Г. Shaddick, М. Л. Томас, П. Муду, Г. Руджери & С. Гумы
Загрязнение воздуха занимает важное место в глобальной повестке дня и широко признается как угроза как общественному здоровью, так и экономическому прогрессу. По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), 4,2 миллиона смертей в год могут быть связаны с загрязнением наружного воздуха. В последнее время были достигнуты значительные успехи в разработке методов, позволяющих количественно оценивать показатели, связанные с загрязнением воздуха, для отслеживания прогресса в достижении Целей устойчивого развития и расширения доказательной базы воздействия загрязнения воздуха на здоровье человека. Несмотря на усилия по сокращению загрязнения воздуха во многих странах, существуют регионы, в частности Центральная и Южная Азия и Африка к югу от Сахары, в которых население продолжает подвергаться воздействию все более высоких уровней загрязнения воздуха. Большинство населения мира по-прежнему подвергается воздействию уровней загрязнения воздуха, существенно превышающих руководящие принципы ВОЗ по качеству воздуха, и поэтому загрязнение воздуха представляет собой серьезную и во многих областях растущую угрозу для здоровья населения.
Вступление
В 2016 году ВОЗ подсчитала, что 4,2 миллиона смертей в год могут быть связаны с загрязнением окружающей среды (наружного воздуха) мелкодисперсными частицами, или PM2.5 (частицы диаметром менее 2,5 мкм)1. PM2. 5 поступает из широкого спектра источников, включая производство энергии, домашние хозяйства, промышленность, транспорт, отходы, сельское хозяйство, пыль пустынь и лесные пожары, и частицы могут перемещаться в атмосфере на сотни километров, а их химические и физические характеристики могут сильно варьироваться во времени и пространстве. ВОЗ разработала руководящие принципы по качеству воздуха (AQG), чтобы предложить рекомендации по снижению воздействия загрязнения воздуха на здоровье человека. Первое издание, AQG ВОЗ для Европы, было опубликовано в 1987 году с глобальным обновлением (в 2005 году), отражающим возросшие научные данные о рисках загрязнения воздуха для здоровья во всем мире и растущее понимание глобальных масштабов этой проблемы2. Действующая АКГ ВОЗ гласит, что среднегодовая концентрация не должна превышать 10 мкг/м3 2.
Принятие и осуществление политических мер доказали свою эффективность в улучшении качества атмосферного воздуха3,4,5,6, 7. Существует по меньшей мере три примера применения долгосрочной политики, которая привела к снижению концентрации загрязнителей воздуха в Европе и Северной Америке: i) закон о чистом воздухе 1963 года и последующие поправки к нему в США; ii) Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния (ТЗВБР) с протоколами, действующими с начала 1980-х годов в Европе и Северной Америке8; и iii) европейские стандарты выбросов, принятые в Европейском Союзе в начале 1990-х годов9. Однако в период с 1960 по 2009 год концентрация ТЧ2, 5 в глобальном масштабе возросла на 38%, что в значительной степени было обусловлено ростом в Китае и Индии, а смертность, связанная с загрязнением воздуха, увеличилась на 124% в период с 1960 по 2009 год10.
