《ACS ES&T Air》：Evaluation of Smoke Exposure Risk from January 2025 Los Angeles Wildfires Using Crowdsourced Data
编辑推荐：
本文利用高分辨率众包PurpleAir传感器网络，评估了2025年1月洛杉矶野火期间不同CalEnviroScreen（CES）脆弱性社区、通风类型和房屋价值的室内外PM2.5水平差异。研究发现，野火烟雾导致室外PM2.5显著上升，高环境负担社区环境浓度最高；室内PM2.5同步增加但室内/室外（I/O）比率下降，表明部分室内防护及居民行为改变。渗透的PM2.5在烟雾期间增加且随CES分组变化，建筑属性预测力有限。结果强调了行为行动与社区因素在塑造野火烟雾暴露中的相互作用，亟需针对性干预以改善脆弱社区的室内空气质量。
研究背景与意义
野火已成为美国加州长期且频繁的威胁，随着气候变化加剧，其强度和频率预计将持续增加。野火是空气污染的重要来源，排放大量细颗粒物（PM2.5）及一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）等污染物。烟雾可长距离传输，降解空气质量并引发健康风险。尽管人为排放控制努力持续，野火烟雾已成为主导性污染源，导致污染物水平峰值超过美国国家环境空气质量标准（NAAQS），抵消多年空气质量改善成果。2025年1月，洛杉矶县经历一系列破坏性野火， notably the Eaton Fire in Altadena and the Palisades Fire in Pacific Palisades，燃烧面积超过57,000英亩，造成重大经济损失和健康影响。烟雾导致PM2.5达到危险水平，远超美国环境保护署（EPA）健康安全阈值35 μg/m3，对呼吸系统疾病患者构成严重风险。
数据与方法
研究区域涵盖大洛杉矶地区，利用公开可获取的PurpleAir网络数据，聚焦2025年1月小时和日平均PM2.5浓度。仅纳入当月具有完整小时平均PM2.5测量的传感器，包括95个室内传感器和114个室外传感器。对PurpleAir数据实施质量保证（QA）标准，基于Plantower推荐传感器一致性阈值，确保通道间稳定一致。室外传感器PM2.5数据从EPA AirNow Fire & Smoke Map获取，应用Barkjohn等开发的标准化全美校正；室内PM2.5浓度直接取自室内PurpleAir传感器，并应用Barkjohn等开发的广义校正方程。
为考察社区间烟雾暴露差异，基于CalEnviroScreen 4.0百分位数得分对住宅室内PurpleAir传感器分类，代表累积环境和社会经济负担。对每个室内传感器，识别其最近室外PurpleAir传感器并在1.5英里半径内配对为室内外对。敏感性分析显示，将最大室内外匹配半径扩展至1.5英里不会降低渗透因子估计准确性。室内和室外传感器组分为五个百分位组，以检查不同社区野火影响。
通过卫星图像和地面空气质量数据分析确定烟雾影响日期。基于NASA Worldview卫星图像视觉检查和加州空气资源委员会空气质量与排放资源（AQMIS）数据库日平均PM2.5浓度分析，结合气象条件，确定1月8日至10日为烟雾事件期，具有可见烟雾覆盖和升高PM2.5水平。
为评估建筑级特征如何影响野火烟雾期间室内空气质量，对室内传感器位置表征通风系统和住房属性。使用室内PurpleAir传感器经纬度进行反向地理编码获取对应街道地址，手动审查确保仅住宅属性纳入研究。建筑特征分析限于独户住宅，查询公开房地产平台（Zillow和Redfin）提取通风信息和每平方英尺价格，作为建筑质量代理。
计算室内/室外（I/O）比率评估PM2.5室内相对室外浓度，指示室内环境对环境污染和室内排放活动响应。通过室内时间序列计算I/O比率，评估烟雾前、烟雾期间和烟雾后整体室内暴露条件。为最小化室内源排放影响，比较室内外浓度并移除所有室内PM2.5超过同步室外水平的观测。过滤后，使用室内外PM2.5浓度线性回归估计渗透因子，方法符合文献推荐分离室内外贡献方法。
结果与讨论
烟雾期间室外PM2.5浓度大幅增加，高CES负担社区经历最高环境浓度。室内PM2.5也在所有社区增加，但烟雾期间I/O比率下降，表明部分室内防护和可能居民行为改变。渗透PM2.5在烟雾期间增加且随CES分组变化。建筑属性显示有限预测力。
具体而言，烟雾期间室外PM2.5浓度达远高于EPA 24小时标准35 μg/m3值，许多传感器记录超60 μg/m3。卫星背景显示沿海和洛杉矶中部可见烟雾羽流，证实广泛烟雾传输。尽管广泛室外烟雾传输，多数室内传感器仍报告PM2.5浓度低于30 μg/m3，表明许多建筑提供有效屏障抵抗立即烟雾渗透，可能因关闭窗户、空气过滤使用或有限空气交换。
