综述：气候健康关联中的空气污染：二十年来全球污染物趋势、健康负担及监测技术的综述

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Air pollution in the climate health nexus: A two-decade global review of pollutant trends, health burdens, and monitoring advancements

空气污染威胁生态与公共健康，本研究系统分析2002-2024年144篇Scopus文献，揭示全球研究分布不均、污染物（PM2.5、NOx等）时空特征及健康风险关联。整合技术、法规与公共卫生视角，提出监测技术升级（物理/化学与传感器/卫星结合）和政策协同框架，强调气候变化与污染的相互作用及跨学科研究必要性。

　　空气污染作为人类活动的副产品，尤其是与快速城市化、工业扩张和科技进步密切相关，已经成为全球范围内对生态可持续性和公众健康构成的长期威胁。尽管近年来公众对空气污染问题的关注度有所提高，但现有的知识体系仍然在不同学科之间存在碎片化现象，这在一定程度上阻碍了全面解决方案的制定。本综述基于SCOPUS数据库中的144篇文献（2002–2024），系统地分析了全球研究趋势、地理分布、关键主题以及空气质量管理领域的研究进展。文章围绕四个核心主题展开：一是对全球空气污染研究模式的综合分析，突出其地理分布的不均衡性以及研究路径的演变；二是对主要空气污染物的特征进行描述，包括细颗粒物（PM2.5）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、一氧化碳（CO）、挥发性有机化合物（VOCs）和臭氧（O3）等；三是对长期公众健康风险的评估，强调污染物暴露对弱势群体造成的不成比例的负担；四是批判性地审视空气污染监测策略的进展，比较传统物理和化学方法与新兴的传感器技术和卫星监测手段之间的优劣。与以往的综述不同，本文采用更加广泛的跨学科视角，整合了技术、法规和公共卫生领域的观点，以呈现更为全面的空气质量管理现状。此外，文章还探讨了科学知识与实际政策行动之间的联系，通过识别关键的知识空白、技术限制和研究前沿，为环境科学家、公共卫生专家和决策者提供了一项基础性的参考资料。文章旨在推动全球范围内对空气质量管理的平衡发展，将科学研究与社会责任相结合，以实现更清洁的空气和更健康的社区，特别是在日益城市化和气候脆弱的世界背景下。

空气污染对自然环境和人类健康的影响是深远的。人类活动的加剧，特别是城市化、工业化和技术进步，已经深刻改变了大气的自然组成。全球范围内对经济增长和生活水平提升的追求，进一步加重了对自然生态系统的压力，尤其是在人口密集的城市地区。虽然这些变化带来了基础设施和便利性的提升，但其代价是显著的，包括生态系统的破坏和环境污染的加剧。技术进步在带来社会利益的同时，也对环境施加了巨大的压力，尤其是在资源消耗和污染排放方面。因此，如何在经济发展与自然环境保护之间实现更好的平衡，成为了一个亟需解决的问题。城市地区由于各种污染物的集中排放，对空气污染尤为敏感。这些污染物以固体、液体和气体的形式存在，其来源包括交通运输、工业排放、建筑施工和生物质燃烧等，这些活动会释放出诸如二氧化硫（SOx）、一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、臭氧（O3）、挥发性有机化合物（VOCs）、多环芳烃（PAHs）以及可吸入颗粒物（PM10和PM2.5）等有害物质。这些空气污染物已被广泛研究其对健康的危害，包括轻微的不适（如眼睛、鼻子和喉咙的刺激）以及严重的呼吸系统和心血管疾病，慢性支气管炎、肺部上皮损伤以及呼吸困难的增加等。

