中國道路交通源大氣污染的健康影響評估

單 麗，江 飛，賀曉婧，謝 蓉，王海鯤*

（1.污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京大學環(huán)境學院，江蘇南京210023；2.南京大學國際地球系統(tǒng)科學研究所，江蘇南京，210023）

引言

我國迅猛發(fā)展的工業(yè)化、城市化進程以及不斷增加的化石燃料消耗，嚴重影響了環(huán)境空氣質量[1]。大氣污染問題已經(jīng)成為我國現(xiàn)階段最嚴重的環(huán)境問題之一，引起了國內外的廣泛關注[2-4]。近年來，隨著機動車保有量的快速增長，機動車污染物排放量居高不下，嚴重影響了環(huán)境質量的持續(xù)改善，已經(jīng)成為我國城市經(jīng)濟發(fā)展中的一個重要環(huán)境問題，引起人們的極大重視。有效控制交通污染，已經(jīng)成為提高城市環(huán)境空氣質量的關鍵因素之一。

經(jīng)濟有效的空氣質量管理要求了解空氣污染的主要來源及其對健康的影響。近年來，我國關于大氣污染對健康影響的研究越來越多[5-8]，但對于特定污染源空氣污染導致的疾病負擔研究相對缺乏[9]。對特定污染源空氣污染導致的疾病負擔進行評估是支持大氣污染控制的關鍵一步。本研究在大氣PM2.5健康效應研究基礎上[8]，應用空氣質量模型模擬了交通污染源對我國不同區(qū)域PM2.5濃度的貢獻，并進一步分析了交通源污染導致的PM2.5的健康影響，研究結果可以為有效控制機動車污染的環(huán)境健康影響提供科學依據(jù)。

1 我國交通源的大氣污染現(xiàn)狀

1990—2016年，我國①本文所涉及的全國范圍數(shù)據(jù)，由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)獲取原因，未包括港澳臺地區(qū)。民用汽車保有量由551.4萬輛增加到18 575.5萬輛（圖1），27年間增加了33倍[10]。2014年，我國的機動車千人擁有量首次超過100輛，這是一個關鍵的時刻，因為日本（1966—1978）和韓國（1991—2003）都僅用了12年的時間使其千人機動車保有量從100增加到300輛[11]。2016年我國平均每千人汽車擁有量為134輛，與發(fā)達國家還有很大差距，從這一角度來看，國內汽車消費市場在未來發(fā)展?jié)摿薮?。有關研究指出[12-15]，我國在2030年之前仍將處于工業(yè)化和城市化同步加速發(fā)展的階段，國民經(jīng)濟仍會保持較快發(fā)展，汽車消費將進一步升級，到2030年機動車保有量將達到3.6億～5.4億輛。

隨著機動車保有量的快速增長，機動車的污染物排放量居高不下，對城市大氣環(huán)境質量的影響越來越大[16-20]。原環(huán)境保護部發(fā)布的《中國機動車環(huán)境管理年報2017》[21]顯示，2016年，全國機動車四項污染物排放總量初步核算為4 472.5萬噸。其中，CO排放3 419.3萬噸，HC排放422.0萬噸，NOx排放577.8萬噸，顆粒物（PM）排放53.4萬噸。機動車尾氣排放的污染物，除了CO、HC、NOx、PM等常規(guī)污染物之外，還含有大量被稱作移動的空氣毒氣（MSATs）的污染物，如苯、甲醛、乙醛等。所有的這些氣態(tài)污染物在大氣中通過一系列復雜的光化學反應生成氧化性很強的二次污染物，如臭氧（O3）、二次PM2.5等。我國越來越多的城市空氣質量正由傳統(tǒng)的煤煙型污染轉化成燃煤、汽車尾氣與二次污染物相互疊加的復合型污染[22-25]，嚴重影響了人民的生活和身心健康，制約了環(huán)境經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

