中国东南沿海岛屿区域交通对 PM2.5中痕量元素的贡献量化研究：机器学习视角下的新洞察

为明确 PM2.5污染来源及健康风险，制定有效管控政策，研究人员以中国东南沿海低 PM2.5岛屿平潭为对象展开研究。结果发现不同季节气象因素、气流类型对 PM2.5及痕量元素影响各异，且健康风险不同。该研究为区域空气质量协同管理提供依据。

　　在空气质量备受关注的当下，PM_2.5（细颗粒物，指空气动力学直径小于 2.5μm 的颗粒物）对人类健康的影响愈发凸显。大量研究表明，PM_2.5相关的空气污染每年会导致数百万人过早死亡。其成分复杂，来源多样，其中痕量元素虽在 PM_2.5中占比小，却与多种疾病，如呼吸道、心血管疾病乃至癌症的发生密切相关。

以往对 PM_2.5中痕量元素的研究多集中于高浓度区域，忽视了低浓度 PM_2.5环境下的潜在健康风险。而且，虽然知道区域传输会影响 PM_2.5及其痕量元素，但准确确定本地基线浓度困难，也鲜少有人定量评估区域传输的具体贡献。

为了解决这些问题，闽南师范大学等机构的研究人员以中国东南沿海的平潭岛为研究对象展开研究。平潭岛是国际旅游岛，PM_2.5浓度常年较低，且受东亚季风影响，夏季、冬季主导气团不同，非常适合研究不同气流对污染物和健康风险的贡献。研究成果发表在《Environmental Pollution》上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先，在 2020 年 7 月至 2021 年 5 月于平潭岛一建筑屋顶采集全年 PM_2.5样本。其次，运用基于极端梯度提升（XGBoost）算法的去气象化模型，去除气象因素影响，估算本地基线污染物浓度。最后，结合后向轨迹模型，量化不同轨迹类型下区域传输的贡献，并利用正矩阵分解（PMF）确定痕量元素的来源 。

研究结果

1. PM_2.5中痕量元素的出现水平：研究期间，平潭岛 PM_2.5浓度在 3 - 43μg/m³之间，年平均为 14.3μg/m³。25 种与 PM_2.5结合的痕量元素总质量浓度在 338 - 6819ng/m³之间，约占 PM_2.5的 13.7%。含量前十的元素依次为 Na、Fe、K 等。
2. 气象因素的影响：气象因素在夏季使 PM_2.5和人为源痕量元素浓度降低 36.7% - 58.4% ，但在冬季使其升高 6.4% - 26.0%。而与船舶排放相关的元素变化趋势相反。
3. 污染源解析：通过 PMF 分析，确定工业和船舶排放是痕量元素的两个主要来源，且来源区域不同。船舶排放在夏季对健康风险贡献大，其他季节则是工业排放占主导。
4. 不同气流类型的影响：海洋气流（MA）、内陆气流（IA）和本地气流（LA）分别使痕量元素浓度改变 -3.7%、+6.4% 和 -5.4%。对非致癌风险（NCR）的影响分别为 -16.4%、+8.2% 和 -13.5%，对致癌风险（CR）的影响分别为 -4.1%、+4.7% 和 -28.9%。NCR 处于可接受水平，但 CR 超过推荐阈值。

研究表明，区域传输对平潭岛 PM_2.5中痕量元素影响显著，不同季节、不同气流类型下，污染物浓度和健康风险差异明显。这一研究为相对低污染的沿海地区污染物来源和健康风险研究提供了新视角，强调了区域空气质量协同管理的重要性，有助于相关部门制定更有针对性的污染控制政策，对保护公众健康、提升区域空气质量具有重要意义。