珠三角地区PM2.5浓度估算及其健康效应评估

快速的社会经济发展导致城市出现以PM_2.5为首要污染物的空气污染问题，PM_2.5污染严重危害人群健康。因此，厘清PM_2.5时空分布特征并估算其带来的健康影响，对于PM_2.5的区域联防联控具有重要意义。现有研究中，为弥补地面监测数据的不足，借助机器学习算法估算PM_2.5浓度成为研究热点，此外，基于流行病学研究结果的健康效应模型也被广泛用于评估PM_2.5健康影响的研究中。利用珠江三角洲地区2014-2018年56个空气质量监测站的PM_2.5实时监测数据、气象数据、社会经济数据和归一化植被指数，构建随机森林模型，多要素联合估算2000-2018年监测站点的PM_2.5浓度，并采用克里金插值方法获得PM_2.5浓度的空间分布，在此基础上应用全球暴露死亡（GEMM）模型，评估珠三角地区的PM_2.5健康效应。结果表明：（1）2000-2018年期间，珠三角地区的PM_2.5算术年均浓度维持在35μg/m³左右，呈现"西北-东南"递减空间分异；降水量、温度、风速和水汽压等气象因子对PM_2.5浓度具有负向影响，GDP和人口密度等社会经济因子对PM_2.5浓度具有正向影响。（2）2000-2018年期间，珠三角地区PM_2.5人口加权年均浓度均低于PM_2.5算术年均浓度，表明珠三角地区人口密度和PM_2.5浓度未呈现明显的空间匹配关系，例如肇庆PM_2.5浓度较高但人口密度较低，深圳PM_2.5浓度较低但人口密度较高。（3）2000-2018年期间，珠三角地区PM_2.5污染对于缺血性心脏病和中风的健康影响较显著，而对下呼吸道感染的健康影响较弱。区域PM_2.5相关过早死亡人数逐渐增多，主要集中在PM_2.5浓度和人口密度较高的地区，例如珠三角中心地区，以广州中心城区表现明显。本研究建议珠三角地区加大空气污染治理力度，提高医疗服务水平，同时关注城市人口结构，引导城市人口有序流动迁移，以缓解PM_2.5带来的健康影响，实现城市化的健康发展。     

城市化对空气污染人群暴露贡献的定量方法研究

短期快速城市化引发一系列生态环境问题,尤其是近年来以细颗粒物(PM_(2.5))为代表的城市与区域空气污染问题。人群的污染暴露一方面是因为污染区范围的扩张,另外一方面则归因于城市化引发的人口迁移,目前的研究重点关注于前者的贡献,而忽略了后者的贡献。因此,建立了城市化对空气污染人群暴露贡献的定量方法,并选取我国PM_(2.5)污染最为严重的京津冀城市群开展了实证研究,通过利用2000、2005、2010、2015年PM_(2.5)浓度和人口栅格数据以及人口自然增长率数据,定量评估了城市化引发的人口迁移对空气污染人群暴露的贡献。研究结果显示:(1)京津冀地区受污染影响面积和人口变化显著,造成大量的人口暴露于PM_(2.5)污染。(2)城市化引发的人口迁移与自然增长贡献率方面:总体上,2000—2015年,京津冀城市群总的人口迁移贡献率为48%,北京市和天津市总的人口迁移贡献率分别为94%和88%,而河北省污染总的人口迁移贡献率为-32%。其中在污染保持区,北京市和天津市的人口迁移贡献率均接近100%,而河北省的迁移贡献率为-26%,尤其在2010—2015年,河北省衡水市的人口迁移贡献率达到-6613%;在污染新增区,北京市和天津市的人口迁移贡献率分别为86%和84%,而河北省污染的人口迁移贡献率为-757%。本研究建立了定量化的方法揭示了城市化在空气污染人群暴露中的定量贡献,为科学引导城市化发展提供了定量的手段,为合理规划京津冀城市群地区的人口流动与空气污染奠定了数据基础。     

寒地校园植物群落对大气细颗粒物浓度的消减作用

近年来随着我国城市的快速发展，空气污染作为城市生态环境破坏的首要问题日益严重。因此探究城市绿地中的植物群落是否能够消减大气细颗粒物浓度及其变化特征成为公众和学者广泛关注的焦点。选取位于寒地城市哈尔滨的东北林业大学作为研究对象，通过对校园PM_2.5浓度进行测定和校园植物群落进行调查，定量地分析不同植物群落对PM_2.5浓度的消减作用、PM_2.5浓度的时间变化规律、PM_2.5浓度与温度和空气相对湿度之间的关系。结果显示：（1）PM_2.5浓度日变化呈"双峰单谷"型，早晚偏高；季节变化是夏季PM_2.5浓度最低，秋季PM_2.5浓度最高。（2）不同结构的植物群落对大气细颗粒物的削减效果略有差异，乔灌草配置型绿地的PM_2.5消减率为30.30%，消减效果最佳；乔草和灌草的PM_2.5消减率分别为14.30%和7.77%，消减效果较差。（3）PM_2.5浓度与温度呈负相关关系，与空气相对湿度呈正相关关系。     

