ISO 9359:1989
(Main)Air quality — Stratified sampling method for assessment of ambient air quality
Air quality — Stratified sampling method for assessment of ambient air quality
This is by estimating percentiles and means of the frequency distribution of measurements of characteristics. The application to the estimation of means is restricted to certain cases. The procedure enables results which are independent of the actual meteorological conditions prevailing during the interval of time of measurement to be calculated for a longer time.
Qualité de l'air — Échantillonnage stratifié pour l'estimation de la qualité de l'air ambiant
Kakovost zraka - Stratificirana metoda vzorčenja pri ocenjevanju kakovosti zunanjega zraka
General Information
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Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL
IS0
STANDARD 9359
First edition
x389-09-15
Air quality - Stratified sampling method
for assessment of ambient air quality
Qualit de l/air - khan tillonnage s tra tifih pour /‘es tima tion de la qualit
de l’air ambiant
Reference number
IS0 9359 : 1989 (El
---------------------- Page: 1 ----------------------
IS0 9359 : 1989 (El
Foreword
IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all
matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 9359 was prepared by Technical Committee ISO/TC 146,
Air quality.
Annexes A, B and C of this International Standard are for information only.
0 IS0 1989
All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in
writing from the publisher.
International Organization for Standardization
Case postale 56 l CH-121 1 Geneve 20 l Switzerland
Printed in Switzerland
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
IS0 9359 : 1989 (El
Introduction
The ambient air quality at a particular location or region is generally variable with time,
this variation being caused by a number of factors, especially meteorological con-
ditions, topography and patterns of emissions.
Such circumstances may require that a large number of measurements be made over a
long interval of time to ensure that a sufficiently wide range of conditions is covered.
Stratified sampling is one method which reduces the number of measurements needed
to assess certain aspects of ambient air quality. This technique has been applied for
example in ambient air quality surveys and in noise survey&I (see examples given in
annex B).
The basic aim of stratification and stratified sampling is to reduce the number of
measurements needed to obtain results with a desired precision, or to improve the
precision of the results without increasing the number of measurements.
To do this, information is necessary on the conditions which are likely to give rise to
high, low or intermediate values of the ambient air quality characteristic of interest in
the area being studied. This information is used to introduce a stratified sampling
scheme in which the total number of measurements made is distributed among the dif-
ferent strata in such a way that the variance of the data obtained, within a given
stratum, is reduced compared with the overall variance.
The reliability of the stratification scheme selected will depend upon the extent and
validity of a priori knowledge, covering emission sources and the influences of
topography and meteorological conditions on atmospheric dispersion. The use of
results from previous measurement surveys or from specially mounted pilot surveys
can be extremely helpful in the choice of strata L2], as can the application of ambient air
quality models. Data from existing ambient air quality monitoring stations which are
sited to be representative of the area under examination can be used in the method.
The main body of this International Standard outlines principles to be applied for
obtaining a meaningful stratification scheme. Annex A outlines the method to be used
for carrying out the calculations.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
This page intentionally left blank
---------------------- Page: 4 ----------------------
INTERNATIONAL STANDARD
IS0 9359 : 1989 (E)
Air quality - Stratified sampling method for assessment
of ambient air quality
to investigate the possibility of applying the most recent editions
1 Scope
of the standards listed below. Members of IEC and IS0 main-
tain registers of currently valid International Standards.
This International Standard specifies a method for the assess-
ment of certain aspects of ambient air quality in terms of per-
IS 0 2602 : 1980, Statistical interpretation of test results -
centiles and means using the principle of stratified sampling.
Estimation of the mean - Confidence interval.
This is by estimating percentiles and means of the frequency
IS0 2854 : 1976, Statistical interpretation of data - Tech-
distribution of measurements of ambient air quality charac-
niques of estimation and tests relating to means and variances.
teristics. The application to the estimation of means, however,
is restricted to cases where certain assumptions about the fre-
IS0 3534 : 1977, Statistics - Vocabulary and symbols.
quency distribution of the ambient air quality characteristic can
be made using a priori knowledge or when a sufficient number
I SO 7168 : 1985, Air quality - Presentation of ambient air
of statistically independent measurements are available (see
quality data in alphanumerical form.
IS0 2854 and IS0 2602).
The results may be used to assess ambient air quality during the
3 Definitions
period of the measurement survey. (For length of period see
also IS0 7168.) By using information on the longer-term occur-
For the purposes of this International Standard, the following
rence of the various strata, an assessment for a longer period
definitions apply.
can be obtained using the same database.
3.1 percentile : The value XP which separates the range of
Thus, although meteorological conditions have a profound
the population of a parameter into two groups at the level of
effect on the concentration and distribution of air pollutants,
the percentage P.
stratified sampling enables results which are independent of the
actual meteorological conditions prevailing during the interval
3.2 fractile; quantile : The value XP which separates the
of time of measurement to be calculated for a longer term.
range of the population of a parameter into two groups at the
level of the fractionf =
P/100, where P is a given percentage.
3.3 stratified sampling : Of a population which can be
2 Normative references
divided into different sub-populations (called strata), sampling
carried out in such a way that specified proportions of the
The following standards contain provisions which, through
sample are drawn from the different strata. [ISO 35341
reference in this text, constitute provisions of this International
Standard. At the time of publication, the editions indicated
3.4 stratum : Sub-population of a population characterized
were valid. All standards are subject to revision, and parties to
by certain features.
agreements based on this International Standard are encouraged
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
IS0 9359 : 1989 (E)
Wit appropriate to the long-term situation should be used to
4 Symbols
weigh the strata data, and not weighting factors, Wi, for the in-
Symbol Meaning terval of time of measurement. In a similar way, it is possible to
use the method for prospective assessments of ambient air
weighted fraction of the values of fi
f
quality - as might be required, for example, in relation to pro-
upper confidence limit for the weighted fraction
jected increases in traffic flow - and it would then be
f+
necessary to use predicted weighting factors, wi.
lower confidence limit for the weighted fraction
-
f
fraction of the ith stratum being below (or above) a
f
i
Often, there will be some uncertainty in the weighting factors,
given value
and the effect this has on the calculated percentiles or
wif
k number of strata
means will need to be determined by using equations (A.61 and
total number of measurements
n (A.7) (see annex A).
number of measurements in the ith stratum
ni
For a satisfactory stratification, a priori information is required
number of measurements having a value below a
mi
relating the magnitude of the ambient air quality characteristic
given value in the ith stratum
of interest to those factors which affect it or result from it. This
percentage of the ith stratum being below (or
information is used to estimate pi, Gil and wi. The factors on
pi
above) a given value (Pi = 100 fi)
which this information is usually based are the temporal and
spatial patterns of emissions, transport and dispersion, associ-
estimate for the variance off
ations with other ambient air pollutants, and effects of the am-
estimate for the variance of X
bient air pollutant of interest. Examples of ways in which these
estimate for the variance of fi
factors could be used to set up stratification are given below.
estimate for the variance of xv
tabulated value of the t-distribution for the one-
5.1 Patterns of emissions
sided test at the significance level a and for v
degrees of freedom (for tables see IS0 2602)
Certain emissions show obvious variations with time or in their
tabulated value of the standardized normal distribu-
U1-CZ.
spatial pattern.
tion for the one-sided test at the significance level a
x weighted mean of the values of Xi
EXAMRLES
upper confidence limit for the weighted mean
X+
x- lower confidence limit for the weighted mean 1 Emissions of sulfur dioxide and other combustion products
-
produced as a result of space heating have a strong seasonal
arithmetic mean of measurements within the ith
xi
variation. It could be appropriate to define strata covering dif-
stratum
ferent periods of the year, e.g. summer and winter, if the
jth measurement in the ith stratum
%j
assessment of ambient air quality being made is likely to be af-
probability of occurrence of the ith stratum given as
wi fected by these emissions.
a weighting factor
percentile ; fractile (or quantile)
XP 2 Road traffic exhaust emissions usually have a strong diurnal
a significance level variation; their source can be considered to be linear in the case
of a major road or areal in the case of an urban area. If airborne
l-a confidence level
lead levels were being assessed in the vicinity of a main
A margin of error
highway, then the strata used could be based on distance from
mean of population the highway and time of day in relation to peak traffic flow
P
periods. A spatial or temporal stratification could be used to
mean of the ith stratum
Pi
assess carbon monoxide levels in an urban area.
