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本综述聚焦气候变化下野火烟雾的健康影响，探讨其与气候变化的关联，分析野火细颗粒物（PM2.5）暴露的健康风险及未来气候情景下的风险演变，总结暴露减少策略，助力制定气候适应型健康政策。
1. 引言
野火正成为日益严峻的环境和公共卫生威胁，气候变化加剧了这一趋势。不同气候情景预测显示，未来野火事件将更频繁、更剧烈且持续更久，野火衍生的细颗粒物（PM2.5）暴露水平升高，与全因死亡率增加、现有呼吸系统疾病恶化和心血管事件等广泛健康影响相关。本综述主要考察野火烟雾的健康负担，探讨气候变化与野火活动的复杂相互关系，综合野火 PM2.5暴露健康影响的证据，评估这些风险在未来气候情景下的演变。同时，尽管主要关注植被燃料燃烧产生的烟雾暴露，也涉及野地 - 城市界面（WUI）火灾的新兴风险，此类火灾涉及人为材料燃烧，释放复杂有毒污染物。最后，综述总结当前暴露减少策略，强调加强公共卫生准备的机会，旨在为未来研究提供信息并支持气候适应性健康政策的制定。
2. 野火排放与烟雾暴露评估
野火排放包含燃烧植被和其他有机材料释放的气体和颗粒物（PM）的复杂混合物，野火烟雾指下风扩散并影响环境空气质量和人类健康的空气传播部分。排放物包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）等与气候相关的气体，以及一氧化碳（CO）、非甲烷挥发性有机化合物（NMVOCs）、氮氧化物（NOx）等光化学反应化合物，后者有助于下风处地面臭氧（O3）的形成。
PM，尤其是细颗粒物（PM2.5），是野火烟雾的主要成分，具有复杂化学成分，其特征可能是有机碳、元素碳和钾的浓度升高，这些化合物通常与生物质燃烧有关。野火 PM2.5构成最大健康风险，因有充分证据支持其与不良健康影响相关，包括呼吸和心血管结局以及过早死亡。
除纯植被燃料排放外，WUI 火灾在烟雾成分中贡献日益增加，尤其在人口密集和发达地区。这些火灾涉及处理过的木材、塑料、合成纺织品和家用化学品等人为材料的燃烧，可释放包括卤代化合物、重金属、多环芳烃（PAHs）和二恶英在内的独特污染物混合物。2017 年和 2018 年加利福尼亚野火后的研究表明，WUI 烟雾中的有毒空气污染物浓度高于纯野地火灾，引发对暴露相关健康风险的新担忧。随着 WUI 火灾在气候变化和开发扩张下预计更频繁发生，表征和监测这些事件烟雾的化学复杂性对于准确的暴露评估和健康影响评价至关重要。
评估野火烟雾暴露涉及直接测量和建模方法以估计污染物浓度及其潜在健康影响。通过地面空气质量监测器进行的空气质量监测可测量 PM2.5、CO 和 O3等污染物的浓度，美国的 AirNow 和欧洲的 COPERNICUS 等网络提供空气质量实时数据。配备中分辨率成像光谱仪（MODIS）和可见光红外成像辐射计套件（VIIRS）等传感器的卫星遥感能够检测烟羽并估计大面积污染物浓度。监测数据虽关键，但空间覆盖和时间分辨率有限，难以全面评估空气质量影响。与此同时，建模方法包括基于气象数据和火灾特征模拟野火排放污染物的传输和扩散的扩散模型，通过提供更广泛区域和更长时期的详细预测来解决这一限制，洞察污染物在空间和时间上的行为，美国的 BlueSky 烟雾建模框架和欧洲的 CAMS 全球火灾监测系统是显著例子。暴露模型，如 TracMyAir 或美国环保署（USEPA）空气污染物暴露模型（APEX），通过整合室外空气质量数据与室内条件和个体行为模式提供个性化暴露评估。机器学习等先进技术将高分辨率模拟与观测数据相结合，以提高暴露估计的准确性，随机森林算法等方法也用于优化 PM2.5暴露预测。尽管这些暴露模型主要在北半球（高收入国家）开发，但野火排放的影响在许多其他地区（如撒哈拉以南非洲和东南亚）也很显著。图 1 展示了如何估计野火烟雾暴露的综合方案，图中还强调了可通过燃料负荷和燃烧面积管理来减少排放以及通过修改时间 - 活动概况来最小化人类对野火 PM2.5暴露的关键参数。随着气候变化加速，这些野火烟雾监测和暴露建模工具的作用变得越来越重要，尤其是在预测野火烟雾暴露和受影响社区方面，以支持有效的风险缓解策略和保护公共卫生。
