Excel软件在计算空气质量指数的应用

2024年3月16日发(作者：沈浩)

Excel软件在计算空气质量指数的应用

摘要:在国家新近发布的环境空气质量指数技术规定中,正式使用

了空气质量指数AQI,更新了分级方案、浓度限值并新增了PM2.5评

价项目。应用Excel软件计算空气质量指数,可以有效减少监测数据分

析人员的工作量,降低失误率,具有可重复利用性。

关键词:大气污染 Excel软件 空气质量指数AQI

大气污染已成为当今社会中一个无法逃避的现实,随着工业及交

通运输等事业的迅速发展,将产生的大量有害物质和烟尘、二氧化硫、

氮氧化物、一氧化碳、碳氢化合物等排入到大气中,当其浓度超过环

境所能允许的极限并持续一定时间后,就会改变大气特别是空气的正

常组成,破坏自然的物理、化学和生态平衡,从而危害人们的生活、工

作和健康,损害自然资源及财产、器物等[1]。我国大气中污染物以可

吸入颗粒物PM10、PM2.5、二氧化硫SO2、二氧化氮NO2为主。为

了直观的反映和评价空气质量状况,新空气污染监测管理标准中采用

空气质量指数的方法。传统计算方法使用计算器计算处理,不仅费时

繁琐,还容易出错。Excel是一款由微软公司开发的电子表格程序,它包

含大量的数学函数,具有强大的数据编辑功能[2]。利用Excel软件对

数据进行处理可以简化工作程序,节省时间,提高效率。

1 空气质量指数

1.1 空气质量指数的定义

空气质量指数(Air Quality Index,简称AQI)定义为定量描述空气

质量状况的无量纲指数,针对单项污染物的还规定了空气质量分指数

(Individual Air Quality Index,简称IAQI)。当AQI大于50时IAQI最大

的空气污染物称为首要污染物(primary pollutant),若IAQI最大的污染

物为两项或两项以上时,并列为首要污染物。浓度超过过国家环境空

气质量二级标准的污染物,即IAQI大于100的污染物称为超标污染物

(non-attainment pollutant)。空气质量的好坏取决于首要污染物的污染

程度[3]。

1.2 空气质量指数分级方案和分限数值

空气质量指数是根据空气质量标准和各项污染物的生态环境效

应及其对人体健康的影响来确定分级数值及相应的污染物浓度限值。

空气质量指数划分为七档,分别为0～50、51～100、101～150、151～

200、201～250、251～300和大于300,对应于空气质量的7个级别。

空气质量指数越大,级别越高,大气污染越严重,对人体健康和社会活

动的影响也越明显。新标准中空气质量指数评价项目包括SO2、NO2、

CO、O3、PM10、PM2.5。日常监测中空气质量指数很少超过300,以

常规污染物SO2、NO2、PM10、PM2.5指数300前的日报AQI为例。

日报AQI级别及对应的污染物项目浓度限值如表1。

1.3 空气质量分指数计算方法

污染物项目P的空气质量分指数基本计算公式:

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

式中:IAQIP为污染物项目P的空气质量分指数;

CP为污染物项目P的质量浓度值;

BPHi为与CP相近的污染物浓度限值的高位值;

BPLo为与CP相近的污染物浓度限值的低位值;

IAQIHi为与BPHi对应的空气质量分指数,IAQILo为与BPLo对

应的空气质量分指数。

各分指数计算出来后,空气质量指数按最大分指数计算:

AQI=max｛IAQI1,IAQI2,IAQI3,…,IAQIn｝;

n为污染物项目。

2 在Excel表格中计算空气质量指数

根据空气质量指数计算公式和表1中空气质量指数对应的污染

物项目浓度限值,可以列出可吸入颗粒物PM10、PM2.5、二氧化硫

SO2、二氧化氮NO2在Excel表格中的函数解析式。以可吸入颗粒物

PM10为例说明函数解析式在Excel中的表达公式,PM10的函数解析

式如下[4]:

在Excel软件中,选取单元格A1输入需要的PM10浓度值,B1为

对应的空气质量指数。在新的环境标准中环境空气质量指数及分指数

的计算结果都要求全部进位取整数,可以使用Excel软件中向上取整

函数ROUNDUP。对多条件下的分步解析式使用IF函数进行判断计

算。其函数解析式在ExcelB1单元格中的表达公式为:

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,选取A2、A3、A4分别为SO2、NO2、PM2.5所需输入的

浓度值,B2、B3、B4为对应评价项目的空气质量指数。它们在Excel

单元格中的表达公式如下表示。

SO2的公式为:

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的公式为:

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的公式为:

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 结语

由于Excel软件具有大量数学及逻辑函数,将其用于计算空气质

量指数,可以省略掉繁复的计算步骤,快捷准确。在实际使用中可以利

用软件的自动填充方法,将公式自动填充,从而批量计算空气质量指

数。为了防止公式被误删除可以通过Excel工作表工具中的保护功能

对表进行保护,同时将需要手动输入的单元格添加进允许用户编辑区

域。

参考文献

[1] 奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测(修订版)[M].北京:高等教

育出版社,2001.

[2] 文建辉,唐方云,石卉.用Excel解决环境监测中的数学计算

问题[J].仪器仪表与分析监测,2007:44～46.

[3] 环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)[J].环境保护

部,2012,2,29.

[4] 黄战胜,薛平.Excel软件在计算空气污染指数中的应用[J].

中国产业,2011,121(2):40～41.