胡曉 俞科愛(ài) 張國(guó)超 林陳爽 蔣飛燕 徐璐

(1.寧波市鎮(zhèn)海區(qū)氣象局，浙江 寧波 315202；2.寧波市北侖區(qū)氣象局，浙江 寧波 315806)

0 引 言

隨著工業(yè)化、城市化的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)各大城市在近些年頻繁遭受灰霾污染影響[1]，灰霾的頻繁發(fā)生不但對(duì)氣候、環(huán)境等產(chǎn)生重大影響，而且對(duì)人的身體健康帶來(lái)嚴(yán)重危害[2]，“環(huán)境—?dú)庀蟆】怠币恢笔鞘澜绺鲊?guó)衛(wèi)生學(xué)家、環(huán)保學(xué)家和氣象學(xué)家十分關(guān)心的問(wèn)題，環(huán)境空氣質(zhì)量的好壞，對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有直接的影響[3]。大氣污染物對(duì)人群健康影響包括長(zhǎng)期暴露產(chǎn)生的慢性效應(yīng)和短期暴露產(chǎn)生的急性效應(yīng)[4]，可吸入顆粒物(PM10)，細(xì)顆粒物(PM2.5)、SO2和NO2與人群健康效應(yīng)結(jié)局的流行病學(xué)聯(lián)系最為密切[5]，短期暴露高濃度大氣污染物，將對(duì)人體健康造成不利影響，表現(xiàn)為人群超額死亡的增加，因呼吸系統(tǒng)疾病和循環(huán)系統(tǒng)疾病門診或急診就診人次的增加，住院人次的增加等[6]。大量研究證實(shí)了大氣顆粒物對(duì)呼吸、循環(huán)等多個(gè)系統(tǒng)健康有損害[7-9]，因此近年來(lái)大氣顆粒物污染與人群死亡變化的關(guān)系已成為國(guó)際環(huán)境流行病學(xué)研究的熱點(diǎn)之一[8]。而氣象環(huán)境與人體健康研究是多學(xué)科交叉合作研究的新領(lǐng)域，氣象因子、空氣污染等多因素間聯(lián)合所起的作用可能是相加、協(xié)同或拮抗作用，因此研究多種氣象因素間的復(fù)合作用對(duì)健康效應(yīng)的影響具有更加現(xiàn)實(shí)的意義。有的學(xué)者利用天氣、氣候因子作為潛在變化因子，并用天氣模型估算每日死亡率和顆粒污染物之間的反應(yīng)關(guān)系[10-11]；天津[12]和武漢[13]的氣溫與PM10間存在相互作用，由此引發(fā)的呼吸系統(tǒng)疾病死亡率在氣溫較高時(shí)表現(xiàn)更為明顯；上海地區(qū)[14]極端低溫同大氣污染與每日死亡率有較好的相關(guān)。通過(guò)上述分析說(shuō)明氣象因素、空氣污染與居民死亡率有相應(yīng)的內(nèi)在聯(lián)系，因此探討多項(xiàng)氣象要素及其對(duì)污染物濃度變化作用和對(duì)居民健康的影響具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

2012—2013年，我國(guó)中東部地區(qū)出現(xiàn)持續(xù)嚴(yán)重霾污染天氣[15-17]，特別是2013年12月2—14日的重度霾事件，天津、河北、山東、江蘇、安徽、河南、浙江、上海等多地空氣質(zhì)量指數(shù)達(dá)到嚴(yán)重污染級(jí)別，嚴(yán)重霾污染天氣對(duì)城市的各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和居民生活帶來(lái)顯著影響，也給人體身體健康造成嚴(yán)重威脅。利用2012—2013年寧波地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)、污染物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和人口死亡數(shù)據(jù)對(duì)大氣污染與居民健康的影響情況進(jìn)行分析，可以為了解寧波地區(qū)大氣污染對(duì)居民健康的影響情況，采取相應(yīng)措施減少其對(duì)人群健康的危害提供參考。

1 資料來(lái)源

氣象資料來(lái)源于2012—2013年寧波鄞州國(guó)家氣象站逐日平均氣溫、日平均相對(duì)濕度、日平均氣壓、日平均風(fēng)速和日降水量等氣象因素。

污染物濃度監(jiān)測(cè)資料來(lái)自寧波市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心國(guó)控點(diǎn)實(shí)測(cè)資料，監(jiān)測(cè)的大氣污染物包括PM10、PM2.5、SO2、NO2逐日平均濃度。