圖1 1990—2016年全國民用汽車保有量[10]

我國已經(jīng)完成的第一批城市大氣細顆粒物（PM2.5）源解析結果表明[21]，雖然大多數(shù)城市PM2.5濃度的貢獻仍以燃煤排放為主，但某些地區(qū)，特別是北京、上海等特大城市以及中東部人口密集區(qū)域，移動源對PM2.5濃度的貢獻已經(jīng)高達20%～45%[26]，如圖2所示。北京市2012—2013年度PM2.5來源綜合解析結果顯示，在本地污染貢獻中，機動車超過燃煤和工業(yè)生產，成為本地大氣環(huán)境中最大的PM2.5貢獻者，占31.1%。上海市同期的數(shù)據(jù)顯示，大氣PM2.5的本地來源中，移動源（包括機動車、船舶、飛機等燃油排放）占29.2%，高于工業(yè)生產所占的28.9%。南京、武漢、長沙和寧波的機動車排放已經(jīng)成為這些地區(qū)大氣PM2.5的第二大污染源。南京市環(huán)保局公布的數(shù)據(jù)顯示，大氣中的PM2.5約有24.6%來源于機動車尾氣，稍低于燃煤貢獻率27.4%；而武漢、長沙、寧波則分別占27.0%，24.8%和22.0%。

而且，由于機動車大多行駛在城市人口密集的區(qū)域，考慮到尾氣中的污染物主要通過機械擴散和熱湍流擴散在近地面?zhèn)鞑?，交通工具內、道路兩側等交通微環(huán)境下的污染物濃度要遠高于環(huán)境背景濃度，大大增加了居民暴露在高濃度污染物中的健康風險?！洞髿馕廴痉乐涡袆佑媱潯分幸仓赋觯何覈媾R重大挑戰(zhàn)，要解決以高濃度PM2.5為特征的區(qū)域空氣污染，機動車污染的控制是關鍵因素之一。可以說，交通源污染正在成為我國城市大氣環(huán)境污染治理中最突出和最緊迫的問題。

2 方法與數(shù)據(jù)

首先，應用美國國家環(huán)保局研發(fā)的多尺度空氣質量模 型（community multiscale air quality modeling system，CMAQ模型），基于我國多尺度、分行業(yè)的排放清單數(shù)據(jù)（EMEIC，http://www.meicmodel.org）[27]，評估交通源對不同區(qū)域大氣PM2.5濃度的貢獻。具體過程如下：①采用基準年（2010年）排放清單進行環(huán)境空氣質量模擬，得到全國PM2.5年均濃度及其分布；②通過敏感性模擬，把交通源排放量（ETran）從排放清單中移出，并應用CMAQ模擬去除交通源排放之后的PM2.5年均濃度及其分布（CCMAQ,MEIC-Tran）；③通過分析標準模擬和敏感性模擬之間的差異來評估交通源對大氣PM2.5濃度的貢獻率，如下式所示：

為了降低CMAQ模擬時的誤差，我們應用衛(wèi)星反演的大氣環(huán)境PM2.5濃度[28]修正了交通源對環(huán)境空氣質量的影響[29]。即應用CMAQ模擬的交通源的網(wǎng)格化貢獻率AFs乘以衛(wèi)星反演的高分辨率大氣PM2.5濃度（CSat），得到交通源所致大氣PM2.5的濃度（CSat,Tran）。本研究選取衛(wèi)星反演的大氣PM2.5濃度數(shù)據(jù)來源于加拿大達爾豪斯大學van Donkelaar的研究成果，該課題組根據(jù)近17年（1998—2015年）全球PM2.5近地面濃度的變化趨勢，建立了全球環(huán)境PM2.5濃度的空間分布圖（包括總源和人為源）[28,30]。

圖2 機動車對城市大氣環(huán)境中PM2.5濃度的貢獻比例（%）[21]

