2018年春季西北五省省会城市大气质量与健康风险评价

盛丹睿; 温小虎; 冯起; 武君; 司建华; 吴敏; 张传奇

doi:10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00113

高原气象 >

2021 , Vol. 40 >Issue 1: 200 - 208

DOI: https://doi.org/10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00113

2018年春季西北五省省会城市大气质量与健康风险评价

盛丹睿 ^,¹^,² ,
温小虎 ^,¹ ,
冯起 ¹ ,
武君 ³ ,
司建华 ¹ ,
吴敏 ¹^,² ,
张传奇 ⁴

展开

^1. 中国科学院西北生态环境资源研究院，甘肃兰州 730000
^2. 中国科学院大学，北京 100049
^3. 鲁东大学，山东烟台 264025
^4. 辽宁华一环境咨询事务所有限公司，辽宁沈阳 110000

温小虎（1978 -），男，甘肃天水人，副研究员，主要从事水资源与水环境研究. E-mail: xhwen@lzb.ac.cn

盛丹睿（1995 -），女，甘肃张掖人，硕士研究生，主要从事水文与水资源研究. E-mail: shengdanrui@lzb.ac.cn

收稿日期: 2019-07-23

修回日期: 2019-12-23

网络出版日期: 2021-02-28

基金资助

国家重点研发计划项目(2017YFC0404305)

中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDJ-SSW-DQC031)

中国科学院“西部之光”人才计划项目

收起

Air Quality and Health Risk Assessment of Capital Cities in Five Northwest Provinces of China in the Spring of 2018

Danrui SHENG ^,¹^,² ,
Xiaohu WEN ^,¹ ,
Qi FENG ¹ ,
Jun WU ³ ,
Jianhua SI ¹ ,
Min WU ¹^,² ,
Chuanqi ZHANG ⁴

Expand

^1. Northwest Institute of Eco-environment Resources，Chinese Academy of Sciences，Lanzhou 730000，Gansu，China
^2. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China
^3. Ludong University，Yantai 264025，Shandong，China
^4. Liaoning Huayi Environmental Consulting Co. ，Ltd，Shenyang 110000，Liaoning，China

Received date: 2019-07-23

Revised date: 2019-12-23

Online published: 2021-02-28

Fold

本文亮点

城市大气污染及其引起的健康效应一直是关注的热点。本研究对2018年春季西北五省省会城市PM_2.5、 PM₁₀、 NO₂、 SO₂、 CO和O₃浓度数据进行了系统分析，并采用美国环境保护署（United States Environmental Protection Agency， USEPA）推荐的健康风险评价模型评估了PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂和NO₂的健康风险。结果表明： PM_2.5和PM₁₀为主要超标污染物。除乌鲁木齐市（该市PM₁₀春季平均质量浓度亦超标）外，其余四个城市PM_2.5和PM₁₀的春季平均质量浓度均超过国家二级标准。各城市SO₂、 NO₂、 O₃和CO的污染水平较低。2018年春季各城市空气质量以良好至轻度污染为主。各城市人群PM_2.5和PM₁₀的春季健康风险均在USEPA规定的可接受风险范围内。SO₂和NO₂的健康风险均未超过瑞典、荷兰等国推荐的可接受风险值。SO₂和NO₂对老人产生的健康风险最小，儿童最大，儿童为较敏感受体。儿童（<6岁）SO₂/NO₂的春季健康风险约是成人（18~60岁）的1.2/1.3倍，是60岁以上人群的1.7/1.8倍。不同性别及年龄阶段人群SO₂和NO₂的健康风险存在差异， 6~17岁人群和60岁以上老人的健康风险有女性>男性的特点， 6岁以下儿童与18~60岁成人的健康风险则表现为男性>女性。

本文引用格式

盛丹睿 , 温小虎 , 冯起 , 武君 , 司建华 , 吴敏 , 张传奇 . 2018年春季西北五省省会城市大气质量与健康风险评价[J]. 高原气象, 2021 , 40(1) : 200 -208 . DOI: 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00113

Highlights

Urban air pollution and its impact on human health always receive high attention.This study analyzed the concentrations of PM_2.5， PM₁₀， NO₂， SO₂， CO and O₃ in the capital cities of five Northwest provinces in the spring of 2018 and evaluated the health risks posed by PM_2.5， PM₁₀， SO₂ and NO₂ using the health risk assessment model recommended by the US Environmental Protection Agency （USEPA）.The results show that PM_2.5 and PM₁₀ are main pollutants exceeding standards.Except Urumqi （The average PM₁₀ concentration in spring in Urumqi also exceeded standards）， the average concentration of PM_2.5and PM₁₀exceeded the national standard Grade Ⅱ in spring in the other four cities.The concentrations of SO₂， NO₂， O₃ and CO in the five cities were relatively low.The air pollution of all cities was mainly good to light pollution in the spring of 2018.The health risks of PM_2.5 and PM₁₀ in spring in the five cities were at acceptable risk level set by USEPA.The health risks of SO₂ and NO₂ did not exceed the acceptable risk values recommended by Sweden， Netherlands and other countries.SO₂ and NO₂ posed the smallest risks to the elderly （>60 years old） and the greatest health risks to children （<6 years old）.Children were more sensitive receptors.The spring health risks of SO₂/NO₂ for children （<6 years old） were about 1.2/1.3 times those for adults （18~60 years old）， 1.7/1.8 times those for people over 60 years old.The health risks of SO₂ and NO₂ for men and women of different ages were different.Women aged 6~17 or over 60 were at greater risks than even-aged men， while the risks of men under 6 years old or aged 18~60 were higher.