Динамика, лежащая в основе программ борьбы с загрязнением воздуха и изменением климата, а также синергизм между ними вместе с Целями устойчивого развития (ЦУР) дают возможность решить проблему загрязнения воздуха и связанного с ним бремени болезней. Здесь тенденции в глобальном качестве воздуха в период с 2010 по 2016 год рассматриваются в контексте попыток сократить загрязнение воздуха, как с помощью долгосрочной политики, так и более поздних попыток снизить уровни загрязнения воздуха. Особое внимание уделяется обеспечению всеобъемлющего охвата расчетных концентраций и получению (на национальном уровне) распределений воздействия на население для оценки воздействия на здоровье. Традиционно основным источником информации были измерения, проводимые наземными сетями мониторинга, но, хотя охват растет, остаются регионы, в которых мониторинг является редким или даже отсутствует (см. дополнительную информацию)11. Модель интеграции данных по качеству воздуха (DIMAQ) была разработана целевой группой ВОЗ по интеграции данных (Подробнее см. благодарности) в ответ на необходимость улучшения оценок воздействия ТЧ2.5 при высоком пространственном разрешении (0,1° × 0,1°) глобально11. DIMAQ калибрует данные наземного мониторинга с помощью спутниковых данных о оптической глубине аэрозоля, моделях переноса химических веществ и других источниках, чтобы обеспечить ежегодные профили качества воздуха для отдельных стран, регионов и глобально11. Оценки концентраций PM2. 5 были сопоставлены с предыдущими исследованиями,и было обнаружено хорошее количественное согласие в направлении и величине тенденций. Это особенно актуально в богатых данными условиях (Северная Америка, Западная Европа и Китай), где результаты трендов согласуются с тем, что было обнаружено в результате анализа измерений уровня грунта PM2.5.
Результаты
Показаны среднегодовые концентрации PM2. 5 за 2016 год, рассчитанные с использованием DIMAQ, и различия в концентрациях между 2010 и 2016 годами. Хотя загрязнение воздуха затрагивает как страны с высоким, так и с низким уровнем дохода, страны с низким и средним уровнем дохода испытывают на себе самое большое бремя, причем самые высокие концентрации наблюдаются в Центральной, Восточной, Южной и Юго-Восточной Азии12.
Высокие концентрации, наблюдаемые в некоторых частях Ближнего Востока, в некоторых частях Азии и в регионах Африки к югу от Сахары, связаны с песком и пылью пустыни. Пыль пустыни получает все большее внимание из-за величины ее концентрации и способности переноситься на очень большие расстояния в определенных районах мира13,14. Сахара является одним из крупнейших глобальных источников пустынной пыли15,и увеличение ТЧ2, 5 в этом регионе согласуется с прогнозом увеличения пустынной пыли из-за изменения климата16, 17.
В глобальном масштабе 55,3% населения земного шара были подвержены повышенному уровню ТЧ2.5 в период с 2010 по 2016 год, однако существуют заметные различия в направлении и величине тенденций во всем мире. Например, в Северной Америке и Европе среднегодовые взвешенные концентрации населения снизились с 12,4 до 9,8 мкг/м3, а в Центральной и Южной Азии они выросли с 54,8 до 61,5 мкг/м3. Снижение концентраций, наблюдаемое в Северной Америке и Европе, согласуется с данными Агентства по охране окружающей среды США и Европейского агентства по окружающей среде (ЕЭЗ)18,19. Более низкие значения, наблюдаемые в этих регионах, отражают существенные регуляторные процессы, которые были осуществлены тридцать лет назад и которые привели к существенному снижению загрязнения воздуха за предыдущие десятилетия18,20,21. В странах с высоким уровнем дохода масштабы загрязнения воздуха в результате широко распространенного сжигания угля и других видов твердого топлива, а также других токсичных выбросов в результате в значительной степени нерегулируемых промышленных процессов заметно снизились с принятием законов О чистом воздухе и аналогичных законов о борьбе с дымом, введенных с середины 20-го века. Однако они остаются важными источниками загрязнения воздуха в других частях мира22. В Северной Америке и Европе темпы улучшений невелики, что отражает трудности в снижении концентраций на более низких уровнях.
Оценка воздействия загрязнения воздуха на здоровье человека требует детальной информации об уровнях, которым подвергаются конкретные группы населения. В частности, важно определить, находятся ли районы с высокой концентрацией населения в пределах страны или региона вместе с высокой численностью населения. Взвешенные по численности населения концентрации, часто называемые взвешенными по численности населения воздействиями, рассчитываются путем пространственного согласования концентраций PM2. 5 с оценками численности населения (см. дополнительную информацию).