跨CES类别室内外PM2.5浓度和I/O比率变化显著。烟雾期间室内PM2.5浓度相对烟雾前水平增加约2-3倍。最高CES负担组（80-100百分位）经历最大室内浓度，中位数近两倍于最低CES组。烟雾期间室外浓度达远高于室内值，中位数常超40 μg/m3于高CES百分位类别，最大值超120 μg/m3。这些室外浓度随CES百分位增加系统增加，表明更多环境负担社区遭受更强烈环境烟雾暴露。烟雾前和烟雾后室外水平保持相对低且一致跨所有CES组。
I/O比率揭示室内防护和污染物动态额外见解。烟雾前比率通常范围0.6至0.8。烟雾期间比率下降跨所有CES类别（中位数约0.3-0.5），反映室外浓度相对室内水平不成比例更大上升，表明室内环境提供部分防护于峰值烟雾条件。烟雾后比率增加超烟雾前和烟雾期值，频繁超0.8-1.0，建议颗粒物较慢室内清除或增加室内排放事件相对于室外PM2.5事件后快速下降。
室内外PM2.5渗透关系评估跨五个CES类别于洛杉矶野火事件前、期间和后期。烟雾前室内PM2.5显示适度正关联与室外PM2.5跨所有CES百分位类别。渗透斜率落于窄范围（0.11-0.20），建议相对一致颗粒渗透效率于非烟雾冬季条件。回归截距低（2.7-4.3 μg/m3）可能反映基线室内污染物水平、传感器噪声或残留变异性而非室内源活动。
野火烟雾期间室外PM2.5大幅增加且室内外关系展示清晰转变。渗透斜率发散跨CES组，证明烟雾渗透行为更异质于极端污染条件。最低CES组（0-20）显示最陡斜率（0.32），表明更大野火烟雾传输入室内环境。对比下，CES 40-60组展示较低斜率（0.06），建议减少渗透。回归截距增加为几个CES组，特别CES 40-60和CES 80-100，但因室内排放期移除，这些升高截距解释为残留室内背景或系统偏移于高烟雾条件。
火后室内PM2.5行为返回模式相似于火前期。渗透斜率跨CES类别稳定介于0.08和0.2间，表明渗透效率正常化一旦环境烟雾水平下降。截距也返回烟雾前值符合基线室内条件。
渗透行为差异机械和自然通风系统间跨三个研究期（烟雾前、烟雾和烟雾后）。两种通风类型展示最低渗透比率于烟雾期，渗透再次增加于烟雾条件消退后。尽管此整体模式，自然通风一致显示略低室内PM2.5浓度和中位数渗透比率于烟雾天相对于机械系统，建议增强居民发起行为或固有结构特征减少烟雾渗透。
渗透模式也变化依住房价格类别，房屋价值低于$1000/平方英尺展示略低渗透于烟雾天相对于高价格房屋。跨所有期，两组展示渗透比率下降于野火烟雾事件和上升于烟雾后期。但烟雾天渗透比率保持更高为房屋价值超$1000/平方英尺组相对于房屋价值低于$1000/平方英尺组。此建议高价格房屋未必提供更好防护免野火烟雾渗透。
总体这些发现建议房屋价值单独非强决定因子室内PM2.5防护于野火烟雾。代替，烟雾期间室内浓度可能反映建筑特征和居民行为组合。
结论
本研究证明众包PurpleAir数据价值于评估住宅暴露风险于主要野火事件在洛杉矶。室内外传感器密集空间覆盖支持详细检查PM2.5渗透动态跨不同社区和家庭环境于2025年1月洛杉矶野火前、期间和后。结果揭示野火烟雾显著升高PM2.5浓度于室外和室内。
最高CalEnviroScreen百分位（80-100）社区经历更高渗透室内PM2.5浓度和I/O比率一致相对于其他组。这些发现建议结构弱势人群面对升高住宅暴露风险，不仅因更高背景环境PM2.5水平也因有限建筑韧性对室外空气污染。
观察I/O比率和渗透比率减少于烟雾期符合模式文档于先前大规模研究室内PM2.5于野火事件。渗透PM2.5源自清洁室内数据显示实质差异烟雾渗透跨CES类别。烟雾事件期间，最轻负担（0-20）和最重负担（80-100）社区展示升高渗透PM2.5浓度，而中百分位组展示较低渗透PM2.5。此模式表明暴露动态不能解释由社会经济指标或建筑质量单独；代替，可能反映结构特征、烟雾强度梯度和居民行为混合。烟雾事件后，渗透PM2.5水平返回烟雾前值，建议野火事件暂时覆盖正常建筑性能特征。
通风分析揭示自然通风房屋经历略低渗透比率于烟雾天相对于机械通风房屋，尽管常规假设机械通风系统提供更好过滤。类似，房屋价值不可靠预测室内防护。高价格房屋展示略高渗透于烟雾天，且室内浓度近相同跨价格类别。这些发现表明建筑操作和居民决策于野火事件起关键作用决定暴露，常超重结构或经济特征。
尽管本研究提供详细真实世界评估野火烟雾暴露差异，几个方法考虑必须纳入结果解释。PurpleAir传感器，虽广泛使用和校正使用建立EPA和Barkjohn方法，仍携带不确定性于极端烟雾或高湿度条件。室内排放移除为渗透计算但不能完全分离从背景室内浓度，意味一些回归截距可能仍反映残留室内源。建筑元数据（通风类型和房屋价值）仅可用为独户住宅，限制分析代表性涉及结构特征。而且，关键行为因素如开窗、HVAC操作和室内活动未观察但可塑造I/O关系报告于此。最后，室内外传感器匹配于1.5英里半径内，虽验证通过敏感性分析，可能引入空间失配于区域具陡污染梯度，和小时平均可能模糊短寿命暴露峰值相关急性健康影响。
尽管这些挑战，本研究强调社区具更大环境和社会经济负担不成比例受影响由室外野火烟雾和展示升高室内暴露于烟雾事件。机械通风不保证较低渗透，和高价值房屋非固有更防护于极端污染事件。这些发现强化需要针对性公共健康干预。
