纽约市城市交通、环境与社区健康 (UTECH-NYC)

《TRANSPORTATION RESEARCH PART D-TRANSPORT AND ENVIRONMENT》：Urban transportation, environment, and community health for New York City (UTECH-NYC)

　　

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  UTECH-NYC整合了从交通活动到暴露风险建模的完整链条。
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  纽约市拥堵定价的模型结果显示，交通相关PM_2.5减少了16%。
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  车辆电动化可减少PM_2.5，但公平性结论取决于评估指标的选择。

引言

城市空气污染，尤其是交通来源的污染，仍然是美国最紧迫的环境和公共健康问题之一（Sokhi等人，2022）。据美国肺脏协会（2023）统计，近半数美国人生活在空气污染水平不健康的区域中。在各种污染来源中，交通部门扮演着重要角色。美国环境保护署（U.S. EPA）报告指出，交通排放约占全国氮氧化物（NO_x）排放量的45%，同时也是细颗粒物（PM_2.5和PM₁₀）的主要来源，这两者均与心血管疾病、呼吸系统疾病患病率及过早死亡密切相关（Lu等人，2025，Tessum等人，2021；U.S. EPA，2025）。

在纽约市（NYC），据估计，每年约有1400人因PM_2.5暴露而在大都会区因车辆排放而提前死亡（Mousavinezhad等人，2024，纽约市交通局，2021b），另有约5150人每年因呼吸系统和心血管疾病前往急诊室就诊（纽约市环境保护局，2022）。作为应对措施，"One NYC Plan"等举措已设定了雄心勃勃的目标，即到2030年使纽约市的空气成为美国所有大城市中最清洁的（纽约市市长气候变化与环境正义办公室，2019）。

然而，理解交通干预措施如何转化为空气质量和暴露结果仍然充满挑战。传统的非集成建模方法——即分别模拟交通流、排放、扩散和暴露——往往依赖不一致的输入数据和空间尺度，无法准确评估交通政策对人类健康的影响。近期研究强调，需要统一的、高分辨率的模型来捕捉交通相关空气质量策略在有效性和公平性两方面的表现（Zhalehdoost和Taleai，2025）。

为应对这些挑战，我们提出了"纽约市城市交通、环境与社区健康"（UTECH-NYC），这是一个集成化的、数据驱动的框架，能够在精细的空间（20 m × 20 m）和时间（小时级）分辨率下模拟交通活动、排放、污染物扩散和人体暴露。UTECH-NYC将现有模型链接为一个连贯的流程，能够模拟从排放到暴露的完整路径：基于纽约最佳实践模型（NYBPM）、车辆排放后处理系统（PPS）、美国气象学会/环境保护署监管模型（AERMOD）用于交通相关空气污染扩散，以及基于吸入暴露方程的暴露评估模块。最重要的是，该框架能够分析政策不仅如何在平均水平上减少污染，还能如何在空间和人群之间重新分配风险，为评估城市交通规划中的有效性和公平性提供了新的视角。

本研究致力于实现三个相互关联的目标：(1) 开发并验证UTECH-NYC，一个将交通活动、排放、扩散和人体暴露联系起来的高分辨率端到端建模框架；(2) 以拥堵定价和车辆电动化作为试验平台，量化平均影响以及时空异质性；(3) 考察车辆电动化的环境正义影响，并为公平有效的城市空气质量管理的制定提供政策建议。本研究以PM_2.5作为主要评估指标，因为它是一种与交通密切相关的污染物，具有较强的公共健康相关性，且与UTECH-NYC以暴露为核心的目标直接兼容。通过整合这些要素，UTECH-NYC既是一项方法学上的进步，也是设计既有效又公平清洁交通策略的决策支持工具。

本文其余部分结构如下。**第2节**综述相关文献。**第3节**介绍UTECH-NYC建模系统，详细说明其架构、跨交通、排放、扩散和人体暴露模块的数据流，并阐述拥堵定价和车辆电动化政策情景的设计。**第4节**呈现结果与讨论，包括模型验证、拥堵定价对PM_2.5浓度和人体暴露的影响，以及车辆电动化对全城污染和环境正义的影响。**第5节**总结研究，归纳关键发现，强调公平城市空气质量管理的政策启示，并概述研究局限及未来研究方向。

章节摘要

文献综述

近期研究探讨了集成的交通与空气质量建模框架，以及它们在交通政策评估中的应用，空间尺度涵盖从街道级微观尺度（Zhao等人，2024）到城市级中观尺度（Yu等人，2023），再到全国宏观尺度（McNeil等人，2025）。

在微观尺度上，已开发出模型以捕捉街道级污染物浓度及其因建成环境特征而产生的变化。Zhao等人（2024）

UTECH-NYC建模系统的架构

本研究开发了UTECH-NYC，一个集成仿真框架，用于量化从城市交通系统到环境和公共暴露风险结果的完整路径。如图1所示，该框架由四个相互关联的子模型组成：基于NYBPM的交通活动模块、基于PPS的车辆排放模块、基于AERMOD的交通相关空气污染扩散模块，以及基于吸入暴露估算的人体暴露模型（纽约市

模型性能评估

为评估模型性能，采用监管监测站观测的逐小时PM_2.5浓度数据进行了验证分析。如图4所示，每个监测站位置均设置了一个500米缓冲区域（Zhong等人，2024）。所有落在此缓冲区域内的模型网格点均与对应的监测站进行空间匹配。随后，每个缓冲区域内每个监测站每小时的模型PM_2.5浓度取平均值，并与

主要发现

UTECH-NYC展现了强大的预测能力和建模保真度，为城市政策评估提供了可靠的基础。该模型不仅仅是生成输出结果，还能够细致分析交通干预措施如何在政策相关的时空分辨率下影响空气质量和暴露。其与观测监管数据的一致性验证了其在模拟基线和干预引起的PM_2.5变化方面的稳健性，从而支持其

作者贡献声明（CRediT）

Lu Danni：写作——审阅与编辑，写作——初稿撰写，验证，方法学，数据整理，概念化。Yazdiani Alireza：写作——审阅与编辑，验证，方法学。Avci Cafer：写作——审阅与编辑，方法学。Closs Carl：方法学。Tayarani Mohammad：写作——审阅与编辑，概念化。Gao H. Oliver：写作——审阅与编辑，指导，概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能对本研究发表的工作产生不当影响。

致谢

作者感谢John Meluso提供的宝贵反馈，有助于本论文的改进。我们也感谢NYMTC提供NYBPM模型的使用权限。

Lu Danni | Yazdiani Alireza | Avci Cafer | Closs Carl | Tayarani Mohammad | Gao H. Oliver