本研究遵循全球疾病負擔（Global Burden of Disease,GBD）提出的直接比例法[9]，評估交通污染源相關的大氣PM2.5過早死亡人數(shù)。直接比例法是基于相對風險變化與濃度變化呈線性關系的假設，GBD的前期研究已經(jīng)應用數(shù)學推導證明了這一假設[9]。目前，直接比例法已經(jīng)被廣泛應用于評估污染源或者控制政策的環(huán)境健康影響研究[31-33]。交通源排放相關的PM2.5所導致的過早死亡人數(shù)（MTran）的計算方法如下式所示。其中，MTotal表示中國由于環(huán)境PM2.5污染所造成的人群過早死亡總數(shù)，來自我們之前的研究成果[8]。

3 結果與分析

3.1 交通源對我國PM2.5濃度的影響

本研究通過CMAQ模擬得到的交通源對大氣PM2.5的貢獻率乘以衛(wèi)星反演的高分辨率大氣PM2.5濃度，得到交通源所致的大氣PM2.5濃度。根據(jù)本研究的評估，2010年由于交通源排放貢獻的PM2.5的年平均濃度為1.49 μg/m3。交通源所致的PM2.5濃度高值主要集中在中東部，特別是京津冀地區(qū)（河北、河南、北京、天津等省市）、長三角區(qū)域（江蘇、安徽、上海等）、珠三角區(qū)域（深圳、廣州等）以川渝地區(qū)（四川、重慶等）。如果將各個省份所有的網(wǎng)格濃度算數(shù)平均的結果作為各個省份的交通源貢獻的PM2.5年均濃度，最高的5個省市（見圖3）分別為河南（6.65 μg/m3）、山東（5.13 μg/m3）、北京（4.77 μg/m3）、天津（4.92 μg/m3）、重慶（4.24 μg/m3），明顯高于全國平均濃度（1.49 μg/m3）。這些區(qū)域作為國家經(jīng)濟發(fā)展的中心以及城市化進程的聚焦點，機動化發(fā)展進程快速，路網(wǎng)密度、人均機動車擁有量較高，這些現(xiàn)象導致了機動車的高排放強度[34]，使得這些區(qū)域的交通源貢獻的環(huán)境PM2.5濃度相對較高。

3.2 交通源排放相關的大氣污染健康負擔

根據(jù)本研究的評估，2010年，我國交通源排放所致的PM2.5污染造成約11.69萬人過早死亡，占當年PM2.5總的健康負擔（125.54萬過早死亡）[8]的9.31%。其中，不同健康終端的過早死亡人數(shù)呈現(xiàn)一定的差異，中風死亡人數(shù)為6.31萬人，慢性阻塞性肺疾病死亡人數(shù)為1.32萬人，肺癌死亡人數(shù)為0.98萬人，缺血性心臟病死亡人數(shù)為3.08萬人，分別占我國2010年交通源所致的這四種健康終端總過早死亡人數(shù)的53.9%、11.4%、8.3%和26.4%。

圖4展示了2010年我國不同省份交通源排放相關的PM2.5導致的過早死亡人數(shù)。從省份層面來看，我國交通源所致的健康負擔較大的前5個省份分別為河南（15 900）、 四川（11 800）、山東（11 400）、河 北（8 400）和廣東（6 600），這5個省份占到全國交通源排放相關的PM2.5過早死亡人數(shù)總數(shù)的46.25%。可以看出，我國交通源導致的健康負擔不僅聚集在交通污染源嚴重的區(qū)域，還廣泛分布在人口稠密的地區(qū)。我國機動車排放污染呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域特征[34]，如廣州、江蘇等地由于其機動化程度比較高，車輛使用頻繁，機動車尾氣排放強度高于全國平均水平，因此交通源排放相關的空氣污染健康負擔較重。而山東、河南等區(qū)域其交通源排放相關的空氣污染健康負擔較重，主要是因為健康效益的發(fā)生同人口密度有密切的聯(lián)系。山東、河南等區(qū)域的人口相當稠密，即使其交通源污染貢獻比重不是很大，但其導致的健康負擔仍然較重。

