上海市近地面臭氧污染的健康影響評價

陳仁杰,陳秉衡,闞海東(復旦大學公共衛(wèi)生學院環(huán)境衛(wèi)生教研室,公共衛(wèi)生安全教育部重點實驗室,上海200032)

上海市近地面臭氧污染的健康影響評價

陳仁杰,陳秉衡,闞海東*(復旦大學公共衛(wèi)生學院環(huán)境衛(wèi)生教研室,公共衛(wèi)生安全教育部重點實驗室,上海200032)

根據(jù)2008年上海市環(huán)境保護部門的每日24h近地面臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù),以每日最大8h(11:00～18:59)的臭氧濃度均值作為上海市居民的平均暴露水平,以該年上海市的全部常住人口作為臭氧暴露人口,計算近地面臭氧污染對上海市居民的健康影響和相關的健康經(jīng)濟損失.2008年上海市近地面臭氧每日最大8h的年平均水平為88μg/m3,其中市區(qū)為78μg/m3,市郊區(qū)為96μg/m3.結果表明,近地面臭氧污染可以導致上海市居民1892 (95%CI:589～3540)例早逝和26049(95%CI:13371～38499)例住院,全年的歸因健康經(jīng)濟損失為32.42(95%CI: 10.80～59.23)億元,其中由早逝引起的損失占總健康經(jīng)濟損失的88.12%.提示近地面臭氧污染已對上海市居民產(chǎn)生了較大的健康損失和經(jīng)濟損失.

臭氧；健康；經(jīng)濟；評價

Abstract：Based on the monitoring data of surface ozone in Shanghai in 2008, the daily maximum 8h(11:00～18:59)concentrations were averaged to represent the population-level ozone exposure level. All fixed residents living in Shanghai were the supposed affected population. In 2008, the annual average 8h maximum ozone concentration was 88μg/m3, and the ozone level in the central urban areas was lower than that in suburban areas (78μg/m3versus 96μg/m3respectively). It was estimated that 1892 (95% confidence intervals, 95%CI: 589～3540) premature deaths and 26049 (95%CI: 13371～38499) cases of hospital admission were attributable to surface ozone pollution in 2008 in Shanghai. The corresponding economic loss of ozone-related health impacts was roughly 3.24 (95%CI: 1.08～5.92) billion Yuan, 88.12% of which was due to premature deaths. Our analysis suggests that the surface ozone pollution has brought substantial health and economic loss to Shanghai residents.

Key words：ozone；health；economy；assessment

近些年來,對流層中近地面臭氧(O3)濃度的增加,引起了人們廣泛的關注.近地面臭氧主要來源于一系列前體污染物的光化學反應,如氮氧化物(NOx)?揮發(fā)性有機化合物(VOCs).毒理學研究發(fā)現(xiàn),臭氧能引起肺部炎癥[1],增強氣道反應性[2]以及血液流變學改變[3].人群流行病學研究亦顯示,近地面臭氧污染能引起一系列的人群不良健康效應,如早逝[4-5]、哮喘急診[6]、住院[7]、缺勤[8]等.

上海是我國經(jīng)濟最發(fā)達的城市之一,隨著工業(yè)和交通業(yè)的迅速發(fā)展,臭氧等光化學污染物所帶來的居民健康影響越來越引起重視.本研究利用上海市2008年的近地面臭氧監(jiān)測數(shù)據(jù),在國內(nèi)首次定量報道了城市近地面臭氧污染的健康損失和健康經(jīng)濟損失,以期為政府部門制定能源?環(huán)保和交通等政策提供必要的依據(jù).