1 引言

环境空气质量问题已成为全球关注的焦点。近年来国家采取一系列大气污染防治措施（尹承美等， 2019），一定程度上改善了空气质量，然而城市能源消费结构仍不尽合理，大气污染形势依然严峻。长期暴露于受到污染的大气中，会诱发和加重包括呼吸道感染、肺癌、心血管疾病等在内的多种疾病，甚至导致敏感人群的急性死亡（谢元博和李巍， 2013； Smith， 1993； Analitis et al， 2006； Chen and Kan， 2008），对人体健康构成极大威胁。因此，需开展大气质量健康风险评价并评估大气污染物对人体健康的危害程度。健康风险评价是以风险度作为评价指标，建立环境污染与人体健康之间的联系，定量描述人体在被污染大气环境中暴露时受到危害的风险（陈华和平蕊珍， 2009）。从2000年起国家实施西部大开发战略至今，西北部地区以煤炭、化石能源为主体的能源消费结构排放了包括PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂、 NO₂、 O₃、 CO等在内的多种有害大气污染物，城市空气污染水平迅速升高，但目前针对西北地区大气污染的健康风险研究较少。因此，研究西北地区城市大气污染现状及其健康风险评价具有重要意义。

目前，西北地区的经济增长仍过度依赖高耗能、高污染的重工业。人口剧增、拆建工程众多、交通流量增加， 2012、 2013和2014年的工业废气排放分别占全国排放总量的6.52%， 9.25%和13.14%，且有逐年上升的趋势（古冰， 2010）。环境空气质量2013 -2017年的监测结果显示，西北五省省会城市（西宁、兰州、西安、乌鲁木齐、银川）空气污染较严重，一定程度上影响了当地的交通、生产和社会生活。兰州市西固区的采样点污染水平已达五级，需要采取控制措施（于云江等， 2012）。任春艳等（2005）的研究结果表明，兰州和乌鲁木齐的空气综合污染指数超过标准，污染较严重，西宁、西安和银川均低于标准值。王金相（2018）研究发现，陕西省SO₂和NO₂污染最严重，其次为甘肃、新疆和宁夏，青海省污染程度最低。

春季是中国西北地区沙尘频发的季节。沙尘天气是导致西北地区多数城市以颗粒物为主的重污染事件发生的主要原因之一（郝巨飞等， 2018；郭勇涛， 2013）。王婷和寇力斐（2016）研究发现兰州市污染超标天数主要集中在春季且与沙尘天气的发生密切相关。我国西北地区采暖期为冬季到春季，冬春季节大气污染问题尤为突出，而春季同时包含了采暖期和非采暖期，其大气污染状况尤其具有代表性（韩瑞霞等， 2014）。赵熠琳等（2017）分析发现乌鲁木齐、西宁、兰州、银川和西安在冬春季（采暖季）各项大气污染物浓度高于夏秋季（非采暖季）污染物浓度，且各城市实况空气质量为2~3级。韩瑞霞等（2014）对西安和兰州春季空气质量等级进行分析，发现3月污染较4、 5月严重，与3月处于采暖期有关。探究大气污染暴露对人体健康的影响，在关注高浓度污染物暴露造成的极端健康事件的同时（Hertel et al， 2001），也应该重视长期低浓度的大气污染暴露（Mage et al， 1996；王航等， 2014）。由于众多条件的限制，当前有关西北五省省会城市大气污染物对人体健康造成的风险研究还比较缺乏。因此，本文以西宁、兰州、西安、乌鲁木齐、银川五市为研究对象，探索春季大气污染状况，并选用USEPA推荐的健康风险评价模型对大气环境质量展开健康风险评价，其结果将为城市大气质量管理以及人体健康风险管控提供一定的研究基础。

2 研究区概况

中国西北五省地区大体上位于大兴安岭以西、长城和昆仑山-阿尔金山-六盘山以北，气候为温带季风气候、温带大陆性气候，降水自东向西、自南向北递减。其自然景观（从东到西）为：耕地-草原-荒漠草原-荒漠-高原。400 mm降水线以下，以戈壁荒漠高原为主（环境保护部， 2008）。包括陕西省（西安市）、甘肃省（兰州市）、青海省（西宁市）、宁夏回族自治区（银川市）、新疆维吾尔自治区（乌鲁木齐市）。西北五省地区民族众多，物产丰富，在“一带一路”大背景下，经济地位和战略地位都凸显其重要性。

