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测量环境质量：污染指数

Neha Khanna

Department of Economics and En6ironmental Studies Program, Binghamton Uni6ersity, Library Tower 1004, P.O. Box 6000, Binghamton, NY 13902-6000, USA

收于2000年1月14日；2000年5月1日以订正格式收到；于2000年5月9日接受

摘要：

本文根据与各种污染物相关的流行病学剂量反应函数和由于污染造成的福利损失，制定污染指数。损害的可能性被转化为福利损失，提供聚合所需的通用度量。然后可以使用等污染表面在时间和空间上比较环境质量。根据“清洁空气法案”（CAA）标准污染物的1997年数据计算空气污染指数（API）。将结果与EPA的污染物标准指数（PSI）进行比较。出现两个显着差异：与PSI不同，API通过空气质量有助于区域的详细排名，API值可能与PSI结果相矛盾。一些PSI值为100-200的地区在拟议方法下与PSI值在50至100之间相比被认为污染较少。产生差异的关键原因PSI值完全由具有最高相对浓度的气体确定，而API值是基于所有污染物的环境浓度。

关键词：剂量反应函数 流行病学 福利 等污染线 空气污染指数 环境质量 空气污染

1. 介绍

在过去的十年左右，污染控制方法有一个根本性的转变。越来越强调自愿减少污染计划，而不是传统的命令和控制方法，甚至使用市场手段，如税收和可交易许可证。虽然有关自愿方法是补充还是替代传统方法仍有争议，但是可以确定，可靠的环境信息是至关重要的（Tietenberg,1998;Kennedy et al,1994）。

污染控制的标准对政策有重要且直接的影响。一个地区是否被污染或污染程度如何,决定了减轻污染的政策和经济资源，以及环境法规的有效性。此外,自愿减少污染方案以这些资料为出发点。然而测量环境质量仍然是一个困难的任务,因为它牵涉到流行病学、公共卫生和经济学。仅仅提供排放和浓度信息是不够的。对于非专业人士来说，这不仅没有意义，由于这些污染物对人口和材料的影响可能会有很大的不同，也不利于对不同污染物进行简单比较。

关于控制环境质量的经济后果的重要研究是EPA在减少汽油中铅的成本和收益(EPA,1984)。这项研究清楚地显示了汽油中铅含量，血铅，以及几种病理生理影响之间的联系，包括贫血，精神发育迟滞，严重的肾脏疾病，甚至是死亡风险非常高的疾病。在这个过程中，研究确定了全社会剂量反应函数的概念。EPA（1997）根据《清洁空气法》确定了所有六个标准污染物的总剂量反应函数，进一步建立在这项研究之上。

然而，经济和政策分析涉及行动或规定对人类福祉的影响。因此，当测量环境质量时，污染的物理影响必须转化为其福利影响。一些最近关于环境变化的经济影响的文献试图使这一环节发生变化。例如,气候变化的综合评估和其他经济模式把温度升高和福利损失联系在一起(例如,Mendelsohn和Nordhaus,1994;Nordhaus,1994)。然而,这些研究在他们的做法中是纯粹的经济学的方式。环境变化和经济产出的损失之间的关系是经验性的,没有考虑底层的流行病学或物理基础。虽然EPA（1997）估计了减少暴露于CAA气体的剂量反应函数和福利收益，但是它没有提供测量总体空气质量的规则。

最近的两项指标值得在这篇文章中特别提及，维吉尼亚州环境质量指数(VCUCES,1999)和环境可持续性指数(YCELP,2000)。这两个指数都提出了一个非常广泛的环境质量指数，它被定义为一组子指数的加权和。在VEQI的情况下，分类指数被公式化为各种污染物的环境浓度的加权和，其中权重被环境专家通过使用Delphi技术经验性的确定。ESI被定义为21个环境因子得分的平均值。 发过来，这些分数是几个环境因素的平均值。两个指标的巨大优势是能够容易地包含各种环境因素和污染物。然而，两个指标都有同样的缺点：没有一种情况，污染物之间的联系，物理影响和最终指标值能够明确确定。

本文定义并经验性地说明了污染指数，此污染指数在流行病学以及微观经济学中具有基础。 它建立在EPA（1997）和污染物标准指数（PSI）基础上，EPA使用这个指数来跟踪空气质量，因此CAA具有效性。 PSI提供了一个良好的起点，因为它试图在对人体健康的身体影响方面分析污染物。 然而，正如本文将显示的那样，仍有改进的余地。在某些情况下，提出的指数收益率与PSI相矛盾。 在这个意义上，PSI在美国可能不是衡量空气质量的可靠标准。

为了便于介绍，本文区分环境指标和环境属性。 环境指标是污染的单个来源 - 二氧化硫的环境浓度，粪大肠菌群，生物需氧量等。 环境属性是指一类指标，它们定义了环境质量的一些中间度量，例如空气或水质。 在不失一般性的情况下，本文的重点仍然是保留对人类健康的益处减少空气和其他污染。 这很容易扩展到污染对所有人口和材料的其他影响。 有限的当前议题有助于保持实证分析易于理解。