1 材料與方法

1.1暴露水平與暴露人群

上海市環(huán)境保護部門在中心城區(qū)設置有3個國控監(jiān)測點、在郊區(qū)設置有4個監(jiān)測點,每日自動在線監(jiān)測24h的臭氧濃度.這些國控監(jiān)測點的點位選取和質量控制均根據(jù)原國家環(huán)境保護總局《空氣和廢氣監(jiān)測分析方法》[9]的要求進行,可反映上海市城區(qū)和郊區(qū)的近地面大氣臭氧的污染水平.根據(jù)世界衛(wèi)生組織[10]的推薦,以每日最大8h(11:00～18:59)濃度的均值作為本次評價的臭氧日均濃度.2008年全年臭氧日均濃度的均值即為當年的年均濃度,以此作為2008年上海市居民的臭氧平均暴露水平.暴露人群為上海市2008年的全部常住人口,約為1888.46萬人,其中市區(qū)人口652.97萬人,郊區(qū)人口1235.49萬人[11].

1.2人群健康效應

適合計算人群歸因健康效應及其經(jīng)濟學損失的健康終點通常具有下述特征:有統(tǒng)計學顯著性的流行病學定量證據(jù);當?shù)厝巳夯€健康資料能夠較易獲得;單位健康終點的經(jīng)濟學價值可以較易計算.本研究通過廣泛的中英文文獻檢索收集基于流行病學研究的暴露反應關系,優(yōu)先采用在上海市進行的研究,其次是國內(nèi)其他城市的研究,最后是國外的流行病學研究.綜上,本研究納入的健康終點為:心血管疾病早逝、呼吸系統(tǒng)疾病早逝、全死因早逝、心血管疾病住院和呼吸系統(tǒng)疾病住院.

在一般人群中,死亡或疾病的發(fā)生都是小概率事件,符合統(tǒng)計學上的泊松分布.根據(jù)泊松回歸比例風險模型,某暴露濃度下的人群健康效應可以表示為[12]:式中:β是臭氧暴露與人群某健康終點的暴露-反應關系系數(shù);Δc為臭氧實際濃度和閾濃度(或稱參考濃度)之差,μg/m3; E和E0分別為在實際濃度和假定閾濃度下的人群某健康終點發(fā)生數(shù);E等于暴露人口數(shù)目乘以某健康終點在該人群的基線發(fā)生率;E和E0的差值記為ΔE,就是歸因于近地面臭氧污染的該健康終點發(fā)生數(shù).

根據(jù)《上海統(tǒng)計年鑒2009》[11],上海市居民2008年的非事故性死亡、心血管疾病死亡和呼吸系統(tǒng)疾病死亡的基線發(fā)生率分別為0.73%?0.28%、0.09%,全病因住院率為11.10%.根據(jù)全國第3次衛(wèi)生服務總調(diào)查,心血管疾病住院占城市總住院人次的28.60%,因而推算得到2008年上海市居民的心血管疾病住院的人群基線發(fā)生率為3.17%.同理,可推算得呼吸系統(tǒng)疾病住院為1.36%.

1.3健康經(jīng)濟學評價

若大氣污染水平降低,一般人群中出現(xiàn)相關不良健康效應的風險就會降低.根據(jù)福利經(jīng)濟學的原理,可以運用支付意愿法(WTP)測量單位健康終點的經(jīng)濟學價值.

對于早逝,采用國際上常用的“統(tǒng)計學意義上的生命價值”(VOSL).由于國內(nèi)僅進行過幾個相關的WTP研究,且各研究結果間差異較大,本研究援引Krupnick[13]在上海進行的WTP研究,并根據(jù)居民平均可支配收入的變化做了相應調(diào)整.當收入彈性系數(shù)設定為0.48[14]時,推算得到2008年上海市居民的VOSL為151萬元.

對于心血管疾病住院,國內(nèi)外均無WTP的研究報道,因而本研究采用疾病成本法(COI)作為替代.疾病的總成本一般包括醫(yī)療直接支出成本和因住院而不能正常工作所損失的間接社會成本.根據(jù)全國第2次衛(wèi)生服務總調(diào)查的資料和10年來的醫(yī)療費平均增長率,推算得到2008年大城市(比如上海)的心血管疾病住院的直接成本為12891元.根據(jù)全國第3次衛(wèi)生服務總調(diào)查的資料,我國城市居民的平均住院天數(shù)為18d.由《上海統(tǒng)計年鑒2009》[11]可得上海市居民2008年的人日均GDP為199元.綜上,上海市居民2008年心血管疾病住院的總成本平均為16473元/例.同理可推算得呼吸系統(tǒng)疾病住院的總成本為12444元/例.

