抽象的
臭氧是一种高度氧化污染物,由阳光存在的前体形成,与呼吸道发病率和死亡率相关。所有其他相同的是,由于气候变化,预计地面臭氧的浓度将增加。
使用发射场景,模型和流行病学数据预测变化气候下的臭氧相关的健康影响。欧洲臭氧浓度与大气运输和化学模型(匹配)-RCA3(50×50公里)进行建模。两个气候模型,ECHAM4和HADCM3的投影分别在温室气体发射场景A2和A1B下应用。我们将欧洲范围的曝光响应函数应用于网格化人口数据和国家特异性基线死亡率和发病率。
比较当前情况(1990-2009)与基线期间(1961-1990),在比利时,爱尔兰,荷兰和荷兰和荷兰和气候变化引起的臭氧相关死亡率和发病率的最大增加英国。比较基线期间和未来期间(2021-2050和2041-2060),对比利时,法国,西班牙和葡萄牙预计臭氧相关死亡率和发病率的更大增加,利用ECHAM4的气候预测更强大的影响(A2)。但是,在北欧和波罗的海国家,预计相同的减少程度。
目前的研究表明,预计气候变化对臭氧浓度的影响可能对整个欧洲的死亡率和发病率产生不同的影响。
臭氧是最重要的空气污染物之一。它形成在光化学反应中,受天气影响的浓度和化学前体供应,包括氮氧化物(没有X),挥发性有机化合物(VOC),甲烷(CH4)和一氧化碳(CO)。气候变化可影响臭氧浓度,从而影响呼吸道健康[1]通过一系列过程,包括化学生产、臭氧的稀释和沉积,这些过程受温度、云量、湿度、风和降水的调节[2- - - - - -4].臭氧也由包括天然生物排放的反应形成;这些反应还取决于温度和太阳辐射,从而覆盖覆盖。虽然对预计变化的温度有很大的信心[5],其他气象参数的变化,如降水和云覆盖,更不确定。天然植被如何应对气候变化,也存在很大的不确定性。
极端天气事件,如热浪(2003年和2006年在欧洲观测到),会进一步增加地面臭氧浓度[6,7].在2003年热浪期间,法国气温对健康不利影响的相对贡献率从波尔多的97.5%到图卢兹的14.7%不等,在图卢兹,空气污染和臭氧单独或共同造成了死亡率[6].化学传输模型项目广泛的温度相关夏季欧洲,北美和亚洲污染地区地面臭氧的增加。地面臭氧对气候变化的敏感性在城市地区特别高,反映了臭氧地层前体的浓度。停滞剧集的频率预计北部纬度大陆的增加,通风预计将减少欧洲,东北美国和东亚[8].
气候变化可能导致较高的生物挥发性有机化合物排放[9].温度升高可能导致土壤微生物活性增加,从而导致NO含量增加X排放及随之增加的臭氧量[10.].甲烷排放促进对流层臭氧地层和全球气候变化[11.].气候变化和越来越多的温度也可能影响野火的风险[12.].例如,由于CO等前体的排放,2007年加州大火导致该地区臭氧的极限值超出了3倍[13.].
流行病学研究显示了地面臭氧对健康的广泛影响,导致日常死亡率过高和发病率。针对不同原因证明了显着的负面健康效果,主要用于呼吸道和(在较小程度上)心血管疾病[14.].大多数流行病学研究集中在急性健康后果上(由于短期非常高浓度的臭氧)。例如,在几项研究中显示了臭氧急性暴露和短期死亡率之间的关联[15.- - - - - -18.].有几项大型多城市研究与呼吸疾病的医院入院数量有关[19.]和慢性阻塞性肺病[20.]环境臭氧水平。已显示出暴露于臭氧,以增加喘息,胸闷和哮喘的可能性[21.].其他主要效应包括哮喘,呼吸道感染和现有气道疾病的加剧的急诊部门参观[22.],以及肺功能的下降[23.].