表1：

PSI值和健康描述

指数值 空气质量 污染物浓度 健康影响描述

水平 PM₁₀（24h） SO₂(24h) CO(8h) O₃(1h) NO₂(1h)

() () (ppm) (ppm) (ppm)

500 重大危害 600 2620 50 0.6 2.0 危险

400 紧急警告 500 2100 40 0.5 1.6

300 警告 420 1600 30 0.4 1.2 很不健康

200 警告 350 800 15 0.2 0.6 不健康

100 NAAQS^b 150 365 9 0.12 a 良好

50 NAAQS^b的50% 50^c 80^c 4.5 0.06 a 很好

0 0 0 0 0 a

a在低于警戒水平的浓度下报告的无指数值。适用的NO2的短期NAAQS为0.053ppm（EPA1998，表2.1，p.7）。

b国家环境空气质量标准。

c年度主要NAAQS。

d仅指人类健康。 有关更多详细信息，请参阅EPA（1994）。

来源：EPA (1998), (p. 62).

本文的结构如下。 根据第1节，第2节严格审查PSI的方法。 第3节提出了改善的环境污染指数。 第4节说明了美国135个县和大都市统计区空气质量数据的指数，并将结果与PSI进行比较。 第5节结束，提出进一步研究的建议。

2. 污染物标准指数（PSI）

由于EPA已经建立了国家环境空气质量标准（NAAQS）的五种气体，分别是大颗粒物质（PM₁₀），二氧化硫（SO₂），一氧化碳（CO），地面臭氧（O₃）和二氧化氮（NO₂），PSI测量每日空气污染水平。该指数将NAAQS与流行病学功能相结合，以确定每种污染物短期暴露（24小时以下）对人体健康影响的描述（EPA，1994,1998）。它将五种气体的短期浓度转化为0到500之间的数字，表明每天经历的最高污染水平的来源。换句话说，每日指标值由相对于社会范围剂量反应函数的浓度最高的气体决定。 PSI值和相关的健康描述符如表1^[1]所示。EPA根据人口超过200 000每年的PSI值超过100的天数的城市地区来跟踪空气质量。

PSI提供了用于确定区域是否被污染的良好规则。 如果五种污染物中的任何一种的环境浓度超过其NAAQS，则PSI值超过100，并且该区域可以被认为是被污染的。 然而，EPA还使用PSI来确定一个区域相对于其他区域的污染程度，以及区域的空气质量随时间的变化。 面对这些问题，PSI是有问题的。

表2：

1997年环境浓度和污染物标准指数（PSI）值（选定县）

州 县 CO(8h) NO₂(1h,AM^c) O₃(1h,2^nd,Max) PM₁₀(24h,99th,pile^d) SO₂(24h)

(ppm) (ppm) (ppm) () ()

1997年环境浓度

PA Montgomery 2.2 0.0193 0.131 79 65.5

AZ Pima 4.4 0.0178 0.097 129 10.48

IL Cook 5.3 0.0336 0.0113 99 107.42

每种气体的PSI值

PA Montgomery 0 0 100-200 50-100 0

AZ Pima 0 0 50-100 50-100 0

IL Cook 50-100 50-100 50-100 50-100 50-100

每个县的PSI值

PA Montgomery 100-200

AZ Pima 50-100

IL Cook 50-100

a来源：Source: EPA (1998), Table A-12, pp. 122–139. The data for SO2 are reported in ppm. They were converted to mg/m3 using the EPArsquo;s conversion factor of 1 ppm=2620 mg/m3 (D. Mintz, personal communication, March 29, 1999).

b自己的计算基于表1

c算术平均值

d第99百分位数

考虑表2所示的三个县。该表中的数据表示这些县的各个监测点1997年读数的综合平均值。 它们被解释为代表每个县的典型日子的空气质量。^[2]基于表1计算PSI值。根据该指数，Cook和Pima县同样受污染，而Montgomery县的空气质量较差。 但是，请注意，在Cook县五中气体PSI都在50-100范围内，但在Pima县只有两种气体。 此外，Montgomery县与其他两个县相比除O₃之外的所有气体的环境浓度较低。然而，根据PSI，Montgomery是三个县中污染最严重的国家，因为指数值完全由其O₃浓度确定，其将PSI置于100-200范围内，而不管其它气体的环境浓度如何。

本文的目的是根据PSI建立的框架，制定一个基于每种污染物的水平，其各

自的物理影响以及随之而来的福利损失的指标。福利损失提供了不同环境指标的环境浓度可以综合为整体污染指数的共同指标。

3.改善空气污染指数

为了构建指标，首先将环境指标合并到适当的属性中;然后将属性合并到总体污染指数中。因此，如果表示每个指数i(i=1,2,hellip;,I)在范围n(n=1,2,hellip;,N)的环境浓度。指数在n内被定义为，其中。这里s（s=1,2,hellip;,S）表示环境的集合属性是指在范围n内特定的属性，和是连续的存在一阶偏导数

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