V number of degrees of freedom
variance of fi
am
5.2 Transport and dispersion
variance of xij
&j)
When selecting criteria for a stratification scheme related to the
transport and dispersion of air pollutants in the atmosphere, it
5 Guidelines for stratification is necessary to decide whether long-range transport of air
pollution, governed by synoptic factors, or nearby sources,
The stratification scheme should be designed in such a way
meteorological effects and topography, is the dominant in-
that the strata means, pi, are different from each other and the
fluence on the ambient air quality characteristic of interest.
variances are smaller than the variance of the population. The
Stratification may then be based on factors such as
probability of occurrence of each stratum, Wi, should be known
in advance (see 5.1 to 5.6). To calculate final results it is
- local topography;
necessary to use weighting factors, Wit which refer to the time
-
period for which the assessment of ambient air quality is being
air temperature;
made.
-
wind speed and wind direction;
assessment is needed, based on only a relatively
If a long-term
weighting factors, - atmospheric stability;
short interval of time of measurement, then
2
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IS0 9359 : 1989 (El
-
5.5 Pilot surveys
mixing height;
-
solar radiation;
If it is not possible to devise a stratification on the basis of
-
existing knowledge of ambient air quality and the factors
weather type;
governing its variation in the area of interest, then it may be
- air mass type;
necessary to set up a pilot survey of ambient air quality, or to
carry out calculations using ambient air quality models, which
or on results of dispersion models. These models using
are themselves based on stratification.
emission and meteorological data predict the temporal and
spatial pattern of ambient air quality which may be used to
devise stratification schemes.
5.6 Ambient air quality models
EXAMPLES Ambient air quality models, using emission and meteorological
data to predict the temporal and spatial emission patterns of
I Considering the effects of a single emission source at some
ambient air quality, may be used to devise stratification.
distance from the area under examination, a stratification based
on wind speed and wind direction may be useful (see also
clause B. I ).
Measurement guidelines
2 An assessment of ambient air quality may be required in an
urban-industrial basin area with many emission sources. Here,
61 . Number of strata and number of
a variety of parameters could be examined for their suitability,
measurements per stratum
e.g. atmospheric stability, seasonal effects, wind speed and
wind direction (see also clause B.2).
Having decided on a stratification criterion, it is then necessary
to decide how many strata are to be used, and how many
3 If concentrations of carbon monoxide need to be assessed
measurements are to be made within each stratum to achieve a
at street level in an area with tall buildings, e.g. in the central
desired confidence limit in the assessment.
part of a large city, then wind speed and wind direction may be
used along with the time of day (see also 5. I, example 1).
Experience with the stratified sampling technique has shown
4 If oxidants are being assessed, a stratification based on that the reduction in variance obtained by increasing the
solar radiation, wind direction and temperature may be useful. number of strata, k, soon falls off, and that k = 2, 3, or 4 is
usually sufficient.
5 For inter-regional or long-range transported air pollutants,
the air mass concept may be used.
If the probability, Wj, and the estimate of the variance of each
stratum, sf, are known from a priori knowledge (see 5.1 to 5.4)
5.3 Associations with other ambient air or a pilot survery (see 5.51, the total number of measurements,
n, for a given margin of error, A, is given by equation (I) :
pollutants
Some ambient air quality characteristics are indicative of at-
mospheric conditions or are associated with other ambient air
(I)
quality characteristics of interest. The concentrations of certain
ambient air pollutants may be closely correlated and stratified
sampling for the ambient air pollutant of interest may then be
The theory of stratified sampling shows that, once the total
carried out on the basis of the level of the indicator ambient air
number of measurements to be made has been decided upon,
pollutant.
it is possible to allocate these among the different strata so as
to achieve a minimum variance in the results calculated for the
EXAMPLE - The concentrations of the ambient air pollutant
population.
of interest, as measured for example at a fixed, continuous
monitoring station, can be used to define strata within which
If the arithmetic mean is determined, then this optimum allo-
random sampling can be performed (see also clause B.3).
cation is achieved when
5.4 Effects
Wj Sj
?li = ?l . . .
(2)
k
The effects of ambient air pollution may lend themselves to
Wi Si
establish a stratification.
c
i=l
EXAMPLES
And if fractions are determined, then
I Effects on plant growth or crops could lead to an areal or
temporal stratification.
Wj dfi (1 - fi)
ni = n . . .
(3)
2 Frequency and occurrence of complaints from the public
k
about odours, for example, could also be used.
wi l/fi (1 - fi)
c
3 Plants and growth periods.
3
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IS0 9359 : 1989 (El
way in which these are to be allocated among the different
In other words, a large number of measurements should be car-
strata, it is then necessary to decide on a scheme for obtaining
ried out in a particular stratum if that stratum has a higher prob-
measurements within each stratum which are random in time
ability of occurrence, as given by Wit or a large variance, as
and space, respectively. The interval of time of measurement
given by S; or fi (1 - fi) s
should be less than the expected duration of the stratum con-
dition.
To calculate the number of measurements in the ith stratum,
ni, precisely, knowledge of both Wi and cti (or fi) is needed.
While the weighting factors, Wit may be established before the
NOTES
measurements begin, it is likely that there is little or no infor-
1 Randomness in time can be achieved simply by using random
mation on ai (or j’i), Consequently, it is advisable to refine ni
number tables, but for purely practical reasons it may be necessary to
as the measurements proceed, by calculating Si (orfi) and then
limit intervals of time of measurement to, for example, normal daytime
making use of these in equations (2) or (3).
working hours. In this case, great care is needed to ensure that bias is
not introduced to the measured values due to a temporal pattern in the
NOTE - The validity of some of the equations given in annex A will
air quality characteristic being assessed, e.g. the diurnal variation in
depend upon the number of measurements made in a particular
traffic exhaust emissions. A temporal form of stratification should be
stratum. Thus equation (A.9) requires that ni > 15 since it is based on
decided upon if considerable influence is to be expected. This will
the approximated binomial test ; if this is not satisfied, then exact
necessitate measurements being carried out outside normal working
theory must be used. The equation giving confidence limits for the
...
SLOVENSKI STANDARD
SIST ISO 9359:1997
01-maj-1997
.DNRYRVW]UDND6WUDWLILFLUDQDPHWRGDY]RUþHQMDSULRFHQMHYDQMXNDNRYRVWL
]XQDQMHJD]UDND
Air quality - Stratified sampling method for assessment of ambient air quality
Qualité de l'air - Échantillonnage stratifié pour l'estimation de la qualité de l'air ambiant
Ta slovenski standard je istoveten z: ISO 9359:1989
ICS:
13.040.20 Kakovost okoljskega zraka Ambient atmospheres
SIST ISO 9359:1997 en
2003-01.Slovenski inštitut za standardizacijo. Razmnoževanje celote ali delov tega standarda ni dovoljeno.
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SIST ISO 9359:1997
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SIST ISO 9359:1997
INTERNATIONAL
IS0
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Air quality - Stratified sampling method
for assessment of ambient air quality
Qualit de l/air - khan tillonnage s tra tifih pour /‘es tima tion de la qualit
de l’air ambiant
Reference number
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IS0 (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of
national standards bodies (IS0 member bodies). The work of preparing International
Standards is normally carried out through IS0 technical committees. Each member
body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, govern-
mental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. IS0
collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all
matters of electrotechnical standardization.
Draft International Standards adopted by the technical committees are circulated to
the member bodies for approval before their acceptance as International Standards by
the IS0 Council. They are approved in accordance with IS0 procedures requiring at
least 75 % approval by the member bodies voting.
International Standard IS0 9359 was prepared by Technical Committee ISO/TC 146,
Air quality.
Annexes A, B and C of this International Standard are for information only.
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All rights reserved. No part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any
means, electronic or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in
writing from the publisher.
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Printed in Switzerland
ii
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IS0 9359 : 1989 (El
Introduction
The ambient air quality at a particular location or region is generally variable with time,
this variation being caused by a number of factors, especially meteorological con-
ditions, topography and patterns of emissions.
Such circumstances may require that a large number of measurements be made over a
long interval of time to ensure that a sufficiently wide range of conditions is covered.
Stratified sampling is one method which reduces the number of measurements needed
to assess certain aspects of ambient air quality. This technique has been applied for
example in ambient air quality surveys and in noise survey&I (see examples given in
annex B).