地面臭氧的慢性影响的流行病学证据不太确定。慢性暴露可引起气道明显变化和全身炎症。Jerrett.等.[24.[呼吸道原因与臭氧浓度的增加,呼吸原因的死亡风险显着增加。然而,当考虑到具有50%截止空气动力直径为2.5μm的颗粒的颗粒浓度为2.5μm的颗粒浓度时,心血管原因死亡的风险并不是更重要的。夏季臭氧平均与四个患者的生存有关,慢性条件可能易于令臭氧效应,如充血性心力衰竭[25.]. 其他研究表明,某些心血管效应可能是由于全身炎症反应和心律改变所致。C黄等.[26.[发现血液中炎症标志物的增加和心率可变性的降低,与年轻健康成人滞后超过1-3天的臭氧水平升高。在一些亚洲研究中,臭氧暴露与卒中引起的死亡率增加有关[27.].死亡率风险表现出季节性变化,在温暖的天气期间更加激烈。
一些研究预计气候变化对地面臭氧浓度的影响以及随后对公共卫生的影响[28.- - - - - -36.].其中四项研究发表在E毕和M.cGreg[37.];三个专注于美国,在英国。虽然使用不同的温室气体发射场景和模型,但美国的研究挂等.[33.] 和T琼脂等.[34.结论,预计气候变化将增加2050年代的臭氧浓度,导致臭氧相关的死亡率增加,南方各州具有更早的死亡。美国第三次学习专注于纽约市大都市地区的儿童哮喘急救厅访问[36.],使用与k的相同臭氧投影诺尔顿等.[28.]. 英国的研究将假定A2情景排放量(+15%)的地面臭氧变化与假定未来现行立法和空气质量标准(+6%)的变化与假定最大可行减排量(-5%)的变化进行了比较[35.]. 假设A2排放量和当前基准死亡率,预计世界10个区域的臭氧浓度在2000年至2030年期间将增加9.2个体积分数(ppbv),作为全球人口加权每日8小时最大值[32.].对于欧洲,人口加权平均值将增加4.7 PPBV。
影响评估估计历史性的健康影响与目前的地层臭氧浓度。一个nenberg.等.[38.,并发现假设低浓度阈值(25 ppbv)对估计的死亡率影响有很大影响。此外,他们发现,将2000年与1860年相比,臭氧浓度增加了两到三倍,这取决于所评估的世界区域。对于欧洲,模拟的年平均浓度从18.26 ppbv增加到48.92 ppbv,欧洲目前的浓度预计每年将导致0.041±0.021万或0.023±0.017万额外呼吸死亡,具体取决于假设的阈值。
目前的研究评估了气候变化对欧洲臭氧相关死亡率和发病率的影响,而不是经常使用的时间。此外,它说明了应用的温室气体排放场景和全球气候模型对预计健康影响的影响。
材料与方法
对臭氧暴露,基线死亡率,发病率和人口进行了数据,为健康影响评估产生。
欧洲臭氧浓度以常压和化学模型(匹配)模型以50×50公里的网格尺寸为50×50公里的浓度(匹配)[4,39.]哪种型号约为70种化学成分,包括热和光化学反应,湿化学和二级颗粒形成。在整个模拟年度的2000年的侧面和最偏向的物种处于代表的水平。匹配基于每小时温度和太阳辐射的异戊二烯模拟生物发射。异戊二烯的生物发射也取决于植被类型的地理分布,在整个模拟过程中保持恒定。这是一种简化,但与气候投影相关的植被的可靠预测不可用。NOx,硫氧化物,CO,非甲烷VOCS和来自欧洲监测和评估计划的人为前体排放(www.ceip.at)作为匹配的输入。在所有模拟年份中,这些人为排放在2000年水平上具有季节性、周和日变化。MATCH使用由区域气候模式RCA3产生的气象学[40,41.].在温室气体发射场景A2和A1B下的两个全球气候模型,ECHAM4和HADCM3的预测被用作RCA3的输入,这反过来在更高的分辨率下产生了对欧洲气候的动态俯就。使用ECHAM4(A2),比较了两个先前呈现的时间[42.,43.]:基线期间1961-1990和未来2021-2050(匹配-RCA3-ECHAM4)。使用HADCM3(A1B),包括两次额外的时间[44.,45.]:目前的1990-2009和未来进一步,2041-2060(匹配-RCA3-HADCM3)。这些模型参数已在给定的参考文献中广泛进行评估。