2000-2015年中国PM2.5浓度时空分布特征及其城乡差异

近40年来,中国快速经济发展引发较为严重的大气污染,PM_2.5是一种重要的空气污染物,掌握其时空分布规律是对其进行防治的重要前提。基于遥感反演出的PM_2.5浓度数据集,研究了中国2000-2015年PM_2.5浓度的时空分布特征,并基于界定的1376个城镇城区及对应乡村的边界分析了每年PM_2.5浓度值的城乡差异,用线性趋势分析法计算城镇PM_2.5浓度的年际变化速率及显著性。结果表明,研究期内,PM_2.5浓度高于35 μg/m³的面积比例由18.58%增加至32.03%,低于15 μg/m³的面积从43.92%减少到25.12%。PM_2.5污染最严重的地区分布在塔里木盆地、河北南部、河南北部和山东西部。从2000年到2015年,中国绝大多数城镇PM_2.5浓度显著增加,尤其是在东北平原、太行山以东的河北省西南部、燕山以南的北京天津及河北唐山、鲁中南山地丘陵及周围平原地区、华北平原江苏省北部。PM_2.5城乡差异在河北省、山西省两条东北-西南向S形条带区域、浙江省-福建省条带及天山北部绿洲区域较大。研究对PM_2.5高浓度区域、PM_2.5浓度增长较快区域以及城区PM_2.5浓度对乡村影响较大区域进行图示,为中国进一步控制雾霾污染提供一定科学依据。     

粤港澳大湾区PM2.5时空分布特征及其与气象要素的关系

细颗粒物（PM_2.5）污染不仅是现代社会城市化进程中的痛点,也是城市大气环境研究不可忽略的重要焦点。粤港澳大湾区作为世界级城市群,既是城市区域经济社会文化发展的重要体现,更是国家区域发展战略的重要构成与政策实施落脚点,其生态环境的优劣尤其受瞩目。对1999-2016年大湾区地表PM_2.5浓度栅格数据集进行了时空分布特征分析,其中空间自相关分析选取莫兰指数（Moran''I指数）作为度量;并利用多元线性回归模型探讨研究区内PM_2.5与气象要素之间关系。结果表明：粤港澳大湾区1999-2016年历年PM_2.5浓度呈先增加后减小的趋势,2008年为时间拐点,该时间节点之后空气质量显著提高,且1999、2009、2016三年,年平均PM_2.5浓度相似值趋于聚集分布。冷热点分析结果表明：热点区域集中于湾区行政核心区域范围内;冷点集中于核心边缘区域,空气质量较优。利用皮尔森相关分析最终筛选出实际蒸散量（aet）、太阳辐射（srad）、最低温度（tmmn）、蒸汽压（vap）、饱和水汽压差（vpd）、风速（ws）等6个气象因子,利用回归分析判断影响PM_2.5浓度时空分布的显著因子。结果表明：本研究区太阳辐射与PM_2.5浓度关系呈负相关,该结果与其他城市相关研究有较大差异,最小温度与PM_2.5浓度呈正相关,风速与PM_2.5浓度呈负相关,饱和水气压差与PM_2.5浓度呈正相关。     