The basic aim of stratification and stratified sampling is to reduce the number of
measurements needed to obtain results with a desired precision, or to improve the
precision of the results without increasing the number of measurements.
To do this, information is necessary on the conditions which are likely to give rise to
high, low or intermediate values of the ambient air quality characteristic of interest in
the area being studied. This information is used to introduce a stratified sampling
scheme in which the total number of measurements made is distributed among the dif-
ferent strata in such a way that the variance of the data obtained, within a given
stratum, is reduced compared with the overall variance.
The reliability of the stratification scheme selected will depend upon the extent and
validity of a priori knowledge, covering emission sources and the influences of
topography and meteorological conditions on atmospheric dispersion. The use of
results from previous measurement surveys or from specially mounted pilot surveys
can be extremely helpful in the choice of strata L2], as can the application of ambient air
quality models. Data from existing ambient air quality monitoring stations which are
sited to be representative of the area under examination can be used in the method.
The main body of this International Standard outlines principles to be applied for
obtaining a meaningful stratification scheme. Annex A outlines the method to be used
for carrying out the calculations.
. . .
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INTERNATIONAL STANDARD
IS0 9359 : 1989 (E)
Air quality - Stratified sampling method for assessment
of ambient air quality
to investigate the possibility of applying the most recent editions
1 Scope
of the standards listed below. Members of IEC and IS0 main-
tain registers of currently valid International Standards.
This International Standard specifies a method for the assess-
ment of certain aspects of ambient air quality in terms of per-
IS 0 2602 : 1980, Statistical interpretation of test results -
centiles and means using the principle of stratified sampling.
Estimation of the mean - Confidence interval.
This is by estimating percentiles and means of the frequency
IS0 2854 : 1976, Statistical interpretation of data - Tech-
distribution of measurements of ambient air quality charac-
niques of estimation and tests relating to means and variances.
teristics. The application to the estimation of means, however,
is restricted to cases where certain assumptions about the fre-
IS0 3534 : 1977, Statistics - Vocabulary and symbols.
quency distribution of the ambient air quality characteristic can
be made using a priori knowledge or when a sufficient number
I SO 7168 : 1985, Air quality - Presentation of ambient air
of statistically independent measurements are available (see
quality data in alphanumerical form.
IS0 2854 and IS0 2602).
The results may be used to assess ambient air quality during the
3 Definitions
period of the measurement survey. (For length of period see
also IS0 7168.) By using information on the longer-term occur-
For the purposes of this International Standard, the following
rence of the various strata, an assessment for a longer period
definitions apply.
can be obtained using the same database.
3.1 percentile : The value XP which separates the range of
Thus, although meteorological conditions have a profound
the population of a parameter into two groups at the level of
effect on the concentration and distribution of air pollutants,
the percentage P.
stratified sampling enables results which are independent of the
actual meteorological conditions prevailing during the interval
3.2 fractile; quantile : The value XP which separates the
of time of measurement to be calculated for a longer term.
range of the population of a parameter into two groups at the
level of the fractionf =
P/100, where P is a given percentage.
3.3 stratified sampling : Of a population which can be
2 Normative references
divided into different sub-populations (called strata), sampling
carried out in such a way that specified proportions of the
The following standards contain provisions which, through
sample are drawn from the different strata. [ISO 35341
reference in this text, constitute provisions of this International
Standard. At the time of publication, the editions indicated
3.4 stratum : Sub-population of a population characterized
were valid. All standards are subject to revision, and parties to
by certain features.
agreements based on this International Standard are encouraged
1
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IS0 9359 : 1989 (E)
Wit appropriate to the long-term situation should be used to
4 Symbols
weigh the strata data, and not weighting factors, Wi, for the in-
Symbol Meaning terval of time of measurement. In a similar way, it is possible to
use the method for prospective assessments of ambient air
weighted fraction of the values of fi
f
quality - as might be required, for example, in relation to pro-
upper confidence limit for the weighted fraction
jected increases in traffic flow - and it would then be
f+
necessary to use predicted weighting factors, wi.
lower confidence limit for the weighted fraction
-
f
fraction of the ith stratum being below (or above) a
f
i
Often, there will be some uncertainty in the weighting factors,
given value
and the effect this has on the calculated percentiles or
wif
k number of strata
means will need to be determined by using equations (A.61 and
total number of measurements
n (A.7) (see annex A).
number of measurements in the ith stratum
ni
For a satisfactory stratification, a priori information is required
number of measurements having a value below a
mi
relating the magnitude of the ambient air quality characteristic
given value in the ith stratum
of interest to those factors which affect it or result from it. This
percentage of the ith stratum being below (or
information is used to estimate pi, Gil and wi. The factors on
pi
above) a given value (Pi = 100 fi)
which this information is usually based are the temporal and
spatial patterns of emissions, transport and dispersion, associ-
estimate for the variance off
ations with other ambient air pollutants, and effects of the am-
estimate for the variance of X
bient air pollutant of interest. Examples of ways in which these
estimate for the variance of fi
factors could be used to set up stratification are given below.
estimate for the variance of xv
tabulated value of the t-distribution for the one-
5.1 Patterns of emissions
sided test at the significance level a and for v
degrees of freedom (for tables see IS0 2602)
Certain emissions show obvious variations with time or in their
tabulated value of the standardized normal distribu-
U1-CZ.
spatial pattern.
tion for the one-sided test at the significance level a
x weighted mean of the values of Xi
EXAMRLES
upper confidence limit for the weighted mean
X+
x- lower confidence limit for the weighted mean 1 Emissions of sulfur dioxide and other combustion products
-
produced as a result of space heating have a strong seasonal
arithmetic mean of measurements within the ith
xi
variation. It could be appropriate to define strata covering dif-
stratum
ferent periods of the year, e.g. summer and winter, if the
jth measurement in the ith stratum
%j
assessment of ambient air quality being made is likely to be af-
probability of occurrence of the ith stratum given as
wi fected by these emissions.
a weighting factor
percentile ; fractile (or quantile)
XP 2 Road traffic exhaust emissions usually have a strong diurnal
a significance level variation; their source can be considered to be linear in the case
of a major road or areal in the case of an urban area. If airborne
l-a confidence level
lead levels were being assessed in the vicinity of a main
A margin of error
highway, then the strata used could be based on distance from
mean of population the highway and time of day in relation to peak traffic flow
P
periods. A spatial or temporal stratification could be used to
mean of the ith stratum
Pi
assess carbon monoxide levels in an urban area.
V number of degrees of freedom
variance of fi
am
5.2 Transport and dispersion
variance of xij
&j)
When selecting criteria for a stratification scheme related to the
transport and dispersion of air pollutants in the atmosphere, it
5 Guidelines for stratification is necessary to decide whether long-range transport of air
pollution, governed by synoptic factors, or nearby sources,
The stratification scheme should be designed in such a way
meteorological effects and topography, is the dominant in-
that the strata means, pi, are different from each other and the
fluence on the ambient air quality characteristic of interest.
variances are smaller than the variance of the population. The
Stratification may then be based on factors such as
probability of occurrence of each stratum, Wi, should be known
in advance (see 5.1 to 5.6). To calculate final results it is
- local topography;
necessary to use weighting factors, Wit which refer to the time
-
period for which the assessment of ambient air quality is being
air temperature;
made.
-
wind speed and wind direction;
assessment is needed, based on only a relatively
If a long-term
weighting factors, - atmospheric stability;
short interval of time of measurement, then
2
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SIST ISO 9359:1997
IS0 9359 : 1989 (El
-
5.5 Pilot surveys
mixing height;
-
solar radiation;
If it is not possible to devise a stratification on the basis of
-
existing knowledge of ambient air quality and the factors
weather type;
governing its variation in the area of interest, then it may be
- air mass type;
necessary to set up a pilot survey of ambient air quality, or to
carry out calculations using ambient air quality models, which
or on results of dispersion models. These models using
are themselves based on stratification.
emission and meteorological data predict the temporal and
spatial pattern of ambient air quality which may be used to
devise stratification schemes.
5.6 Ambient air quality models
EXAMPLES Ambient air quality models, using emission and meteorological
data to predict the temporal and spatial emission patterns of
I Considering the effects of a single emission source at some
ambient air quality, may be used to devise stratification.
distance from the area under examination, a stratification based
on wind speed and wind direction may be useful (see also
clause B. I ).
