中国同时存在的热应力和多重污染物暴露的地理空间分布模式

《Atmospheric Environment》：Geospatial patterns of concurrent thermal stress and multi-pollutant exposure in China

协同暴露分析揭示中国多污染物与极端温度健康风险时空特征及政策优化路径。

　　

李福兴|李伟淼|王世尧|Gerrit de Leeuw|王洋|王伟|范成|李正强

河北师范大学地理科学学院，河北环境变化与生态建设重点实验室，河北环境变化遥感识别技术创新中心，石家庄，050024，中国

摘要

同时暴露于多种空气污染物和极端温度的综合效应可能会加剧健康危害，并可能导致不同的健康影响。然而，空气质量法规并未考虑这些综合效应。在这项研究中，我们评估了2000-2019年间中国不同地区不同环境空气污染物、极端温度、人口和死亡率之间的暴露水平。结果表明，在现有中国国家环境空气质量标准（CNAAQS）的监管框架下，人口暴露于PM_2.5和PM₁₀的浓度每年分别下降了4.09%和3.95%。相比之下，O₃的暴露量显著增加，每年增加了2.43%。尽管空气质量有所改善，但在CNAAQS一级标准下，中国七个气候区域中有五个在2019年至少有158天经历了涉及PM₁₀-O₃、PM_2.5-PM₁₀和PM_2.5-PM₁₀-O₃的复合污染事件。极端温度事件的暴露时间在研究期间表现出波动变化的趋势。值得注意的是，自2015年以来，热浪期间的暴露时间显著增加，每年增加了2.67%。在强调中国空气质量改善的同时，我们强调针对不同气候区域中特定污染物及其共现现象的优先干预措施的必要性，特别是在2015年以来观察到的气候驱动的温度上升背景下。

引言

极端温度和空气污染在全球范围内对健康构成重大威胁。政府间气候变化专门委员会（IPCC）的第六次评估报告指出，包括热浪和寒潮在内的极端温度事件的频率、持续时间和强度都在增加，2000年至2019年间每年导致超过500万人死亡（Mora等人，2017年；P?rtner等人，2022年；Zhao等人，2021年）。同时，最新的全球疾病负担（GBD）评估显示，包括细颗粒物和臭氧在内的空气污染每年导致约520万人死亡（Huang等人，2024年）。作为回应，世界卫生组织（WHO）在2021年为不同空气污染物分别制定了更严格的短期和长期暴露限值（WHO，2021年），并持续监测极端温度事件对健康的影响（WHO，2024年）。

在世界许多地方，人们正遭受极端温度和空气污染的困扰。环境流行病学研究表明，暴露于极端温度和空气污染物会协同作用，加剧不良影响的风险，如心血管和呼吸系统疾病，并导致过早死亡（Cicci等人，2022年；Hadei等人，2024年；Mou等人，2024年；Rahman等人，2022年；Vai?iulis等人，2021年；Xu等人，2023a）。例如，热浪可以通过增加臭氧暴露显著放大臭氧对非意外性心血管和呼吸系统死亡率的影响（Schwarz等人，2021年），同时也发现了PM_2.5污染与寒潮之间的正向和叠加作用，尤其是在呼吸系统死亡率方面（Huang等人，2023年；Landguth等人，2024年）。因此，同时暴露于超过安全指南的多种污染物浓度和极端温度事件可能会产生协同的健康效应，从而加剧健康风险的程度（Chen等人，2024a；Huang等人，2023年；Kinney，2018年；Pascal等人，2021年）。不幸的是，WHO或世界各国政府制定的空气质量和极端温度指南都是针对每种污染物或极端温度事件单独的超标情况。

发展中国家的快速工业化和城市化通常会导致严重的空气污染。与发达国家相比，发展中国家的空气污染对健康的危害在地区和全球范围内都要大得多（Hamidi和Ramavandi，2020年）。此外，发展中国家对极端温度和空气污染的抵抗力较低，其适应能力也更为有限，导致相关健康威胁持续的可能性更高（Yu等人，2023年）。然而，发展中国家的空气质量指南通常不如发达国家和WHO的指南严格。尽管发展中国家已经实施了多种空气污染治理措施来改善空气质量，但空气质量指南的修订相对有限（Im等人，2025年），这对发展中国家的暴露和健康影响不利。