Показаны глобальные тенденции в оценочных концентрациях и взвешенных по численности населения концентрациях ТЧ2.5 за 2010-2016 гг., а также тенденции для регионов ЦУР (см. дополнительный рис. 1.1). Там, где воздействие, взвешенное по численности населения, превышает концентрацию, как это наблюдается в Центральной Азии и Южной Азии, это указывает на то, что более высокие уровни загрязнения воздуха совпадают с густонаселенными районами. В глобальном масштабе, хотя концентрации несколько снизились (с 12,8 мкг/м3 в 2010 году до 11,7 в 2016 году), взвешенные по населению концентрации несколько возросли (33,5 мкг/м3 в 2010 году, 34,6 мкг/м3 в 2016 году). В Северной Америке и Европе как концентрации, так и взвешенные по населению концентрации снизились (6,1-4,9 и 12,4–9,8 мкг/м3 соответственно). Связь между концентрациями и численностью населения четко прослеживается для Центральной и Южной Азии, где концентрации увеличились с 29,6 до 31,7 мкг/м3 (увеличение на 7%), в то время как взвешенные по численности населения концентрации были выше как по величине, так и по проценту прироста, увеличившись с 54,8 до 61,5 мкг/м3 (увеличение на 12%).
Для Восточной Азии и Юго-Восточной Азии концентрации повышаются с 2010 по 2013 год, а затем снижаются с 2013 по 2016 год в результате реализации “Плана действий по предотвращению загрязнения воздуха и борьбе с ним” 21 и перехода к более чистому энергетическому балансу в связи с усилением урбанизации в Китае23,24,25. Взвешенные по численности населения концентрации для городских районов в этом регионе сильно зависят от Китая, который составляет 62,6% населения региона. Взвешенные по численности населения концентрации превышают эти концентрации, и их снижение более заметно (в взвешенных по численности населения концентрациях), что свидетельствует об успешном осуществлении политики с точки зрения числа пострадавших людей. Противоположный эффект взвешивания населения наблюдается в районах Западной Азии и Северной Африки, где наблюдается тенденция к увеличению взвешенных концентраций населения (с 42,0 до 43,1). мкг/м3) содержит более низкие значения, чем для концентраций (от 50,7 до 52,6 мкг / м3). В этом регионе концентрации обратно коррелируют с численностью населения, что отражает высокие концентрации, связанные с пылью пустыни в районах с более низкой плотностью населения.
Обсуждение
Было доказано, что долгосрочная политика сокращения загрязнения воздуха является эффективной и осуществляется во многих странах, особенно в Европе и Соединенных Штатах. Однако даже в странах с самым чистым воздухом существует большое количество людей, подверженных воздействию вредных уровней загрязнения воздуха. Хотя точная количественная оценка результатов конкретной политики затруднительна, увязка фактических данных об эффективных мерах вмешательства с глобальными, региональными и местными тенденциями в области загрязнения воздуха может обеспечить необходимую информацию для базы фактических данных, которая является ключевой в информировании и мониторинге будущей политики. Были достигнуты значительные успехи в методах, расширяющих базу знаний о воздействии загрязнения воздуха на здоровье, начиная с фактических данных о воздействии загрязнения воздуха на здоровье 26, моделирования уровней загрязнения атмосферного воздуха1, 11 и количественной оценки воздействия на здоровье, которые могут быть использованы для мониторинга и отчетности о прогрессе в достижении связанных с загрязнением воздуха показателей Целей устойчивого развития: ЦУР 3.9.1( уровень смертности, обусловленный загрязнением домашних хозяйств и окружающей среды); ЦУР 7.1.2 (доля населения, в основном полагающегося на чистые виды топлива и технологии); и ЦУР 11.6.2 (среднегодовые уровни содержания мелких твердых частиц (например, ТЧ2.5 и ТЧ10) в городах (взвешенные по численности населения))1. Существует постоянная потребность в дальнейших исследованиях, сотрудничестве и обмене передовым опытом между учеными и международными организациями, например воз и Всемирной метеорологической организацией, для совершенствования моделирования глобального загрязнения воздуха и оценки его воздействия на здоровье. Это будет включать разработку моделей, учитывающих конкретные вопросы, включая, например, воздействие трансграничного загрязнения воздуха и пыли пустынь, а также разработку инструментов, позволяющих директивным органам оценивать последствия принимаемых мер и точно прогнозировать потенциальные последствия предлагаемой политики.