Measurement guidelines
2 An assessment of ambient air quality may be required in an
urban-industrial basin area with many emission sources. Here,
61 . Number of strata and number of
a variety of parameters could be examined for their suitability,
measurements per stratum
e.g. atmospheric stability, seasonal effects, wind speed and
wind direction (see also clause B.2).
Having decided on a stratification criterion, it is then necessary
to decide how many strata are to be used, and how many
3 If concentrations of carbon monoxide need to be assessed
measurements are to be made within each stratum to achieve a
at street level in an area with tall buildings, e.g. in the central
desired confidence limit in the assessment.
part of a large city, then wind speed and wind direction may be
used along with the time of day (see also 5. I, example 1).
Experience with the stratified sampling technique has shown
4 If oxidants are being assessed, a stratification based on that the reduction in variance obtained by increasing the
solar radiation, wind direction and temperature may be useful. number of strata, k, soon falls off, and that k = 2, 3, or 4 is
usually sufficient.
5 For inter-regional or long-range transported air pollutants,
the air mass concept may be used.
If the probability, Wj, and the estimate of the variance of each
stratum, sf, are known from a priori knowledge (see 5.1 to 5.4)
5.3 Associations with other ambient air or a pilot survery (see 5.51, the total number of measurements,
n, for a given margin of error, A, is given by equation (I) :
pollutants
Some ambient air quality characteristics are indicative of at-
mospheric conditions or are associated with other ambient air
(I)
quality characteristics of interest. The concentrations of certain
ambient air pollutants may be closely correlated and stratified
sampling for the ambient air pollutant of interest may then be
The theory of stratified sampling shows that, once the total
carried out on the basis of the level of the indicator ambient air
number of measurements to be made has been decided upon,
pollutant.
it is possible to allocate these among the different strata so as
to achieve a minimum variance in the results calculated for the
EXAMPLE - The concentrations of the ambient air pollutant
population.
of interest, as measured for example at a fixed, continuous
monitoring station, can be used to define strata within which
If the arithmetic mean is determined, then this optimum allo-
random sampling can be performed (see also clause B.3).
cation is achieved when
5.4 Effects
Wj Sj
?li = ?l . . .
(2)
k
The effects of ambient air pollution may lend themselves to
Wi Si
establish a stratification.
c
i=l
EXAMPLES
And if fractions are determined, then
I Effects on plant growth or crops could lead to an areal or
temporal stratification.
Wj dfi (1 - fi)
ni = n . . .
(3)
2 Frequency and occurrence of complaints from the public
k
about odours, for example, could also be used.
wi l/fi (1 - fi)
c
3 Plants and growth periods.
3
---------------------- Page: 9 ----------------------
SIST ISO 9359:1997
IS0 9359 : 1989 (El
way in which these are to be allocated among the different
In other words, a large number of measurements should be car-
strata, it is then necessary to decide on a scheme for obtaining
ried out in a particular stratum if that stratum has a higher prob-
measurements within each stratum which are random in time
ability of occurrence, as given by Wit or a large variance, as
and space, respectively. The interval of time of measurement
given by S; or fi (1 - fi) s
should be less than the expected duration of the stratum con-
dition.
To calculate the number of measurements in the ith stratum,
ni, precisely, knowledge of both Wi and cti (or fi) is needed.
While the weighting factors, Wit may be established before the
NOTES
measurements begin, it is likely that there is little or no infor-
1 Randomness in time can be achieved simply by using random
mation on ai (or j’i), Consequently, it is advisable to refine ni
number tables, but for purely practical reasons it may be necessary to
as the measurements proceed, by calculating Si (orfi) and then
limit intervals of time of measurement to, for example, normal daytime
making use of these in equations (2) or (3).
working hours. In this case, great care is needed to ensure that bias is
not introduced to the measured values due to a temporal pattern in the
NOTE - The validity of some of the equations given in annex A will
air quality characteristic being assessed, e.g. the diurnal variation in
depend upon the number of measurements made in a particular
traffic exhaust emissions. A temporal form of stratification should be
s
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
9359
Première édition
1989-09-15
Qualité de l’air - Échantillonnage stratifié pour
l’estimation de la qualité de l’air ambiant
Air quality - Stra tifïed sampling method for assessmen t of ambient air quafity
Numéro de référence
ISO 9359 : 1989 (FI
---------------------- Page: 1 ----------------------
SO 9359 : 1989 (FI
Avant-propos
I L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 9359 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 146,
Qualité de l’air.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale
sont données uniquement à
titre d’information.
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
Organisation internationale de normalisation
Case postale 56 l CH-121 1 Genève 20 l Suisse
Imprimé en Suisse
ii
---------------------- Page: 2 ----------------------
ISO 9359 : 1989 (FI
Introduction
La qualité de l’air ambiant en un lieu ou dans une région donnés varie généralement
dans le temps et suivant un certain nombre de facteurs, notamment les conditions
météorologiques, la topographie et les types d’émission.
Ces circonstances diverses peuvent nécessiter un nombre important de mesurages sur
une longue période, pour être représentatifs d’un éventail de conditions suffisamment
étendu. L’échantillonnage stratifié est l’une des méthodes permettant de réduire le
nombre de mesurages requis pour quantifier certains aspects de la qualité de l’air
ambiant. Cette technique a notamment été employée lors d’études de la qualité de l’air
ambiant et d’études d’émission acoustique [13 (voir les exemples donnés dans
l’annexe B).
La stratification et l’échantillonnage stratifié ont pour principal objet de réduire le nom-
bre de mesurages requis pour obtenir des résultats d’une fidélité donnée ou pour amé-
liorer la fidélité des résultats sans acroître le nombre de mesurages.
A cet effet, des informations sont nécessaires quant aux conditions susceptibles
d’engendrer des valeurs élevées, faibles ou moyennes de l’indicateur de qualité de l’air
ambiant étudié dans la région visée. Ces informations servent à composer un schéma
d’échantillonnage stratifié au sein duquel le nombre total de mesurages effectués est
réparti entre les différentes strates de sorte que la variante des données obtenues à
l’intérieur d’une même strate soit plus faible que la variante globale.
La fiabilité du schéma de stratification choisi dépendra de l’importance et de la validité
des connaissances préalables concernant les sources d’émission et l’influence de la
topographie et des conditions météorologiques sur la dispersion atmosphérique. Les
résultats de précédentes campagnes de mesurage ou d’études pilotes spécifiques
peuvent s’avérer extrêmement utiles dans le choix des Strates[*] et l’application des
modèles de qualité de l’air ambiant. Cette méthode peut également s’appuyer sur les
données fournies par les stations existantes de contrôle de la qualité de l’air ambiant,
dont la situation est représentative de la région étudiée.
Le corps de la présente Norme internationale établit les principes à respecter pour obte-
nir un schéma de stratification pertinent. L’annexe A prescrit la méthode à utiliser pour
effectuer les calculs.
. . .
III
---------------------- Page: 3 ----------------------
Page blanche
---------------------- Page: 4 ----------------------
NORME INTERNATIONALE
ISO 9359 : 1989 (F)
Qualité de l’air - Échantillonnage stratifié pour
l’estimation de la qualité de l’air ambiant
sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
1 Domaine d’application
les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres
de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes interna-
La présente Norme internationale prescrit une méthode permet-
tionales en vigueur à un moment donné.
tant d’évaluer certains aspects de la qualité de l’air ambiant en
termes de percentiles et de moyennes, sur le principe de
ISO 2602 : 1980, Interprétation statistique de résultats d’essai
l’échantillonnage stratifié.
- Estimation de la moyenne - Intervalle de confiance.
Cela s’applique par estimation de percentiles et de moyennes
ISO 2854 : 1976, Interprétation statistique des données -
des fréquences de distribution des mesures relatives aux
Techniques d’estimation et tests portant sur des moyennes et
valeurs de la pollution de l’air ambiant. L’estimation de moyen-
des variantes.
nes se limite toutefois aux cas où l’on est fondé à forger certai-
nes hypothèses quant à la distribution de fréquence de la carac-
ISO 3534 : 1977, Statistique - Vocabulaire et symboles.
téristique de qualité de l’air ambiant à partir de connaissances
préalables ou lorsqu’on dispose d’un nombre suffisant de
I SO 7168 : 1985, Qualité de l’air - Présentation sous forme
mesurages statistiquement indépendants (voir ISO 2854 et
ISO 2602). alphanumérique des données relatives à la qualité de l’air
ambiant.