在经过RCA3缩减的两个气候预估中使用了不同的温室气体排放情景。然而,使用HadCM3 (A1B)和ECHAM4 (A2)预估的两次模拟在1961-1990年和2021-2050年之间的欧洲平均气温变化非常相似,分别为2.1°C和1.9°C。HadCM3对温室气体强迫有更强的响应,因此变暖较强。A1B和A2情景在2021-2050年期间的人为温室气体排放差异有限,部分解释了这种相似性。预计公司22010年A1B和A2的浓度接近当前(2010)观察到的CO2浓度。CO的预估变化2A1B和A2的差异较大,导致模拟的1961-1990年和2071-2100年的温度变化差异较大,HadCM3和ECHAM4分别为3.8°C和4.3°C。在一组13个不同的预估中,这两个气候预估在2040-2070年期间的平均气温变化是第二和第四高的。这些预估是根据RCA3在整个欧洲使用A1B或A2情景运行的不同全球气候模式进行的,并按比例缩小[46.].尽管平均温度变化的差异,直到2050不大,但欧洲内部规模的两个预测之间存在其他差异。特别是,夏季沉淀的降低以及因此云覆盖和土壤水分,在Echam4(A2)中的欧洲西南部更大。这些因素对于臭氧产生和植被干燥沉积很重要。
Somo测量的臭氧暴露35.(日历年度臭氧每日8-H最大意义> 35 PPBV,以μg·m表示−3)的地理分辨率为50公里。因此,计算>35 ppbv (70 μg·m)水平对健康的影响−3).通常截止值为70μg·m−3在风险评估中使用,因为在每日臭氧浓度> 50-70 μg·m−3[47.,48.].作为敏感性分析,我们还使用了SOMO的截断值50.和帅哥25..看看季节性的影响,SOMO35.分别计算夏季和冬季的值及其预期健康影响。人口平均暴露是根据国家影响估计计算的。
关于所有数据库的世界卫生组织(世卫组织)欧洲健康的死亡率和住院数据(http://data.euro.who.int/hfadb.).使用原油非标准化的全因死亡率和呼吸住院率。为所有国家/地区计算2000-2005的平均利率,并应用于每个国家内的所有网格。国家边界的形状用于确定每个网格单元所属的国家。
2000年欧洲的网格人口数据取自荷兰环境评估局的全球环境(海德)主题历史数据库[49.].
用于计算死亡率和发病率病例(ΔY)绝对和相对编号使用以下等式:
在哪里Y0为基线死亡率或发病率;流行音乐受感染人数;β:暴露-反应函数(相对风险);和X估计的过度曝光。
为了描述臭氧对死亡率的影响,世卫组织的荟萃分析相对风险为每10μg·m−3使用最大每日8-H平均臭氧浓度(95%CI 1.001-1.004)作为暴露响应系数(ERC)[14.].相同的META分析估计成人(15-64 YRS)为1.001(95%CI 0.991-1.012)和较老年人(≥65yrs)为1.005(95%CI 0.998-1.012)的呼吸道住院的ERCμg·m−3增加每日8-H平均臭氧浓度。但是,由于大多数国家只有所有年龄段的住院费率都可提供,所以使用替代的ERC(1.003)。这联合委员会对空气污染物的医疗效果[50.]基于不同年龄组中的呼吸医院入学比例(15-64 YRS≥65年),非官方元分析结果(1.003,95%CI 1.000-1.007)和ERC。
结果
气候变化将影响地面臭氧浓度(无花果。1),通过一些过程,如前所述。臭氧浓度的变化将影响死亡率和呼吸道入院率(表格1).基线(近期)和电流暴露于施加的阈值以上的地层臭氧(Somo35.)与大量的过早死亡(约26,000-28,000人)和欧洲住院(表1] 和2).影响最大的是人口众多的南欧国家,如意大利、西班牙和法国。
使用基于匹配-RCA3-HADCM3的臭氧估计的基线期间(1990-2009)与基线期间(1961-1990)进行比较时,对臭氧相关死亡率和住院环境的最大的气候变化相对增加是模型的已经发生在爱尔兰,英国,荷兰和比利时(表格1);估计增长高达5%。最北端的国家估计减少,最大的芬兰减少5%。在绝对数量中,该模型在欧洲的647名中,每年有867名住院治疗,分别在意大利最大的数量:100和117。