西安市地处渭河平原，亦称关中平原或关中盆地，属温带大陆性季风气候，年平均气温13.0~13.7 ℃。年降水量522.4~719.5 mm，由北向南递增。年日照时数1646.1~ 2114.9 h。兰州市地处黄河上游，地势自西南向东北倾斜，地形呈狭长状；属温带大陆性气候，年平均气温10.3 ℃，年平均日照时数为2446 h，无霜期180天，年平均降水量为328 mm，主要集中在6-9月（何建军等， 2016）。西宁市位于湟水谷地之中，属于河谷地形，四面环山，年平均日照为1939.7 h，年平均气温7.6 ℃。银川市位于黄河上游宁夏平原中部，主要地形为山地和平原，属温带大陆性气候，年平均气温8.5 ℃，年均降水量200 mm，无霜期185天左右。乌鲁木齐市位于准格尔盆地以南。属中温带大陆性干旱气候，最热月份是7、 8月，平均气温25.7 ℃；最冷月份是1月，平均气温-15.2 ℃（赵熠琳等， 2017）。

3 研究方法

3.1　数据来源与处理

本文的大气污染物分别是PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂、 NO₂、 CO和O₃，其质量浓度数据均来自中华人民共和国生态环境部官方网站全国城市空气质量实时发布平台（http： //www.mee.gov.cn/hjzl/），此平台数据源于国家环境空气质量自动监测点。2018年3月1日至5月31日的数据完整，无缺失。采用Excel软件对数据进行处理和分析。

3.2　评价与分析方法

应用GB 3095-2012《环境空气质量标准》（环境保护部， 2012b）和HJ 633-2012《环境空气质量指数（AQI）计算规定》（试行）（环境保护部， 2012a）评价大气环境质量，表1列出了评价标准和分级系统。

表1 空气质量的评价标准和分级系统

Table 1 Assessment criteria and classification system of air quality

评价标准		浓度限值		分级系统
污染物项目	平均时间	国家一级标准	国家二级标准	AQI	分级	空气质量
PM_2.5/(µg·m^-3)	年平均	15	35	0~50	一级	优
PM_2.5/(µg·m^-3)	24 h平均	35	75	0~50	一级	优
PM₁₀/(µg·m^-3)	年平均	40	70	51~100	二级	良
PM₁₀/(µg·m^-3)	24 h平均	50	150	51~100	二级	良
SO₂/(µg·m^-3)	年平均	20	60	101~150	三级	轻度污染
	24 h平均	50	150
	1 h平均	150	500
NO₂/(µg·m^-3)	年平均	40	40	151~200	四级	中度污染
	24 h平均	80	80
	1 h平均	200	200
CO/(mg·m^-3)	24 h平均	4	4	201~300	五级	重度污染
CO/(mg·m^-3)	1 h平均	10	10	201~300	五级	重度污染
O₃/(µg·m^-3)	1 h平均	160	200	>300	六级	严重污染
O₃/(µg·m^-3)	日最大8 h平均	100	160	>300	六级	严重污染

为衡量六种大气污染物平均浓度水平, 采用PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂和NO₂的国家标准浓度限值为年平均值；CO的国家标准浓度限值为24 h平均值；O₃的国家标准浓度限值为日最大8 h平均值（刘杰, 2015）

3.3　暴露剂量计算方法

根据美国环境保护局发布的暴露因素手册，污染物质一般通过摄食、呼吸与皮肤接触三种途径进入人体。大气污染物PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂和NO₂主要经呼吸途径暴露（董洁等， 2014；龚地萍等， 2011），且不同年龄和性别人群的日均摄入量不同，因此用公式（1）来计算SO₂和NO₂经呼吸途径的暴露剂量：

A D D = C × I R × E D B W × A T

（1）

式中： ADD （Average Daily Dose）为非致癌物经呼吸道的日均暴露剂量［单位： mg·（kg·d）^-1］；C为环境中该污染物的质量浓度（单位： mg·m^-3）；BW为人体质量（单位： kg）；IR为呼吸速率（单位： m³·d^-1）； AT为平均暴露时间（单位： d）； ED为暴露持续时间（单位： d）。

由于当前缺乏适用于我国居民的标准暴露参数，因此在健康风险评价过程中将仍采用美国的暴露参数（董洁等， 2014；段小丽等， 2009， 2012）。但考虑到中西方人群在体质（体重）和呼吸速率等方面的差异，将暴露人群按年龄分为4组，不同年龄段再根据性别分为2组（王航等， 2014；王宗爽等， 2009），相关暴露参数见表2。

表2 经呼吸途径进入人体的暴露参数

Table 2 Exposure parameters enter human body through inhalation pathway

年龄/岁	性别	BW/kg	IR/(m³ $·$ d^-1)	ED/d	AT（非致癌）/d
< 6	男	16	5.71	6 $×$ 365	6 $×$ 365
< 6	女	16	5.58	6 $×$ 365	6 $×$ 365
6 ~ 17	男	39	11.78	18 $×$ 365	18 $×$ 365
6 ~ 17	女	37	11.36	18 $×$ 365	18 $×$ 365
18 ~60	男	62.7	19.02	30 $×$ 365	30 $×$ 365
18 ~60	女	54.4	14.17	30 $×$ 365	30 $×$ 365
>60	男	59.4	11.53	30 $×$ 365	30 $×$ 365
>60	女	51.4	10.36	30 $×$ 365	30 $×$ 365