呼吸系統(tǒng)每日人口死亡數(shù)據(jù)由寧波市疾病控制中心提供。

2 結(jié)果分析

2.1 寧波地區(qū)2012—2013空氣質(zhì)量

根據(jù)環(huán)保部發(fā)布的中華人民共和國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)HJ633—2012中環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)(AQI)技術(shù)規(guī)定(試行)，將空氣污染指數(shù)AQI分為6級(jí)，AQI≤50，空氣等級(jí)為1級(jí)，空氣質(zhì)量?jī)?yōu)；51300，空氣等級(jí)為6級(jí)，嚴(yán)重污染。從表1中可以看出從2012年到2013年，AQI優(yōu)、良的日數(shù)共占80.6%，2013年輕度污染以上日數(shù)呈較明顯的上升趨勢(shì)，3級(jí)以上污染天氣明顯增多(比2012年增加了32 d)，并且首次出現(xiàn)3 d6級(jí)嚴(yán)重污染天氣。

表1 2012—2013年寧波各等級(jí)空氣質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

圖1是2012—2013年寧波地區(qū)AQI的逐月分布圖。從圖1中可以看出，AQI具有明顯的月變化特征。11月、12月和1月AQI明顯偏高，是污染集中出現(xiàn)的月份；6—8月AQI明顯下降到60以下，優(yōu)質(zhì)空氣日數(shù)占到該月的2/3，總體呈現(xiàn)出秋冬季差、夏季好的明顯季節(jié)特征。

圖1 2012—2013年寧波AQI逐月分布圖

同樣，根據(jù)HJ633—2012中劃定的標(biāo)準(zhǔn)，將2012—2013年寧波月均及年均污染物濃度列入表2。從年際變化來(lái)看，2013年污染程度較2012年更重一些，從月均污染物濃度變化來(lái)看，2012年11月PM10最高119 μg·m-3；PM2.5最高79 μg·m-3。2013年12月PM10平均濃度高達(dá)192 μg·m-3，PM2.5平均濃度133 μg·m-3，達(dá)到國(guó)家四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。從月際變化來(lái)看，秋冬季(11月—次年1月)除O3以外，污染物平均濃度最高時(shí)段，這一特征與杭州基本一致[18]，分析原因主要是秋冬季寒冷，混合層高度低易出現(xiàn)逆溫天氣，大氣擴(kuò)散能力差，以及冷空氣活動(dòng)頻繁，容易攜帶污染物南下等共同原因所至。

表2 2012—2013年寧波市各月平均污染物濃度 μg·m-3

2.2 大氣污染物濃度與氣象要素相關(guān)性分析

某一城市的污染情況通常受兩方面因素的影響：一是污染源的分布和排放情況，二是氣象要素即大氣擴(kuò)散污染物的能力[19]。由于重污染天氣中污染物主要集中在邊界層內(nèi)，除了受大尺度環(huán)流背景場(chǎng)影響外，低空的風(fēng)、溫、壓、濕等氣象因素也很重要[20]。2012—2013年寧波污染天氣中，首要污染物111 d為細(xì)顆粒物(PM2.5)占污染日數(shù)的78.2%，12 d為可吸入顆粒物(PM10)，19 d為O3，這說(shuō)明寧波地區(qū)的污染物中以細(xì)顆粒污染為主。為分析寧波市污染日的地面氣象要素，對(duì)比分析空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)日(589 d)和污染日(142 d)地面氣象要素特征。

表3為污染日和達(dá)標(biāo)日地面氣象要素統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。分析可知，5個(gè)氣象要素在污染日和非污染日均有明顯差異，其中差異最大的是雨日頻率，污染日雨日頻率僅17.6%，而非污染日雨日頻率為44.8%，說(shuō)明降水對(duì)于污染物的沖刷和清除有非常明顯的作用；其次氣溫、氣壓、相對(duì)濕度和風(fēng)速。污染日較非污染日平均氣溫低6.5 ℃，氣壓高6.1 hPa，分析原因，主要是因?yàn)槲廴救掌毡榘l(fā)生在氣溫較低、冷空氣活動(dòng)頻繁的秋冬季所致；另外污染日平均風(fēng)速比非污染日低0.6 m/s，風(fēng)速越大越有利于污染物的擴(kuò)散，相應(yīng)的污染物濃度越低；由于非污染日雨日偏多，因此相對(duì)濕度也較污染日高7%。

表3 污染日和非污染日地面氣象要素統(tǒng)計(jì)

2.3 環(huán)境氣象因素與呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)相關(guān)性分析