对人口暴露于空气污染物和极端温度的时空变化的科学评估有助于研究其健康影响。系统地探索极端温度和空气污染物复合事件发生的空间异质性，可以为政府制定针对不同地区的定制措施提供证据，以减轻由不良空气质量和极端气象灾害造成的影响，尤其是在发展中国家。

由于过去30年的快速城市化和工业化，中国的空气污染已成为世界上最严重的之一（Xu等人，2023b），但通过一系列减排措施已经得到了缓解（de Leeuw等人，2023）。同时，中国在极端温度造成的社会损失方面排名第二，仅次于美国（Chen等人，2024b）。已经进行了许多关于中国空气污染物（如PM_2.5）和极端温度（如热浪）的研究（Han等人，2019年；Huang等人，2023年；Li和Zha，2020年；Sun等人，2022年；Yu等人，2023年）。然而，这些研究大多关注单一污染物或极端温度事件，并且是在年度层面以及在大都市或发达省份进行的（Xu等人，2023b）。因此，由于研究区域较小和暴露水平范围较窄，这些研究的可靠性和适用性受到限制。然而，中国拥有庞大的人口，空气污染物的排放量和气候特征非常复杂。为了有针对性的区域污染预防和控制，区分受不同排放源和区域气象条件影响的不同地区的人口暴露水平至关重要。尽管中国已经报告了关于人口暴露于污染物或极端温度的区域规模研究（Han等人，2019年；Song等人，2022年；Yang和Zhao，2023年），但仍需要对中国及其不同气候区域的多种污染物/极端温度事件的短期和长期暴露及其复合事件进行研究，以支持国家环境空气质量标准的调整，从而改善公共卫生和环境保护。

在本文中，我们研究了多种空气污染物浓度的空间异质性和时间演变，极端温度事件的持续时间，以及人口暴露于超过中国国家环境空气质量标准（CNAAQS）和中国气象局（CMA）定义的极端温度的领土面积和累积时间。此外，我们分析了中国不同地理分区中极端温度事件和空气污染物复合事件的特征。该研究涵盖了中国的2884个县。确定了中国不同地理分区中极端温度和空气污染复合事件的时空模式。

这项研究有助于评估中国的极端天气和整体空气质量。这些发现为环境健康风险评估和制定针对中国极端温度事件和空气污染相关健康风险的政策提供了关键证据。

研究区域

研究区域位于欧亚大陆的东部，濒临太平洋。其面积为960×10⁴平方公里，人口超过14亿。中国的地形从西向东逐渐下降，包括平原、山脉、高原、沙漠等多种地貌。气候类型可分为季风气候、温带大陆性气候和高山气候。温度带可以从南向北划分

中国各地区人口加权暴露于极端温度事件和多种污染物的时空模式

图2展示了2000-2019年间中国PM_2.5、PM₁₀和MDA8_O₃的长期平均值（PWAC）以及极端温度事件（热浪和寒潮）的时空变化（图2a1-e1），以及2000-2009年和2010-2019年的PWAC和PWAT趋势（图2a2-e3）。塔里木盆地和华北平原的PM_2.5和PM₁₀的高PWAC值（图2a1-b1）表明，这些地区的PM_2.5和PM₁₀浓度超过了55 μg/m^{3和160 μg/m3的阈值}

结论

在这项研究中，我们全面调查和评估了过去20年中国2884个县人口暴露于多种空气污染物和极端温度事件的时空变化。我们的发现表明，自2013年以来，中国人口暴露于CNAAQS二级PM_2.5和PM₁₀限值的程度显著下降。相比之下，自2013年以来，中国人口暴露于MDA8_O₃的程度越来越多地超过了CNAAQS二级标准

作者贡献声明

李福兴：概念构思、数据管理、方法论、初稿撰写、审阅与编辑。李伟淼：撰写、审阅与编辑。王世尧：数据管理、方法论、验证。Gerrit de Leeuw：概念构思、撰写、审阅与编辑。王洋：数据管理、方法论、软件应用。王伟：概念构思、撰写、审阅与编辑。范成：数据管理、方法论。李正强：概念构思、撰写、审阅与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（资助编号：42111530292；41471091）、国家杰出青年基金（资助编号：41925019）和中国科学院院长国际奖学金计划（资助编号：2025PVA0014）的支持。