年龄、性别、 BW及IR引自王航等（2014）；ED和AT引自胡子梅等（2013）

3.4　健康风险评价模型

健康风险评价是将环境污染与人体健康建立联系，定量描述人体暴露于污染物中受到危害的风险（王航等， 2014；陈华和平蕊珍， 2009），其评价模式包括危害识别、剂量-效应分析、暴露评价及风险表征等4部分（NAS， 1983；段磊等， 2011）。以野外调查、采样和室内分析为基础（危害判定），结合国际癌症研究中心（International Agency for Research on Cancer， IARC）公布的化学物质对人体健康产生的危害效应，确定大气污染物对不同年龄阶段、不同性别的人群引起的健康效应（剂量-效应关系）（蔡睿堃等， 2015）。

世界卫生组织（World Health Organization， WHO）和国际癌症研究机构（IARC）将污染物分为基因毒物质（包括致癌物质和放射性物质）和躯体毒物质（非致癌物质）。本研究侧重于评估人群暴露于空气污染物（PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂、 NO₂）的健康风险（O₃近几年才逐渐引起人们重视， CO的污染水平较低，且USEPA等机构也还未公布O₃和CO的健康风险参考剂量，因此O₃和CO的健康风险在本文中不进行评价）。NO₂、 SO₂、 PM_2.5及PM₁₀为非致癌物质。本研究采用USEPA推荐的非致癌物通过呼吸途径最终进入人体的非致癌风险评价模型（王航等， 2014）。非致癌物质的健康风险以参考剂量为衡量标准，当目标污染物的暴露剂量超过参考剂量，可能产生毒害效应（USEPA， 1989），下面将介绍两种常见的评价模型。

3.4.1　基于非致癌物（NO₂、 SO₂）的健康风险评价模型

非致癌污染物即躯体毒物质（NO₂、 SO₂）所致的健康危害按式（2）来计算（王航等， 2014；董洁等， 2014； USEPA， 2002；陈鸿汉等， 2006）：

R i = A D D × 10 - 6 / (R f D i × 70)

（2）

式中：

R i

为非致癌性污染物 i 经呼吸途径所引起的健康风险，无量纲；ADD为非致癌物质 i 经呼吸途径的日均暴露剂量［单位： mg·（kg·d）^-1］；10^-6指非致癌性污染物 i 的可接受风险水平；

R f D i

为呼吸途径下非致癌性污染物 i 的参考剂量（reference dose）［单位： mg·（kg·d）^-1］；70为平均寿命（单位：年）。SO₂的

R f D

（呼吸途径）为0.023 mg·（kg·d）^-1， NO₂的

R f D

（呼吸途径）为0.029 mg·（kg·d）^-1（王航等， 2014；王宗爽等， 2009）。

3.4.2　基于非致癌物（PM_2.5、 PM₁₀）的健康风险评价模型

采用非致癌效应污染物健康风险评估模型对城市大气环境细颗粒物（PM_2.5、 PM₁₀）进行健康风险评价（于云江， 2011；张永江等， 2017）。其计算公式如下：

R = C R f C × 10 - 6

（3）

式中： R表示污染物产生的健康风险，无量纲；C为终生日均暴露计量（浓度单位： μg·m^-3），；RfC为待评价污染物的参考浓度（单位： μg·m^-3）。PM_2.5和PM₁₀的RfC值分别为2550 μg·m^-3和50 μg·m^-3（张永江等， 2017； WHO， 2017）。

3.5　健康风险可接受水平的确定

健康风险可接受水平是考虑到社会发展、经济水平、科学技术等因素的影响而得到的评价环境污染造成人体健康风险是否能接受的标准。国际辐射防护委员会（ICRP）推荐的健康风险可接受值为5×10^-5 a^-1，而USEPA和英国皇家学会推荐的可接受风险值为1×10^-6 a^-1（王航等， 2014；孟宪林等， 2012）。本研究选取后者作为评判健康风险能否接受的依据。

4 结果与分析

4.1　大气污染物浓度特征

2018年春季西北五省省会城市六种大气污染物的平均质量浓度如图1所示。细颗粒物PM_2.5和PM₁₀为主要超标污染物。西安市PM_2.5春季平均质量浓度最高（61.22 µg·m^-3），乌鲁木齐市最低（33.76 µg·m^-3），其质量浓度虽未超过国家二级标准浓度限值（35 µg·m^-3），但与二级标准值接近，很可能由于一次工业活动导致其数值超过二级标准［图1（a）］。五市中兰州市受PM₁₀影响最大， PM₁₀春季平均质量浓度达171.39 µg·m^-3，乌鲁木齐市春季PM₁₀平均浓度最低，为103.21 µg·m^-3 ［图1（b）］。从超标情况来看，除乌鲁木齐市（乌鲁木齐市的PM₁₀春季平均质量浓度亦超标）外，其余四个城市的PM_2.5和PM₁₀的春季平均质量浓度均超过国家二级标准浓度限值（PM_2.5年均值35 µg·m^-3； PM₁₀年均值70 µg·m^-3），其中西安市的PM_2.5春季平均质量浓度超标1.75倍，兰州市的PM₁₀春季平均质量浓度超标2.45倍。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图1 2018年春季西北五省省会城市六种大气污染物浓度特征

