The Innovation | 三十年历史回溯：中国城市化进程下臭氧污染导致心肺死亡的地区风险不平等性

Video 1 文章解读

导 读

过去三十年，中国臭氧污染呈现整体增长趋势，但臭氧的城乡差异，即郊区（或城乡结合部）与农村通常比邻近城区的臭氧污染更严重这一现象鲜有探讨。最新的流行病学证据表明，长期臭氧暴露可能会增加心肺慢性疾病的死亡风险。基于此，本研究整合多源数据库，综合追踪了中国1990–2019的城乡臭氧污染状况，并评估了暴露导致的慢性心肺疾病的死亡负担，以填补既往研究中心血管疾病死亡风险评估的缺失。研究发现，过去三十年间农村人口的暖季日内最大八小时臭氧暴露水平比邻近城市居民平均高约10 ppb，因此城市化人口迁移会降低总体人口平均臭氧暴露水平。未来臭氧污染管控策略应对农村地区给予同等关注，以实现环境公正。

图1 图文摘要

过去三十年来，我国臭氧污染呈现整体增长的趋势。而长期臭氧暴露或与多病因过早死亡相关，因此精确追踪地表臭氧的时空规律对保护公众健康具有重要意义。以往研究尚缺乏对臭氧污染的大尺度长轴时间序列综合回溯（比如十年以上的追踪），而且鲜有涉及对小尺度层面城乡区域性差异的研究。此外，由于较早的流行病学证据对臭氧与心血管死亡风险支持不足，相关研究对长期臭氧暴露相关的超额死亡负担通常未考虑将心血管疾病作为病因，因而死亡负担评估或被低估。

本研究基于深度学习算法并融合多个充分开发的臭氧浓度数据集，精细刻画了1990–2019年间区分城乡差异的环境臭氧（ambient ozone）浓度空间分布与时序趋势。并通过整合最新的基于队列研究的流行病学证据，从过去三十年中国城市化浪潮下的人口迁移这一新视角，对人群臭氧暴露—超额心肺死亡负担二者关系进行了深度解析。

以暖季日内最大八小时滑动平均浓度（OSDMA8）为度量指标，中国环境臭氧浓度平均以每十年4.3±2.8 ppb的增速攀升，并且农村臭氧浓度平均比邻近城区高9.8±4.1 ppb（图2）。除了城区人为源氮氧化物（NO_X=NO₂+NO）向农村地区的传输，还有四个主要原因导致了农村地区比城区更高的臭氧污染。首先，城市环境中更高的NO_X排放，增加了交通源NO对臭氧的清除，即通常被称为“NO_X滴定陷阱”的现象。其次，城区往往更高的气溶胶浓度会阻碍太阳辐射从而限制NO₂的光解反应；同时，气溶胶还可以作为HO_X自由基和HNO₃的汇以抑制臭氧的化学形成。第三，农村地区通常由于更广阔的植被覆盖而具有更高的生源性挥发性有机物（BVOCs）的排放。最后，由于中国农村地区居民普遍使用固体燃料，不完全燃烧导致的更高一氧化碳的排放，有助于生成氧化NO的自由基，从而进一步增加臭氧的积累。

中国的臭氧污染主要集中在京津冀及周边地区，其中华东地区的增速最高（平均每十年增长7.6 ppb）。四大城市群（京津冀、长三角、成渝、粤港澳大湾区）中，京津冀地区的臭氧污染飙升最为凸显（平均每十年增长9.2 ppb）。

图2 环境臭氧浓度与变化趋势

A–B. 1990年城市和农村的OSDMA8（4月–9月）峰值；C–D. 2019年城市和农村的OSDMA8峰值；E–F. 基于30年浓度趋势计算的年均变化率。

基于更新与优化后的多病因臭氧暴露—过早死亡风险剂量效应关系，本研究实现了不同类型疾病导致的死亡负担的精准拆分，并着重评估了心肺疾病（包括心血管疾病，CVDs，和慢性阻塞性肺病，COPD）的超额死亡负担。1990年，由长期臭氧暴露导致的心肺疾病死亡人数为30.0万（95% 不确定性区间: 19.3–41.2万，下同）；而2019年，这一数字增加为37.4万（24.1–51.1万），其中城市居民的超额死亡人数为20.0万（12.9–27.4万），农村为17.4万（11.3–23.7万）（图3）。我国华东地区的死亡负担占全国死亡负担总数的三分之一。值得一提的是，以往研究中被忽视的心血管疾病死亡负担占总心肺疾病死亡人数的一半左右。

图3 2019年臭氧相关心肺疾病（心血管疾病和慢性阻塞性肺病）超额死亡人数分布

A. 城市死亡人数. B. 农村死亡人数. C. 总人口死亡人数

将长期臭氧暴露相关联的超额死亡以城乡、地区（七大行政区：东北、华北、华东、华中、华南、西南、西北）和病因（心血管疾病和COPD）进行拆分来观察年际趋势（图4）。研究发现，总死亡人数平均每年增加3,300（2,100–4,500）人，其中城市死亡人数平均每年增加4,700（3,000–6,400）人，而农村超额死亡人数平均每年减少1,400（900–1,900）人。

COPD诱因的超额死亡人数略显缩减，而心血管疾病导致的过早死亡负担则呈现上升趋势。尽管纵揽全局，长期臭氧暴露导致的过早死亡人数持续走高，但农村人口向城市迁移的浪潮减缓了总体人口的加权臭氧暴露水平的抬升；甚至在一些地区（比如海南三亚），臭氧污染增幅不明显，但城市化进程迅速，进而人口加权臭氧暴露水平不升反降。这一发现说明城市和农村臭氧暴露的环境不公正性不容忽视，农村居民作为更高风险的群体应当得到更多的关注。

