CP為污染物項目P的質量濃度值;

BPHi為與CP相近的污染物濃度限值的高位值;

BPLo為與CP相近的污染物濃度限值的低位值;

IAQIHi為與BPHi對應的空氣質量分指數,IAQILo為與BPLo對

應的空氣質量分指數。

各分指數計算出來后,空氣質量指數按最大分指數計算:

AQI=max｛IAQI1,IAQI2,IAQI3,…,IAQIn｝;

n為污染物項目。

2 在Excel表格中計算空氣質量指數

根據空氣質量指數計算公式和表1中空氣質量指數對應的污染

物項目濃度限值,可以列出可吸入顆粒物PM10、PM2.5、二氧化硫

SO2、二氧化氮NO2在Excel表格中的函數解析式。以可吸入顆粒物

PM10為例說明函數解析式在Excel中的表達公式,PM10的函數解析

式如下[4]:

在Excel軟件中,選取單元格A1輸入需要的PM10濃度值,B1為

對應的空氣質量指數。在新的環境標準中環境空氣質量指數及分指數

的計算結果都要求全部進位取整數,可以使用Excel軟件中向上取整

函數ROUNDUP。對多條件下的分步解析式使用IF函數進行判斷計

算。其函數解析式在ExcelB1單元格中的表達公式為:

ROUNDUP(IF(A1<=0.05,(50-0)*(A1-0)/(0.05-0)+0,IF(A1<=0

.15,(100-50)*(A1-0.05)/(0.15-0.05)+50,IF(A1<=0.25,(150-100)*(A1-0

.15)/(0.25-0.15)+100,IF(A1<=0.35,(200-150)*(A1-0.25)/(0.35-0.25)+1

50,IF(A1<=0.42,(300-200)*(A1-0.35)/(0.42-0.35)+200))))),0)

同理,選取A2、A3、A4分別為SO2、NO2、PM2.5所需輸入的

濃度值,B2、B3、B4為對應評價項目的空氣質量指數。它們在Excel

單元格中的表達公式如下表示。

SO2的公式為:

ROUNDUP(IF(A2<=0.05,(50-0)*(A2-0)/(0.05-0)+0,IF(A2<=0

.15,(100-50)*(A2-0.05)/(0.15-0.05)+50,IF(A2<=0.475,(150-100)*(A2-

0.15)/(0.475-0.15)+100,IF(A2<=0.8,(200-150)*(A2-0.475)/(0.8-0.475)

+150,IF(A2<=1.6,(300-200)*(A2-0.8)/(1.6-0.8)+200))))),0)

NO2的公式為:

ROUNDUP(IF(A3<=0.04,(50-0)*(A3-0)/(0.04-0)+0,IF(A3<=0

.08,(100-50)*(A3-0.04)/(0.08-0.04)+50,IF(A3<=0.18,(150-100)*(A3-0

.08)/(0.18-0.08)+100,IF(A3<=0.28,(200-150)*(A3-0.18)/(0.28-0.18)+1

50,IF(A3<=0.565,(300-200)*(A3-0.28)/(0.565-0.28)+200))))),0)

PM2.5的公式為:

ROUNDUP(IF(A4<=0.035,(50-0)*(A4-0)/(0.035-0)+0,IF(A4<

=0.075,(100-50)*(A4-0.035)/(0.075-0.035)+50,IF(A4<=0.115,(150-10

0)*(A4-0.075)/(0.115-0.075)+100,IF(A4<=0.15,(200-150)*(A4-0.115)

/(0.15-0.115)+150,IF(A4<=0.25,(300-200)*(A4-0.15)/(0.25-0.15)+200

))))),0)

3 結語

由于Excel軟件具有大量數學及邏輯函數,將其用于計算空氣質

量指數,可以省略掉繁復的計算步驟,快捷準確。在實際使用中可以利

用軟件的自動填充方法,將公式自動填充,從而批量計算空氣質量指

數。為了防止公式被誤刪除可以通過Excel工作表工具中的保護功能

對表進行保護,同時將需要手動輸入的單元格添加進允許用戶編輯區

域。

參考文獻

[1] 奚旦立,孫裕生,劉秀英.環境監測(修訂版)[M].北京:高等教

育出版社,2001.

[2] 文建輝,唐方云,石卉.用Excel解決環境監測中的數學計算

問題[J].儀器儀表與分析監測,2007:44～46.

[3] 環境空氣質量指數(AQI)技術規定(試行)[J].環境保護

部,2012,2,29.

[4] 黃戰勝,薛平.Excel軟件在計算空氣污染指數中的應用[J].

中國產業,2011,121(2):40～41.