锡斯坦热点区土壤源尘埃的地球化学特征与健康风险评估：一种气候–统计综合框架

《Scientific Reports》：Geochemical characterization and health risk assessment of soil-derived dust in the sistan hotspot: an integrated climate–statistical framework

　　

摘要

伊朗东南部的锡斯坦地区是全球有记录以来受沙尘持续影响最严重的地区之一，那里相互作用的气候和环境驱动因素造成了持续的空气质量负担，具有明确的公共卫生意义。我们提出了一个综合气候统计框架，将稳健的时间序列分析与地球化学特征分析和概率健康风险评估相结合，并应用于 31 年的记录（1990–2020 年，扎博勒站）。趋势分析显示沙尘暴天数显著增加（Z = 6.83，p < 0.001；Sen 斜率 = 4.95 天·yr?1），最终在 2004 年达到结构性断点（自助法 95% 置信区间 1998–2010 年），该断点被 Pettitt、SNHT 和 CUSUM 检验一致识别，序贯 Mann-Kendall 检验在该区间内的 2007 年发生交叉，并与哈蒙湿地几乎完全干涸的时间相吻合，这使得年均值从约 40 天·yr?1 转变为约 145 天·yr?1。在原始序列上计算的重标度 - 范围指数超过 1，因此不能视为有效的赫斯特估计值；在 2004 年后的区间内，序列近似平稳，指数降至 0.67–0.79，表明存在普通的持续性。在 31 年的记录中，接近 9.8 年和 5.8 年的频谱峰值无法与红噪声背景分离。一个有界广义极值模型，在年沙尘天数比例的对数几率域上进行拟合，预测 2004 年后的 10 年重现期水平为 158 天·yr?1（95% 剖面似然置信区间 153–166）；相应的 100 年水平为 162 天·yr?1，属于探索性的，因为它基于 2004 年后的 GEV 模型且外推超过了记录长度；似然比检验决定性地支持非平稳公式，因此超过 10 年期限的重现期水平报告为探索性的。一旦修正估计器偏差，传递熵在任何方向上都不提供方向耦合的统计显著证据（最小替代 p = 0.29）；这些结果报告为无显著发现。地球化学剖面显示，相对于地壳背景，Pb（EF = 11.5）、Cu、Zn 和 Ni 存在富集；吸入危害指数为 24.9，终生增量癌症风险上限为 7.4 × 10??。年均 PM10（435 μg m?3）和 PM2.5（308 μg m?3）分别超过世界卫生组织指南的 29 倍和 62 倍，模型模拟的超标概率接近于 1，分别高达 20 倍和 50 倍。基于物理推理和变点时序的综合权衡，哈蒙盆地的水文恢复被提议为最可行的结构性缓解优先事项，这些数据支持这一假设，但未确立因果关系。