通过对中国深圳进行为期5年的时空分析，解读大城市中地面臭氧暴露对健康的影响

《Environmental Impact Assessment Review》：Decoding health burdens of ground-level ozone exposure in megacities through a 5-year spatiotemporal analysis of Shenzhen, China

　　汪涵|傅家毅|黄浩|张俊茂|谭曦|倪红刚|吴建生
北京大学城市规划与设计学院城市人居环境科学与技术重点实验室，中国深圳518055

**摘要**
地面臭氧（O3）在大型城市中给公众健康带来的风险日益增加，然而对其影响的精细量化仍具有挑战性。本研究利用中国国家环境监测网络（2017-2021年）的实时监测数据，通过元分析综合和BenMAP-CE模型建立了城市尺度的暴露-反应关系，以量化深圳地区地面臭氧暴露对健康的影响。研究结果表明，臭氧浓度呈现波动下降趋势，2019年达到峰值，并存在明显的季节性和年际变化。疾病风险等级有所不同：心血管死亡率的相关性最高（相对风险RR = 1.0092），其次是呼吸系统死亡率（RR = 1.0061）和所有原因的非意外死亡率（RR = 1.0046）。从空间上看，健康负担主要集中在西部工业区，显示出深圳明显的脆弱性差异。通过绘制城市尺度的暴露-反应关系图，本研究提供了关键证据，表明静态的全市平均臭氧浓度无法准确反映真实的风险状况。有效的臭氧治理必须优先考虑排放热点并应对季节性峰值。未来的研究应整合微观环境暴露评估、毒理学机制和人口分层，以推进大型城市的精准臭氧治理。

**引言**
作为环境健康威胁中增长最快的因素之一，地面臭氧暴露持续导致全球疾病负担上升。根据世界卫生组织（WHO）的评估，南亚地区的季节性臭氧浓度加权平均值约为130 μg/m3，且城市下风向地区的浓度更高（世界卫生组织，2021年）。令人担忧的是，尽管欧洲和北美洲通过严格的 precursor 控制减少了背景臭氧浓度，但东亚地区在过去几十年中臭氧水平显著增加（Chang等，2017年）。流行病学证据一致表明，地面臭氧对呼吸系统和心血管系统具有刺激作用（Wang等，2020年）。高温和高太阳辐射显著加速了臭氧的形成（Ban等，2022年），而城市化导致的挥发性有机化合物（VOCs）排放变化进一步加剧了污染的复杂性（Wu和Xie，2017年）。改善城市空气质量并减少与污染相关的死亡率需要研究臭氧污染的时空模式并量化相关死亡风险，这是实现可持续发展目标3.9和11.6的重要基础（Gao等，2022年；Lin和Li，2022年）。然而，新兴大型城市中臭氧污染的健康影响仍缺乏基于空间明确的方法进行充分研究，这限制了基于区域空间异质性的针对性治理政策的发展。

地面臭氧主要通过病理机制增加心血管和呼吸道疾病的风险，包括气道炎症、内皮功能障碍和自主神经系统失调（Nclark等，2025年）。已发现臭氧浓度与呼吸/心血管发病率、住院风险和所有原因死亡率之间存在显著暴露-反应关系（Song等，2020年；Yao等，2020年）。特别是中国新兴大型城市中的臭氧污染不断增加，对公共卫生构成了严重挑战（Liang等，2024年）。作为城市化最快的地区，核心城市群在过去十年的臭氧浓度逐年上升（Chen等，2023a；Tian等，2024年；Zeng等，2022年）。中国的大型城市在臭氧污染控制和清洁空气政策之间面临治理困境，例如，《大气污染防治行动计划》（2013年）的实施减少了PM2.5，但反倒增加了臭氧浓度（Liu等，2023年）。例如，北京的臭氧浓度迅速上升（Du等，2024年），上海在春末至初夏期间经历了月最高臭氧浓度（Chang等，2021年）。此外，据报道，中国东部每增加10 μg/m3臭氧，心血管死亡率上升0.98%（Zhang等，2019年），每增加10 μg/m3臭氧，呼吸系统死亡率显著上升0.55%（Zhang等，2021年）。所有这些证据表明臭氧污染的恶化增加了公共卫生负担（Chen等，2024a；Li等，2024a）。

大量的研究采用了多学科方法来量化臭氧污染的健康后果。中国的环境流行病学研究系统地从两个维度探讨了臭氧与死亡率的关系：（1）人口加权暴露变异性的纵向分析及可归因的健康负担；（2）受动态排放模式和气象扰动影响的健康效应的地理空间量化（Guo等，2023年；Yan等，2013年）。已建立的评估框架，包括Benefits Mapping and Analysis Program（BenMAP-CE）和AirQ，已被应用于开发包含多参数输入和时空建模架构的复杂计算场景（Sacks等，2018年），从而实现了人口水平暴露动态的精确量化。此外，全球臭氧浓度-反应（C-R）函数的分析揭示了死亡关联的显著异质性（Seltzer等，2018年）。来自中国城市中心的证据、系统综述和元分析进一步通过汇总的流行病学数据集证实了臭氧的不利健康结果，建立了稳健的暴露-风险梯度（Qin等，2021年；Sun等，2020年；Zhang等，2022年）。此外，实证研究使用基于情景的模型来预测不同气候-污染-人口轨迹下的急性臭氧暴露导致的超额死亡率（Chen等，2018年），而多污染物相互作用分析阐明了臭氧与共污染物质在人口和季节层面的协同死亡效应（Guo等，2018年；Li等，2021a）。目前中国关于臭氧健康影响的研究范围有限，主要使用全国范围的C-R函数，未能充分解决城市群和大型城市中的差异（Su等，2025年；Yao等，2020年）。这种差异可能源于风险估计方法、人群易感性和暴露-反应关系的地理空间修正因素的不同（Zhang等，2019年）。臭氧分布的显著时空异质性以及中国的环境决定因素要求使用地区校准的C-R函数。由于全球衍生的参数无法充分反映特定情境下的风险特征，流行病学发现需要通过城市尺度的地理精细C-R函数进行增强（He等，2021年）。