城市空气污染对周边区域空气质量的影响

京津冀地区是全球以PM_(2.5)为首要污染物的空气污染最严重的区域之一,并已严重制约区域发展。大区域尺度上(例全国尺度)开展城市与其周边区域的PM_(2.5)的研究通常直接比较二者的浓度差异,以定量地评估城市PM_(2.5)污染对周边区域的影响,但这种方法在小区域较难精细地刻画城市对周边区域的影响的方向性和距离性差异。利用京津冀地区13个城市2000年,2005年,2010年,2015年PM_(2.5)浓度和土地覆盖类型数据,以城市重心到城市边界的平均距离为基本距离,建立每个城市的一级(一倍基本距离)和二级(二倍基本距离)缓冲区,然后将缓冲区分成8个象限,以定量分析城市PM_(2.5)污染对周边区域影响的方向性和距离差异。结果发现:(1)2000—2015年,京津冀城市群各地级市与周边区域空气质量时空分布分为以下两种模式:第一种模式是城区浓度高,周边区域低;第二种模式是城区浓度低,周边区域高且浓度差异很小。(2)各地级市对周边区域影响程度和范围呈上升趋势,并且这种影响具体表现在距离性和方向性两方面:(1)大部分城市距离城区越远,受城市PM_(2.5)污染的潜在影响越大。(2)2000—2015年,除天津、廊坊、衡水和沧州,其余城市空气污染对周边影响的方向性特征差异显著。通过建立城市空气污染对周边区域定量化方法并在京津冀开展实证研究,拓展了城市空气污染对周边区域空气质量影响研究的方法体系,为定量地开展城市化的生态环境效应研究提供了方法和实证拓展。     

深圳市大气污染时空分布及其与景观格局的关系

气溶胶和臭氧是我国大部分地区的两种主要大气污染物,对城市生态环境和人类身体健康影响严重。以深圳市为研究区,利用大气监测站点提供的监测数据和普通kriging空间插值法,从年、季、月尺度上开展近5年（2015-2019）深圳全市PM_2.5和臭氧的时空分布研究,通过皮尔逊分析和显著性检验从月尺度上分析土地覆盖类型及其景观格局对大气污染的影响。结果表明：（1）近5年内深圳市PM_2.5浓度总体呈现下降趋势,臭氧浓度则先降后升,二者季节性和月度差异显著。（2）PM_2.5和臭氧在年、季、月尺度上空间差异明显,全市PM_2.5浓度整体为西北高、东南低;臭氧浓度西北、东南较高,其余区域相对较低。（3）植被占比的增多对PM_2.5浓度有明显的抑制和调控作用,植被斑块间距离越近,对PM_2.5浓度的调控作用越明显;水体占比的增高会导致臭氧浓度增高和变化幅度增大。研究结果可为城市大气污染防治和景观格局规划管理提供参考。     

北京湿地削减大气PM2.5的生态系统服务流研究

湿地对大气颗粒物的沉降和运移有一定的影响。目前,相关研究多集中在小尺度定量湿地下垫面的颗粒物沉降速度与沉降量以及湿地植物对颗粒物的吸附或阻滞作用。但由于方法的缺失,研究无法在大尺度上定量解释有关湿地对颗粒物的产生、转移、转化和传递过程,这也导致研究结果对政策制定和城市空间规划缺少指导作用。因此,本研究引入了生态系统服务流模型的理论框架,结合颗粒物干沉降与HYSPLIT模型,量化北京市湿地削减PM_2.5服务的物理流量、流动路径以及受益地区。研究结果表明：（1）北京市湿地2015年PM_2.5沉降总量为4240 t,单位面积的平均沉降量为8.27×10^-3 kg/m²;2018年为2610 t,单位面积的平均沉降量为4.46×10^-3 kg/m²;（2）2015年和2018年北京市湿地削减PM_2.5生态系统服务物理流量最高值均出现在冬季,最低值出现在夏季,总体呈现出冬季 > 春季 > 秋季 > 夏季的趋势;（3）2015年和2018年向华北地区迁移的气流轨迹占当季气流轨迹总数的比例最大,京津冀地区与山东省为主要受益区。研究结果既为科学管理湿地资源和实现区域可持续发展提供客观准确的依据,也可为开展湿地生态系统服务流的相关研究奠定一定的基础。     

PM2.5对呼吸系统的影响及其作用机制的研究

现如今PM_2.5已成为我国主要的大气污染物,它会导致各种呼吸系统疾病的发生。PM_2.5是粒径小于2.5 μm的细颗粒物,可以携带多种有毒物质。PM_2.5与其他颗粒物相比,体积较小,表面积较大,更容易进入人体,对人体健康造成危害,其中呼吸系统首当其冲。许多流行病学证据表明PM_2.5与呼吸系统疾病密切相关,在体内和体外均证实了细颗粒物对呼吸系统的损伤。而PM_2.5对呼吸系统的毒性机制是国内外专家和学者研究的重点,主要包括氧化应激、炎性损伤、细胞内钙稳态失衡、免疫细胞功能不全和功能障碍、致突变性、微生态学改变、气道上皮防御功能缺陷等。本文综述了PM_2.5的定义、特征和对呼吸系统的影响及毒性机制。     