空气污染对人类健康的负担令人震惊。根据世界卫生组织（WHO）的数据，每年因环境空气污染导致的过早死亡人数超过420万，其中约91%的死亡发生在低收入和中等收入国家。此外，全球近99%的人口暴露在超过WHO推荐标准的空气污染物水平下，这突显了这一危机的普遍性。因此，空气质量和公共健康的联系已经成为当代环境研究的重要焦点。空气污染的负面影响不仅限于个体健康，还波及更广泛的生态系统，如气候变化、极端天气事件（如热浪）以及生物多样性损失。这些环境和健康危机在一些快速城市化的地区被进一步加剧，因为这些地区的空气污染监测和管理机制相对落后。虽然一些研究已经探讨了空气污染物与健康影响之间的关系，但仍然存在在监测策略、污染物特征和健康影响评估方面的整合不足。现有文献往往将这些方面孤立地进行研究，缺乏一个能够全面分析空气污染演变过程及其多重风险的综合框架。

空气污染不仅导致每年数百万例的过早死亡，还对生态系统和全球气候产生深远影响。除了其直接和间接的健康影响，空气污染改变了维持生命的一系列自然系统。例如，地面臭氧浓度的升高会导致全球农作物产量下降约10–15%，这威胁到了粮食安全和农村生计。同样，工业和交通运输排放的氮沉积会破坏土壤营养循环，并使水体酸化，从而导致森林、湿地和淡水生态系统中生物多样性的减少。黑碳（BC）作为一种短寿命的气候污染物，其作用是双重的，既影响空气质量，也影响气候系统。黑碳在雪地和冰川表面的沉积会加速冰川融化，进而导致海平面上升，并改变淡水的可用性，特别是在脆弱的山区，如喜马拉雅山和北极地区。此外，化石燃料燃烧产生的硫和氮氧化物会形成酸雨，损害农作物、土壤和水生生物，从而导致长期的生态系统退化。这些生态系统的破坏不仅降低了自然栖息地的韧性，还形成了反馈循环，加剧了气候变化。

与此同时，气候变化本身也通过温度、风循环和大气化学的变化影响空气污染模式。这些变化会改变污染物的扩散和寿命，通常会使城市和工业地区的空气质量恶化。认识到这些相互关联的过程，凸显了制定综合政策的紧迫性，这些政策需要同时应对空气污染控制、气候缓解和生态系统保护，以实现一个更健康、更可持续的地球。空气污染和气候变化之间的联系密切，因为气候变化条件会影响污染源以及污染物在大气中的行为。气候变化通过改变能源使用、工业活动和生物质燃烧的模式，影响了污染物的排放。它还通过改变风模式、空气稳定性和混合层，影响了污染物的扩散。此外，温度、湿度和阳光的变化也会影响大气化学，从而改变臭氧、颗粒物和二次气溶胶等污染物的形成和持续时间。理解这种联系对于制定和实施有效策略以同时应对空气污染和气候变化至关重要。

本综述旨在通过提供一个综合且系统的分析，解决这些关键的知识空白。文章涵盖四个核心领域：一是分析全球空气污染研究趋势、地理分布、研究路径、时间演变及其对公众健康的影响；二是描述主要空气污染物的特征及其时空分布；三是评估空气污染恶化背景下的短期和长期公众健康风险；四是探讨空气污染监测策略。此外，文章还讨论了空气污染监测和测量技术面临的关键挑战及其对公众健康的影响。与以往的综述不同，本文采用跨学科的方法，综合评估了当前的技术、暴露指标、污染物类型和流行病学证据。这种全面的框架有助于更好地理解空气污染源、检测方法和公众健康影响之间的相互联系。通过将分散的知识整合到一个统一的框架中，本综述为致力于证据驱动干预和可持续空气质量管理的研究人员、政策制定者和城市规划者提供了一项宝贵的参考资料。

空气污染研究的历史轨迹受到一系列灾难性环境事件的深刻影响，这些事件凸显了理解其对人类健康和环境质量影响的紧迫性。最早且具有决定性意义的事件包括美国宾夕法尼亚州的多诺拉烟雾事件（1948年）和英国的大伦敦烟雾事件（1952年）。这些事件作为警报性的前奏，激发了科学界对空气污染问题的兴趣。这些事件不仅揭示了空气污染的严重性，也促使政府和相关机构采取措施，以改善空气质量并减少其对公众健康的影响。随着对空气污染问题的认识不断加深，相关研究逐渐扩展到更广泛的领域，包括空气污染的成因、影响机制以及监测和管理策略。