Во всем мире численность населения, подверженного воздействию уровней ТЧ2, 5 выше нынешнего АКГ ВОЗ (среднегодовой показатель 10 мкг / м3), сократилась с 94,2% в 2010 году до 90,0% в 2016 году, что в значительной степени обусловлено сокращением в Северной Америке и Европе (с 71,0% в 2010 году до 48,6% в 2016 году). Однако никаких таких улучшений не наблюдается в других регионах, где эта доля остается практически постоянной и чрезвычайно высокой (например, более 99% в регионах достижения Целей устойчивого развития (ЦУР) в Центральной, Южной, Восточной и Юго-Восточной Азии). См. дополнительную информацию для получения более подробной информации).
Проблема и необходимость ее решения не ограничиваются только городами: во многих частях мира подавляющее большинство людей, живущих в сельской местности, также подвержены воздействию уровней, превышающих руководящие принципы. Хотя существуют различия при рассмотрении городских и сельских районов в Северной Америке и Европе, в подавляющем большинстве стран мира население, проживающее как в городских, так и в сельских районах, подвержено воздействию уровней, превышающих AQGs. Однако в других регионах ситуация совсем иная (см. дополнительную информацию рис. 7.1 и разделы дополнительной информации 7 и 8), например взвешенные по численности населения концентрации в сельских районах в Центральной и Южной Азии (55,5 мкг/м3), странах Африки к югу от Сахары (39,1 мкг/м3), Западной Азии и Северной Африке (42,7 мкг/м3) и Восточной Азии и Юго-Восточной Азии (34,3 мкг/м3) (в 2016 году) были значительно выше АКГ. С 2010 по 2016 год взвешенные концентрации населения в сельских районах региона Центральной и Южной Азии выросли примерно на 11% (с 49,8 до 55,5 мкг/м3; см. дополнительную информацию рис. 7.1 и разделы 7 и 8 дополнительной информации). Это в значительной степени обусловлено большим сельским населением в Индии, где 67,2% населения проживает в сельской местности27. Поэтому борьба с загрязнением воздуха как в сельских, так и в городских районах должна стать ключевым приоритетом в эффективном снижении бремени болезней, связанных с загрязнением воздуха.
Попытки смягчить последствия загрязнения воздуха варьировались в зависимости от его источника и местных условий, но во всех случаях решающее значение имеет сотрудничество между секторами и на различных уровнях-городском, региональном, национальном и международном. Политика и инвестиции, поддерживающие доступный и устойчивый доступ к чистой энергии, более чистый транспорт и производство электроэнергии, а также энергоэффективное жилищное строительство и управление коммунальными отходами, могут сократить основные источники загрязнения наружного воздуха. Эти меры не только улучшат состояние здоровья, но и уменьшат загрязнение климата и послужат катализатором местного экономического развития и пропаганды здорового образа жизни.
Методы
Оценка тенденций глобального загрязнения воздуха требует получения всеобъемлющей информации о концентрациях с течением времени для каждой страны. Эта информация в основном основана на наземном мониторинге (ГМ) из 9690 пунктов мониторинга по всему миру из базы данных городов ВОЗ за 2010-2016 годы. Однако есть регионы, в которых это может быть ограничено, если не полностью недоступно, особенно для более ранних лет (см. дополнительную информацию). Даже в тех странах, где сети ГМ хорошо развиты, со временем все равно будут возникать пробелы в пространственном охвате и отсутствовать данные. Модель интеграции данных о качестве воздуха (DIMAQ) дополняет ГМ информацией из других источников, включая оценки ТЧ2, 5, полученные со спутников, и модели переноса химических веществ, оценки численности населения и рельефа местности (например, высоты над уровнем моря). В частности, были использованы спутниковые оценки, которые сочетают аэрозольные оптические глубинные извлечения с информацией из геохимической модели переноса химикатов29, а также оценки содержания сульфатов, нитратов, аммония, органического углерода и минеральной пыли30.
