（中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院，河北 秦皇島066102）

近年來(lái)我國(guó)大部分城市連續(xù)出現(xiàn)灰霾天氣，空氣質(zhì)量成為公眾熱議的話題。人類的生產(chǎn)生活中每天排放有毒有害的廢氣嚴(yán)重危害著人類賴以生存的空氣環(huán)境。新修訂的《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的頒布正是為了改善空氣質(zhì)量，保護(hù)人體健康。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與資源環(huán)境約束的矛盾日益突出，居民的死因譜與疾病譜也在發(fā)生著變化，研究表明呼吸系統(tǒng)疾病在城市的死亡率占第三位，而在農(nóng)村則占首位。呼吸系統(tǒng)疾病是一種較為常見(jiàn)的多發(fā)病，主要的病變是在肺部、胸腔、氣管及支氣管等部位，病變輕者咳嗽、胸悶，重者缺氧、呼吸困難，甚至呼吸衰竭而致死。呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率與大氣質(zhì)量有著直接的關(guān)系，國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究表明，呼吸系疾病與污染物之間具有相關(guān)性，當(dāng)大氣污染嚴(yán)重時(shí)，呼吸系統(tǒng)疾病的發(fā)病率會(huì)明顯上升[1-3]。

本研究運(yùn)用環(huán)境科學(xué)、流行病學(xué)等學(xué)科的理論和方法，結(jié)合文獻(xiàn)檢索、數(shù)據(jù)收集、理論分析和案例研究等方法，對(duì)秦皇島市空氣污染與居民呼吸系統(tǒng)日門診人數(shù)進(jìn)行了時(shí)間序列分析。

1 資料及其來(lái)源

1.1 大氣污染物資料

收集了秦皇島市2011年1月1日至2012年12月31日大氣污染物日平均濃度每日的API值及PM10、SO2、NO2的逐日平均濃度等監(jiān)測(cè)資料（主要由秦皇島市環(huán)保局整理收集）。

1.2 氣象資料

收集秦皇島市2011年1月1日至2012年12月31日逐日平均氣溫、氣壓及相對(duì)濕度資料（主要由秦皇島市氣象局整理收集）。

1.3 秦皇島市居民日門診資料

所用秦皇島市居民呼吸系統(tǒng)疾病日門診資料由秦皇島市衛(wèi)生局提供，收集了秦皇島市海港區(qū)、北戴河區(qū)、山海關(guān)區(qū)共5個(gè)大型醫(yī)院2011年1月1日至2012年12月31日期間呼吸系統(tǒng)疾病日門診資料，并進(jìn)行歸類整理。信息包括患者性別、年齡、診斷病名及門診日期，疾病的統(tǒng)計(jì)按照ICD-10編碼的呼吸系統(tǒng)疾?。↗00-J99）進(jìn)行。

2 研究方法

2.1 時(shí)間序列分析方法

時(shí)間序列分析是統(tǒng)計(jì)學(xué)中一種特殊的回歸方法，可以同時(shí)考慮時(shí)間因素和變量的滯后效應(yīng)及一些對(duì)研究對(duì)象有影響的混雜因素，實(shí)質(zhì)是通過(guò)處理研究對(duì)象本身的序列數(shù)據(jù)，獲得其隨時(shí)間的變化而變化的特性與規(guī)律，預(yù)測(cè)事物的發(fā)展趨勢(shì)[3]。它是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，近年來(lái)逐漸被應(yīng)用于研究大氣污染與人體健康效應(yīng)的定量評(píng)價(jià)。

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，時(shí)間序列模型已被廣泛應(yīng)用于研究大氣污染物濃度短期波動(dòng)對(duì)居民健康影響的急性作用，初步證實(shí)了空氣污染物濃度的短期變化與居民每日死亡數(shù)或發(fā)病數(shù)等健康效應(yīng)密切相關(guān)，并在全世界不同國(guó)家和地區(qū)、不同人群、不同空氣污染背景中取得了相似的結(jié)果[4，5]。