Fig.1 Concentration characteristics of atmospheric pollutants in the capital cities of the five northwestern provinces in spring 2018

SO₂污染水平较低，所有城市均不超标（国家二级标准为60 µg·m^-3）。银川市春季SO₂平均质量浓度为27.27 µg·m^-3，高于其他四市，约是质量浓度最低的乌鲁木齐市（9.86 µg·m^-3）的2.77倍［图1（c）］。NO₂污染水平相对较低。除西安、兰州两市外，其余三个城市均不超过国家二级标准（40 µg·m^-3）。西安市和兰州市的超标率分别达1.48倍和1.36倍。NO₂春季平均质量浓度最大值出现在西安市（58.32 µg·m^-3），最小值在西宁市（33.93 µg·m^-3）［图1（d）］。西宁、兰州、西安、乌鲁木齐、银川五市春季CO平均质量浓度分别为1.37， 0.97， 1.21， 0.92和0.80 mg·m^-3，均低于国家一级标准浓度限值（4 mg·m^-3）［图1（e）］。O₃春季平均质量浓度值最高的是银川市（128.87 µg·m^-3），乌鲁木齐市最低（100.56 µg·m^-3）。西宁、兰州、西安、乌鲁木齐、银川春季O₃平均质量浓度均超过国家一级标准（100 µg·m^-3），但未超过二级标准（160 µg·m^-3），且分别超过一级标准限值1.06， 1.26， 1.10， 1.01及1.29倍［图1（f）］。

总体来说，西北五省省会城市春季大气环境除SO₂、 O₃和CO的平均质量浓度未超过国家二级标准外，各城市PM₁₀、 PM_2.5以及NO₂的春季平均质量浓度均有超标状况出现，空气质量较差，这可能与西北地区干旱的地理环境有关。干旱的地理环境容易造成地表疏松，同时春季多大风天气（张文军等， 2019），强风的条件下易出现沙尘暴和浮沉天气，进而导致以颗粒物为主的重污染事件的发生（赵熠琳等， 2017）。此外，密集的人类活动（汽车尾气排放、工农业生产、居民生活等）对大气环境中PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂、 NO₂、 O₃及CO的浓度变化也有着显著的影响。

4.2　春季空气质量优良率

西北五省省会城市2018年春季空气质量状况等级统计结果如表3所示。由表3可知，西宁市空气质量优等天数较少（占3.33%），空气质量状况主要为良（占67.78%），中度及以上污染天气相对较少，共占9.99%。乌鲁木齐市、西安市和兰州市的空气质量状况以良好至轻度污染为主，分别占94.45%， 82.22%和78.89%，中度至重度污染天气分别占3.33%， 11.11%和21.11%；银川市空气质量主要以轻度污染天气为主，占71.11%，中度至重度污染天气共占18.89%。西北五省省会城市春季空气质量优劣排序依次为：西宁市>乌鲁木齐市>西安市>兰州市>银川市，其优良率依次为71.11%， 50.00%， 40.00%， 25.56%和10.00%。各城市春季轻度污染及以上日数为26~81天，比例大于28.89%，尤其是西宁重度污染及以上级别比例在5.56%以上，大气污染较为严重，西安及银川则分别有1天的城市空气质量为重度污染级别。反映出不同地区、不同气候条件下各城市空气质量特征的差异。康晓风等（2002）和鲁然英等（2005）的研究结果也表明，西宁、兰州及乌鲁木齐三市位处沙尘源区或多发区，因而极易受沙尘天气影响，城市空气质量状况较不稳定。

表3 2018年春季西北五省省会城市空气质量分级

Table 3 The proportions of air quality classification in the capital cities of the five northwestern provinces in spring of 2018

城市	AQI			空气质量等级
城市	最高	最低	平均	优（AQI: 0~50）	良（AQI: 51~100）	轻度污染（AQI: 101~150）	中度污染（AQI: 151~200）	重度污染（AQI: 201~300）	严重污染（AQI>300）
西宁	453	42	102	3(3.33%)	61(67.78%)	17(18.89%)	4(4.44%)	2(2.22%)	3(3.33%)
乌鲁木齐	182	24	101	2(2.22%)	43(47.78%)	42(46.67%)	3(3.33%)	0(0.00%)	0(0.00%)
西安	228	25	110	6(6.67%)	30(33.33%)	44(48.89%)	9(10.00%)	1(1.11%)	0(0.00%)
兰州	200	72	126	0(0.00%)	23(25.56%)	48(53.33%)	19(21.11%)	0(0.00%)	0(0.00%)
银川	203	41	129	1(1.11%)	8(8.89%)	64(71.11%)	16(17.78%)	1(1.11%)	0(0.00%)