On peut exploiter les résultats pour évaluer la qualité de l’air
ambiant pendant la période de mesurage. (Pour la longueur de
la période, voir aussi ISO 7168.) Des informations sur I’occur- 3 Définitions
rente sur une longue période des différentes strates peuvent
aboutir à une validation sur une période plus étendue de la Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
même base de données. tions suivantes s’appliquent.
En effet, bien que les conditions météorologiques aient une
3.1 percentile : Valeur Xp séparant l’intervalle de population
grande influence sur la concentration et la répartition des pol-
d’un paramètre en deux groupes au niveau du pourcentage P.
luants atmosphériques, l’échantillonnage stratifié permet donc
de valider, sur une plus longue période, des résultats indépen-
3.2 fractiie; quantile : Valeur Xp séparant l’intervalle de
dants des conditions météorologiques prédominantes pendant
population d’un paramètre en deux groupes au niveau de la
la période de mesurage.
fraction f = WlOO, où P est un pourcentage donné.
3.3 échantillonnage stratifié : Au sein d’une population
2 Références normatives
pouvant être fractionnée en différentes sous-populations
(appelées strates), échantillonnage effectué de sorte que des
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
proportions spécifiées de l’échantillon soient prélevées dans les
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
différentes strates. [ISO 35341
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre- 3.4 strate : Sous-population d’une population présentant
nantes des accords fondés sur la présente Norme internationale
certaines caractéristiques.
1
---------------------- Page: 5 ----------------------
ISO 9359 : 1989 (F)
Si une évaluation est requise sur une longue période, fondée
4 Symboles
uniquement sur une brève période de mesurage, il y a lieu d’uti-
Symbole Signification liser des facteurs de pondération Wi appropriés à la situation à
long terme pour pondérer les données des différentes strates et
fraction pondérée des valeurs de fi
f
non les facteurs de pondération relevés pendant la période de
limite supérieure de confiance de la fraction
f mesurage. De la même facon, il est possible d’appliquer la
+
pondérée
méthode à des évaluations prospectives de la qualité de l’air
ambiant - ainsi que peut l’exiger, par exemple, une prévision
limite inférieure de confiance de la fraction pondérée
f-
d’augmentation de la circulation - auquel cas il sera nécessaire
fraction de la strate i qui est inférieure (ou supé-
fi
d’utiliser des facteurs de pondération théoriques Wi.
rieure) à une valeur donnée
k nombre de strates
Les facteurs de pondération Wi seront souvent entâches de
nombre total de mesurages
n
quelque incertitude dont on devra déterminer l’effet sur les per-
centiles ou les moyennes calculés en recourant aux équations
nombre de mesurages dans la strate i
ni
(A.61 et (A.71 (voir annexe A).
nombre de mesurages dont la valeur est inférieure à
mi
une valeur donnée dans la strate i
Pour parvenir à une stratification satisfaisante, il importe de
pourcentage de la strate i qui est inférieur (ou supé-
pi
recueillir des informations préalables quant au lien existant
rieur) à une valeur donnée (Pi = 100 fi)
entre l’importance de la caractéristique étudiée de qualité de
estimation de la variante de f
s*(f)
l’air ambiant et les facteurs qui la régissent ou en découlent.
s2(x) estimation de la variante de X
Ces informations servent à estimer /!.4i, ai et Wim Les facteurs sur
lesquels ces informations reposent sont généralement les
estimation de la variante de fi
s?(fi)
modèles d’émission dans le temps et l’espace, le transport et la
estimation de la variante de xu
+ij)
dispersion, les associations à d’autres polluants de l’air ambiant
valeur classifiée de la loi-t pour le test unilatéral au
b;l-Cl
et les effets de l’agent polluant considéré en particulier. Des
niveau de signification a et pour v degrés de liberté
exemples montrant comment définir une stratification à partir
(se reporter aux tableaux de I’ISO 2602)
de ces différents facteurs sont donnés ci-après.
valeur classifiée de la loi normale réduite pour le test
ul-a
unilatéral au niveau de signification a
x moyenne pondérée des Xi
5.1 Modèles d’émissions
limite supérieure de confiance de la moyenne
x+
pondérée
Certaines émissions connaissent des variations évidentes dans
le temps ou dans l’espace.
limite inférieure de confiance de la moyenne
x-
pondérée
-
moyenne arithmétique des mesures de la strate i EXEMPLES
xi
jème mesurage dans la strate i
Xl)
1 Les émissions de dioxyde de soufre et d’autres produits de
probabilité d’occurrence de la strate i, indiquée sous
wi
combustion résultant du chauffage des locaux connaissent de
la forme d’un facteur de pondération
fortes variations saisonnières. II conviendrait donc de définir
percentile ; f ractile (ou quantile)
XP des strates couvrant différentes périodes de l’année, par exem-
ple l’été et l’hiver, s’il est probable que ces émissions puissent
a niveau de signification
influencer l’évaluation de la qualité de l’air ambiant.
1 -a niveau de confiance
A marge d’erreur
2 Les émissions de gaz d’échappement connaissent générale-
moyenne de la population
P ment une forte variation dans la journée, leur source pouvant
être jugée linéaire dans le cas d’une route principale ou surfaci-
moyenne de la strate i
Pi
que dans le cas d’une zone urbaine. Si l’on a évalué la teneur en
V nombre de degrés de liberté
plomb de l’air à proximité d’une autoroute, on pourra définir les
a?(fi) variante de fi
strates d’après la distance par rapport à l’autoroute et les
a?(xij) variante de x0 moments de la journée où’se situent les heures de pointe. Une
stratification spatiale ou temporelle visera quant à elle à évaluer
les niveaux de concentration du monoxyde de carbone en
milieu urbain.
5 Conseils pour établir la stratification
5.2 Transport et dispersion
II convient de concevoir le programme de stratification de sorte
que les moyennes de strates, pi, soient différentes entre elles et
que les variantes soient inférieures à la variante de la popula- Lors du choix de critères pour établir un schéma de stratifica-
tion. La probabilité d’occurrence de chaque strate, Wi, devrait tion lié au transport et à la dispersion de polluants dans I’atmos-
être connue à l’avance (voir 5.1 à 5.6). Pour calculer les résul- phère, il importe de déterminer si une grande mobilité de la pol-
tats définitifs, il est nécessaire d’utiliser des facteurs de pondé-
lution atmosphérique, régie par des facteurs synoptiques ou
ration Wi qui se rapportent à l’intervalle de temps pendant lequel bien des sources proches ainsi que des conditions météorologi-
on procède à l’évaluation de la qualité de l’air ambiant.
ques et topographiques, constitue l’influence dominante sur la
2
---------------------- Page: 6 ----------------------
ISO 9359 : 1989 (FI
de l’air ambiant étudiée. La stratifi- 5.4 Effets
caractéristique de la qualité
cation pourra alors reposer sur des facteurs tels que
Les effets de la po lllution de l’air ambiant peuvent se
prêter à
- la topographie du lieu;
stratification.
une
- la température de l’air;
EXEMPLES
- la vitesse et la direction du vent;
- la stabilité atmosphérique;
1 Les effets sur la croissance des plantes et des récoltes
peu-
- la hauteur de la couche de mélange; vent appeler une stratification spatiale ou temporelle.
- le rayonnement solaire;
2 On peut également exploiter la fréquence et I’occur ‘rente
- le type de temps; des plaintes du public à propos des odeurs par exemple.
- le type de masse d’air;
3 Plantes et périodes de croissance.
ou sur les résultats des modèles de dispersion. Les modèles
fondés sur les données d’émission et météorologiques visent à
5.5 Études pilotes
prédire le modèle temporel et spatial de la qualité de l’air
ambiant qui peut servir à définir les schémas de stratification.
S’il n’est pas possible d’établir une stratification d’après une
connaissance existante de la qualité de l’air ambiant et des fac-
EXEMPLES
teurs régissant sa variation dans la zone considérée, il peut
s’avérer nécessaire de mettre en place une étude pilote de la
1 En ce qui concerne les effets d’une source unique d’émis-
qualité de l’air ambiant ou d’effectuer des calculs à partir de
sion située à quelque distance de la zone étudiée, il peut s’avé-
modèles de l’air ambiant, eux-mêmes issus d’une stratification.
rer utile d’établir une stratification d’après la vitesse et la direc-
tion du vent (voir aussi annexe B, article B.1).
