✦
医学科研新动向
✦
Health burdens related to emission sources and cross-provincial air pollution in China
npj Climate and Atmospheric Science
<2024/12/19>
研
究
背
景
空气污染，尤其是细颗粒物（PM2.5）和臭氧的高浓度暴露，已被证明对人类健康构成重大威胁。尽管中国自2013年实施了一系列清洁空气行动（如《大气污染防治行动计划》），PM2.5和臭氧的地表浓度仍然超过世界卫生组织的目标值。这种持续性污染显著增加了与呼吸系统和心血管疾病相关的过早死亡率。此外，PM2.5是由一次颗粒物（如黑碳和有机碳）与由氮氧化物（NOX）、硫氧化物（SO2）、氨气（NH3）等前体物质通过化学反应形成的二次颗粒物混合而成。臭氧则是通过NOX、非甲烷挥发性有机化合物（NMVOCs）及一氧化碳等前体物质的光化学反应生成。
尽管已有研究揭示了某些污染源对健康的影响，现有研究在特定排放源和前体化学物种对健康负担的定量评估方面仍存在显著空白。此外，跨省污染传输导致的健康负担尚未得到充分量化。为支持更高效的公共政策设计，亟需开展一种综合分析，揭示源类别、化学物种和地区在空气污染对健康负担影响中的作用及其时间演变。
研究设计
1. 空气质量模拟
使用GEOS-Chem区域空气质量模型及其伴随模型对中国大气化学过程和成分进行高分辨率模拟。模型采用0.25° × 0.3125°的空间分辨率，涵盖中国及周边区域，包含细颗粒物和臭氧的形成机制。
PM2.5的组成包括硫酸盐、硝酸盐、铵盐、黑碳、有机碳及细尘。
臭氧模拟基于高分辨率的光化学反应和气溶胶形成模型。
2. 排放清单数据
数据来源于多分辨率排放清单（MEIC）和动态排放投影模型（DPEC）。
前体污染物：SO2、NOX、NH3、一次PM2.5及NMVOCs。
自然源排放：通过模型在线计算，包括植被、土壤及闪电释放的NOX。
3. 场景设定
“准时碳达峰-净零-清洁空气”场景假设中国将在2030年达到碳达峰目标，2060年实现碳中和。未来的低碳过渡和末端治理措施被纳入情景分析。
对每个感兴趣区域（ROI）进行单细胞分割，利用多维尺度分析（MDS）比较ND-AITL和RR-AITL的空间异质性。
4. 健康影响评估
暴露-响应函数（IER模型）：估算PM2.5和臭氧暴露对四类主要健康风险（如缺血性心脏病、中风等）的影响。
边际健康负担：定义为每10%排放增加引发的年度过早死亡人数，量化污染对健康的非线性影响。
使用伴随模型进行敏感性分析，评估具体排放源和前体物的贡献。
核心结果
2013年，边际健康负担为151,842例，主要由PM2.5暴露导致（150,342例），臭氧的贡献极小。
2020年下降至111,271例（PM2.5导致108,069例）。
2035年预计进一步减少到54,293例（PM2.5导致51,818例）。
边际健康负担的下降表明污染物排放控制措施的显著效果。
2.1）工业与农业的主导地位：
2020年，工业导致37,046例过早死亡，占边际健康负担的33.3%。
农业导致32,946例，占29.6%。
两者合计约占总边际健康负担的63%。
2.2）下降趋势与控制策略的效果：
发电：边际健康负担在2013-2020年下降了54%，反映了燃煤电厂排放的显著减排。
工业：下降了35%，但仍为主要污染来源。
农业与居民：到2035年，农业负担预计减少89%，居民减少55%，反映了清洁能源的普及和农业管理的改进。
3.1）PM2.5主要前体：
2013-2020年，初级PM2.5和NH3对健康负担的贡献最大。
NH3在2020年的健康负担贡献为最大，预计到2035年下降58%。
3.2）臭氧主要前体：
负贡献：NOX通过与臭氧的光化学反应导致臭氧减少，从而对健康产生正面效应。