歸因于近地面臭氧污染的人群各健康終點發(fā)生數(shù)乘以各健康終點的單位經(jīng)濟學價值,即為臭氧所致的居民健康經(jīng)濟損失.

2 結果

2.1近地面臭氧監(jiān)測水平

根據(jù)上海市7個地面監(jiān)測站的資料,2008年全市臭氧每日8h平均水平為88μg/m3,其中市區(qū)為78μg/m3,市郊區(qū)為96μg/m3.郊區(qū)生物源前體物排放較高,并且城區(qū)機動車等產(chǎn)生的NOx可能擴散至位于市區(qū)下風向的市郊區(qū),因而市郊區(qū)的臭氧前體物濃度較高,致使郊區(qū)近地面臭氧濃度高于城區(qū),這與一般的大氣污染物不同.因而市郊區(qū)與市區(qū)人群都應作為臭氧污染的暴露人群.本研究所估算的臭氧相關人群健康損失和健康經(jīng)濟損失均為市區(qū)和郊區(qū)人群的損失之和.

2.2歸因的人群健康損失和經(jīng)濟損失

為定量描述流行病學研究中危險度估計的不確定性,在運用暴露反應關系系數(shù)均值估計歸因健康效應的同時,還計算了其95%可信區(qū)間(95%CI).對于早逝,Zhang 等[15]在上海的時間序列研究發(fā)現(xiàn)了臭氧短期暴露與早逝的關系,暴露反應關系的形狀與國外[16]相近.Jerrett等[5]根據(jù)美國癌癥協(xié)會(ACS)隊列研究的歷史資料,運用Cox隨機比例風險模型,在控制諸多混雜因素后,首次報道了臭氧長期暴露與居民早逝的統(tǒng)計學顯著性關系.由于該隊列研究所采用的臭氧測量尺度為每日最高1h濃度,計量單位是ppb,因而本文按照每日最大8h平均濃度=0.884×每日最高1h濃度,且1ppb O3=1.96μg/m3O3[17],對心血管疾病早逝和呼吸系統(tǒng)疾病早逝的暴露反應關系進行必要的轉換.各健康終點的暴露反應關系和上海市居民的基線發(fā)生率如表1所示.

表1 各健康終點的暴露反應關系和2008年上海市居民的基線發(fā)生率Table 1 Exposure-response relationships of various health endpoints and baseline incidences in Shanghai residents in 2008

在估計人群歸因健康效應時,參考濃度是一個重要且敏感的參數(shù),在進行臭氧相關健康經(jīng)濟學評價時一般采用自然背景濃度作為閾濃度[18].在近地面大氣中,臭氧前體物除來源于人為活動外,還有相當一部分來源于生物源排放(如植物可釋放出VOCs).平流層大氣中的臭氧也可能自然沉降到對流層.據(jù)世界衛(wèi)生組織推測,全球近地面大氣中的臭氧背景濃度約為70μg/m3(以每日最大8h平均濃度計)[19].

根據(jù)公式1,計算各健康終點的人群歸因發(fā)生數(shù),同時還計算了相應的經(jīng)濟學價值,如表2所示.2008年上海地區(qū)近地面臭氧污染可致1892 (95%CI:589～3540)例居民早逝和26049 (95%CI: 13371～38499)例居民住院,全年的歸因健康經(jīng)濟損失為32.42(95%CI:10.80～59.23)億元,其中由早逝引起的損失占總健康經(jīng)濟損失的88.12%.