如果我们比较基线期(1961-1990年)和未来期(2021-2050年),几个国家的差异甚至更大(表格1).预计与臭氧有关的病例增加最多的是比利时、法国、西班牙和葡萄牙(10-14%)。但是,在大多数北欧和波罗的海国家,预计臭氧有关的死亡率也会有同样程度的下降。如果我们用HadCM3 (A1B)模拟的未来(2041-2060)和基线期(1961-1990)进行比较,这种变化会更强烈。使用ECHAM4 (A2)预估的影响更大,比利时的影响将增加34%,这是由于该地区夏季降水的更强减少以及相应的云量和土壤湿度的减少导致更高的臭氧浓度。
我们还调查了气候变化诱导的地下臭氧浓度变化对全面死亡率的影响以及呼吸住院总速度的影响。因为总死亡率和呼吸住院的ERC具有相同的幅度(每10μg·m为0.3%−3日最大8小时平均臭氧浓度增加),相对影响数相同,但总影响数不同。在西班牙、意大利和葡萄牙的一些地区,与基线期相比,未来全因死亡率和呼吸系统住院率的相对增加预计为>0.2% (无花果。2).使用ECHAM4(A2)投影,效果再次更大。将当前期间(1990-2009)与基线(1961-1990)和使用BADCM3(A1B)投影的基线(1961-1990)进行进一步的未来(2041-2060)表明大多数影响最高的影响风险区域将在未来发生,只有较小的影响已经发生了(无花果。2). 然而,与现实一样,模型中存在十年尺度上的变化,但模型和现实世界的十年尺度变化不一定相关;事实上,年代际变化甚至可能是反相关的。这意味着,气候模型模拟的一个或几十年时间段内的变化不一定能与现实相比较。
气候变化预测有区域差异(1961-1990与2021-2050),取决于全球气候模型(ECHAM4或HADCM3)和CO2发射场景(A2或A1B)用作RCA3的输入。对于大多数国家,匹配-RCA3-ECHAM4(在A2场景下)产生更大的增加;但是,对于一些国家(例如.希腊和保加利亚),在MATCH-RCA3-HadCM3情景(在A1B情景下)中增加的幅度相同。SOMO也有不同之处35.基于两个全球气候模式的区域降尺度,尽管在两个实现的基准期温室气体排放相似,但使用MATCH模拟的基准期(1961-1990)的值(无花果。1).这是由于模型对当前气候的认识存在差异[51.].对于一些国家,例如比利时,荷兰和英国,比赛-RCA3-HADCM3场景,浓度高25%;虽然南欧国家,例如西班牙和葡萄牙,Somo35.值>比MATCH-RCA3-ECHAM4低10%。
讨论
地面臭氧是一个至关重要的公共健康问题。北半球的环境臭氧浓度通常在每年的大部分时间内达到已知对健康有害的浓度[4]. 呼吸系统具有抗氧化防御功能,可在一定程度上减轻臭氧暴露的影响。年龄、先前存在的疾病、社会和经济状况、习惯、遗传学和其他因素会影响个体阈值的显著影响。这种可变性掩盖了在人群水平上确定明确的无影响暴露浓度。患有潜在肺部或气道疾病的个体有更高的不良影响风险,包括喘息、胸闷、咳嗽和哮喘发作。患有哮喘和过敏性鼻炎的人更容易因急性接触臭氧而引起呼吸功能的短暂改变。哮喘儿童,尤其是低出生体重的儿童,肺功能下降更为常见。在高浓度下,臭氧还能增强健康人的气道反应性。在目前的评估中,健康指标是与短期接触有关的过早死亡和呼吸系统住院,因为这些结果有可用的元系数。实际的健康影响可能更严重,包括对生存率的影响,但在呼吸系统疾病方面也影响到更大比例的人口。
曝光响应函数支持使用累积的SOMO度量标准来估计健康影响[12.,44.]. 使用的截止值(35 ppbv)低于世界卫生组织关于臭氧的最高每日8小时平均值100μg·m的空气质量指南−3[52.]欧盟空气质量指令2008/50 / EC最多每日8-H平均120μg·m−3,并不得在每个历年>日超过25日[53.].在其他健康影响评估中使用了相同的截止值[54.- - - - - -56.].由于流行病学研究也显示出较低浓度的关联[48.,57.],通过使用这种截止值,归因于臭氧的总数可能低估了所有场景。使用somo.25.作为分界点的值将使归因病例的数量大约增加一倍,但会减少预计的相对增加(表2.).但是,使用更高的SOMO截点50.会显着降低案件的数量,但增加相对变化(表2.日最高8小时平均>100 μg·m−3). SOMO的大部分预计增长35.是在夏季,四月至九月(表2.).