4 交通源污染控制建議

圖3 2010年不同省份的交通源貢獻的大氣PM2.5濃度

圖4 2010年不同省份的交通源排放相關的PM2.5導致的過早死亡人數(shù)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國的機動車保有量迅猛增長，交通源污染排放成為城市空氣污染的重要來源。本研究的結果表明，在2010年因暴露于交通源相關的PM2.5污染導致的過早死亡數(shù)量巨大，嚴重影響了人們的健康。為了減少機動車的污染及其帶來的影響，我國在20世紀90年代開始實施機動車排放控制措施，并且標準不斷嚴格。然而目前，我國機動車排放控制管理一般將目光聚焦在經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域（如京津冀、長三角、珠三角等），這也不可置否，畢竟這些區(qū)域承擔了我國很大一部分經(jīng)濟發(fā)展需求，所投入的環(huán)境代價和承擔的健康負擔也是不可估量的。但是，對于經(jīng)濟相對落后，但人口密度較高的區(qū)域，交通源污染也造成極大的健康負擔，應該引起重視。為減輕交通源污染造成的健康負擔，避免由于地區(qū)之間經(jīng)濟和技術等因素差異所造成的環(huán)境不公平現(xiàn)象，本研究建議從以下幾個方面做出努力：

（1）嚴格控制排放標準和提高燃料質量。提高新車排放標準以及優(yōu)化燃料質量一直是機動車減排的關鍵舉措。目前我國絕大多數(shù)地區(qū)的道路交通源排放控制主要依靠國家的排放標準體系，缺乏本地化的排放標準和管理措施，尤其是在中西部一些經(jīng)濟相對落后但是機動車污染健康影響嚴重的區(qū)域。在實行國家統(tǒng)一制定的排放標準的同時，也應根據(jù)機動車污染的健康影響，鼓勵地方執(zhí)行更加嚴格的新車控制標準。同時，我國存在明顯的“燃油標準滯后排放標準”問題，在機動車保有量迅猛增長的現(xiàn)狀下，逐步加嚴新車排放標準的同時，也應匹配相應的油品質量標準。

（2）完善各地區(qū)機動車管理機制。交通源污染防治是一項系統(tǒng)工程，應加強“車—油—路”統(tǒng)籌，采取法律、行政、經(jīng)濟、技術等綜合措施進行防治。淘汰老舊車及黃標車，加強在用車管理，一直是城市機動車管理的重點任務。除了北京、上海等沿海發(fā)達城市，成都、重慶等中西部城市的機動車保有量也很大。隨著國家西部大開發(fā)的推進，中西部城市機動車保有量會進一步增長，相關的大氣污染問題可能會愈加凸顯。而且，這些區(qū)域由于缺乏系統(tǒng)的機動車管理措施，并且人口密度較高，其健康負擔會不斷加重。因此，各地區(qū)需完善機動車管理機制，制定合理的交通源污染防治規(guī)劃方案，避免或者減緩由于機動車保有量不斷增長可能造成的空氣污染及健康損害等問題。

（3）從居民個體角度減緩交通大氣污染及其影響。首先，要深刻認識空氣污染對人體健康的危害，通過網(wǎng)絡、新聞媒體等渠道了解PM2.5的理化性質、作用機制和途徑，并做好宣傳和推廣；其次，培養(yǎng)良好的生活習慣，出行盡量選擇公眾交通，減少私家車的使用頻率，同時，鼓勵使用新能源車，進一步減少有害尾氣的排放；最后，做好個人防護措施，尤其是敏感人群，要主動關注官方部門發(fā)布的空氣質量指數(shù)和首要污染物信息，合理調整日常交通出行方式和室外停留時間。