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
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说明，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。
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备极其重大意义。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（NOX=NO2+NO）向农村地区的传输，还有四个根本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NOX排放，增加了交通源NO对臭氧的清除，即通常被称为“NOX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，气溶胶还可当作HOX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广泛使用固体燃料，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。
中国的臭氧污染大多分布在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）。
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，本研究实现了不一样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
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）。研究之后发现，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。
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%）则某些特定的程度上抵消了这种增加，最后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
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
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研究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。
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、气候平均状态随时间的变化、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。
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方面技术青年拔尖人才、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。