中国空气质量持续改善行动计划的健康效益评估

《Environmental Pollution》：Health Benefit Assessment of Continuous Improvement of Air Quality Action Plan in China

　　### 摘要
为了持续改善空气质量并保护公众健康，中国于2023年发布了《持续改善空气质量行动计划》。本研究采用双重污染物健康影响权衡分析方法，探讨了该行动计划对空气质量（包括PM2.5和O3浓度）、健康状况以及经济后果的影响。首先，利用空气质量模型研究了该行动计划实施前后三个关键区域的空气质量变化，并引入了更新的化学机制以捕捉非线性浓度变化。其次，借助全球暴露死亡率模型（Global Exposure Mortality Model）估算了因空气质量改善而避免的由PM2.5和O3暴露导致的过早死亡带来的健康收益。最后，基于支付意愿法（willingness-to-pay method）对与健康改善相关的经济影响进行了货币化评估。主要研究结果如下：
(1) 在空气质量方面，通过实施行动计划，2020年至2025年间，汾渭平原、京津冀及周边地区以及长江三角洲地区的年平均PM2.5浓度分别降低了1.05、0.3和0.18微克/立方米；相比之下，O3浓度则分别上升了3.08、1.03和0.91微克/立方米。
(2) 从健康影响来看，该行动计划预计可防止约5581例（95%置信区间：4720–6378例）由于PM2.5减少而导致的过早死亡，但同时因O3增加又会导致3043例（95%置信区间：1136–4547例）额外死亡。
(3) 从经济角度来看，该行动计划因PM2.5相关过早死亡避免而产生的经济效益为14.1414亿美元（95%置信区间：11.9505–16.1721亿美元），但因O3相关过早死亡增加而产生的经济效益为-9.9333亿美元（95%置信区间：-3.6867–14.9298亿美元）。