Самый последний выпуск базы данных ВОЗ по качеству окружающего воздуха впервые содержит данные ГМ за несколько лет, при этом используемая здесь версия DIMAQ опирается на исходную версию 11,30, позволяя моделировать данные за несколько лет одновременно, причем взаимосвязь между ГМ и оценками, основанными на спутниках, может изменяться (плавно) с течением времени. Результатом является всеобъемлющий набор оценок ТЧ2.5 с высоким разрешением (10 км × 10 км) для каждого года (2010-2016 гг.) для каждой страны.
Для получения взвешенных по численности населения концентраций комплексный набор демографических данных на сетке высокого разрешения (Gridded Population of the World (GPW v4) database31) был объединен с оценками DIMAQ. Кроме того, глобальный слой населенных Пунктов32 использовался для определения районов как городских, субгородских или сельских (на основе землепользования, полученных на основе спутниковых снимков и оценок численности населения). Еще одна дихотомическая классификация того, являются ли ячейки сетки в пределах конкретной страны городскими или сельскими (выделение субгородских районов как городских или сельских), была основана на обеспечении наилучшего соответствия (на страновом уровне) оценкам численности городского и сельского населения, подготовленным Организацией Объединенных Наций27.
Следует отметить, что оценки DIMAQ, используемые в данной статье, могут незначительно отличаться от оценок ВОЗ глобального бремени болезней, связанных с загрязнением атмосферного воздуха1, и соответствующих оценок показателей ЦУР, связанных с загрязнением воздуха, в связи с недавними обновлениями базы данных и дальнейшими процедурами обеспечения качества.
Оценки данных PM2. 5, подтверждающие выводы этой работы, можно получить из https://www.who.int/airpollution/data/en/.
Источник:
https://www.nature.com/articles/s41612-020-0124-2
Ссылки:
1. Ambient air pollution: Global assessment of exposure and BOD, update 2018. WHO (2020) (In press).
2. Krzyzanowski, M. & Cohen, A. Update of WHO air quality guidelines. Air Qual. Atmosphere Health 1, 7–13 (2008).
3. Zheng, Y. et al. Air quality improvements and health benefits from China’s clean air action since 2013. Environ. Res. Lett. 12, 114020 (2017).
4. Turnock, S. T. et al. The impact of European legislative and technology measures to reduce air pollutants on air quality, human health and climate. Environ. Res. Lett. 11, 024010 (2016).
5. Zhang, Y. et al. Long-term trends in the ambient PM2.5- and O3-related mortality burdens in the United States under emission reductions from 1990 to 2010. Atmos. Chem. Phys. 18, 15003–15016 (2018).
6. Kuklinska, K., Wolska, L. & Namiesnik, J. Air quality policy in the U.S. and the EU – a review. Atmos. Pollut. Res 6, 129–137 (2015).
7. Guerreiro, C. B. B., Foltescu, V. & de Leeuw, F. Air quality status and trends in Europe. Atmos. Environ. 98, 376–384 (2014).
8. Byrne, A. The 1979 convention on long-range transboundary air pollution: assessing its effectiveness as a multilateral environmental regime after 35 Years. Transnatl. Environ. Law 4, 37–67 (2015).
9. Crippa, M. et al. Forty years of improvements in European air quality: regional policy-industry interactions with global impacts. Atmos. Chem. Phys. 16, 3825–3841 (2016).
10. Butt, E. W. et al. Global and regional trends in particulate air pollution and attributable health burden over the past 50 years. Environ. Res. Lett. 12, 104017 (2017).
11. Shaddick, G. et al. Data integration model for air quality: a hierarchical approach to the global estimation of exposures to ambient air pollution. J. R. Stat. Soc. Ser. C. Appl. Stat. 67, 231–253 (2018).
12. World Bank Country and Lending Groups—World Bank data. https://datahelpdesk.worldbank.org/knowledgebase/articles/906519-world-bank-country-and-lending-groups (Accessed 3rd December 2018).