3. 气候变化与野火
野火在气候系统中扮演超越直接影响的复杂角色，既是气候变化的响应者，也是驱动者。它们向大气释放大量 CO2和气溶胶，加剧全球变暖，而火灾后再生改变地表反照率和陆地 - 大气热通量，进一步影响区域和全球气候条件。受土壤湿度、降水和湿度调节的植被易燃性是野火动态的关键因素，这些过程形成生物物理和大气反馈循环，强化气候与火灾活动之间的复杂相互作用。虽然强风也已知会加速火势蔓延并影响烟雾传输，但由于高时空变异性和火灾诱导的气象学，其与长期气候变化的关系仍然复杂。野火的发生和强度由燃料可用性、氧气和点火源这三个关键因素（称为火灾三角形）的组合决定。气候变化增加了这些因素共同发生的可能性，导致全球野火频率、严重性和空间范围的增加。政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告称，气温上升、更频繁和更剧烈的热浪以及 prolonged droughts 正在推动极端火灾天气条件的出现。这些气候变化加上森林湿度下降，导致更剧烈和更持久的火灾季节。反过来，这些变化不仅加剧火灾活动，还因增加野火烟雾暴露而提升公共卫生风险。
理解和应对气候变化下不断增长的野火风险需要将观测数据与先进气候模型相结合。这些模型通过评估温度、降水和燃料湿度的变化来捕捉历史趋势并预测未来火灾活动。预测研究表明，地中海、澳大利亚和北美等地区的野火活动大幅增加，主要由气温上升和 prolonged droughts 驱动。全球变暖比工业化前水平高 1.5°C 至 2°C 的情景预计将使这些地区极端火灾季节的可能性增加约 30%。自 1979 年以来，火灾天气指数（FWI）显著增加，这与人为气候变化有关。加拿大和西伯利亚的北方森林历史上不易发生火灾，但由于气候加速变暖，也已成为野火热点。全球范围内，近几十年来火灾天气条件加剧，美国太平洋地区、高纬度北方森林和南欧部分地区等热点地区的燃烧面积增加了高达 50%。根据美国国家航空航天局（NASA）RECOVER 历史火灾数据库，1950 年至 2019 年美国西部野火的年频率显著增加，尽管美国其他地区没有显示出特定的时间趋势，但使用不同数据集证实了这一观察结果。这些趋势凸显了气候变化下野火活动不均衡但不断升级的性质。
气候变化不仅增加野火风险，还延长了火灾季节。历史上，野火主要限于炎热干燥的夏季月份，但现在它们经常在春季早些时候开始并持续到秋季。这种延长的季节在北美西部、澳大利亚和地中海等地区很明显。例如，自 20 世纪 70 年代以来，美国西部的火灾季节平均延长了 78 天。在全球范围内，1979 年至 2013 年期间，火灾季节长度增加了近 20%，这归因于气候变化。延长的火灾季节扩大了野火烟雾暴露和相关健康风险可能发生的时间窗口。
尽管技术进步改善了气候 - 野火相互作用的建模，特别是在捕捉野火气象动态方面，但仍存在重大差距。值得注意的是，当前模型难以准确表示点火源、火灾抑制和人类土地利用动态，这些限制降低了火灾蔓延和烟雾排放模型的预测可靠性，从而制约了对人群水平烟雾暴露的准确评估。资源可用性、社区准备和治理等关键因素通常被过度简化，降低了模型对健康影响评估（HIA）的有效性。先前的研究强调需要将社会经济动态纳入全球建模工作，以提高准确性和预测能力。
4. 气候变化下野火 PM2.5的健康影响