表2 各健康終點的人群歸因發(fā)生數(shù)和經(jīng)濟學價值(均值和95%CI)Table 2 Attributable number of cases and economic values of various health endpoints(mean and 95% CI)

3 討論

3.1臭氧污染控制

VOCs和NOx是兩種主要的臭氧前體物,它們主要來自各種燃料、機動車、電廠、各種制造類設備甚至一些日常用品(比如油漆).控制前體物的人為排放是控制近地面臭氧污染的唯一途徑.比如,上海市機動車VOCs和NOx的年排放總量分別為8.6和8.3萬t,占到全市總排放量的14%和15%,其中中心城區(qū)的機動車分擔率高達24%和90%[20].本研究在國內(nèi)首次報道了城市近地面臭氧污染的健康經(jīng)濟損失,若采取有力措施把上海市近地面臭氧年均濃度降至自然背景水平,將至少避免32.42 (95%CI:10.80～59.23)億元的經(jīng)濟損失.顯然,臭氧相關的健康經(jīng)濟學評價將會對政府部門制定能源、環(huán)保和交通等政策提供必要的理論依據(jù).

3.2暴露測量

以戶外近地面大氣臭氧監(jiān)測的年平均水平作為居民的平均暴露水平會給健康損失估算帶來一定的不確定性.室內(nèi)臭氧主要來源于室外,室內(nèi)的復印機?激光打印機和某些空氣凈化劑等僅能產(chǎn)生少許臭氧.室內(nèi)外空氣交換頻率?墻體表面的反應清除率、空氣濾過率、臭氧與其他室內(nèi)污染物的交互作用等都能影響到室外臭氧的穿透率.有研究顯示,室內(nèi)臭氧濃度大約是室外濃度的10%～50%[21],而且據(jù)估計人一天中大約有87%的時間在室內(nèi)度過[22].另一方面,近地面大氣臭氧監(jiān)測站點通常高于地面20m左右,而絕大多數(shù)人的呼吸帶低于2m.因而個體真實的臭氧暴露水平很可能低于室外的大氣監(jiān)測水平.季節(jié)也可能是另一個影響個體暴露的因素.夏季的戶外臭氧監(jiān)測濃度一般要顯著高于冬季,而夏季室內(nèi)外的空氣交換頻率較高,因而,夏季的個體暴露水平與室外大氣監(jiān)測水平的相關性要高于冬季.

另外,臭氧的測量尺度通常包括:24h均值?最大8h均值、最大1 h濃度,應采用何種測量尺度來描述臭氧的暴露情況尚存在一定的爭議[23].本研究采用最大8h均值尺度,并按照一定的比例將美國ACS隊列研究結果轉換成了該尺度下的暴露反應關系,可能會帶來一定的偏差.

本文以大氣污染物的年均濃度作為暴露水平計算人群急、慢性健康效應符合國際同行研究慣例.若以日為單位計算大氣污染的急性健康效應,將給人群健康資料的收集帶來困難,而且大氣污染的急性暴露期可能為1～7d中的任何1d或幾d,因此計算所帶來的不確定性可能更大.同時,上海臭氧年均濃度的年際變化不大,且隊列研究中均是以年均濃度作為暴露水平,因而采用2008年的年平均濃度來探討臭氧長期暴露的健康效應.

3.3流行病學研究

近地面臭氧濃度升高與居民健康的流行病學研究較少,所報道的相對危險度結果各異,但近年來的數(shù)篇meta分析文獻均表明臭氧濃度升高與居民死亡率存在有統(tǒng)計學意義的關系[4,24-25].但是,各流行病學研究在混雜因素(比如天氣?其他污染物,居民社會經(jīng)濟地位和暴露模式等)定義與控制等方面可能存在某些差別,給從統(tǒng)計學關聯(lián)到病因學關聯(lián)的解釋帶來一定的困難.比如大氣中的顆粒物成分是一種典型的混雜因素,臭氧與顆粒物的相關性隨地理位置?季節(jié)?顆粒物成分的變化而變化,給單獨分析臭氧的人群健康效應帶來一定的困難[19].作為臭氧歸因健康效應的一個重要部分,本文直接引用了美國ACS的隊列研究結果.中美兩國在臭氧污染水平上并無太大差別,亦不存在臭氧成分與毒性差異等問題.再者,大氣污染主要影響40歲以上的人群,因而本文直接引用基于30歲以上人群的ACS研究結果不會帶來太大的偏差,但不能完全忽視中美兩國在人群特征上的差異.本文計算的歸因健康效應的95%CI較寬,可以說明臭氧流行病學研究中存在較大的不確定性.