我们的结果对具有不同截止值的欧洲当前臭氧诱导的死亡人数(表2.)与A的结果非常相似nenberg.等.[38.],即使他们使用了“长期”曝光响应关系[24.虽然我们使用更建立的“短期”曝光 - 响应关系[14.].然而,由于长期曝光也可能诱发慢性疾病(如哮喘)和可能对存活的可能影响,因此臭氧与臭氧的健康影响的尺寸和种类可能比我们表明更重要。最近,瑞典和其他国家的臭氧暴露也与前期出生有关,哮喘的危险因素[58.].
我们专注于气候变化相关的改变在地层臭氧浓度下的影响,持有其他因素常数。我们的研究结果表明,气候变化可能会通过几个国家的臭氧浓度产生更高的臭氧浓度来影响未来的健康。欧洲增加了高达13.7%的臭氧相关死亡率(有索莫35.)这意味着全因总死亡率和呼吸系统住院率为0.2%,将通过增加医疗成本影响公共卫生部门。在一些国家(例如由于气候变化,北欧诱导的死亡率和住院治疗的氧气诱导的死亡率和住院治疗。许多过程有助于对流层臭氧的降低,包括由于更多的水蒸气,降低天然异戊二烯排放,增加干燥沉积和变化的污染运输模式,增加了化学破坏,包括增加的化学破坏。43.].
将我们目前的分析与2000年和2020年的欧洲清洁空气(CAFE)计划评估进行比较[55.],我们发现对大多数国家的影响较大。在Cafe评估中,基于现行立法和最大的技术上可行的减少预测气候变化的浓度降低的技术上可行的两种臭氧情景。在目前的分析中,由于该研究的目标仅展示了气候变化的影响,因此不会考虑臭氧前体排放和欧洲人口减少的可能降低。我们对英国的估计与英国卫生部的估计进行比较[54.].
气候变化还将影响其他空气污染物,如颗粒物(PM),尽管大气化学成分不同。PM与边界层高度的关系比臭氧强(相反),边界层高度与风速和对流过程有关。温度依赖性因颗粒种类而异,与硫酸盐呈正相关,与有机种类可能呈负相关。随着降水量的增加,颗粒物浓度降低[8]. 气候变化对PM的影响是高度不确定的;甚至在不同的研究中,符号也有所不同[8].这里使用的两种气候实现模拟了南部降水减少和北部降水增加,整个欧洲温度升高和南部欧洲风速降低。这意味着不同的颗粒物组分未来将经历不同幅度和空间变化。
一些方法问题可能影响了结果。对于所研究的时段,温室气体排放情景的选择并不重要,因为在2050年之前,情景之间的排放差异较小。一个更重要的因素是所使用的全球气候模型。对两种不同的全球气候模型进行缩小后,欧洲不同地区的结果有所不同。在大多数国家,与ECHAM4相比,使用HadCM3全球模式导致地面臭氧基线值更高(1961-1990年)。这表明,在评估局部效应时,全球模型的选择是重要的。此外,气候变量(如温度、湿度、等等。)可能影响呼吸道住院费率,从而影响臭氧的影响。随着南欧等南欧的温和气候区域的速度低,北欧相比,影响的绝对增加可能会高于本研究中的建议。
这些预估可与根据不同拟议法规对排放量变化的预估一起使用,以了解未来温度升高所造成的影响的大小和程度。卫生部和公共卫生组织也可以利用这些预测来开始规划如何改进目前的方案,以确保脆弱人群受到保护,免受气候变化中地面臭氧浓度预计增加的影响。
结论
气候变化对地面臭氧浓度的预计影响可能会差异地影响欧洲的死亡率和发病率。南部和中欧的臭氧相关死亡率增加,北欧略有下降。与基线期间(1961-1990)相比,在过去的二十年(1990-2009)中出现了很少有气候相关的臭氧影响,未来更加预定(2021-2050和2041-2060)。与在许多国家/地区使用ECHAM4相比,哈科姆3全球模型为基线投射了较高的臭氧浓度。Echam4通常对2021-2050的健康影响较大。
脚注
支持声明
该研究得到了欧洲联盟资助的气候陷阱项目(合同EAHC 20081108)和瑞典环境保护局通过研究方案,气候变化和环境目标得到支持。H. Orru由Estonian教育部的Grant SF0180060S09得到支持。
感兴趣的语句
没有宣布。
- 已收到2011年12月1日。
- 接受2012年6月2日。
- ©2013年