空气质量等级括号外的数值代表该城市的空气质量处于该等级时的天数, 括号内的数值代表空气质量为该等级时的天数所占的百分比

4.3　大气污染健康风险评价

图2给出了2018年春季西北五省省会城市大气污染物非致癌风险。西宁、乌鲁木齐、西安、兰州、银川市人群PM_2.5的春季健康风险指数分别为0.960×10^-6~6.360×10^-6， 0.400×10^-6~5.440×10^-6， 0.680×10^-6~7.520×10^-6， 1.040×10^-6~6.520×10^-6及0.760×10^-6~5.760×10^-6。西安市人群PM_2.5的春季健康风险平均值为2.449×10^-6（最高），大概是乌鲁木齐市（1.350×10^-6）的1.81倍。5市PM₁₀的春季健康风险指数分别为0.840×10^-6~11.060×10^-6、 0.380×10^-6~9.240×10^-6、 0.680×10^-6~7.100×10^-6、 0.860×10^-6~17.960×10^-6及0.880×10^-6~11.560×10^-6。兰州市人群PM₁₀春季健康风险平均值最高（3.428×10^-6），比乌鲁木齐市（2.064×10^-6）大1.66倍［图2（a）］。5市 PM_2.5 和PM₁₀的春季健康风险指数排序分别表现为西安>兰州>西宁>银川>乌鲁木齐和兰州>银川>西安>西宁>乌鲁木齐。各城市PM₁₀的春季健康风险平均值均大于PM_2.5，表明PM₁₀对人类健康的危害大于PM_2.5。所有城市人群PM_2.5和PM₁₀的春季健康风险指数均未超过USEPA规定的1×10^-6~1×10^-4可接受风险范围（USEPA， 1989）。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图2 2018年春季西北五省省会城市大气污染物非致癌风险

Fig.2 Non-carcinogenic risks of atmospheric pollutants in the capital cities of the five northwestern provinces in spring of 2018

西宁、乌鲁木齐、西安、兰州、银川5市人群SO₂的春季健康风险分别为0.844×10^-9~7.980×10^-9， 0.723×10^-9~3.768×10^-9， 0.844×10^-9~5.763×10^-9， 0.603×10^-9~10.861×10^-9和0.844×10^-9~17.733×10^-9， NO₂的春季健康风险则分别为1.626×10^-9~10.724×10^-9， 1.243×10^-9~17.932×10^-9， 2.677×10^-9~18.459×10^-9， 1.530×10^-9~16.349×10^-9和0.574×10^-9~12.833×10^-9。各城市SO₂和NO₂的春季健康风险排序分别为：银川>兰州>西宁>西安>乌鲁木齐和西安>兰州>银川>乌鲁木齐>西宁，均低于ICRP推荐的可接受风险水平（5×10^-5 a^-1），即使采用更为严格的瑞典、荷兰等国推荐的风险值（1×10^-6 a^-1）（王航等， 2014）， SO₂和NO₂的春季健康风险也远低于此限值。本文研究发现NO₂对人体产生的健康风险度大于SO₂，与王航等（2014）的研究结果相悖，原因可能是王航等（2014）是对西安市2006 -2010年大气污染物的健康风险状况进行评价，选取的时间段较长，而本文仅评价了西安市2018年春季大气污染物的健康风险。张永江等（2017）的研究结果表明：重庆市2016年秋季PM_2.5的健康风险未超过USEPA规定的可接受风险范围。龚地萍等（2011）分析了武威市2003 -2010年SO₂和NO₂的大气监测数据后得出：武威市空气质量良好， SO₂和NO₂产生的健康风险较小。与本研究结果一致。总体来说，西北五省省会城市大气污染物PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂和NO₂的春季平均健康风险均低于USEPA及瑞典、荷兰等国推荐的可接受风险水平。西安市、兰州市和银川市居民健康风险相对较大，应加大城市空气污染防控力度。

大气污染物SO₂和NO₂对老人造成的健康风险最小，儿童最大。儿童（<6岁）SO₂/NO₂的春季健康风险约是成人（18~60岁）的1.2/1.3倍，是60岁以上人群的1.7/1.8倍。此外，不同性别、不同年龄阶段人群SO₂和NO₂的健康风险存在差异， 6~17岁人群和60岁以上老人的健康风险有女性>男性的特点， 6岁以下儿童和18~60岁成人的健康风险则表现为男性>女性，与王航等（2014）的研究结果一致。SO₂和NO₂的健康风险存在年龄差异，儿童为较敏感受体，在所有人群中健康风险度最大。大气污染物的健康风险随年龄的增加而降低。这与体重密切相关，同时也和呼吸速率有关。由于儿童的年龄及呼吸速率小，但体重轻，因此健康风险较大；随着年龄增长，呼吸速率和体重虽然都在变化，但是体重比呼吸速率变化得更剧烈，因此健康风险随年龄增大而减小。与成人（18~60岁）相比，老人（>60岁）的体重和呼吸速率均有所降低，但是呼吸速率下降得较多，因此SO₂和NO₂经呼吸途径对老人（>60岁）造成的健康风险最小。性别上仅18~60岁年龄段SO₂和NO₂的健康风险差别较大，原因可能是成年男性和成年女性的体重和呼吸速率有差别（王航等， 2014）。