2.3.1 特征分析

近年來(lái)，呼吸系統(tǒng)疾病發(fā)病率和死亡率呈明顯上升趨勢(shì)，呼吸系統(tǒng)疾病多發(fā)于冬、春兩季，分別因病毒或細(xì)菌引發(fā)，主要包括哮喘、肺炎、過(guò)敏性鼻炎、濕疹、感冒、支氣管炎等[21]。特別是寧波地區(qū)污染天氣又以細(xì)顆粒污染為主，空氣中可吸入的PM10和更小PM2.5，能夠穿透肺泡參與血?dú)饨粨Q，其本身伴有有毒重金屬元素、多環(huán)芳烴類化合物，甚至病毒和細(xì)菌等有毒有害物質(zhì)，可被血液和人體組織吸收，對(duì)人體健康和大氣環(huán)境的危害最大[22]。圖2分別為2012、2013年寧波地區(qū)PM2.5及呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)隨時(shí)間變化趨勢(shì)，由圖可見(jiàn)，研究期間寧波地區(qū)呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的時(shí)間分布呈季節(jié)性波動(dòng)，夏季降低，秋冬春季升高，特別是春季對(duì)應(yīng)呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的高值區(qū)。同樣，PM2.5的時(shí)間分布呈現(xiàn)出一致的季節(jié)性波動(dòng)特征，夏季PM2.5相對(duì)較低，秋季濃度逐漸升高，冬春季為PM2.5濃度的高值時(shí)間段，特別是2013年冬季PM2.5濃度最高值達(dá)422 μg·m-3。

進(jìn)一步對(duì)2012—2013年各季節(jié)呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，各季的死亡人數(shù)分別為：春季(3—5月)3047人，日均16.56人；夏季(6—8月)2341人，日均12.72人；秋季(9—11月)2465人，日均13.54人；冬季(12月至次年2月)4041人，日均22.45人?？梢钥闯?，冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)最高，其次是春季、秋季，夏季最少。分析原因可能是由于冬季多冷空氣活動(dòng)，氣溫低，同時(shí)冷空氣輸送或天氣靜穩(wěn)時(shí)均容易帶來(lái)污染天氣，造成空氣中顆粒物濃度增高，呼吸系統(tǒng)疾病多發(fā)，死亡人數(shù)增加。春季冷暖空氣均較活躍，冷空氣活動(dòng)仍會(huì)造成顆粒物輸送，同時(shí)由于氣溫起伏，容易造成人體免疫力下降，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病。夏季里氣溫高、濕度大、空氣質(zhì)量較好，因此呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)最少。

(a：2012，b：2013)圖2 2012—2013年寧波PM2.5及呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的時(shí)間變化趨勢(shì)

2.3.2 相關(guān)性分析

通過(guò)分析各氣象要素，包括氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、平均風(fēng)速、降水量與細(xì)顆粒物濃度和呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的相關(guān)性可以發(fā)現(xiàn)(表4)：呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)與氣壓、PM10和PM2.5存在著明顯的正相關(guān)(r為0.513、0.243、0.243，P<0.01)，說(shuō)明當(dāng)顆粒物濃度升高時(shí)，呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)相應(yīng)增加，呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)與氣溫呈負(fù)相關(guān)(r為-0.416，P<0.01)，說(shuō)明氣溫下降，呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)相應(yīng)增加，特別冬季多冷空氣活動(dòng)，氣溫下降、顆粒物濃度升高，對(duì)應(yīng)呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)最多。PM2.5與PM10、氣壓之間存在著明顯的正相關(guān)(r分別為0.952、0.513、P<0.01)，顆粒物吸濕增長(zhǎng)為氣態(tài)污染物提供非均相轉(zhuǎn)化載體，促進(jìn)細(xì)顆粒物的生成，進(jìn)一步降低大氣能見(jiàn)度[23]；PM2.5與氣溫和降水呈負(fù)相關(guān)(r分別為-0.605、-0.175，P<0.01)，風(fēng)速的增大以及降水都是有利顆粒物擴(kuò)散及清除的氣象條件。PM10與氣壓存在著明顯的正相關(guān)(r為0.423，P<0.01)，與氣溫、風(fēng)速、降水和相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)(r分別為-0413、-0.271、-0.221、-0.294，P<0.01)。

表4 寧波地區(qū)2012—2013年呼吸系統(tǒng)疾病日死亡人數(shù)與各污染物日均濃度、氣象因素的相關(guān)性分析

考慮空氣污染、氣象等暴露因素的健康效應(yīng)均有一定的持續(xù)性和滯后性[24-25]，以及人體對(duì)外界環(huán)境發(fā)生變化做出生理反應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間存在差異，選取與呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)相關(guān)性最高的氣溫、氣壓PM2.5及PM10做進(jìn)一步分析，對(duì)2012—2013年間寧波市呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)做以下處理[26]：

其中N(i)為考慮到人體響應(yīng)時(shí)間差異的第i天寧波市呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)，n(i-1)，n(i)，n(i+1)分別為實(shí)際統(tǒng)計(jì)得到的第i-1天，第i天，第i+1天寧波市呼吸系統(tǒng)疾病的死亡人數(shù)。

