迈向健康空气：CMIP6情景下中国空气质量对WHO新指南的依从性洞察

《Frontiers in Public Health》：Toward healthy air quality under CMIP6 scenarios: insights into the compliance with the new WHO guidelines in China

本文通过整合经偏差校正的CMIP6模拟数据与空气质量指数（AQI）、健康基空气质量指数（HAQI），系统评估了在不同共享社会经济路径-典型浓度路径（SSP-RCPs）情景下，中国细颗粒物（PM2.5）和臭氧（O3）污染从2015至2100年的长期演变及其对2021年世界卫生组织空气质量指南（WHO AQGs）的依从性。研究强调，唯有在强减排路径下，全国及重点区域方有望实现基于健康的多污染物控制目标，揭示了气候减缓与空气污染协同治理的必要性与紧迫性。

　　

迈向健康空气：CMIP6情景下中国对WHO新指南的依从性

空气污染，特别是环境中的细颗粒物（PM_2.5）和臭氧（O₃），是威胁公众健康的主要因素。随着2021年世界卫生组织发布了更为严格的空气质量指南，评估未来空气质量的健康风险并制定相应的防控策略变得至关重要。本研究构建了一个综合评估框架，以探索在不同未来社会经济发展与气候情景下，中国空气质量能否达到新的健康标准。

研究背景：从浓度标准到健康标准

世界卫生组织自1987年发布首版健康基空气质量指南以来，基于不断积累的科学证据，在2021年进行了重大更新。新指南大幅收紧了PM_2.5和O₃等六种污染物的限值，例如PM_2.5的24小时均值指南从25微克/立方米降至15微克/立方米，强调了从“满足浓度标准”向“满足健康标准”的治理理念转变。在中国，尽管2013年以来实施的清洁空气行动显著降低了PM_2.5浓度，但当前水平仍远超2021年WHO指南，且O₃污染问题日益凸显。传统的空气质量指数（AQI）基于单一污染物判定，无法表征多污染物暴露的复合健康效应。为此，健康基空气质量指数（HAQI）等指标被开发出来，它通过整合PM_2.5和O₃的暴露-反应函数，在保留AQI熟悉尺度的同时，更能反映多污染物的健康风险。

研究方法：集成框架与情景模拟

研究聚焦于中国五大主要城市群：京津冀、长三角、珠三角、四川盆地和汾渭平原，并深入分析了长三角地区的25个城市。

研究核心在于对未来情景的模拟。利用耦合模式比较计划第六阶段（CMIP6）的模拟数据，结合共享社会经济路径与典型浓度路径，设定了三种未来发展情景：SSP-RCP1-2.6（强减缓路径）、SSP-RCP2-4.5（中等路径）和SSP-RCP3-7.0（高排放路径）。研究使用了社区地球系统模型（CESM2-WACCM6）模拟了2015-2100年间PM_2.5和O₃的浓度，并通过与哥白尼大气监测服务再分析数据集（CAMS）对比，进行了偏差校正，以提升数据的可靠性。

基于校正后的污染物浓度，研究计算了传统的AQI和新型的HAQI。AQI依据WHO 2021年指南的日值标准，取PM_2.5和O₃分指数中的最大值。HAQI的计算则更为复杂，它首先基于WHO推荐的暴露-反应系数（β值，PM_2.5为0.065%/μg/m3，O₃为0.043%/μg/m3），分别计算各污染物的超额风险（ER），然后加和得到总超额风险，再反推得到一个等效污染物浓度，最后套用AQI的计算框架得出HAQI值。HAQI的设计假设PM_2.5和O₃的健康风险是可加的。

研究结果：不同路径下的空气质量未来

1. PM_2.5与O₃的时空演变

在强减缓路径（SSP-RCP1-2.6）下，全国PM_2.5平均浓度将从2015年的17.4 μg/m3持续下降至2090年的9.0 μg/m3，并在2020年后不久即达到WHO日指导值（15 μg/m3）要求。O₃浓度则从88.3 μg/m3降至62.6 μg/m3，在整个研究期内始终低于WHO短期指导值（100 μg/m3）。

在中等路径（SSP-RCP2-4.5）下，PM_2.5呈缓慢改善趋势，到2090年代降至11.7 μg/m3，在2040年代达到WHO标准。O₃则呈现先升后降的趋势，在2030年代达到峰值（91.5 μg/m3）后缓慢下降，但全国均值始终未超标。

在高排放路径（SSP-RCP3-7.0）下，PM_2.5浓度在2060年代前显著恶化，之后虽有所改善，但到世纪末（20.2 μg/m3）仍远超WHO标准。O₃污染持续加剧，从2060年代起全国均值即突破100 μg/m3，到2090年代达到104.1 μg/m3。