5.6 Modèles de qualité de l’air ambiant
2 Une évaluation de la qualité de l’air ambiant peut être
requise dans un complexe urbain et industriel comportant de
Les modèles rendant compte de la qualité de l’air ambiant à par-
nombreuses sources d’émission. Un grand nombre de paramè-
tir de données d’émission et météorologiques, et destinés à
tres peuvent ici être examinés quant à leur adéquation, par
prévoir les schémas temporel et spatial d’émission de la qualité
exemple la stabilité atmosphérique, les effets saisonniers, la
de l’air ambiant, peuvent être utilisés pour concevoir une strati-
vitesse et la direction du vent (voir aussi annexe B, article B.2).
f ication.
3 Si l’on doit évaluer les concentrations du monoxyde de car-
bone au niveau de la rue dans une zone occupée par des bâti-
ments de grande hauteur, par exemple au centre d’une grande
6 Directives de mesurage
ville, on peut alors considérer la vitesse et la direction du vent
en fonction de l’heure du jour (voir aussi 5.1, exemple 1).
.
61 Nombre de strates et de mesurages par strate
4 Si l’on évalue la présence d’agents d’oxydation, une stratifi-
Après avoir fixé les critères de stratification, il est nécessaire de
cation fondée sur le rayonnement solaire, la direction du vent et
décider des nombres de strates à utiliser et de mesurages à réa-
la température peut s’avérer utile.
liser à l’intérieur de chaque strate pour obtenir une évaluation
d’une limite de confiance appropriée.
5 Le concept de masse d’air peut être appliqué à l’étude des
polluants atmosphériques franchissant plusieurs régions ou de
L’expérience des techniques d’échantillonnage stratifié montre
longues distances.
que la baisse de variante obtenue par l’augmentation du nom-
bre de strates k cesse rapidement et que k = 2, 3 ou 4 suffit
5.3 Association à d’autres polluants de l’air
généralement.
ambiant
Si la probabilité, Wi,
Certaines caractéristiques de la qualité de l’air ambiant sont des et l’estimation de la variante de chaque
indicateurs des conditions atmosphériques ou sont liées à
strate, sf, sont connues au départ (voir 5.1 à 5.4) ou après une
d’autres caractéristiques étudiées. La concentration de certains étude pilote (voir 5.51, le nombre total de mesurages, n, pour
polluants dans l’air ambiant peut être étroitement corrélée à ce une marge d’erreur donnée, d, est donné par l’équation (1) :
phénomène et l’on pourra effectuer un échantillonnage stratifié
du polluant atmosphérique étudié d’après le niveau de concen-
(1)
tration du polluant atmosphérique traceur.
EXEMPLE - La concentration du polluant atmosphérique
ambiant étudié, mesurée par exemple au niveau d’une station La théorie de l’échantillonnage montre qu’une fois défini le
fixe de contrôle continu, peut servir à définir des strates à I’inté- nombre total de mesurages à effectuer, il est possible de venti-
rieur desquelles on pourra effectuer un échantillonnage aléa- ler ceux-ci entre les différentes strates de facon à obtenir une
toire (voir aussi annexe B, article B.3.) variante minimale des résultats calculés pour la population.
3
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ISO 9359 : 1989 (F)
Si l’on détermine la moyenne arithmétique, cette ventilation suffisant entre les mesurages. On a ainsi constaté une forte autocorré-
lation en Europe centrale sur des périodes pouvant atteindre six jours.
optimale est réalisée lorsque
Lorsqu’on a recours à l’échantillonnage stratifié, on peut très bien
obtenir des valeurs mesurées indépendantes sur de plus brèves pério-
Wi Si
des, car les effets de corrélation imputables aux changements d’une
. . . (2)
?Ii= A!------
strate à l’autre auront été éliminés.
k
Wi Si
c
6.3 Intervalle de temps et site de mesurage
i=l
Après avoir établi une stratification, le nombre de strates, le
tandis que, si l’on détermine les fractions, alors
nombre de mesurages à effectuer et la facon dont ils doivent
être répartis entre les différentes strates, il reste à décider du
Wi dfm
schéma permettant d’obtenir pour chaque strate des mesura-
. . .
Ii?i = n (3)
k
ges qui soient respectivement aléatoires dans le temps et
Wi dfm l’espace. L’intervalle de temps de mesurage devrait être infé-
c
rieur à la durée prévue de la condition régnant dans la strate.
i=l
NOTES
En d’autres termes, il convient de prendre un grand nombre de
mesures dans une strate donnée si cette strate présente une
1 Le caractère aléatoire de l’échantillonnage dans le temps peut être
forte probabilité d’occurrence, telle qu’elle ressort de Wi, ou obtenu en recourant à des tables de nombres aléatoires mais, pour des
raisons purement pratiques, il peut être nécessaire de limiter les pério-
une variante élevée, indiquée par S: OU fi (1 - fi).
des de mesurage aux heures normales d’activité de la journée par
exemple. Dans ce cas, on veillera particulièrement à ce que les valeurs
Pour calculer avec précision le nombre de mesurages dans la
mesurées ne soient pas faussées du fait d’un comportement temporel
strate i, ?Ii , il importe de connaître à la fois Wi et oi (OU fi). Alors
de la caractéristique de la qualité de l’air ambiant étudiée, par exemple
que les facteurs de pondération Wi peuvent être établis avant le
par la variation diurne des émissions de gaz d’échappement. Une forme
début des mesurages, il est probable qu’on ne dispose que de
de stratification axée sur le temps doit être retenue si l’on doit s’atten-
peu ou pas d’informations quant aux facteurs de pondération oi
dre à une influence importante de la condition observée. Ceci nécessi-
(Ou fi). Par conséquent, il est recommandé d’affiner ni au fur et tera d’effectuer les mesurages en dehors
...
NORME
ISO
INTERNATIONALE
9359
Première édition
1989-09-15
Qualité de l’air - Échantillonnage stratifié pour
l’estimation de la qualité de l’air ambiant
Air quality - Stra tifïed sampling method for assessmen t of ambient air quafity
Numéro de référence
ISO 9359 : 1989 (FI
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SO 9359 : 1989 (FI
Avant-propos
I L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale
d’organismes nationaux de normalisation (comités membres de I’ISO). L’élaboration
des Normes internationales est en général confiée aux comités techniques de I’ISO.
Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec I’ISO participent également aux travaux. L’ISO col-
labore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les projets de Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis
aux comités membres pour approbation, avant leur acceptation comme Normes inter-
nationales par le Conseil de I’ISO. Les Normes internationales sont approuvées confor-
mément aux procédures de I’ISO qui requièrent l’approbation de 75 % au moins des
comités membres votants.
La Norme internationale ISO 9359 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 146,
Qualité de l’air.
Les annexes A, B et C de la présente Norme internationale
sont données uniquement à
titre d’information.
0 ISO 1989
Droits de reproduction réservés. Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique,
y compris la photocopie et les microfilms, sans l’accord écrit de l’éditeur.
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Imprimé en Suisse
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Introduction
La qualité de l’air ambiant en un lieu ou dans une région donnés varie généralement
dans le temps et suivant un certain nombre de facteurs, notamment les conditions
météorologiques, la topographie et les types d’émission.
Ces circonstances diverses peuvent nécessiter un nombre important de mesurages sur
une longue période, pour être représentatifs d’un éventail de conditions suffisamment
étendu. L’échantillonnage stratifié est l’une des méthodes permettant de réduire le
nombre de mesurages requis pour quantifier certains aspects de la qualité de l’air
ambiant. Cette technique a notamment été employée lors d’études de la qualité de l’air
ambiant et d’études d’émission acoustique [13 (voir les exemples donnés dans
l’annexe B).
La stratification et l’échantillonnage stratifié ont pour principal objet de réduire le nom-
bre de mesurages requis pour obtenir des résultats d’une fidélité donnée ou pour amé-
liorer la fidélité des résultats sans acroître le nombre de mesurages.
A cet effet, des informations sont nécessaires quant aux conditions susceptibles
d’engendrer des valeurs élevées, faibles ou moyennes de l’indicateur de qualité de l’air
ambiant étudié dans la région visée. Ces informations servent à composer un schéma
d’échantillonnage stratifié au sein duquel le nombre total de mesurages effectués est
réparti entre les différentes strates de sorte que la variante des données obtenues à
l’intérieur d’une même strate soit plus faible que la variante globale.