本研究以秦皇島市全體市民為研究人群，研究期間每天因呼吸系統(tǒng)疾病看門診的病人屬于小概率事件，門診人數(shù)只能是非負(fù)整數(shù)，而且居民日門診人數(shù)相對(duì)于整個(gè)人群只占極少一部分，因此醫(yī)院呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的實(shí)際分布近似泊松分布。本研究采用時(shí)間序列的廣義相加模型（GAM）分析了秦皇島每日大氣污染情況與秦皇島市海港區(qū)、北戴河區(qū)和山海關(guān)區(qū)5家醫(yī)院呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的聯(lián)系。

2.2 混雜因素的選取

在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制好必要的混雜因素是很重要的一步，主要選取合適的混雜因素才能得到大氣污染與居民健康關(guān)系的科學(xué)結(jié)論，本研究選取的混雜因素主要有：（1）星期效應(yīng)和季節(jié)性；（2）氣象因子對(duì)人體健康的影響；（3）延遲效應(yīng)；（4）特殊工作崗位人群及吸煙史；（5）流感、非典等發(fā)病的影響。

2.3 數(shù)學(xué)模型的建立

綜合了以上因素，最終以半?yún)?shù)廣義相加模型（Generalized Additive Model，GAM）的泊松回歸為基礎(chǔ)，建立模型形式為：

log[E（Yt）]=α+βXt+s（t，df）+s（Zt，df）+Wt（week）

式中：Yt為觀察日t的當(dāng)天門診人數(shù)；E（Yt）從為觀察日t的門診人數(shù)預(yù)期人數(shù)；α為截距；βXt為GAM模型中的參數(shù)部分；β為回歸模型中的系數(shù)；Xt為對(duì)應(yīng)變量產(chǎn)生線性的解釋變量，指t時(shí)間污染物PM10、SO2、NO2的濃度；s為非參數(shù)平滑樣條函數(shù)（Smoothing Spline Function）；df（Degree of Freedom）為自由度；t是時(shí)間變量；Zt是t日的氣象因子變量，包括日均溫度、相對(duì)濕度和氣壓；Wt為考慮到醫(yī)院每日呼吸系統(tǒng)門診量具有星期效應(yīng)而引入的虛擬變量（Dummy Variable）。

根據(jù)以上模型可以估算出各污染物的回歸系數(shù)，而后可計(jì)算出當(dāng)這3種污染物的濃度增加自身平均濃度的四分位間距（IQR）時(shí)，居民呼吸系統(tǒng)疾病每日門診人數(shù)的相對(duì)危險(xiǎn)度：

RR=Exp（β×IQR）

在此基礎(chǔ)上計(jì)算RR的95%的可信區(qū)間：

Exp[（β×1.96SE）×IQR]

3 分析結(jié)果

3.1 描述性統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果

對(duì)2011、2012兩年間秦皇島市每日大氣污染指標(biāo)（包括API、PM10、SO2和NO2）、氣象指標(biāo)（包括日均氣溫、日均氣壓、相對(duì)濕度）和5所醫(yī)院呼吸系統(tǒng)疾病每日門診人數(shù)的分布情況進(jìn)行了描述性分析，其結(jié)果見(jiàn)表1。

兩年間秦皇島市每日API的均數(shù)為79.83，最大值為295，發(fā)生日期在2012年1月12日；最小值為23，發(fā)生日期為2011年1月22日。2011年1月1日至2012年12月31日秦皇島市API的時(shí)間序列圖見(jiàn)圖1。

表1 2011—2012秦皇島市每日大氣污染指標(biāo)、氣象指標(biāo)及門診人數(shù)分布情況

圖1 2011—2012年間秦皇島市大氣API的時(shí)間序列

由圖1可見(jiàn)，秦皇島市2011至2012年間API有顯著的季節(jié)變化趨勢(shì)，冬季是秦皇島市空氣質(zhì)量最差的季節(jié)，其次是春季，空氣質(zhì)量最好的是夏季。主要污染原因有：（1）與污染物的排放有關(guān)，冬季的取暖燃煤、浮塵揚(yáng)沙等都是秦皇島的重要污染源，導(dǎo)致了冬季污染嚴(yán)重。秦皇島取暖時(shí)間一般在11月份左右開(kāi)始，較其他季節(jié)冬季的污染最為嚴(yán)重。（2）秦皇島市春季氣溫回暖，氣候干燥，大風(fēng)刮起本地?fù)P沙，造成揚(yáng)塵或浮塵天氣，導(dǎo)致空氣受污染。（3）夏、秋季節(jié)秦皇島雨水增加，地表植被覆蓋率增加，并且此時(shí)溫度高、對(duì)流旺盛，利于污染的擴(kuò)散，故夏、秋季節(jié)空氣質(zhì)量較好。