2. AQI与HAQI的健康风险揭示

AQI的结果与单一污染物趋势基本一致。在SSP-RCP1-2.6路径下，全国AQI从2015年的66.7持续改善，在2040年代进入WHO目标III级（AQI ≤ 50，代表“好”的空气质量）。在SSP-RCP2-4.5路径下，AQI虽有改善，但始终停留在目标II级（51-100）。在SSP-RCP3-7.0路径下，AQI持续恶化，始终处于目标I级（101-150）或更差水平。

相比之下，HAQI所揭示的健康风险图景更为严峻。在SSP-RCP1-2.6路径下，HAQI的改善速度慢于AQI，全国均值在2050年代才进入目标III级，比AQI晚了约十年。在SSP-RCP2-4.5路径下，HAQI值始终高于AQI，且在全国及多数区域，HAQI水平跨越了目标II级和I级，表明尽管AQI显示空气质量“可接受”，但多污染物叠加的健康风险仍处于“不健康”范围。在SSP-RCP3-7.0路径下，HAQI的恶化程度远超AQI，到2090年代，部分区域的HAQI甚至超过了150，进入“危险”级别。

3. 区域差异与长三角热点

研究揭示了显著的空气质量区域异质性。在五大城市群中，长三角地区长期表现为多污染物污染热点。即使在强减缓路径下，长三角和四川盆地在2040年代才实现PM_2.5达标，晚于其他城市群。对于O₃，长三角在未来长期保持较高水平。这种污染物组合使得长三角的HAQI在全国居高不下。

深入长三角城市层面的分析显示，实现健康空气目标的挑战巨大。在SSP-RCP1-2.6路径下，约58%的长三角城市在2080年代后HAQI能够达到≤50的目标III级，但南京、滁州等部分工业或内陆城市直到世纪末仍停留在目标II级。在SSP-RCP2-4.5路径下，没有任何一个长三角城市能在研究期内达到HAQI ≤ 50。而在SSP-RCP3-7.0路径下，所有城市HAQI始终处于目标I级或更差水平，到2090年代，合肥甚至进入了“超标”级别（HAQI ≥ 150）。

讨论与启示

1. 不同路径下的达标前景

模拟结果明确了未来社会经济发展与气候政策路径对实现WHO新指南的关键性影响。SSP-RCP1-2.6路径与中国提出的“碳达峰、碳中和”目标方向最为接近，代表了气候减缓与空气污染协同治理的“共益”路径，是唯一能使全国大部分地区HAQI达到目标III级的大规模情景。SSP-RCP2-4.5路径代表了当前承诺的中等力度执行情景，虽能改善PM_2.5，但无法有效应对O₃挑战，导致复合健康风险持续处于较高水平。SSP-RCP3-7.0则是一个高排放反事实情景，警示了若控制不力可能导致的健康风险上限。

2. HAQI相较于AQI的政策意义

HAQI consistently高于AQI且改善更慢的现象，突显了传统单一污染物AQI在评估健康风险时的局限性。AQI可能因某单一污染物达标而显示空气质量“良好”，但HAQI却能揭示当多种污染物同时超过健康阈值时带来的累积风险。这强烈支持未来的空气质量管理应从基于浓度的、单一污染物的AQI体系，逐步转向基于健康的、多污染物的HAQI体系，为制定协同控制PM_2.5和O₃前体物的综合策略提供更精准的依据。

3. 区域针对性治理与健康导向

显著的区域差异，特别是长三角作为长期热点的识别，表明“一刀切”的国家政策难以实现公平的健康结果。需要针对长三角等高风险区域，结合其产业、能源和气象特点，实施差异化的减排策略，如进一步控制工业与航运排放、推广电动汽车、管控挥发性有机物等。同时，应将HAQI这类健康导向指标逐步纳入环境评估、预警体系和地方空气质量考核，推动治理目标从“达标排放”真正转向“健康防护”。

结论

综上所述，本研究通过多情景模拟揭示，中国未来空气质量对2021年WHO指南的依从性高度依赖于所选的发展路径。只有坚定不移地走强气候减缓与严格空气污染控制的协同路径，方能使全国特别是长三角等重点区域的多污染物健康风险得到有效控制，逐步实现“好”的空气质量目标。反之，任何延迟或弱化的控制努力都将使人口密集、经济活跃的区域面临持续且可能加剧的健康威胁。因此，研究结果呼吁，中国应加速从“浓度标准”管理向“健康防护”管理的范式转变，采纳HAQI等健康风险评估工具，并实施区域化、多污染物的精准控制策略，以协同推进空气质量改善与气候变化应对两大战略目标。