### 引言
近年来，中国的快速发展伴随着大量空气污染物的排放，如颗粒物（PM）、二氧化硫（SO2）、氮氧化物（NOx）和挥发性有机化合物（VOCs）（Chen等人，2023；Huang等人，2018；Li等人，2026）。这些污染物在大气中相互作用，促进了细颗粒物（PM2.5，其中NOx和SO2为主要前体）和臭氧（O3，其中NOx和VOCs为重要前体）的形成（Chen等人，2021；Qin等人，2022）。特别是PM2.5和O3对健康构成重大威胁，其暴露与呼吸系统和心血管疾病有关（Bai等人，2023；Han等人，2023；Liu等人，2023）。2020年，中国有超过一百万例过早死亡与PM2.5暴露相关（Chen等人，2023；Geng等人，2021）。鉴于空气污染对人类健康和经济发展的严重影响，控制空气污染物排放已成为实现中国长期可持续发展的关键（Yang等人，2022）。
为了改善空气质量并保护人民健康，中国分别于2013年制定了《大气污染防治行动计划》（第一个行动计划）和2019年制定了《三年大气污染防治行动计划》（第二个行动计划）（中国国务院，2013；中国国务院，2019）。第一个行动计划旨在通过限制高污染行业的扩张、提高清洁能源普及率和加强污染排放标准，使全国县级以上城市的颗粒物浓度降低10%以上（Cai等人，2017）。第二个行动计划继续实施空气污染控制措施，通过调整产业结构、推动热电单元的清洁转型和加强社会监督（如鼓励公众监督和举报污染行为）来减少空气污染物排放（Chen等人，2021）。这两项行动计划的实施显著改善了空气质量并提升了人类健康水平，使预期寿命分别增加了0.18年和0.31年（Cao等人，2024；Xue等人，2024）。尽管取得了进展，但2020年中国仍有超过40%的城市未能达到国家环境空气质量标准（NAAQS，35微克/立方米）（Chen等人，2023）。因此，2023年实施了《持续改善空气质量行动计划》（第三个行动计划），以期持续改善空气质量并促进高质量发展（中国国务院，2023）。该计划重点关注三个关键区域：京津冀及周边地区、长江三角洲和汾渭平原，并提出到2025年中国NOx和VOCs的排放量应比2020年减少10%以上。
多项空气污染控制政策的实施将对改善空气质量及相应的人类健康产生积极影响（Zheng等人，2024）。目前评估空气污染控制政策健康效益的研究通常采用类似方法（Shi等人，2021；Cheng等人，2023）。首先，估算空气污染控制政策实施前后区域空气污染物（如PM2.5、O3、SO2和NOx）的浓度变化（Cheng等人，2021；Han等人，2020；Li等人，2023；Wang等人，2024）。其次，基于流行病学中的暴露-反应函数，评估空气污染控制政策带来的避免过早死亡的数量（Liu等人，2022；Xue等人，2019；Xue等人，2020）。接着，计算因避免过早死亡而产生的经济效益（Li等人，2019）。例如，Li等人（2019）发现2013年至2015年间珠三角地区的PM2.5浓度下降了24%，由此避免了约3886例PM2.5相关的过早死亡，带来约13亿美元的经济效益。Han等人（2020）研究了行动计划实施后的PM2.5与死亡率的关系，发现2013年至2017年间PM2.5浓度从101.7微克/立方米降至58.6微克/立方米，呼吸系统死亡率从0.56%降至0.43%，心血管疾病死亡率从0.44%降至0.29%。Liu等人（2022）指出，由于空气质量政策，暴露在污染空气（PM2.5 > 35微克/立方米）中的面积比例从34.61%降至21.11%，同期PM2.5相关死亡人数减少了17.7万例。Li等人（2023）研究了第二个行动计划对环境和健康效益的影响，发现该计划使PM2.5污染减少了30%，长江三角洲地区的PM2.5相关过早死亡人数从每年39.91万例降至29.57万例。Shao等人（2023）研究了2013年至2020年前两个行动计划对中国空气质量的影响，结果表明减排政策显著降低了PM2.5和O3浓度，贡献率分别为95%和54%。Li等人（2024）采用最新的浓度-反应模型，预测了未来不同情景下的PM2.5浓度，并评估了中国减少碳排放的行动效果。实施清洁空气和气候缓解政策可使全国PM2.5合规率提高79%，相关死亡率降低62%。因此，本研究采用了上述方法来探讨第三个行动计划对健康效益的影响。
尽管已有研究探讨了前两个行动计划带来的健康效益（Li等人，2024；Yan等人，2024），但关于第三个行动计划带来的空气质量改善、健康效益及相关经济效益的研究仍相对较少。现有研究存在以下局限性：首先，大多数研究集中在评估已结束实施阶段的政策（如2013-2017年的第一个行动计划）（Feng等人，2019；Yu等人，2022）或长期综合性情景（如2030/2060年的碳中和路径）（Sun等人，2024）；缺乏针对新颁布且正在实施的第三个行动计划（2023-2025）的专门前瞻性健康影响评估。其次，现有研究主要关注单一污染物PM2.5对健康负担的变化，虽然近期研究认识到O3污染问题的加剧（Guan等人，2021；Yang等人，2021），但多数研究仅将其作为基于历史数据的平行趋势描述或未来风险预警，并未明确区分同一政策框架内的正面健康效益和负面影响（来自PM2.5减少与O3增加）。此外，现有评估通常仅呈现总体健康影响变化，未能明确量化未来情景中PM2.5改善效益与O3增加带来的具体抵消比例。因此，现有结论在直接、定量和紧迫性方面相对有限，难以为当前政策的优化提供有效依据。鉴于此，有必要系统评估第三个行动计划对中国PM2.5和O3浓度以及相关健康负担的影响，以及政策实施期间空气质量变化带来的经济效应。
因此，本研究试图通过结合大气模型和健康评估模型，探索2020–2025年间第三个行动计划实施带来的空气质量、健康状况和经济效益的改善情况。具体而言，使用社区多尺度空气质量模型（Community Multi-scale Air Quality model, CMAQ）模拟了第三个行动计划实施前后区域PM2.5和O3浓度变化；同时，利用全球暴露死亡率模型（Global Exposure Mortality Model, GEMM）计算了空气质量改善带来的PM2.5和O3相关过早死亡避免的健康影响，并通过支付意愿法对相关健康效益进行了货币化评估。与现有文献相比，本研究具有以下贡献：
(1) 本研究首次全面评估了中国新颁布的第三个行动计划在空气质量（考虑PM2.5和O3浓度）、健康状况及经济效益方面的影响，填补了前瞻性评估的最新权威数据的空白。
(2) 本研究超越了单一污染物评估，进行了前期的双重污染物（PM2.5和O3）健康影响分析，明确了PM2.5相关死亡避免与O3相关死亡增加之间的抵消关系，其中“前期”指在政策目标年份2025年之前的前瞻性评估，使用情景建模来预测相对于2020年的结果。比较分析清晰地揭示了政策背后的“效益-成本”权衡。
(3) 为确保对第三个行动计划规定的10% NOx和VOCs减排比下的非线性PM2.5-O3响应进行可靠模拟，本研究采用了CMAQ v5.3.1模型配CB6r3化学机制和AERO7气溶胶模块（即中国区域空气质量建模的标准配置），并更新了卤素和有机气溶胶化学参数。本文余下部分的结构如下：第2节解释了空气质量建模、健康评估和经济评估的方法论；第3节从空气质量、人类健康和经济效益的角度阐述了第三个行动计划的效果；第4节总结了研究结论。