3.2 秦皇島市污染物與氣象條件相關(guān)分析

2011年至2012年期間秦皇島市日均氣溫、日均氣壓、相對(duì)濕度、API、PM10、SO2和NO2日平均濃度兩兩簡(jiǎn)單相關(guān)分析的結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 2011—2012年秦皇島市大氣污染指標(biāo)與氣象指標(biāo)相關(guān)性分析（**）

該表中所有數(shù)據(jù)均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），研究期間大氣污染的API值、PM10、SO2和NO2濃度值均與日均溫度、相對(duì)濕度呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，而與氣壓呈較強(qiáng)的正相關(guān)。各個(gè)大氣污染指標(biāo)之間呈較強(qiáng)的正相關(guān)性，尤其是API與PM10的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.968。

3.3 大氣污染物與呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的模型擬合結(jié)果

表3顯示了單污染模型下大氣中污染物PM10、SO2和NO2在不同滯后天數(shù)（Lag0～Lag4）與呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)的聯(lián)系，指出各污染物平均濃度每增加一個(gè)四分位間距（IQR）時(shí)，即PM10每增加0.056 mg/m3，SO2每增加0.045 mg/m3，NO2每增加0.020 mg/m3時(shí)，呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)增加的相對(duì)危險(xiǎn)度（RR）變化情況。

從表3可以看出，PM10在該模型下與呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR在滯后2 d后達(dá)到最大值，SO2在該模型下與呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR在滯后3 d后達(dá)到最大值，其RR（95%CI）分別為1.065 3（1.024 5，1.107 7）和1.0536（1.026 8，1.090 2），且都具有統(tǒng)計(jì)意義。NO2與呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR在當(dāng)天就達(dá)到了最大值，無(wú)滯后效應(yīng)，其RR（95%CI）為1.048 6（1.010 1，1.090 3），同樣具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3 單污染模型下呼吸系統(tǒng)門診人數(shù)的RR值（95%CI）

4 結(jié)論

秦皇島市大氣PM10、SO2和NO2的日平均濃度值有夏季較低，冬季較高的周期性，研究期間API值、PM10、SO2和NO2濃度值均與日均溫度、相對(duì)濕度呈較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，而與氣壓呈較強(qiáng)的正相關(guān)。各個(gè)大氣污染指標(biāo)之間呈較強(qiáng)的正相關(guān)性[6]。

在研究期間，秦皇島市呼吸門診人數(shù)無(wú)明顯的周期性變化，但門診人數(shù)較高的日期明顯集中在春季和冬季兩個(gè)季節(jié)。大氣中的污染物PM10、SO2對(duì)呼吸系統(tǒng)疾病日門診人數(shù)有滯后效應(yīng)，而NO2無(wú)滯后效應(yīng)。大氣污染物的濃度與居民呼吸系統(tǒng)疾病之間存在著一定的正相關(guān)性，污染物的濃度升高，居民呼吸系統(tǒng)疾病的每日就診人數(shù)就隨之增加。

[1]孟力，周濤，張珊珊，等.根治霧霾 刻不容緩[J].天津經(jīng)濟(jì)，2013（3）：39-46.

[2]李寧.廣州市灰霾天氣對(duì)呼吸系統(tǒng)健康影響的研究[D].武漢：武漢科技大學(xué)，2009.

[3]曹娟.蘭州市大氣污染與居民健康效應(yīng)的時(shí)間序列研究[D].蘭州：蘭州大學(xué)，2010.

[4]張金艷，孟海英，張桂斌，等.北京市朝陽(yáng)區(qū)大氣污染與居民每日呼吸系統(tǒng)疾病死亡關(guān)系的時(shí)間序列研究[J].環(huán)境與健康雜志，2011，28（9）：788-791.

[5]陳曉蘭.大氣顆粒物造成的健康損害價(jià)值評(píng)估[D].廈門：廈門大學(xué)，2008.

[6]馬賀，劉鐵英.秦皇島港東港區(qū)煤塵污染與氣象特征關(guān)系分析[J].中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，13（4）：24-26，33.