大気質のインスタントキャストとナウキャストに関する初心者向けガイド。

Typhoon and Dust on East Asia, Courtesy of NASA (attribution)

2015 年 3 月に遡ると、私たちは北京で米国国務省および中国使節団 (北京の米国大使館で PM _2.5モニターを運営している有名な団体) の数名の環境専門家と会う機会がありました。

取り上げられたすべてのトピックの中で、特に取り上げる価値のあるトピックが 1 つあります。それは、「ナウキャスト」システムです。このシステムは、μg/m3 またはppbで表される生の汚染物質測定値を AQI (0 ～ 500 のスケール) に変換するために米国 EPA によって使用されています。これは、 airnow.gov Web サイトで報告されるすべての AQI 値に使用されます。

ナウキャストの背後にあるコンセプトは、濃度を AQI に変換するときに使用する「 24 時間平均」を補正することです。この平均化の理由は、 AQI スケールが各健康懸念レベル (つまり、良好、中程度、... 不健康...) が 24 時間の曝露下で有効であると指定しているためです^[1] 。たとえば、AQI 188 (不健康) を見た場合、「 24 時間外出していて、その 24 時間中のAQI が 188 であれば、健康への影響は不健康である」と解釈する必要があります。これは、「現在報告されている AQI が 188 であれば、健康への影響は不健康である」ということとはまったく異なります。

問題は、24 時間平均化は非常に悪いアイデアであり、少なくとも次の 2 つの理由から廃止されるべきであるということです^[3] 。

まず、大気汚染の原動力は、風によって 30 分以内に空気が完全に浄化されるほどです。この現象は北京で頻繁に見られ、強い北風により PM _2.5 AQI が 1 時間以内に 300 以上から 50 以下になることがあります^[2] 。このような状況が発生すると、空気の質が良好であることがわかるまで 24 時間待ちたくはありません (新鮮な空気を楽しむために散歩に出かけましょう!)。
2 番目の理由は、大気の質が突然悪化した場合です。有名なケースの 1 つは、風が北に向かっているときにシンガポールスモッグを引き起こしたインドネシアの山火事です。この状況下では、AQI が 50 未満から 150 を超えるまでにわずか 1 時間かかります。実際のところ、シンガポールがまだ 24 時間の平均測定値しか提供していなかった頃、喘息や敏感な人々から多くのリクエストがありました。

これは、米国 EPA がナウキャストシステムを導入した理由です。これは、変化する大気質条件下での平均化の必要性を補うために使用される代替換算式です。 Wikipediaによると、次のように説明されています。

NowCast は、直近 12 時間の PM 監視データから計算されますが、汚染物質レベルが変化している場合、NowCast は通常の 12 時間の平均よりも直近数時間のデータを重み付けします。 NowCast は、暦日全体の時間ごとの濃度が監視されるまで、AQI の計算において 24 時間の平均 PM 濃度の代わりに使用されます。」

NowCast AQI の計算に使用される式は、科学者以外の人にとっては野蛮に見えるかもしれません。

and W_min = ¹/₂ and N = 12

しかし実際には、北京の大気質への応用例を見ると、それは非常に簡単です。

Instant AQI (no averaging, AQI converted directly from the 1 hour readings):

NowCast AQI:

ナウキャストで計算された AQI の結果は、平均という点では依然として非常に顕著であり、少なくともアジアの塵の中に住んでいる人が期待するものよりもはるかに優れています。その理由の 1 つは、変化のレベルを決定するための重み係数のしきい値が最小 0.5 に設定されているためですが、実際にはその値は 0.5 よりもはるかに低い場合が多いためです。次のグラフは、このしきい値重み係数を示しています。赤は 0.5 未満の重みを示すために使用されています。

NowCast weight factors:

現在定義されているナウキャスト公式は、アメリカの大気質レベルに基づいた研究の成果です。米国の場合は現在の状況を正確に報告しますが、大気質の影響がより強いアジアの場合はそうではない可能性があります。このため、私たちはナウキャストの公式を各大陸に適応させる必要があると考えています。

アジアの場合、次のように定義できます。 W_min = ¹/₁₀ and N = 3 , 次のグラフに対応します。アジア向けに変更された NowCast (別名 NowCast Asia AQI):

必要に応じて、2 つのパラメータを自分で直接変更することもできます。 W_min = and N = 参考までに、インスタント AQI:

今のところ、世界大気質指数プロジェクトおよびチャイナミッション AQI (別名北京米国大使館、上海米国総領事館など) で使用される換算式は依然として「インスタント AQI 」、別名「インスタントキャスト」に基づいています。 (つまり、平均化はまったく行われません)。しかし、この「アジアン・ナウキャスト」提案の結果に基づいて、これはすぐに更新される可能性があります。

...

[1] 24 時間という期間は、大気汚染への曝露と健康リスクの増加を相関させるために使用された数十年にわたる疫学研究に基づいています。瞬間的曝露（すなわち、約1時間以下の曝露）の影響を相関付ける新たな疫学研究が進行中であるが、その結果が新しい正式な「瞬間的AQIスケール」に変換されるまでには数年かかる可能性がある。

[2] 強風は、粉塵の再浮遊により、PM ₁₀ AQI の増加に非常に多くの影響を及ぼします。

[3] この記事を書いている 2015 年 3 月の時点では、多くの国ではまだ平均 24 時間しか提供していませんでした。 2016 年 9 月現在、まだ平均 24 時間しか提供していないことが知られている国は、マレーシアとブルネイの2 か国だけです。他のすべての国は、未成年者（時間ごと）のデータだけでなく、各汚染物質の個別の濃度も提供しています。

指数	大気質指数の分類(米国）	健康影響 / カテゴリ	粒子状物質(PM10,PM2.5)
0 - 50	良い - Good	通常の活動が可能	なし
51 -100	並 - Moderate	特に敏感な者は、長時間又は激しい屋外活動の減少を検討	非常に敏感な人は、長時間または激しい活動を減らすよう検討する必要がある。
101-150	敏感なグループにとっては健康に良くない - Unhealthy for Sensitive Groups	心臓・肺疾患患者、高齢者及び子供は、長時間又は激しい屋外活動を減少	心疾患や肺疾患を持つ人、高齢者、子供は、長時間または激しい活動を減らす必要がある。
151-200	健康に良くない - Unhealthy	上記の者は、長時間又は激しい屋外活動を中止すべての者は、長時間又は激しい屋外活動を減少	心疾患や肺疾患を持つ人、高齢者、子供は、長時間または激しい活動を中止する必要がある。それ以外の人でも、長時間または激しい活動を減らす必要がある。
201-300	極めて健康に良くない - Very Unhealthy	上記の者は、すべての屋外活動を中止すべての者は、長時間又は激しい屋外活動を中止	心疾患や肺疾患を持つ人、高齢者、子供は、全ての屋外活動を中止する必要がある。それ以外の人でも、長時間または激しい活動を中止する必要がある。
300+	危険 - Hazardous	上記の者は、屋内に留まり、体力消耗を避けるすべての者は、屋外活動を中止	全ての人が屋外活動を中止する必要がある。特に、心疾患や肺疾患を持つ人、高齢者、子供は、屋内に留まって激しい活動を避け静かに過ごす必要がある。

大気質のインスタントキャストとナウキャストに関する初心者向けガイド。
A Beginner's Guide to Air Quality Instant-Cast and Now-Cast.

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