La fiabilité du schéma de stratification choisi dépendra de l’importance et de la validité
des connaissances préalables concernant les sources d’émission et l’influence de la
topographie et des conditions météorologiques sur la dispersion atmosphérique. Les
résultats de précédentes campagnes de mesurage ou d’études pilotes spécifiques
peuvent s’avérer extrêmement utiles dans le choix des Strates[*] et l’application des
modèles de qualité de l’air ambiant. Cette méthode peut également s’appuyer sur les
données fournies par les stations existantes de contrôle de la qualité de l’air ambiant,
dont la situation est représentative de la région étudiée.
Le corps de la présente Norme internationale établit les principes à respecter pour obte-
nir un schéma de stratification pertinent. L’annexe A prescrit la méthode à utiliser pour
effectuer les calculs.
. . .
III
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Page blanche
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NORME INTERNATIONALE
ISO 9359 : 1989 (F)
Qualité de l’air - Échantillonnage stratifié pour
l’estimation de la qualité de l’air ambiant
sont invitées à rechercher la possibilité d’appliquer les éditions
1 Domaine d’application
les plus récentes des normes indiquées ci-après. Les membres
de la CEI et de I’ISO possèdent le registre des Normes interna-
La présente Norme internationale prescrit une méthode permet-
tionales en vigueur à un moment donné.
tant d’évaluer certains aspects de la qualité de l’air ambiant en
termes de percentiles et de moyennes, sur le principe de
ISO 2602 : 1980, Interprétation statistique de résultats d’essai
l’échantillonnage stratifié.
- Estimation de la moyenne - Intervalle de confiance.
Cela s’applique par estimation de percentiles et de moyennes
ISO 2854 : 1976, Interprétation statistique des données -
des fréquences de distribution des mesures relatives aux
Techniques d’estimation et tests portant sur des moyennes et
valeurs de la pollution de l’air ambiant. L’estimation de moyen-
des variantes.
nes se limite toutefois aux cas où l’on est fondé à forger certai-
nes hypothèses quant à la distribution de fréquence de la carac-
ISO 3534 : 1977, Statistique - Vocabulaire et symboles.
téristique de qualité de l’air ambiant à partir de connaissances
préalables ou lorsqu’on dispose d’un nombre suffisant de
I SO 7168 : 1985, Qualité de l’air - Présentation sous forme
mesurages statistiquement indépendants (voir ISO 2854 et
ISO 2602). alphanumérique des données relatives à la qualité de l’air
ambiant.
On peut exploiter les résultats pour évaluer la qualité de l’air
ambiant pendant la période de mesurage. (Pour la longueur de
la période, voir aussi ISO 7168.) Des informations sur I’occur- 3 Définitions
rente sur une longue période des différentes strates peuvent
aboutir à une validation sur une période plus étendue de la Pour les besoins de la présente Norme internationale, les défini-
même base de données. tions suivantes s’appliquent.
En effet, bien que les conditions météorologiques aient une
3.1 percentile : Valeur Xp séparant l’intervalle de population
grande influence sur la concentration et la répartition des pol-
d’un paramètre en deux groupes au niveau du pourcentage P.
luants atmosphériques, l’échantillonnage stratifié permet donc
de valider, sur une plus longue période, des résultats indépen-
3.2 fractiie; quantile : Valeur Xp séparant l’intervalle de
dants des conditions météorologiques prédominantes pendant
population d’un paramètre en deux groupes au niveau de la
la période de mesurage.
fraction f = WlOO, où P est un pourcentage donné.
3.3 échantillonnage stratifié : Au sein d’une population
2 Références normatives
pouvant être fractionnée en différentes sous-populations
(appelées strates), échantillonnage effectué de sorte que des
Les normes suivantes contiennent des dispositions qui, par
proportions spécifiées de l’échantillon soient prélevées dans les
suite de la référence qui en est faite, constituent des disposi-
différentes strates. [ISO 35341
tions valables pour la présente Norme internationale. Au
moment de la publication, les éditions indiquées étaient en
vigueur. Toute norme est sujette à révision et les parties pre- 3.4 strate : Sous-population d’une population présentant
nantes des accords fondés sur la présente Norme internationale
certaines caractéristiques.
1
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ISO 9359 : 1989 (F)
Si une évaluation est requise sur une longue période, fondée
4 Symboles
uniquement sur une brève période de mesurage, il y a lieu d’uti-
Symbole Signification liser des facteurs de pondération Wi appropriés à la situation à
long terme pour pondérer les données des différentes strates et
fraction pondérée des valeurs de fi
f
non les facteurs de pondération relevés pendant la période de
limite supérieure de confiance de la fraction
f mesurage. De la même facon, il est possible d’appliquer la
+
pondérée
méthode à des évaluations prospectives de la qualité de l’air
ambiant - ainsi que peut l’exiger, par exemple, une prévision
limite inférieure de confiance de la fraction pondérée
f-
d’augmentation de la circulation - auquel cas il sera nécessaire
fraction de la strate i qui est inférieure (ou supé-
fi
d’utiliser des facteurs de pondération théoriques Wi.
rieure) à une valeur donnée
k nombre de strates
Les facteurs de pondération Wi seront souvent entâches de
nombre total de mesurages
n
quelque incertitude dont on devra déterminer l’effet sur les per-
centiles ou les moyennes calculés en recourant aux équations
nombre de mesurages dans la strate i
ni
(A.61 et (A.71 (voir annexe A).
nombre de mesurages dont la valeur est inférieure à
mi
une valeur donnée dans la strate i
Pour parvenir à une stratification satisfaisante, il importe de
pourcentage de la strate i qui est inférieur (ou supé-
pi
recueillir des informations préalables quant au lien existant
rieur) à une valeur donnée (Pi = 100 fi)
entre l’importance de la caractéristique étudiée de qualité de
estimation de la variante de f
s*(f)
l’air ambiant et les facteurs qui la régissent ou en découlent.
s2(x) estimation de la variante de X
Ces informations servent à estimer /!.4i, ai et Wim Les facteurs sur
lesquels ces informations reposent sont généralement les
estimation de la variante de fi
s?(fi)
modèles d’émission dans le temps et l’espace, le transport et la
estimation de la variante de xu
+ij)
dispersion, les associations à d’autres polluants de l’air ambiant
valeur classifiée de la loi-t pour le test unilatéral au
b;l-Cl
et les effets de l’agent polluant considéré en particulier. Des
niveau de signification a et pour v degrés de liberté
exemples montrant comment définir une stratification à partir
(se reporter aux tableaux de I’ISO 2602)
de ces différents facteurs sont donnés ci-après.
valeur classifiée de la loi normale réduite pour le test
ul-a
unilatéral au niveau de signification a
x moyenne pondérée des Xi
5.1 Modèles d’émissions
limite supérieure de confiance de la moyenne
x+
pondérée
Certaines émissions connaissent des variations évidentes dans
le temps ou dans l’espace.
limite inférieure de confiance de la moyenne
x-
pondérée
-
moyenne arithmétique des mesures de la strate i EXEMPLES
xi
jème mesurage dans la strate i
Xl)
1 Les émissions de dioxyde de soufre et d’autres produits de
probabilité d’occurrence de la strate i, indiquée sous
wi
combustion résultant du chauffage des locaux connaissent de
la forme d’un facteur de pondération
fortes variations saisonnières. II conviendrait donc de définir
percentile ; f ractile (ou quantile)
XP des strates couvrant différentes périodes de l’année, par exem-
ple l’été et l’hiver, s’il est probable que ces émissions puissent
a niveau de signification
influencer l’évaluation de la qualité de l’air ambiant.
1 -a niveau de confiance
A marge d’erreur
2 Les émissions de gaz d’échappement connaissent générale-
moyenne de la population
P ment une forte variation dans la journée, leur source pouvant
être jugée linéaire dans le cas d’une route principale ou surfaci-
moyenne de la strate i
Pi
que dans le cas d’une zone urbaine. Si l’on a évalué la teneur en
V nombre de degrés de liberté
plomb de l’air à proximité d’une autoroute, on pourra définir les
a?(fi) variante de fi
strates d’après la distance par rapport à l’autoroute et les
a?(xij) variante de x0 moments de la journée où’se situent les heures de pointe. Une
stratification spatiale ou temporelle visera quant à elle à évaluer
les niveaux de concentration du monoxyde de carbone en
milieu urbain.