5 不确定性分析

本研究对PM_2.5、 PM₁₀、 SO₂和NO₂的健康风险评价仍存在以下不确定性因素：一是本文只探讨了PM_2.5和PM₁₀的健康效应，并未对其负载物质进行分析，因此可能低估了PM_2.5和PM₁₀的实际健康风险；二是本研究重点关注了大气污染物通过呼吸途径对各类特征人群造成的健康风险，并未考虑其他途径（如饮水摄入、皮肤接触）对人体产生的风险，因此健康风险计算值理论上低于人群的实际健康风险。三是我国目前针对暴露参数的研究不足，缺少暴露参数等基础数据以及毒理学、健康统计等参数资料。虽然本文根据我国目前的实际情况修改了部分暴露参数（人均寿命、体重），但呼吸速率等参数仍参照USEPA的推荐值。考虑到我国与美国一些参数存在差异，风险评价的计算结果可能存在一定的误差。四是由于研究时段集中在春季，缺少夏秋冬三季的研究数据，而冬季大气层节稳定，多逆温，污染物难以扩散，浓度较高（胡子梅等， 2013；杨兴堂等， 2009；谈荣华等， 2004； Wang et al， 2013），这可能使本研究结果无法反映特征人群暴露于较高浓度污染物中受到危害的风险。

6 结论与讨论

基于2018年春季西北五省省会城市六种大气污染物浓度数据，探索了西宁、乌鲁木齐、西安、兰州、银川5市春季大气污染状况，并选用USEPA推荐的健康风险评价模型对大气环境质量展开健康风险评价。主要结论如下：

（1）颗粒物PM_2.5和PM₁₀为主要超标污染物。各城市PM₁₀、 PM_2.5和NO₂的春季平均质量浓度均有超标状况出现， SO₂、 O₃和CO的平均质量浓度未超过国家二级标准。

（2）西北五省省会城市空气质量以良好至轻度污染为主。

（3） 2018年春季西北五省省会城市人群PM_2.5和PM₁₀的春季健康风险均未超过USEPA规定的可接受风险范围。SO₂和NO₂的春季健康风险均在ICRP推荐的可接受风险范围内，也低于瑞典和荷兰等国推荐的风险值。

（4）大气污染物SO₂和NO₂对儿童产生的健康风险度最大，老人最小。不同性别、不同年龄阶段人群SO₂和NO₂的健康风险存在差异， 6~17岁人群和60岁以上老人的健康风险具有女性>男性的特点， 6岁以下儿童和18~60岁成人的健康风险则表现为男性>女性。

西北地区大气污染相对比较严重，而健康风险评价结果显示大气污染物对居民的健康风险均未超过USEPA及瑞典、荷兰等国推荐的可接受风险水平，二者表现出较大差异，因此健康风险评价模型的参数选择还有待商榷。另外，本文所用数据资料时间精度不足以反应大气污染物对特征人群全年的健康效应，下一步可针对全年大气污染物浓度数据开展进一步研究，并对四季的大气污染状况及其健康效应进行对比分析。目前针对PM_2.5和PM₁₀负载物质健康效应的研究很少，今后将对可吸入颗粒物中负载各类化学物质的潜在健康风险进行深入研究。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

Analitis A， Katsouyanni K， Dimakopoulou K， et al， 2006.Short-term effects of ambient particles on cardiovascular and respiratory mortality［J］.Epidemiology， 17（2）： 230-233.

Chen B H， Kan H D， 2008.Air pollution and population health： A global challenge ［J］.Environmental Health & Preventive Medicine， 13（2）： 94-101.

Hertel O， De Leeuw F A A M， Oleraaschou-Nielsen N， et al， 2001.Human exposure to outdoor air pollution （IUPAC Technical Report）［J］.Pure & Applied Chemistry， 73（6）： 933-958.

NAS （National Academy of Sciences）， 1983.Risk assessment in the Federal Government： Managing the process ［M］.Washington D C： National Academy Press.

Smith K R， 1993.Fuel Combustion， Air pollution exposure， and health： The situation in developing countries ［J］.Annual Review of Energy & the Environment， 18（1）： 529-566.

USEPA， 1989.Risk assessment guidance for superfund Volume I human health evaluation manual （Part A）［S］.Washington D C： USEPA.

USEPA， 2002.Epa releases probabilistic risk assessment guidance for superfund［S］.Hazardous Waste Cons.20： B17-B21.

Mage D T， Ozolins G， Peterson P K， et al， 1996.Urban air pollution in megacities of the world［J］.Atmospheric Environment， 30（5）： 681-686.

Wang J， Hu Z M， Chen Y Y， et al， 2013.Contamination characteristics and possible sources of PM₁₀ and PM_2.5 in different functional areas of Shanghai， China［J］.Atmospheric Environment， 68（2）： 221-229.

WHO， 2017.Air quality guidelines global update ［M/OL］.［2019-05-06］.http： //www.euro.who.int/_data /assets /pdf_file /0005/78638/E90038.pdf．

蔡睿堃，邓玉，倪福全，等， 2015.农村饮用水水源氮污染及健康风险的时空变化特征研究——以名山区为例［J］.四川大学学报（工程科学版）， 47（增刊）： 40-46.

陈鸿汉，谌宏伟，何江涛，等， 2006.污染场地健康风险评价的理论和方法［J］.地学前缘， 13（1）： 216-223.

陈华，平蕊珍， 2009.大气环境健康风险评价研究初探［J］.安徽农业科学， 37（36）： 18039-18040.

董洁，张普，李楠，等， 2014.榆林市区大气主要污染物健康风险评价［J］.地下水， 36（4）： 209-212.