流行病學研究中的一些健康終點,比如限制活動天數(shù)(RADs)、哮喘急診等,囿于上海人群基線數(shù)據(jù)的不易獲得性,并未納入到本研究中,因而可能會低估臭氧的健康損失.

大氣污染的急、慢性健康效應分別為健康效應截然不同的兩個方面,急性暴露僅能誘發(fā)某一健康事件,而長期暴露是導致該事件發(fā)生的真正原因,兩者雖有重疊,但這種重疊是較小且可忽略的[26].因而本研究將臭氧長期暴露與短期暴露的健康效應直接相加是較為合理的.

3.4健康結局的貨幣化

對于早逝,本文采用了VOSL的概念,即運用WTP的研究方法,計算假定通過一定措施降低死亡風險后,可以避免(或延遲)的單位死亡的經(jīng)濟價值.65歲以上人群對大氣污染最為敏感,相關的早逝發(fā)生率也最高,然而本研究的VOSL卻是基于上海市40歲以上人群的(60歲以上者僅占1/3)WTP研究結果.為避免一定的死亡風險,年長者通常比年輕者支付更少的貨幣,因而本研究所采用的VOSL值,并不一定能真實反映臭氧相關的死亡價值.“統(tǒng)計學意義上的壽命年價值”(VSLY)通過計算因降低死亡風險而延長了的壽命年價值,考慮到了不同年齡段人群的支付偏好,可以更合理地反映早逝的單位價值,但目前仍缺乏相關的研究[12].

對于住院,由于國內(nèi)外尚缺乏相關的WTP研究,因而本文采用COI法作為替代.但是,它沒有考慮到患病所帶來的身心痛苦等因素,因而僅僅是作為單位住院價值的保守估計或低限估計[12].

顆粒物被認為是大氣中對健康影響最為顯著的污染物,因而目前絕大多數(shù)大氣污染健康經(jīng)濟損失評價的文獻均是以顆粒物作為指示污染物.美國的隊列研究發(fā)現(xiàn),在控制諸多個體的和生態(tài)學上的危險因素后,臭氧和顆粒物均可以獨立地對人群產(chǎn)生不良健康效應.若以2008年上海全市的常住人口為顆粒物污染的暴露人群,以該年PM10的年均濃度(84.7μg/m3)為暴露水平,以早逝、慢性支氣管炎、門診與住院為健康效應終點,則估算的總健康經(jīng)濟損失為266.01億元.本研究報道的臭氧健康經(jīng)濟損失大致相當于顆粒物的12.19%.

4 結論

4.1根據(jù)2008年的近地面臭氧監(jiān)測資料,上海市臭氧每日8h全年平均水平為88μg/m3,其中市區(qū)為78μg/m3,市郊區(qū)為96μg/m3.

4.22008年上海地區(qū)近地面臭氧污染可致1.892 (95%CI:589～3540)例居民早逝和26049 (95%CI: 13371～38499)例居民住院.可見,近地面臭氧污染已對上海市居民產(chǎn)生了較大的健康損失.

4.3上海市2008年歸因于臭氧污染的居民健康損失為32.42(95%CI:10.80～59.23)億元.若采取有力措施降低臭氧污染,將會帶來可觀的健康收益和經(jīng)濟效益.

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Health impact assessment of surface ozone pollution in Shanghai.

CHEN Ren-jie, CHEN Bing-heng, KAN Hai-dong*(Key Laboratory of Public Health Safety, Ministry of Education, Department of Environmental Health, School of Public Health, Fudan University, Shanghai 200032, China). China Environmental Science, 2010,30(5)：603～608

X503.1

A

1000-6923(2010)05-0603-06

陳仁杰(1986-),男,四川達州人,復旦大學公共衛(wèi)生學院碩士研究生,主要從事大氣污染流行病學研究.

2009-10-10

國家環(huán)境保護公益項目(200809109);國家自然科學基金資助項目(30800892);上海市浦江人才計劃（09PJ1401700）

* 責任作者, 教授, haidongkan@gmail.com