京津冀城市群土地利用生态风险的时空变化分析

以京津冀城市群为研究区,基于1984、1990、2000、2005、2010和2015年土地利用数据,利用斑块密度、蔓延度和土地利用类型的主观权重构建土地利用生态风险指数,从而揭示京津冀城市群地区6个时间节点的土地利用生态风险空间分布特征。土地利用生态风险划分为5个等级:低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区和高风险区,将较高风险区和高风险区定义为综合高风险区,然后计算其重心转移轨迹,从而探究土地利用生态综合高风险区的空间转移动态变化规律。结果表明在研究时段内:(1)研究区土地利用生态风险的总体分布规律为城市中心城区周边的土地利用生态风险逐渐加剧,非城市地区低于城市地区,且高风险区、较高风险区的面积呈增加趋势。(2)京津冀城市群13个地级市综合高风险区变化各不相同:北京市、天津市、唐山市和廊坊市的综合高风险区呈现出增加的趋势;承德市、张家口市、保定市、石家庄市、秦皇岛市、邯郸市和邢台市的综合高风险呈现出降低的趋势;而沧州市和衡水市几乎不变。(3)综合高风险区的重心转移方向基本分为三类:朝首都方向、朝东部海洋方向和自身发展方向,且重心转移方向与城市的规划、治理及发展方向联系密切。     

大气颗粒物(PM2.5、PM10)对地表景观结构的响应研究进展

颗粒物PM_(2.5)、PM_(10)是近年来我国大气首要污染物,威胁环境和人类健康。地表景观结构直接或间接影响PM_(2.5)、PM_(10)浓度,了解其影响过程和机理对于改善生态环境具有重要意义。系统总结了国内外关于PM_(2.5)、PM_(10)对地表景观结构响应的研究成果,指出研究中出现不确定性的可能影响因素,并对今后的发展方向进行展望。得出基本结论:(1)地表景观类型的构成及其格局显著影响大气颗粒物浓度,对PM_(2.5)、PM_(10)起到"源"和"汇"的作用。(2)地表景观结构引起局地气候变化并影响颗粒物的迁移转化,但其影响过程和机理复杂,研究结论并不明确。(3)颗粒物浓度和地表景观数据主要通过实际监测或遥感处理方法获得,但因为获取方法、监测点微观环境及遥感影像等因素影响,导致数据具有不确定性,加上时空尺度相对应的复杂性,大大限制了地表景观结构与PM_(2.5)、PM_(10)响应关系的研究进展,是未来要突破的难点。(4)PM_(2.5)、PM_(10)对地表景观结构响应的区域时空差异及过程,局地小气候变化对颗粒物浓度的影响过程和强度,主要景观类型尤其是水体、湿地景观对大气颗粒物浓度的影响过程、机理与贡献程度等是未来需要关注的方向。     

基于实地监测的城市林木调控PM2.5能力研究

随着城市的不断扩张,PM_(2.5)污染凸显,引起广泛关注。研究表明,城市林木为城市环境提供了重要的生态保障,在调控、缓解、降低城市PM_(2.5)污染危害等方面发挥极其重要的作用,通过筛选树种、优化配置结构、提高林木质量等方面进行城市林木前瞻性布局。然而,结合前期研究基础如何进一步深入研究并研究突破城市林木调控PM_(2.5)污染机制与机理,实现调控PM_(2.5)效应的最大化、最优化,依然是一个亟待解决的难题,这迫切需要在多尺度、多维度进行调控PM_(2.5)效应研究,并在不同尺度、不同维度进一步进行结合、延伸。对基于实地监测的城市林木调控PM_(2.5)能力研究现状相关文献进行归纳总结,并从林木单位叶面积与形态特征、配置结构特征、气象条件以及其他因素等方面归纳城市林木调控PM_(2.5)机制,同时从城市林木调控PM_(2.5)效应的时间变化特征、水平距离和垂直变化特征、内外变化特征等方面总结城市林木调控PM_(2.5)时空特征。最终提出研究城市林木调控PM_(2.5)效应目前存在的主要问题以及未来研究展望。     

Air pollution and infant mortality: Evidence from China

Using a newly assembled prefecture-city level dataset from 2004 to 2015, this paper examines the impact of air pollution on child mortality in China. To identify the causal effect, we exploit ventilation coefficient as the instrument for urban air pollution. We find that a 10 μg/m³ increase in annual PM_2.5 concentration causes 163 infant deaths per 100,000 live births per year in a city.     