中国大型城市的地面臭氧浓度构成了严重的环境健康挑战，导致呼吸系统和心血管死亡率上升（Zhang等，2019年）。由于以往的研究通常关注全国范围而非大都市特定的暴露动态，以及许多研究依赖于基线和目标年份之间的横断面人口采样（通常为2年间隔），因此存在持续的地理差异（Wang等，2024年；Xu等，2024a）。作为中国的一个大型城市，深圳经历了高度城市化，导致地面臭氧浓度异常高（He等，2021年；Tang等，2022年），相关的健康负担对可持续发展构成了关键限制（Huang等，2024a）。为应对日益严重的空气污染挑战，深圳于2017年实施了空气质量改善计划，该计划通过技术改造、燃油质量改进和交通优化研究了工业源减排，以及通过绿色基础设施发展减少了非点源污染（深圳市人民政府，2017年）。值得注意的是，2017年的法规引入了同时针对PM2.5和地面臭氧的双重减排策略，标志着从单一污染物治理向综合大气化学管理的转变。深圳的多部门减排策略从2017年到2022年取得了明显的空气质量改善（Jiang等，2023年；Peng等，2022年），然而，深圳在PM2.5方面的空气质量改善与珠三角地区持续的臭氧未达标事件同时发生（He等，2021年；Jiang等，2025年）。因此，从科学角度来看，全面空气治理政策在缓解臭氧污染方面的有效性仍需进一步理解。

为了指导兼顾臭氧污染控制和医疗系统准备的适应性治理策略，本研究首先通过系统元分析现有流行病学文献，推导出臭氧暴露对死亡率短期影响的C-R函数。将2017-2021年深圳的实时臭氧监测数据整合到BenMAP-CE中，以评估臭氧相关的健康影响。本研究旨在：（1）通过多年证据综合建立城市尺度的臭氧-死亡率关联C-R函数；（2）分析深圳不同城市结构中的时空臭氧浓度模式；（3）通过时间分层健康影响评估框架估计年度臭氧归属的死亡率负担。研究结果有望支持基于证据的决策，以缓解深圳的臭氧污染并改善公共卫生，并为面临快速城市化带来的空气质量挑战的沿海大型城市提供可参考的借鉴。

**研究区域**
深圳位于中国粤港澳大湾区（GBA）的东南部，属于亚热带海洋性气候，年平均气温约为23°C，相对湿度接近74%，太阳辐射强度高（1600 kWh/m2），这与频繁的台风引起的天气模式和人为加剧的前体物排放共同作用，促进了臭氧的形成（深圳市气象局，2022年）。

**中国大型城市中臭氧暴露的元分析健康影响**
详细搜索结果见补充材料中的表A.1，排除的文章列在表A.2中。最终，在系统回顾后，有12项合格的研究报告了1996年至2018年间中国城市中的臭氧与死亡率关联。短期臭氧暴露与所有原因死亡率、心血管死亡率和呼吸系统死亡率之间的定量关系分别见表1、表2和表3。

**深圳臭氧浓度的时空变化**
2017年至2021年间，深圳的平均臭氧浓度呈现年度波动下降趋势，2019年达到峰值。在城市尺度上，臭氧浓度的峰值出现在秋季，而夏季最低，这与北半球春季臭氧浓度最低的情况不同，后者受到跨界传输（如平流层-对流层交换）的影响（Sahu等）。

**结论**
本研究通过元分析综合和BenMAP-CE的纵向健康影响评估，建立了深圳的局部臭氧暴露-反应关系，揭示了2017-2021年间臭氧暴露健康动态的时空异质性，并量化了臭氧暴露的死亡负担。主要发现如下：（1）平均臭氧浓度呈现年度波动下降趋势，并存在季节性差异。

**作者声明**
汪涵：概念化；调查；方法论；可视化；初稿撰写；正式分析；资金获取
傅家毅：概念化；方法论；数据管理；调查；验证；审稿与编辑
黄浩：方法论；审稿与编辑
张俊茂：审稿与编辑
谭曦：审稿与编辑
倪红刚：审稿与编辑
吴建生：资源协调；项目管理；监督；写作

**利益声明**
作者声明没有已知的竞争性财务利益或可能影响本文工作的个人关系。

**致谢**
本研究得到了深圳市科技创新计划（JCYJ20250604175823031）和中国博士后科学基金（2025M770725）的支持。