为了探索当前的研究趋势，我们进行了全面的文献检索，主要集中在SCOPUS数据库中。检索的重点是识别与空气质量、污染物监测、气候变率以及相关健康影响相关的出版物。通过使用相关关键词和布尔运算符，确保了对跨学科研究的涵盖，共检索到318篇相关文献。这些研究涵盖了空气污染的多方面内容，包括其对人类健康和生态环境的影响，以及监测和管理技术的发展。随着研究的深入，空气污染问题逐渐从单一的环境因素扩展到涉及社会、经济和政策的复杂系统。这种扩展不仅反映了科学研究的深化，也表明了空气污染问题的多维度特征。

从科学计量和文献计量分析的角度来看，本综述涵盖了144篇非重复的文献，这些文献发表于2004年至2024年间，显示出对空气质量、气候变率和公共卫生交叉领域的持续且增长的兴趣。这些文献来自80多种不同的期刊，表明了该领域的跨学科性质。总共812位作者参与了这项研究，每篇文献平均有5.99位合著者，反映出高度的合作研究趋势。这些数据表明，近年来空气污染研究的影响力和广泛性显著提升，研究者们不仅关注污染物的来源和影响，还致力于开发更有效的监测和管理策略。这种跨学科的合作模式有助于更全面地理解空气污染问题，并推动相关研究的深入发展。

在不同国家，针对空气污染的管理措施和标准也在不断演变。历史上的空气污染事件促使许多发达国家建立了全面的立法框架，以控制和缓解空气污染物的负面影响。例如，美国在应对空气污染危机方面采取了重要的环境法规，包括1963年的《清洁空气法》（CAA）和1967年的《空气质量法》。这些法规为更系统的空气质量管理奠定了基础。到1990年，《清洁空气法》已经涵盖更广泛的污染物和更严格的排放标准，以确保空气质量的持续改善。其他国家也相继出台了类似的法规，以应对空气污染问题，例如欧洲的《空气质量指令》和亚洲一些国家的空气污染控制法规。这些法规的实施不仅有助于减少污染物排放，还为公众健康提供了更有力的保障。

空气污染与公共健康之间的关系日益受到重视。空气污染对环境和人类健康的影响是深远的，其加剧的趋势和负面后果使得这一问题成为全球关注的焦点。随着城市化进程的加快、工业扩张的推进以及人为排放的增加，全球许多地区的空气质量正在迅速恶化。城市人口尤其受到这一污染的严重影响，主要原因是城市中污染物排放的集中性和复杂性。空气污染不仅影响个人健康，还对整个社会和生态系统产生深远的影响。例如，空气污染导致的健康问题包括呼吸系统疾病、心血管疾病以及慢性炎症等，这些健康问题在低收入和中等收入国家尤为严重。此外，空气污染对生态系统的破坏，如气候变化、极端天气事件和生物多样性损失，也进一步加剧了全球环境危机。

为了更好地理解和管理空气污染，需要建立有效的监测和测量技术。对空气污染物进行全面和持续的监测是识别其物理、化学和生物特性，量化暴露水平，并制定基于证据的缓解策略的关键。定期和系统的监测不仅有助于评估是否符合国家和国际空气质量标准，还支持公众健康规划和环境管理的前瞻性发展。空气污染监测的重要性在于它能够提供准确的数据，帮助决策者制定科学的政策和措施。此外，监测数据还可以用于评估不同地区的空气污染状况，从而指导针对性的治理策略。

尽管在空气污染监测和建模方面取得了显著进展，但在不同空间和时间尺度上，空气污染数据的准确性、覆盖范围和适用性仍然面临挑战。这些挑战源于传感器技术、数据标准化、精确建模和现有监管与制度机制的有效性之间的差距。一方面，污染物的特征正在迅速变化，包括新污染物的出现和污染物排放模式的演变，这给监测和管理带来了新的挑战。另一方面，由于技术的不断发展，监测方法也在不断更新，以适应新的研究需求和环境变化。然而，这些技术的更新往往伴随着成本的增加和复杂性的提升，这在一定程度上限制了其在发展中国家的广泛应用。

