原文标题：Impacts of climate change on future air quality andhuman health in China
发表期刊：PNAS
作者：Chaopeng Hong et al.
第一作者机构：Ministry of Education Key Laboratory for EarthSystem Modeling, Department of Earth System Science, Tsinghua University,100084 Beijing, China
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近年来空气污染在我国每年会造成超过100万的人口死亡，成为公共卫生工作的一个重点。然而未来的气候变化可能会增加人群暴露于有利于形成空气污染的天气条件的频率和持续时间，从而加剧大气污染对人类健康的影响。本研究使用气候模型、空气质量模型和流行病学模型的组合评估RCP4.5下气候变化影响未来空气污染导致的死亡的情况。研究表明假设污染排放和人口保持在当前水平，到本世纪中叶，气候变化将影响未来超过85%的中国人口（土地面积的55%）生存的空气质量环境，将分别增加3%和4%的人口加权的平均细颗粒物（PM2.5）和臭氧浓度。因此，我们估计每年将有12100人和8900人（95%置信区间下：分别为10300至13800人和2300至14700人)死于PM2.5和臭氧暴露。重要的潜在气候机制是极端天气事件，如大气停滞和热浪（分别对死亡率的增加贡献39%和6%）。此外，中国人口老龄化脆弱性的加剧，将使2050年由PM2.5和臭氧暴露的死亡人数分别增加1和3倍。结果表明气候变化和更剧烈的极端天气可能会增加我国发生严重污染事件的风险。因此，在不断变化的气候中管控我国空气质量将变得更具挑战性。
模型系统和模拟设置的方法学：利用动态降尺度技术建立的区域耦合气候化学模型系统，对未来气候变化及其对我国空气质量的影响进行数值模拟。在模型系统中，采用可表征气溶胶直接影响的区域双向耦合WRF-CMAQ模型，对CESM-NCSU的全球气候模拟结果进行动态降尺度，以得到气候变化下的区域气候和空气质量高分辨率模拟。模拟时段为至（模拟当前气候）和2046年至2050年（模拟未来气候）。两段模拟由RCP4.5下的CESM-NCSU降尺度气候驱动，使人为空气污染物排放和边界条件保持在当前水平不变。该区域模型系统应用于东亚地区，水平网格分辨率为36公里。通过未来气候模拟与当前气候模拟的差异，估算未来气候变化及其对我国空气质量的影响。除了RCP4.5下的气候变化，未来的气候模拟使用与当前的气候模拟相同的配置，本研究选择RCP4.5途径是因为它代表了一个相对中等的气候情景。
图1显示了在降尺度的RCP4.5气候情景下，东亚主要气象变量从当前（-）到未来（2046年-2050年）的预测变化。结果表明各地区各季节地表平均温度都上升，增幅最大的地区为东北地区。气温升高将导致蒸发和大气水蒸气含量上升，增大降水量，同时大气环流的变化将使得区域尺度的降水模拟复杂化。平均风速预测在大部分地区所有季节均会有轻微下降（较慢的地面风通常与全球变暖导致的环流减弱相一致），行星边界层高度也会普遍下降，尤其是冬季。总体而言，风速和边界层高度的下降表明未来的大气将更稳定。
图2-A、2-B为RCP4.5情景下，-和2046-2050年东亚气候变化导致的细颗粒物和臭氧浓度变化（保持当前排放不变）。华北平原和四川盆地年平均PM2.5浓度将增加9μg/m3，我国东部地区臭氧季节（4月至9月）平均日最大1小时臭氧浓度增加2到8ppb。此外，PM2.5和臭氧浓度的变化在中国人口密集的北部和东部地区最大，这些地区的气溶胶负载量和臭氧前体排放是近年来最高的。除南方地区外，冬季PM2.5浓度的增幅和范围随时间的推移都增大，南方地区风速和行星边界层高度的变化都很小，气温升高将降低硝酸盐浓度，相应地降低PM2.5浓度。由于风吹扬尘的减少，预测西北地区颗粒物浓度相应地下降。青藏高原等地区臭氧浓度下降，这些地区的前体物排放很低，且大气中水蒸气的增加加速了臭氧的破坏。然而大多数地区气候变化对大气污染的影响都是负面的（超过55%的土地面积，和现有人口的85%），人口加权的平均PM2.5和臭氧浓度将分别增加3%和4%。图2-C和2-D显示了由于气候变化相关的PM2.5和臭氧暴露导致的空气污染死亡的预测变化。健康影响在我国的区域分布类似于浓度变化，更突出人口密集地区和已经污染地区。尽管气候变化使得中国8个地区的空气污染死亡人数均增加，但新增死亡人数的90%将发生在仅占中国陆地面积20%的地区，其中近一半新增死亡发生在人口稠密的北部和东部地区。虽然预测变化将减少南方地区PM2.5暴露相关的死亡，但这些效益将被该地区臭氧暴露相关的死亡抵消，尽管西部地区空气质量预计有所改善，但这些地区人口稀少，带来的健康效益较小。
图3表明臭氧浓度的增加一般与气温的升高和降水的减少有关，PM2.5浓度的增加一般与边界层高度和风速的降低有关，从当前（-）至未来（2046-2050年）影响空气质量的极端事件的频率发生广泛而显着的变化。我国平均热浪频率将从现在的2.7d/y增加到8.8d/y（图3-A），强降水事件频率将从7.4d/y增加到8.1d/y（图3-B），大气停滞日频率将从54.0d/y增加到57.4d/y（图3-C）。极端气候对未来空气污染事件有很大的影响，预测显示我国74个主要城市冬季细颗粒物浓度大超过150μg/m3和250μg/m3（相当于重度污染和中度污染水平）的天数将分别增加1.8d（11%）和1.1d（42%），发生大气停滞事件占这些高PM2.5日的70%以上，并主导这一时段PM2.5浓度的增加。停滞期地表风速和边界层高度的降低不利于大气污染物的传输和扩散，从而加剧雾霾事件。我国74个主要城市臭氧最大小时浓度超过90ppb的天数增加3.8d（12%），且由于高温有利于光化学反应生成臭氧，约14%的高臭氧日发生在热浪天。
图4-A总结了气候变化相关的空气污染导致的死亡的区域变化，显示与平均气候状态的变化（不包括极端事件）相比，很大一部分死亡由极端事件导致。停滞期事件贡献了人群死亡的39%，热浪事件贡献6%，高降水事件通过增加气溶胶的湿沉降，减少臭氧生成，进而减少了西北地区的人群死亡。图4-B按区域显示由气候变化相关的空气污染导致的死亡及死亡原因。在12100例与PM2.5暴露相关的死亡中，42%与中风有关，其余与缺血性心脏病（IHD），慢性阻塞性肝病（COPD）和肺癌有关。每年因呼吸问题而导致的与臭氧暴露相关的死亡约8900例。