(a：氣溫；b：氣壓)圖3 不同氣象要素與不同滯后時(shí)間下寧波呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系

圖3分別為氣溫和氣壓與同期及滯后1～10 d寧波呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)情況，可以看出，在夏季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)與氣溫的相關(guān)性弱，這是由于夏季的平均氣溫較高；春季的負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)，且對(duì)氣溫的響應(yīng)存在滯后性，最佳滯后時(shí)間為5 d；秋冬季節(jié)呼吸系統(tǒng)疾病的死亡人數(shù)對(duì)氣溫變化響應(yīng)較快，秋季最佳滯后時(shí)間為2 d，冬季為3 d，說(shuō)明當(dāng)氣溫下降，2～3 d后呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)就會(huì)有上升。同樣，呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)與氣壓的相關(guān)性在夏季很弱，春季最強(qiáng)，秋冬季居中，這與春夏季平均氣壓相差較大有關(guān)。同時(shí)分析呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)氣壓響應(yīng)也存在滯后性，春季最佳滯后時(shí)間為4 d，秋季為3 d；冬季和夏季表現(xiàn)出雙峰結(jié)構(gòu)，第一峰值分別出現(xiàn)在第2 d和第3 d，第二峰值均出現(xiàn)在第8 d。

(a：PM2.5；b：PM10)圖4 不同顆粒物濃度與不同滯后時(shí)間下寧波呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)關(guān)系

圖4為PM2.5和PM10與同期及滯后1～10 d寧波呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)情況，可以看出，呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)PM2.5在秋季相關(guān)性最大，滯后性上看也表現(xiàn)出雙峰結(jié)構(gòu)，分別在1 d和8 d相關(guān)系數(shù)出現(xiàn)峰值，在冬季，呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)PM2.5同樣呈現(xiàn)正的相關(guān)性，從第3天開(kāi)始。隨著滯后天數(shù)增加，相關(guān)性逐漸增大，最佳滯后時(shí)間為9 d；春季和夏季的相關(guān)性較小。PM10與呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)的相關(guān)情況和PM2.5的情況十分相似，秋季相關(guān)性最大，冬季次之，春秋季相關(guān)性較弱。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)2012—2013年寧波環(huán)境空氣質(zhì)量達(dá)標(biāo)天數(shù)為589 d，占80.6%，污染天氣為142 d，其中111 d首要污染物為細(xì)顆粒物(PM2.5)，占污染日數(shù)的78.2%。AQI表現(xiàn)為秋冬差、夏季好的明顯季節(jié)特征。

2)氣象要素在污染日和非污染日均有明顯差異，差異最大的是雨日頻率，污染日雨日頻率僅17.6%，而非污染日雨日頻率為44.8%。

3)2012—2013年寧波地區(qū)呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的時(shí)間分布呈季節(jié)性波動(dòng)，夏季降低，秋冬春季升高。冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)最高，日均22.45人，其次是春季日均16.56人。呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)與氣壓、PM10和PM2.5存在著明顯的正相關(guān)，氣溫呈負(fù)相關(guān)，呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)氣溫響應(yīng)存在滯后性，秋冬季呼吸系統(tǒng)疾病死亡人數(shù)對(duì)氣溫變化的響應(yīng)較快，滯后時(shí)間為2～3 d，在秋冬季顆粒物濃度與呼吸系統(tǒng)死亡人數(shù)的相關(guān)性較大，有8～9 d的滯后效應(yīng)，春夏季相關(guān)性較小。

4)本文對(duì)氣象因素、大氣污染對(duì)呼吸系統(tǒng)死亡率影響展開(kāi)分析，得到了一些結(jié)論，但由于氣象因子、空氣污染等因素對(duì)人體健康所起的作用是非常復(fù)雜的，這些作用可能是相加的、協(xié)同的。而在今后的工作中還將就以下幾方面加強(qiáng)分析：1)文中僅對(duì)氣象、大氣污染與呼吸系統(tǒng)死亡率進(jìn)行分析，但污染天氣過(guò)程也可能涵蓋其他的健康效應(yīng)結(jié)局，如心血管系統(tǒng)等等；2)污染天氣過(guò)程對(duì)人群健康的影響存在滯后效應(yīng)和累計(jì)效應(yīng)，在對(duì)滯后效應(yīng)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上還可對(duì)累計(jì)效應(yīng)展開(kāi)研究；3)空氣污染對(duì)不同年齡組的影響結(jié)果不同，兒童和老年人最容易受到惡化的空氣質(zhì)量的傷害，因此空氣污染對(duì)不同人群的健康效應(yīng)還需進(jìn)一步細(xì)化分析。