本综述的局限性也需要被认识，以界定其研究范围和解释其发现。尽管本综述提供了对空气污染特征、监测技术及其健康影响的综合分析，但在某些方面仍存在不足。例如，由于数据来源的局限性，某些地区的空气污染状况可能未能得到充分反映。此外，由于研究的时间跨度有限，某些长期趋势和变化可能未能被完全捕捉。这些局限性可能会影响对研究结果的解读，并限制综述的整体适用性。因此，在使用本综述的研究结果时，需要结合具体的研究背景和实际情况，以确保其准确性和有效性。

展望未来，空气污染研究需要进一步关注现有的知识空白，并加强空气质量管理的科学、技术和政策基础。研究的重点应放在创新的监测工具、健康影响建模和基于证据的政策制定上。基于当前的研究挑战和局限性，未来的研究应致力于填补这些空白，并提升我们对空气污染及其影响的理解。同时，未来的研究还需要关注新兴污染物的特征、监测技术的优化以及政策的实施效果，以确保空气质量管理策略的科学性和有效性。此外，还需要加强跨学科的合作，整合不同领域的研究成果，以形成更加全面和系统的空气污染治理框架。

空气污染问题在21世纪的全球挑战中占据重要地位，它与环境退化、公共健康危机和社会经济不平等密切相关。本综述通过一个坚实、系统和综合的框架，分析了过去二十年的全球研究，结合了定量的科学计量分析和定性的研究方法，揭示了空气污染研究的碎片化特征及其快速演变的趋势。研究不仅涵盖了污染物的特征、监测技术、健康影响等核心内容，还探讨了空气污染与气候变化之间的相互作用，以及如何通过综合政策来缓解这些挑战。此外，本综述还关注了空气污染监测和测量技术的局限性，并提出了未来研究的方向，以进一步提升空气质量管理的科学性和有效性。

综述的作者贡献明确，每位作者在研究的不同阶段承担了特定的任务。Amit Awasthi在撰写和编辑、概念化和正式分析方面发挥了重要作用，Sumanta Das则在撰写和编辑以及概念化方面做出了贡献。Malini Roy Choudhury负责方法论和正式分析，Simranjeet Kaur参与了撰写原始草稿，Suman Dutta负责撰写原始草稿和验证，Vajinder Kumar在验证、方法论和概念化方面做出了贡献，而Shshank Chaube则在撰写和编辑以及方法论方面发挥了作用。这些分工确保了研究的全面性和科学性，同时也反映了团队合作在跨学科研究中的重要性。

在资金支持方面，本综述的作者声明在撰写过程中未获得任何资金、赠款或其他支持。此外，作者还声明他们没有已知的可能影响本研究的财务利益或个人关系。这些声明确保了研究的独立性和客观性，同时也表明了作者对研究质量的重视。在致谢部分，作者表达了对在空气污染监测和公共卫生风险评估领域做出先驱性贡献的研究者的感激之情。同时，他们也感谢匿名评审者对本研究的评估。此外，通讯作者还感谢同事们的支持和合作，使本综述得以顺利完成。这些致谢不仅体现了研究的学术价值，也反映了作者对合作精神和学术共同体的尊重。

综上所述，空气污染问题的复杂性和多面性要求我们采取更加全面和系统的研究方法，以深入理解其对环境和健康的影响。通过整合不同学科的研究成果，建立科学、技术和政策的综合框架，我们能够更有效地应对空气污染带来的挑战，并推动更加可持续的空气质量管理策略。此外，随着技术的进步和政策的完善，空气污染监测和管理将变得更加精确和高效，从而为实现更清洁的空气和更健康的社区提供坚实的基础。未来的研究需要继续关注这些关键领域，并加强跨学科的合作，以确保空气污染研究的持续发展和实际应用。