基于ENVI-met的城市道路绿地植物配置对PM2.5的影响研究

随着城市化的快速发展,大气污染尤其细颗粒物(PM_(2.5))已成为制约城市环境的重要因素,相关研究表明,在众多的PM_(2.5)来源中道路交通是在其中的重要来源之一,而道路绿地植物群落能够消减来自道路的PM_(2.5)。运用场地观测和ENVI-met模拟相结合的方法探讨城市道路绿地植物群落对PM_(2.5)的影响,分析仅有乔木(i)、乔木+树篱(ii)、乔木+树篱+灌木(iii)3种模式下的植物群落配置对PM_(2.5)的影响,揭示绿地植物群落的长度、宽度、高度和LAI对PM_(2.5)的影响。结果表明:(1)场地观测中的道路绿地植物群落的3种配置模式对PM_(2.5)的消减率分别是iii(14.2%)ii(12.9%)i(9.2%)。(2)绿地中植物的种类、绿地宽度、绿地植物的叶面指数等要素对消减作用起正面作用,高度和长度起负面作用。(3)绿地的长度的一定量的减少可以在绿地后方形成一个宽度约为绿地长度80%的、随着与绿地的距离的增加而宽度递减的较绿地长度更长环境PM_(2.5)浓度更低的低谷区,但其他没有绿地的空间的PM_(2.5)浓度会加重。(4)绿地高度的增加会迫使PM_(2.5)向更高的空间运动。     

中国主要城市森林对大气PM2.5的削减量及其占大气PM2.5总量比例

空气中的细颗粒物(PM_2.5)是我国城市空气污染的主要污染物之一,严重威胁着城市居民的健康,限制城市发展的可持续性。PM_2.5去除的自然途径有两种,分别是干沉降和湿沉降,其中干沉降占据主导作用,且干沉降的过程和效率与城市森林紧密关联。目前针对城市森林对干沉降作用的研究主要是在小尺度中从不同树种、不同群落结构、不同景观类型等角度来估算并比较其滞尘量,较少关注其占空气污染总量的比率,从而可能影响对城市森林滞尘服务能力的判断。因此,利用城市森林效益(Urban Forest Effect, UFORE)模型中的大气污染干沉降模块的核心算法,以2015年为例,估算了我国主要城市辖区的城市森林一年内对大气中的PM_2.5削减量以及其占空气中PM_2.5污染总量的比重。结果显示：(1)2015年全国主要城市单位绿地面积日均滞尘量较高地区主要集中在华北地区、华东地区、以及东北地区。其中北京30.47mg/m²,苏州24.63mg/m²,沈阳28.55mg/m²     

基于环境库兹涅茨曲线的我国大气污染防治重点区域环境空气质量与经济增长关系研究

改革开放以来，中国经济迅猛发展，但大气污染等环境问题日益突出。进入21世纪，我国通过颁布实施多项大气污染防治政策，将京津冀及周边地区、长三角地区、珠三角地区等大气污染较严重的区域划定为重点区域，针对性制定治污措施和实施减排工程，努力推动区域环境空气质量改善。基于2000-2019年我国31个省（自治区、直辖市）（以下简称31个省份）GDP，以及SO₂、PM₁₀、NO₂三项大气污染物浓度数据，利用环境库兹涅茨曲线（EKC，Environmental Kuznets Curve）模型，对31个省份和京津冀及周边地区、长三角地区、珠三角地区的经济增长情况、大气污染物浓度演变以及二者之间的关系进行了系统全面的分析评估。研究结果显示：（1）近年来实施的各项大气污染防治政策，特别是2013年以来颁布实施的《大气污染防治行动计划》《打赢蓝天保卫战三年行动计划》，推动环境空气质量改善的同时，促进了经济发展与环境保护长期关系协调性逐步增强，除NO₂浓度呈U型外，31个省份SO₂浓度、PM₁₀浓度与人均GDP的EKC曲线呈倒U型和倒N型，并处于快速下降阶段。（2）京津冀及周边地区SO₂浓度与人均GDP呈倒U型，且处于快速下降阶段；PM₁₀和NO₂浓度均呈现U型关系，且均处于上升期。（3）长三角地区SO₂、PM₁₀浓度与人均GDP呈现倒U型和U型，但均处于下降阶段；NO₂浓度与人均GDP无相关关系。（4）珠三角地区SO₂、PM₁₀和NO₂浓度与人均GDP均呈现倒U型关系，且均处于下降阶段。为此，建议"十四五"期间我国政府要继续实施新一轮的大气污染防治行动计划，聚焦机动车NO_x污染管控，大力推动NO₂浓度稳步下降，以实现我国环境空气质量持续改善，为统筹经济高质量发展和生态环境高水平保护奠定坚实基础。