数十年的研究证据凸显了环境 PM2.5暴露对人类健康的短期和长期负面影响。PM2.5暴露与全因或心肺健康结局的负面影响已得到一致证明，同时也有强有力的证据支持 PM2.5暴露与多种其他健康影响之间的不利关系，包括更高的癌症风险、不良生殖、妊娠和发育结局以及对认知和心理健康结局的负面影响。最近一项针对野火 PM2.5短期暴露的系统评价也表明，野火 PM2.5暴露与当日全因死亡率和呼吸系统发病率之间存在强烈关联，尽管当日心血管发病率的证据相对较弱。另一项独立的荟萃分析也得出了类似结论，针对野火 PM2.5短期暴露对当日健康结局的影响。进一步的呼吸系统结局分层分析显示，野火 PM2.5与哮喘相关急诊就诊之间的关联尤其强烈，尤其是在儿童和青少年中。一般来说，与其他健康结局相比，与呼吸系统的更强关联进一步得到数据支持，这些数据表明，景观火灾产生的 PM2.5与 5 岁以下儿童急性呼吸道感染之间存在强烈的暴露 - 反应关系，以及越来越多的证据表明，职业性暴露于野火 PM2.5（尤其是消防员和其他急救人员）与肺功能下降、气道功能障碍和气道炎症有关。根据美国环保署（EPA）的说法，预计因野火烟雾暴露而面临更大不良健康影响风险的其他人群包括儿童（任何年龄 < 18 岁）、老年人和社会经济地位低下的人群。
相反，针对野火 PM2.5暴露的长期健康影响（如长期呼吸系统并发症、长期心理健康结局或癌症风险增加）的研究数量很少，长期暴露的健康影响证据有限。尽管存在这些限制，但与野火 PM2.5短期暴露和即时健康风险相关的一致证据，以及表明环境 PM2.5暴露有害影响的总体证据，结合野火活动大幅增加和火灾季节延长的预测，凸显了应对这些风险在未来气候情景下可能如何演变的必要性。最近的几项 HIA 研究已经量化了不同气候变化情景下与野火相关的颗粒空气污染的健康影响，表 1 总结了这些研究的结果，该表还提供了这些研究的主要方法、发现和局限性的概述。
所评估的气候情景主要对应代表性浓度路径（RCPs）和共享社会经济路径（SSPs）的不同组合，这些研究大多将全因或总死亡率作为感兴趣的健康结局，尽管也有一些研究包括呼吸系统和其他特定原因的结局。在模拟野火排放和野火 PM2.5表面浓度的方法上存在差异，一些研究依赖化学传输模型，如 GEOS-Chem 或 CAM-Chem，而另一些则依赖统计方法。同样，在模拟野火 PM2.5与健康结局之间的暴露 - 反应关系时，浓度 - 反应函数的选择也存在差异。一些研究仅探讨了野火 PM2.5在短期（每日）暴露后立即（当日或滞后）的短期健康影响，几乎可以肯定低估了与这些事件的烟雾暴露相关的全部健康负担。相比之下，其他研究应用了为长期健康结局推导的浓度 - 反应函数，以根据年度野火 PM2.5暴露估计健康影响。然而，类似于关注长期环境 PM2.5暴露的研究，将烟雾暴露平均分配到一年（或多年）的暴露指标未能准确反映野火 PM2.5暴露的频率、持续时间和强度。野火 PM2.5暴露，尤其是在某些气候变化情景和高风险地区，预计会持续更长时间（如几天或几周）且更频繁（每年和 / 或一年内多次），因此强调需要将这种暴露表征为重复、 episodic 或累积性。因此，即使一些已审查的 HIA 研究旨在检查持续时间较长的野火 PM2.5暴露，但依赖年度平均估计值和相应的暴露 - 反应函数未能可靠地说明烟雾暴露随时间的动态性质。