段磊，王文科，孙亚乔，等， 2011.关中盆地浅层地下水氮污染的健康风险评价［J］.水文地质工程地质， 38（3）： 92-97.

段小丽，黄楠，王贝贝，等， 2012.国内外环境健康风险评价中的暴露参数比较［J］.环境与健康杂志， 29（2）： 99-104.

段小丽，聂静，王宗爽，等， 2009.健康风险评价中人体暴露参数的国内外研究概况［J］.环境与健康杂志， 26（4）： 370-373.

龚地萍，李金娟，李玲萍，等， 2011.武威市大气污染物健康风险评价［J］.安徽农业科学， 39（25）： 15627-15628.

古冰， 2010.西部大开发以来西部地区工业污染研究［J］.云南社会科学， 2010（4）： 40-44.

郭勇涛， 2013.沙尘天气对我国北方和邻国日本大气环境影响的初步研究［D］.兰州：兰州大学.

韩瑞霞，刘伟豪，王森， 2014.中国主要城市春季PM_2.5分布特征及其来源分析［J］.安徽农业科学， 42（22）： 7608-7613.

郝巨飞，袁雷武，李芷霞，等， 2018.激光雷达和微波辐射计对邢台市一次沙尘天气的探测分析［J］.高原气象， 37（4）： 1110-1119.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00009.

何建军，余晔，刘娜，等， 2016.气象条件和污染物排放对兰州市冬季空气质量的影响［J］.高原气象， 35（6）： 1577-1583.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2015.00087.

胡子梅，王军，陶征楷，等， 2013.上海市PM_2.5重金属污染水平与健康风险评价［J］.环境科学学报， 33（12）： 3399-3406.

环境保护部， 2008.中国科学院公告2008年第35号关于发布《全国生态功能区划》的公告［DB/OL］.［2019-05-06］.http： //www.zhb.gov.cn/gkml/hbb/bgg/200910/W020080801436237505174.pdf.

环境保护部， 2012a.HJ633-2012 环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）［S］.北京：中国环境科学出版社.

环境保护部， 2012b.国家质量监督检验检疫总局.GB3095-2012环境空气质量标准［S］.北京：中国环境科学出版社.

康晓风，张建辉，刘红辉， 2002.沙尘天气对我国城市空气质量影响的范围与强度分析［J］.资源科学， 24（4）： 1-4.

刘杰， 2015.北京大气污染物时空变化规律及评价预测模型研究［D］.北京：北京科技大学.

鲁然英，田良，刘铁军，等， 2005.沙尘天气对我国城市环境空气质量的影响［J］.甘肃科技， 21（2）： 1-4.

孟宪林，王晓红，姜曼曼， 2012.某煤炭资源型城市大气污染物健康风险评价［J］.哈尔滨工业大学学报， 44（6）： 41-44.

任春艳，吴殿廷，董锁成，等， 2005.西北地区城市化与空气质量变化关系研究［J］.北京师范大学学报（自然科学版）， 2005（2）： 204-208.

谈荣华，张元茂，郑叶飞，等， 2004.上海市城区典型居民住宅区PM_2.5的污染状况分析［J］.环境与职业医学， 21（3）： 226-229

王航，李欢，任东晓，等， 2014.西安市大气污染物健康风险评价［J］.地下水， 36（6）： 279-282.

王金相， 2018.西北地区典型能源工业基地排放对局地环境空气质量的影响［D］.兰州：兰州大学.

王婷，寇力斐， 2016.兰州市可吸入颗粒物与沙尘天气对空气质量的影响［J］.环境研究与监测， 29（1）： 26-27.

王宗爽，武婷，段小丽，等， 2009.环境健康风险评价中我国居民呼吸速率暴露参数研究［J］.环境科学研究， 22（10）： 1171-1175.

谢元博，李巍， 2013.基于能源-环境情景模拟的北京市大气污染对居民健康风险评价研究［J］.环境科学学报， 33（6）： 1763-1770.

杨兴堂，施捷，沈先标，等， 2009.上海市宝山区空气中PM₁₀和PM_2.5污染状况分析［J］.上海预防医学， 21（6）： 262-263.

尹承美，何建军，于丽娟，等， 2019.多尺度气象条件对济南PM_2.5污染的影响［J］.高原气象， 38（5）： 1120-1128.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2019.00018.

于云江， 2011.环境污染的健康风险评估与管理技术［M］.北京：中国环境科学出版社.

于云江，王琼，张艳平，等， 2012.兰州市大气主要污染物环境与健康风险评价［J］.环境科学研究， 25（7）： 751-756.

张文军，李健，杨庆华，等， 2019.河西走廊西部一次极端大风天气过程3次风速波动的动力条件分析［J］.高原气象， 38（5）： 1082-1090.DOI： 10.7522/j.issn.1000-0534.2018.00129.

张永江，邓茂，李莹莹，等， 2017.重庆市生态保护发展区域大气PM₁₀和PM_2.5健康风险评价研究［J］.环境影响评价， 39（6）： 65-69.

赵熠琳，王晓彦，汪巍，等， 2017.西北部主要城市环境空气质量特征与预报影响因素分析［J］.中国环境监测， 33（5）： 82-88.

Options

文章导航

模态框（Modal）标题