13. Guo, H. et al. Assessment of PM2.5 concentrations and exposure throughout China using ground observations. Sci. Total Environ. 601–602, 1024–1030 (2017).
14. Ganor, E., Osetinsky, I., Stupp, A. & Alpert, P. Increasing trend of African dust, over 49 years, in the eastern Mediterranean. J. Geophys. Res. 115, 1–7 (2010).
15. Goudie, A. S. & Middleton, N. J. Desert Dust in the Global System. (Springer Science & Business Media, 2006).
16. Mahowald, N. M. et al. Observed 20th century desert dust variability: impact on climate and biogeochemistry. Atmos. Chem. Phys. 10, 10875–10893 (2010).
17. Stanelle, T., Bey, I., Raddatz, T., Reick, C. & Tegen, I. Anthropogenically induced changes in twentieth century mineral dust burden and the associated impact on radiative forcing. J. Geophys. Res. Atmosph 119, 13526–13546 (2014).
18. Air quality in Europe (European Environment Agency, 2018). https://www.eea.europa.eu/publications/air-quality-in-europe-2018.
19. Particulate Matter (PM2.5) Trends | National Air Quality: Status and Trends of Key Air Pollutants | US EPA. https://www.epa.gov/air-trends/particulate-matter-pm25-trends.
20. Chay, K., Dobkin, C. & Greenstone, M. The clean air act of 1970 and adult mortality. J. Risk Uncertain. 27, 279–300 (2003).
21. Huang, J., Pan, X., Guo, X. & Li, G. Health impact of China’s air pollution prevention and control action plan: an analysis of national air quality monitoring and mortality data. Lancet Planet. Health 2, e313–e323 (2018).
22. Heal, M. R., Kumar, P. & Harrison, R. M. Particles, air quality, policy and health. Chem. Soc. Rev. 41, 6606–6630 (2012).
23. Chen, J. et al. A review of biomass burning: emissions and impacts on air quality, health and climate in China. Sci. Total Environ. 579, 1000–1034 (2017).
24. Zhao, B. et al. Change in household fuels dominates the decrease in PM2.5 exposure and premature mortality in China in 2005–2015. Proc. Natl. Acad. Sci. 201812955 (2018). https://doi.org/10.1073/pnas.1812955115.
25. Shen, H. et al. Urbanization-induced population migration has reduced ambient PM2.5 concentrations in China. Sci. Adv. 3, e1700300 (2017).
26. Burnett, R. et al. Global estimates of mortality associated with long-term exposure to outdoor fine particulate matter. Proc. Natl Acad. Sci. 115, 9592–9597 (2018).
27. World Urbanization Prospects – Population Division – United Nations. https://population.un.org/wup/Download/ (Accessed: 10th December 2018).
28. Towards Cleaner Air Scientific Assessment Report 2016- UNECE (2016). https://www.unece.org/index.php?id=42861.
29. van Donkelaar, A. et al. Global estimates of fine particulate matter using a combined geophysical-statistical method with information from satellites, models, and monitors. Environ. Sci. Technol. 50, 3762–3772 (2016).
30. Shaddick, G. et al. Data Integration for the assessment for population exposure to ambient air pollution for global burden of disease assessment. Environ. Sci. Technol. 52, 9069–9078 (2018).
31. Center for International Earth Science Information Network (CIESIN) Columbia University. 2016. Gridded Population of the World, Version 4 (GPWv4): Population Count. NASA Socioeconomic Data and Applications Center (SEDAC), Palisades, NY. https://doi.org/10.7927/H4X63JVC. Accessed 3rd December 2018.
32. Pesaresi, M. et al. GHS Settlement grid following the REGIO model 2014 in application to GHSL Landsat and CIESIN GPW v4- multitemporal (1975-1990-2000-2015). European Commission, Joint Research Centre (JRC)[Dataset] http://data.europa.eu/89h/jrc-ghsl-ghs_smod_pop_globe_r2016a. Accessed: 3rd December 2018.