尽管存在这些差异，但所有 HIA 研究都强调，在几乎所有讨论的未来情景中，野火 PM2.5排放和暴露都将增加，尽管由于人口下降和人口空间分布的变化，野火 PM2.5导致的超额死亡率或发病率在最高排放情景（即具有 RCP-7.0 或 RCP-8.0 的情景）中，尤其是在中期（21 世纪中叶）会更为显著，在长期可能与基线水平相似或更低。然而，值得注意的是，大多数研究承认，即使使用最先进的化学传输模型，在不同气候变化情景下准确预测野火 PM2.5排放和量化野火暴露仍存在很大不确定性，部分原因是关键参数的降尺度信息缺乏，这使得精确的暴露评估变得复杂。流行病学风险曲线的不确定性和人口年龄结构的差异等其他限制可能进一步模糊健康影响的程度。评估 HIA 研究中不确定性的 magnitude 和主要来源可能有助于识别知识差距，为未来研究提供信息，并改善与野火空气质量相关的决策。此外，它可以显著增强结果的稳健性和可信度，并可能直接影响决策者如何解释和采取行动，以指导资源分配和公共卫生保护措施的实施。
5. 减少烟雾暴露和保护人群健康的策略
野火严重性和频率的预测增加需要一种多标准、跨学科的方法，整合环境恢复力、社会适应和技术创新，以及有效的政策和应急响应，以减少烟雾暴露和保护公共卫生。传统上，野火管理侧重于通过灭火、燃料管理和土地利用规划来降低火灾风险，这种以火灾为中心的范式虽然必要，但往往忽视了直接应对野火烟雾暴露的公共卫生影响的日益增长的需求。然而，降低火灾强度和蔓延通过降低野火烟雾事件的可能性和严重性，间接有助于保护健康。
在过去的几十年里，通过可持续的土地利用规划、燃料管理和基于生态系统的适应，在开发具有防火能力的景观方面取得了重大进展。例如，限制城市向火灾易发区扩张的政策已被证明在限制火灾蔓延和损失方面有效，而加拿大的 FireSmart 和美国的 FireWise 等社区倡议在建立地方恢复力和意识方面发挥了重要作用。与此同时，技术进步，包括人工智能驱动的火灾建模、基于卫星的检测和预警系统（EWS），改善了实时风险评估，并增强了应急响应能力。
随着气候变化导致野火变得更加剧烈和频繁，仅减轻火灾风险已不再足够。保护公共卫生，尤其是 vulnerable populations，需要并行努力直接减少烟雾暴露，重点放在室内环境，因为高收入国家的人们大部分时间都在室内度过。美国采暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE）最近的指南强调，建筑物迫切需要通过操作实践和基础设施升级来 “做好防烟准备”。短期内，这包括建议制定防烟准备计划，其中应包括使用最低效率报告值（MERV）13 或更高评级的通风过滤器、密封建筑围护结构、禁用经济器、部署便携式高效空气（HEPA）净化器，以及使用低成本传感器监测室内 PM2.5水平，这些行动以及获得个人防护装备（PPE）在养老院、学校和低收入住房中尤为关键。
长期策略包括更新建筑规范和改造设施，以改善密封、通风标准和过滤技术，创建防烟建筑。公共卫生政策还必须针对野火期间户外工作者的安全，将职业保护纳入更广泛的防火规划。
鉴于野火烟雾暴露的复杂性，推进健康保护需要系统思维方法。减少野火烟雾暴露的措施应嵌入更广泛的公共卫生和气候适应政策中，得到立法工具和财政激励的支持，以及保险支持的缓解计划等风险降低工具的支持。表 2 描述了减少野火烟雾暴露和保护人类健康的多层面策略，主要考虑了 ASHRAE、Canadas 等人以及 Cowan & Kennedy 和 Moreira 等人的关键发现。
6. 结论
总之，越来越多的证据支持野火烟雾暴露对公共卫生构成的重大风险，全球变暖的推进只会加剧这些风险。最先进的气候建模和依赖直接测量和复杂建模技术的有效暴露评估相结合，可以提供关于野火排放和地表烟雾浓度的信息。这些评估可以通过 HIA 方法与关于暴露 - 反应关系的流行病学见解相结合，从而能够更准确地预测不同气候变化情景和地理区域的预期健康负担。为了减轻这些风险，需要一种综合方法，包括减少野火烟雾暴露的方法和预警系统，以及改善土地利用规划和燃料管理。加强这些策略对于减少变暖世界中与野火烟雾相关的健康负担至关重要。
