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预测中国东部与臭氧相关的过早死亡率
Lina Madaniyazia，Tatsuya Nagashima，Yuming Guo，Xiaochuan Pan，Shilu Tong
文摘：
背景:臭氧的浓度(O3)在中国正在增加，尤其是在中国东部，但其未来的趋势和潜在的健康影响仍有待探讨。
目标:目的是评估中国东部2005年至2030年间O3浓度和过早死亡的相关性的未来趋势。
方法:首先，全球化学传输模型(MIROC-ESM-CHEM)和地区化学传输模型系统(包括天气研究和预测模型和社区多尺度空气质量模式)联合估计在CLE和MFR模式下2005年和2030年日O3浓度。将O3浓度与人口预测、死亡率预测、O3所导致的死亡率相联系去估计中国东部与O3相关的死亡率的变化。
结果:一年一度的调查表明中国东部2005年和2030年之间的O3浓度将增加在在CLE的模式下，而在MFR的模式下降低。在不考虑人口增长的情况下，在CLE的模式下，O3导致的健康负担可能会增加，将导致中国东部至少40000人过早死亡；在MFR的模式下，由于O3浓度与静态人口减少，健康负担可能减少，最多使260000人过早死亡。然而,当考虑人口增长时，O3导致的健康负担可能会增加，导致中国东部高达46000 人过早死亡在MFR的模式下。
结论:结果表明，中国东部O3对健康负担的贡献在2030年可能会增加。
关键字:臭氧；死亡率； 预测；中国东部
1、介绍
据揭示地面臭氧(O3)一直与不良健康结果相联系。例如，中国最近的一项间位分析报道，每日环境O3浓度增加10mu;g / m3，总死亡率上升0.48%(95%的置信区间(95% CI):0.38,0.58)。
地面O3主要是由大气中挥发性有机化合物(VOCS)和氮氧化物(NOx)在阳光下反应生成。 挥发性有机化合物很多是由人类活动产生的(如机动车辆、化工厂、炼油厂和工厂)和生物来源(如橡树、柑橘和松树)。同样，氮氧化物也有多种来源包括机动车辆、发电厂以及燃烧(如住宅区和商业炉)，还有天然来源包括闪电和土壤的生物过程。臭氧的浓度不仅取决于排放量而且取决于气候条件。例如，升高温度可以通过增加光化学反应的速率以及生物挥发性有机物的排放量来增加臭氧的浓度。
在过去的十年中, O3浓度和健康影响的关联趋势在不同的空间尺度上已经被提出且大多数预测是在发达国家。基于全球预测研究，拥有大量排放量和密集人口的发展中地区在未来可能遭受更多臭氧水平增加所带来的不利影响。然而，只有少数规划研究已经实施在这些国家，包括中国——世界上发展最迅速的国家，并且没有人关注臭氧污染。
在中国, O3已成为主要的大气污染物之一，尤其是在中国东部。根据环境保护部的74个城市在2013年上半年期间的空气质量报告，每日最大8小时平均O3浓度在京津冀、长江三角洲和珠江三角洲都超过国家环境空气质量标准(NAQQS)(GB3095 - 2012)二级DMA8(160mu;g / m3)10%以上。此外，中国的臭氧浓度越来越高。例如，从2006年到2013年，年平均O3浓度在珠江三角洲增加了13%，而、和在同一时期分别下降了62%、13%、15%。
一个全面的空气污染预防和控制计划在2013年9月发布以控制三个中国东部关键地区(京津冀、三角洲和珠江三角洲地区)和10个集中在中国的城市的空气污染。三个关键地区都位于中国最发达和人口大量密集的东部。由于巨大的能源消耗和人口密集，中国东部的空气污染已成为一个重大的公众关注的问题。此外，据报道，亚洲排放量，特别是来自中国的排放，导致高浓度的臭氧集中在美国西部，这表明中国的臭氧污染已成为一个全球性问题。因此，预测中国东部臭氧浓度和健康影响的相关性趋势将不仅帮助中国政府制定排放控制法规，也有利于全球努力去控制空气污染。
2、材料和方法
2.1、研究区域
根据中华人民共和国的国家统计局对不同地区的一般分类，中国东部包括京津冀(北京、天津、河北),三角洲(江苏、浙江、上海)、珠江三角洲(广东)，辽宁、山东、福建、海南。三个关键地区，包括京津冀、三角洲和珠江三角洲，只覆盖全国6%的土地面积，但几乎占全国人口的27%，占全国GDP的43%，以及全国二氧化硫和氮氧化物排放量的20%和28%。
2.2、数据分析
首先，中国东部的臭氧浓度被预测在2005年和2030年。然后将它们与人口、死亡率和O3死亡率相关联去估计在2005年和2030年之间与臭氧相关的过早死亡率的变化。在这项研究中，“过早死亡”指过早死亡率的绝对数量。采用对未来排放量、人口和总死亡率、最终结果的范围的不同的假设来估计与中国东部，包括每个省份和直辖市O3相关的过早死亡总数、心血管疾病和呼吸道死亡率。类似的方法被应用于中国东部另一微粒的预测研究。
2.2.1、O3浓度模型系统
首先，O3的全球分布模拟采用水平分辨率约300kmtimes;300km的全球化学传输模式(MIROC-ESM-CHEM)。气象变量6小时产量和化学变量的日产量作为边界条件在MIROC-ESM-CHEM被引入区域化学传输模拟系统以水平分辨率80kmtimes;80km去模拟O3浓度。区域化学传输模拟系统包括区域的天气和空气质量模型:天气研究和预测(WRF)模型和社区多尺度空气质量(CMAQ)模型。2005年和2030年的DMA8被计算。
未来(2030年)O3浓度由下列国际应用系统分析研究所(IIASA)所开发的两个全球规模场景预测:
(a)、使用CLE模式——根据中国五年计划（FYP）的第十个计划(2001 – 2005)，每个省份和直辖市的经济增长和当前排放控制法规的预期影响都被考虑在内。
(b)、使用MFR模式——根据中国五年计划（FYP）的第十个计划，在不考虑成本的情况下，最有效的排放控制技术将得到全面实施。
通过使用排放水平和2005年的社会、经济发展，2005年的O3浓度集中在当前模式中模拟(2005年)。
如上所述，通过MIROC-ESM-CHEM，取自全球范围内模拟的区域模型的边界条件通过场景模拟假设臭氧前体物包括甲烷的排放量的变化。在CMAQ的区域模拟中，CH4浓度对于所有的场景模拟保持1850ppbv不变，这可能高估或低估O3浓度。然而，CH4浓度的差异在MIROC-ESM-CHEM仿真场景模拟中没有如此之大(少于10%)。此外,Akimoto等发现甲烷浓度4%的减少量在场景模拟中很少导致任何改变在高浓度臭氧时间内(DMA8 lt; 75ppbv)。因此,我们认为由于在区域模拟中甲烷浓度不变的应用所导致的臭氧预测的偏斜不是如此重要。
2.2.2、在2005年和2030年之间与O3相关的死亡率
以下风险评估框架是用来评估在2005年和2030年期间的日过早死亡率，特别是由于O3引起的。
由于臭氧所引起的日过早死亡率=日臭氧浓度*CRF*基础死亡率*人口数。
上式中CRF是浓度响应函数(O3死亡率关联)，根据给定的日臭氧浓度（C）的变化定量日死亡率成比例变化的幅度。t是模拟的年数(即2005年或2030年)。2005年和2030年的日O3相关的过早死亡率(例)被估计去分别计算2005年和2030年年O3相关的过早死亡率。然后，在2005和2030年期间的年臭氧贡献过早死亡率的差异被计算。
尽管有证据表明臭氧对于死亡率的长期影响，但由于在中国缺乏这样问题的研究，因此在本研究中没有考虑这一方面。由于潜在的阈值（臭氧浓度低于无不利健康影响发生的浓度）已经被建议，两个假设被看重关于臭氧相关死亡率的阈值。首先，认为没有阈值。第二,世界卫生组织空气质量指南(AQG)认为
O3(DMA8:100mu;g / m3)是阈值。
2.2.3、死亡率的预测
首先，区域总量、心血管和呼吸道死亡率从2005年到2030年被认为保持静态；因此，2005年的死亡率过去常被用于第一个假设。2005年地区死亡率数据在每一个省和自治区被收集从2005年统计年鉴中。
其次，从IIASA得到的预测2030区域总死亡率数据被用于第二个假设，这是其他地方的详细描述。总之，从1965年到2000年，每个省份和直辖市的年总死亡率被应用于一个逻辑回归模型以此去预测每个地区2030年的总死亡率。然而，由于在IIASA中没有可用的心血管和呼吸道死亡率，在2005年和2030年之间的心血管和呼吸道死亡率可能的变化并没有被考虑在这项研究中。
年死亡率被平均转变为日死亡率。
2.2.4、人口预测
在省或者直辖市一级的六个区域人口预测被用于分析:a)、首先，从2005年到2030年静态人口被假定为每一个省和直辖市，并且2005年的人口数被收集从2005年每个省和直辖市统计年鉴中；b)、为了提供2030年低、中、高的地区人口预测，五个地区人口预测被获得从IIASA中。基本假设被简要描述在附录(图A1)详述在其他地方。
2.2.5、臭氧相关联的死亡率(CRF)
一般来说,空气污染相关联的死亡率被估计常使用以下模型。
上式中x是臭氧浓度，y是臭氧浓度关联的死亡率，B是臭氧浓度为0时的发病率，beta;是臭氧浓度的回归系数。
CRF，来自上面的模型，用于估计臭氧浓度变化所造成的百分比变化。
臭氧和总死亡率、心血管死亡率、呼吸道死亡率的联系已经被研究在中国许多研究中，特别是在中国东部。因此，使用这些研究中的间位分析，臭氧和总死亡率、心血管死亡率、呼吸道死亡率的平均联系是共用的。这个标准在附录中详细描述。
八个研究满足入选标准。DMA8和8个小时 O3平均浓度(早上9点到下午17:00或上午十时到下午18:00)被用于这些研究。通过使用相同的方法和同一时期相同的数据，Wong等和Kan等报道出了相同的CRF结果在上海。然而，他们使用不同的臭氧指标:Wong等使用八小时平均浓度(9点至下午17:00)，而Kan等使用DMA8。因此，本文认为利用DMA8或8个小时的平均浓度估计CRF不会出现重大差异。此外，由于这两个相同的估计CRF报告中，本论文只包括Kan的研究。因此，来自八项研究中10个CRF估计被列入间位分析(表A1，附录)。Cochran的Q-test表明估计结果之间的同质性(p gt; 0.05)；因此，选择固定效应模型将这些估计结果结合起来。
“metafor”在R3.1.1被用来进行间位分析。“fields”和“ggplot2”在R3.1.1被用来统计数字。
3、结果
3.1、臭氧浓度的变化
图1和图2分别显示了在CLE和MFR两种模式下，2005年到2030年间年平均DMA8的不同。在CLE模式下，2030年中国东部年平均DMA8普遍增加，中国东部偏南方（广东和海南）相对显著增加；上海、浙江、和江苏相对轻微增加甚至有轻微下降。而氮氧化物的排放量从2005年起大量增加(图A4)。然而，在MFR模式中，在整个中国东部与京津冀地区年平均DMA8预计大幅减少，上海西部地区,南部沿海地区相对较小下降(表1,
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