### 方法论
本研究通过结合CMAQ模型、GEMM和支付意愿法，探讨了2020–2025年间第三个行动计划对中国空气质量、健康状况和经济影响的影响。具体实施了四个主要步骤：
(1) 首先设计第三个行动计划导致的空气污染物排放减少情景，评估了2020年和2025年中国的人为排放情况。
(2) 第二步...我们估计，到2025年，PM2.5的浓度将呈现下降趋势，而O3的浓度在此期间将略有上升。空气质量模拟结果显示，这三个关键区域的年均PM2.5浓度将分别下降1.05 μg/m3（5.1%）、0.3 μg/m3（1.36%）和0.19 μg/m3（0.95%）。

在讨论中，我们系统地将2020-2025年期间的预测结果与先前行动计划的关键评估结果进行了比较，追踪了政策重点的演变以及对PM2.5和O3之间权衡关系的日益了解。首个行动计划（2013-2017年）使PM2.5浓度平均减少了12.13%（Feng等人，2019；Yu等人，2022）。然而，Feng等人（2019）也提供了新的问题证据，即O3浓度的“显著增加”。

结论显示，第三个行动计划预计将在2020-2025年间为FWP、BTHs和YRD地区带来净健康和经济效益，但这些收益因O3污染的同时增加而大大削弱。这三个地区的年均PM2.5浓度将分别下降1.05、0.30和0.19 μg/m3，而O3浓度将分别上升3.08、1.03和0.91 μg/m3。PM2.5浓度的降低将防止约5581人（95%置信区间：4720–6378人）受到影响。

**CRediT作者贡献声明：**
Hongtao Mao：可视化、方法论、调查。
Weiming An：撰写 – 原稿、软件、方法论、数据管理、概念化。
Xin Song：可视化、验证、调查。
Xiaoqian Cai：可视化、调查、数据管理。
Lei Zhang：资源获取、资金筹措、概念化。
Jianbo Ru：验证、正式分析。
Xiaoda Xue：撰写 – 原稿、资源获取、方法论、资金筹措、概念化。
Pengbo Wang：验证。

**未引用的参考文献：**
Chen等人，2021；Li等人，2019；Li等人，2017；Li等人，2021；Li等人，2024；生态环境部，2024；Ren等人，2024；国务院，2013；国务院，2018；Zhang和Geng，2019。

**利益声明：**
本出版物不存在已知的利益冲突，且没有显著的经济支持影响其结果。

**利益竞争声明：**
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文的研究工作。

**致谢：**
本工作得到了国家自然科学基金（NSFC编号72404087）、第二次青藏高原科学考察与研究计划（STEP，项目编号2019QZKK0602）、河北省自然科学基金（编号G2024502011）以及兰州大学超级计算中心的资助。

**作者名单：**
Weiming An | Hongtao Mao | Xiaoda Xue | Xiaoqian Cai | Xin Song | Pengbo Wang | Yongle Liu | Hongyu Ji | Jianbo Ru | Lei Zhang

**单位：**
教育部半干旱气候变化重点实验室，兰州大学大气科学学院，兰州730000，中国