5 Conseils pour établir la stratification
5.2 Transport et dispersion
II convient de concevoir le programme de stratification de sorte
que les moyennes de strates, pi, soient différentes entre elles et
que les variantes soient inférieures à la variante de la popula- Lors du choix de critères pour établir un schéma de stratifica-
tion. La probabilité d’occurrence de chaque strate, Wi, devrait tion lié au transport et à la dispersion de polluants dans I’atmos-
être connue à l’avance (voir 5.1 à 5.6). Pour calculer les résul- phère, il importe de déterminer si une grande mobilité de la pol-
tats définitifs, il est nécessaire d’utiliser des facteurs de pondé-
lution atmosphérique, régie par des facteurs synoptiques ou
ration Wi qui se rapportent à l’intervalle de temps pendant lequel bien des sources proches ainsi que des conditions météorologi-
on procède à l’évaluation de la qualité de l’air ambiant.
ques et topographiques, constitue l’influence dominante sur la
2
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ISO 9359 : 1989 (FI
de l’air ambiant étudiée. La stratifi- 5.4 Effets
caractéristique de la qualité
cation pourra alors reposer sur des facteurs tels que
Les effets de la po lllution de l’air ambiant peuvent se
prêter à
- la topographie du lieu;
stratification.
une
- la température de l’air;
EXEMPLES
- la vitesse et la direction du vent;
- la stabilité atmosphérique;
1 Les effets sur la croissance des plantes et des récoltes
peu-
- la hauteur de la couche de mélange; vent appeler une stratification spatiale ou temporelle.
- le rayonnement solaire;
2 On peut également exploiter la fréquence et I’occur ‘rente
- le type de temps; des plaintes du public à propos des odeurs par exemple.
- le type de masse d’air;
3 Plantes et périodes de croissance.
ou sur les résultats des modèles de dispersion. Les modèles
fondés sur les données d’émission et météorologiques visent à
5.5 Études pilotes
prédire le modèle temporel et spatial de la qualité de l’air
ambiant qui peut servir à définir les schémas de stratification.
S’il n’est pas possible d’établir une stratification d’après une
connaissance existante de la qualité de l’air ambiant et des fac-
EXEMPLES
teurs régissant sa variation dans la zone considérée, il peut
s’avérer nécessaire de mettre en place une étude pilote de la
1 En ce qui concerne les effets d’une source unique d’émis-
qualité de l’air ambiant ou d’effectuer des calculs à partir de
sion située à quelque distance de la zone étudiée, il peut s’avé-
modèles de l’air ambiant, eux-mêmes issus d’une stratification.
rer utile d’établir une stratification d’après la vitesse et la direc-
tion du vent (voir aussi annexe B, article B.1).
5.6 Modèles de qualité de l’air ambiant
2 Une évaluation de la qualité de l’air ambiant peut être
requise dans un complexe urbain et industriel comportant de
Les modèles rendant compte de la qualité de l’air ambiant à par-
nombreuses sources d’émission. Un grand nombre de paramè-
tir de données d’émission et météorologiques, et destinés à
tres peuvent ici être examinés quant à leur adéquation, par
prévoir les schémas temporel et spatial d’émission de la qualité
exemple la stabilité atmosphérique, les effets saisonniers, la
de l’air ambiant, peuvent être utilisés pour concevoir une strati-
vitesse et la direction du vent (voir aussi annexe B, article B.2).
f ication.
3 Si l’on doit évaluer les concentrations du monoxyde de car-
bone au niveau de la rue dans une zone occupée par des bâti-
ments de grande hauteur, par exemple au centre d’une grande
6 Directives de mesurage
ville, on peut alors considérer la vitesse et la direction du vent
en fonction de l’heure du jour (voir aussi 5.1, exemple 1).
.
61 Nombre de strates et de mesurages par strate
4 Si l’on évalue la présence d’agents d’oxydation, une stratifi-
Après avoir fixé les critères de stratification, il est nécessaire de
cation fondée sur le rayonnement solaire, la direction du vent et
décider des nombres de strates à utiliser et de mesurages à réa-
la température peut s’avérer utile.
liser à l’intérieur de chaque strate pour obtenir une évaluation
d’une limite de confiance appropriée.
5 Le concept de masse d’air peut être appliqué à l’étude des
polluants atmosphériques franchissant plusieurs régions ou de
L’expérience des techniques d’échantillonnage stratifié montre
longues distances.
que la baisse de variante obtenue par l’augmentation du nom-
bre de strates k cesse rapidement et que k = 2, 3 ou 4 suffit
5.3 Association à d’autres polluants de l’air
généralement.
ambiant
Si la probabilité, Wi,
Certaines caractéristiques de la qualité de l’air ambiant sont des et l’estimation de la variante de chaque
indicateurs des conditions atmosphériques ou sont liées à
strate, sf, sont connues au départ (voir 5.1 à 5.4) ou après une
d’autres caractéristiques étudiées. La concentration de certains étude pilote (voir 5.51, le nombre total de mesurages, n, pour
polluants dans l’air ambiant peut être étroitement corrélée à ce une marge d’erreur donnée, d, est donné par l’équation (1) :
phénomène et l’on pourra effectuer un échantillonnage stratifié
du polluant atmosphérique étudié d’après le niveau de concen-
(1)
tration du polluant atmosphérique traceur.
EXEMPLE - La concentration du polluant atmosphérique
ambiant étudié, mesurée par exemple au niveau d’une station La théorie de l’échantillonnage montre qu’une fois défini le
fixe de contrôle continu, peut servir à définir des strates à I’inté- nombre total de mesurages à effectuer, il est possible de venti-
rieur desquelles on pourra effectuer un échantillonnage aléa- ler ceux-ci entre les différentes strates de facon à obtenir une
toire (voir aussi annexe B, article B.3.) variante minimale des résultats calculés pour la population.
3
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ISO 9359 : 1989 (F)
Si l’on détermine la moyenne arithmétique, cette ventilation suffisant entre les mesurages. On a ainsi constaté une forte autocorré-
lation en Europe centrale sur des périodes pouvant atteindre six jours.
optimale est réalisée lorsque
Lorsqu’on a recours à l’échantillonnage stratifié, on peut très bien
obtenir des valeurs mesurées indépendantes sur de plus brèves pério-
Wi Si
des, car les effets de corrélation imputables aux changements d’une
. . . (2)
?Ii= A!------
strate à l’autre auront été éliminés.
k
Wi Si
c
6.3 Intervalle de temps et site de mesurage
i=l
Après avoir établi une stratification, le nombre de strates, le
tandis que, si l’on détermine les fractions, alors
nombre de mesurages à effectuer et la facon dont ils doivent
être répartis entre les différentes strates, il reste à décider du
Wi dfm
schéma permettant d’obtenir pour chaque strate des mesura-
. . .
Ii?i = n (3)
k
ges qui soient respectivement aléatoires dans le temps et
Wi dfm l’espace. L’intervalle de temps de mesurage devrait être infé-
c
rieur à la durée prévue de la condition régnant dans la strate.
i=l
NOTES
En d’autres termes, il convient de prendre un grand nombre de
mesures dans une strate donnée si cette strate présente une
1 Le caractère aléatoire de l’échantillonnage dans le temps peut être
forte probabilité d’occurrence, telle qu’elle ressort de Wi, ou obtenu en recourant à des tables de nombres aléatoires mais, pour des
raisons purement pratiques, il peut être nécessaire de limiter les pério-
une variante élevée, indiquée par S: OU fi (1 - fi).
des de mesurage aux heures normales d’activité de la journée par
exemple. Dans ce cas, on veillera particulièrement à ce que les valeurs
Pour calculer avec précision le nombre de mesurages dans la
mesurées ne soient pas faussées du fait d’un comportement temporel
strate i, ?Ii , il importe de connaître à la fois Wi et oi (OU fi). Alors
de la caractéristique de la qualité de l’air ambiant étudiée, par exemple
que les facteurs de pondération Wi peuvent être établis avant le
par la variation diurne des émissions de gaz d’échappement. Une forme
début des mesurages, il est probable qu’on ne dispose que de
de stratification axée sur le temps doit être retenue si l’on doit s’atten-
peu ou pas d’informations quant aux facteurs de pondération oi
dre à une influence importante de la condition observée. Ceci nécessi-
(Ou fi). Par conséquent, il est recommandé d’affiner ni au fur et tera d’effectuer les mesurages en dehors
...
Questions, Comments and Discussion
Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.