图4 长期臭氧暴露相关心肺死亡人数的30年间变化趋势分类评估

每个子图中基线的上半部分表示城市人口的死亡人数，下半部分表示农村人口的死亡人数

三十年间各省（和直辖市）城区和农村的臭氧暴露相关联的心肺死亡负担呈现出不同的变化趋势（图5）。进一步对其驱动因素进行解析发现，环境臭氧暴露增加（32.4%）、总人口增长（24.6%）以及老龄化（13.4%）不同程度地导致了死亡人数的增加；而总体横断面心肺死亡率下降（-11.2%）和农村向城市的人口迁移（-34.5%）则一定程度上抵消了这种增加，最终导致总死亡人数增加率为24.7%（图6）。

图5 1990与2019年臭氧暴露相关联的心肺疾病超额死亡人数前十省份及首尾排位变化

图6  1990年至2019年心肺疾病超额死亡变化率归因解析

圆点标记了1990年至2019年总心肺疾病死亡的整体相对变化百分比，这等于五个影响因素的总和：臭氧暴露水平、人口增长、人口老龄化、横断面死亡率降低、城市化人口迁移

总结与展望

本研究揭示了中国过去三十年间臭氧污染加剧与城市化进程对人群心肺死亡风险的拮抗效应，并呼吁关注农村人口的环境公正问题。为了持续推进环境健康评估的准确性，具有地区差异性的疾控统计档案、精细的城乡地理学划分、高分辨污染追踪数据产品开发和更多国家级多中心队列研究仍是今后需要大力推动的研究方向。

责任编辑

李   千   哈尔滨医科大学

姜亮亮   University of Calgary

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原文链接：https://www.cell.com/the-innovation/fulltext/S2666-6758(23)00145-5

本文内容来自Cell Press合作期刊The Innovation第四卷第六期以Article发表的“Antagonism between ambient ozone increase and urbanization-oriented population migration on Chinese cardiopulmonary mortality” (投稿: 2023-06-26；接收: 2023-09-17；在线刊出: 2023-09-20)。

DOI: https://doi.org/10.1016/j.xinn.2023.100517

引用格式：Sun H., Zhao J., Liu X., et al. (2023). Antagonism between ambient ozone increase and urbanization-oriented population migration on Chinese cardiopulmonary mortality. The Innovation. 4(6),100517.

收录情况：本文已被NIH National Library of Medicine PubMed平台收录，收录编号为PMID: 37822762,  PMCID: PMC10562756.

作者简介

郭玉明，澳大利亚莫纳什大学教授，博士生导师，莫纳什大学气候与空气质量研究中心创始主任，澳大利亚医学健康委员会领袖计划科学家。主要研究领域为空气污染、气候变化、居住环境与健康，空间流行病学、环境污染暴露评价、以及机器学习在环境流行病学领域的应用。曾获国际环境流行病学学会Tony McMichael奖、澳大利亚杰出青年科学家奖、澳大利亚医学健康委员会研究卓越奖、澳大利亚科研之星奖。

Web：research.monash.edu/en/persons/yuming-guo

Alexander Thomas Archibald，剑桥大学Yusuf Hamied化学系教授（Grade 12），NCAS英国国家大气科学中心（National Centre for Atmospheric Science）研究员。现阶段的主要研究致力于开发最先进的化学-气候耦合模型以解决：人为排放对于大气成分变化的影响；大气成分变化对气候的影响；以及反之，气候变化对大气成分的反馈。英国地球系统模型（UKESM: The UK Earth System Modelling project）中大气化学模块UKCA（UK Chemistry and Aerosols model）开发的首席科学家。

Web：www.ch.cam.ac.uk/person/ata27

刘 欢，清华大学长聘教授、博士生导师。获得国家自然科学基金杰出青年基金、英国皇家学会Newton Advanced Fellowship（牛顿高级学者）、中国环境科学学会青年科学家金奖、国家生态环境保护专业技术青年拔尖人才、国家自然科学基金优秀青年科学基金、北京市科技新星等。研究领域为多尺度交通排放及大气效应。研究成果在期刊Nature Climate Change, Nature Sustainability, Nature Communications,《科学通报》等发表，并被同行广泛引用。获4项省部级科技奖励、联合国环境署“气候与清洁空气奖”团队奖等。担任欧盟地平线计划EMERGE项目顾问、多个国际期刊编委。

Web：https://www.env.tsinghua.edu.cn/info/1264/5825.htm

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The Innovation是一本由青年科学家与Cell Press于2020年共同创办的综合性英文学术期刊：向科学界展示鼓舞人心的跨学科发现，鼓励研究人员专注于科学的本质和自由探索的初心。作者来自全球55个国家；已被136个国家作者引用；每期1/5-1/3通讯作者来自海外。目前有196位编委会成员，来自21个国家；50%编委来自海外（含37位各国院士）；领域覆盖全部自然科学。The Innovation已被DOAJ，ADS，Scopus，PubMed，ESCI，INSPEC，EI等数据库收录。2022年影响因子为32.1，CiteScore为23.6。2023年6月25-28日，四本姊妹刊（The Innovation Life, The Innovation Geoscience, The Innovation Materials, The Innovation Medicine）联袂创刊；2024年，第五本姊妹刊（The Innovation Energy）将创刊。秉承“好文章，多宣传”理念，The Innovation在海内外各平台推广作者文章。期待The Innovation刊群为科学家提供更好的文章发表体验。

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