正贡献：NMVOCs在2020年的边际影响增加6%，但到2035年预计下降49%。
2: 跨省PM2.5健康负担
1）跨省负担的总体趋势
2013年：跨省PM2.5健康负担为76,059例，占全国总负担的50%。
2020年：下降至55,394例，占比仍为50%。
2035年预测为27,601例，比例保持稳定。
2）区域贡献的差异
2.1）高比例地区：
海南、广西、北京、天津等地跨省负担占比>70%。
这些地区本地排放较低，但受区域传输影响严重。
2.2）低比例地区：
东北、西南地区以本地排放为主，跨省负担比例相对较低。
3）部门与物种的贡献
3.1）部门分析：
发电部门：跨省负担占比最大（61%），主要因为燃煤电厂的高烟囱排放及远距离传输能力。
农业部门：占56%，但贡献逐步下降，反映了农业源NH3排放的区域扩散。
工业部门：跨省负担占比从45%（2020年）上升到56%（2035年）。
3.2）前体物种分析：
NOX：跨省负担占比最高（62%-67%），因其在形成二次颗粒物中的关键作用。
初级PM2.5：贡献最小（34%-37%）。
1）负贡献的动态变化
1.1）2013年负值的主要原因：
中国以VOC受限的臭氧生成机制为主，NOX的增加削减了臭氧浓度，导致负健康负担。
负健康负担最显著的部门为发电、交通和工业。
1.2）未来趋势：
到2020年，负贡献减弱，负臭氧健康负担减少。
2035年：臭氧形成机制从VOC受限转变为非VOC受限，负值消失，健康负担显著增加。
2）区域传输的变化
2013年与2020年相似：南部向中部、长三角传输较强，北部传输相对较弱。
2035年：全国跨省臭氧健康负担显著降低。
4. 省际健康负担的源与汇
1）主要输出地区
河北、山东、河南是健康负担的主要输出地区：
2013年：57%全国负担源自这三省。
2020年：比例降至61%。
2035年：输出总量下降，但相对比例增加至62%。
2）动态变化：
2.1）净受体转变：
河南从2013年的净受体转变为2035年的净输出。
四川从净输出变为净受体。
2.2）输出与受体的区域特征：
北方为健康负担净输出地区，南方则为净受体地区。
5: 健康负担与社会经济发展
1）2013-2020年：
工业GDP占比较高的省份（山东、河南）因污染控制而健康负担大幅下降。
一些净受体省份（如湖南、广东）因区域污染传输负担增加。
2）2035年趋势：
健康负担减少，但负担差距缩小。
区域协调控制有效减少了跨省污染的健康负担。
小
结
边际健康负担下降：2013年至2020年，中国的边际健康负担（每10%排放增长引起的年过早死亡人数）从151,842例下降至111,271例，预计到2035年进一步减少至54,293例。PM2.5暴露是主要原因。
主要污染源与前体物种：工业和农业是PM2.5相关健康负担的主要来源，分别贡献了2020年边际健康负担的33.3%和29.6%。NOX和NH3是最重要的前体化学物种，其中NOX的相对贡献预计到2035年显著增加。
跨省污染的稳定性：跨省传输对PM2.5健康负担的贡献稳定在50%左右。海南、广西、北京等省份的跨省健康负担占比高于70%，反映了区域传输的显著影响。
臭氧健康负担动态：由于NOX与臭氧的光化学反应，2013年至2020年臭氧健康负担的负贡献逐步减弱。到2035年，臭氧生成机制转变为非VOC受限，健康负担显著增加。
省际源与汇的变化：北方（如河北、山东）为健康负担的主要输出地区，南方（如广东、四川）为主要输入地区。河南从净受体转变为净输出，四川从净输出转变为净受体。
健康负担与社会经济发展：工业化省份（如山东、河南）在经济发展与污染控制协调下，健康负担显著下降。到2035年，全国健康负担显著减少，省际差距缩小。
-END-
文字丨本人点滴积累，如有补充，下方留言即可
（左下角“阅读原文”即可获取全文）
