采用Model3/CMAQ預測機動車毒物排放健康風險

葛衛華

摘 要：空氣毒物是指那些致癌和導致其他嚴重健康影響的污染物。本研究預測不同排放情景下空氣毒物對健康的影響。選擇的毒物有：苯、1，3-丁二烯、甲醛、乙醛、柴油顆粒物。設計了10個排放情景，包括2020年排放標準下的情景。結果顯示，柴油顆粒物的致癌風險是其他主要毒物聯合作用風險的4.2倍，且主要來自非道路源，占到57.9%。其他四種毒物的致癌風險主要來自生物源，占32.2%。除了柴油顆粒物，主要的道路致癌風險來自輕型汽油車所排放的毒物，主要為苯和1，3丁二烯。根據2020年的排放情景，柴油顆粒物造成的健康風險降低32.8%，其他四種毒物造成的風險降低19.4%。因此，降低柴油車顆粒物排放能有效降低健康風險，采用更好的技術和更嚴的標準控制車用柴油機的排放，能取得更加明顯的效果。

關鍵詞：CMAQ模型 健康風險評估 移動源空氣毒物

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0114-01

空氣毒物，又叫有害空氣污染物（HAPs），指那些已知或懷疑能引起癌癥或其他嚴重健康風險或環境影響的污染物。多數HAPs來自人為源，包括：點源、面源、移動源。1999年，全美約50%的城市HAPs來自移動源。從1987年開始，美國環保局開展了城市空氣毒物監測計劃（UATMP），分析城市污染物的種類和水平。2003年37個城市的59個監測點正常運轉，然而，要監測各地的污染物是一項非常昂貴的工作。

空氣質量模型是空氣質量管理的重要工具。模型集成方法和風險評估技術在空氣質量管理和政策標準制定，特別是在大范圍情景預測、新策略分析方面能發揮大的作用。目前，美國環保局采用高斯模式和暴露模型來估算毒物年平均濃度，在國家尺度上評估健康風險。

大氣中HAPs的模擬是困難的，其半衰期短的只有幾分鐘，長的高達幾年。在大氣中，他們有的還能由其他HAPs與非HAPs反應而來。和二次HAPs一樣，他們具有很大的日變化，一些HAPs在VOCs、OH、NO3、O3和日光的作用下循環產生和消失。最后，他們存在形態也多樣：氣態、顆粒態、或兼有氣態和顆粒態、液態。

多尺度空氣質量模型能（Models-3/CMAQ）能改善HAPs的模擬。本研究的目的在于開發一種模型方法評估移動源空氣毒物慢性暴露條件下的公眾健康風險。

1 概念模型開發

Models-3/CMAQ是暴露吸入模型，不考慮室內影響，并且將人的暴露壽命定為70年。移動源排放使用排放因子模型（NMIM），排放清單模型（NEI）用于非道路機械和點源排放，氣象參數采用MM5。排放情景包括：基準情景（包含：道路輕型車LDVs、重型卡車HDVs、柴油燃料源DFS、道路柴油燃料源、生物源）、無道路源、無柴油燃料源、無道路柴油源、無輕型車源、無重型卡車源、無生物源、2020年采取排放措施下毒物排放。

致癌風險可以用下式計算：

式中，IUR為吸入單位風險（m3/μg），Ci為毒物年平均濃度。

2 結果和討論

根據不同情景模型計算，大氣中乙醛和甲醛主要來自輕型機動車和生物源，乙醛分別占到52.2%和47.8，而甲醛分別占46.1%和53.9%。苯和1，3丁二烯主要來自輕型機動車，分別占到70.2%和72.3%。柴油顆粒物主要來自重型卡車，占到49.2%。2020年采取更嚴的標準和更好的技術能有效減低公眾對這些毒物的暴露水平。其中，苯和1，3丁二烯能降低57.0%和62.9%。但由于生物源的存在產生二次毒物，甲醛和乙醛不會有明顯的下降。這些結果和其他研究者的結果是一致的（Luecken et al.，2006； Cook et al.，2007； Isakov et al.，2007，2009）。柴油顆粒物的致癌風險是其他四種毒物的4倍以上，而非道路源的貢獻最大。到2020年，柴油顆粒物的致癌風險下降 32.7%。

甲醛和乙醛在夏季出現較高的暴露水平，苯和1，3丁二烯在冬季出現較高的暴露水平，柴油顆粒物沒有呈現明顯的季節變化。

Models-3/CMAQ可用于減低健康風險新政策效果評估，采用更好的IUR數據可以改善其不確定性。

參考文獻

[1] Apelberg，B.J.，Buckley，T.J.and White，R.H.（2005）.Socioeconomic and Racial Disparities in Cancer Riskfrom Air Toxics in Maryland.Environ.Health Perspect.113：693-699.

[2] Byun，D.W.and Ching，J.K.S.（1999）.Science Algorithms of the EPA MODELS-3 Community Multiscale AirQuality （CMAQ） M odeling System.Office of Research and Development，U.S.Environmental Protection Agency，Washington，DC.

[3] Cook，R.，Strum，M.，Touma，J.S.，Palma，T.，Thurman，J.，Ensley，D.and Smith，R.（2007）.Inhalation Exposure and Risk from Mobile Source Air Toxics in Future Years.J.Exposure Sci.Environ.Epidemiol.17：95-105.

[4] Diaz-Robles，L.A.，Fu，J.S.，Reed，D.G.（2008）.Modeling and Source Apportionment of Diesel Particulate Matter.Environ.Int.34：1-11.

[5] Diaz-Robles，L.A.，Fu，J.S.and Reed，G.D.（2009）.Seasonal Distribution and Modeling of Diesel Particulate Matter in the Southeast US.Environ.Int.35：956-964.endprint

摘 要：空氣毒物是指那些致癌和導致其他嚴重健康影響的污染物。本研究預測不同排放情景下空氣毒物對健康的影響。選擇的毒物有：苯、1，3-丁二烯、甲醛、乙醛、柴油顆粒物。設計了10個排放情景，包括2020年排放標準下的情景。結果顯示，柴油顆粒物的致癌風險是其他主要毒物聯合作用風險的4.2倍，且主要來自非道路源，占到57.9%。其他四種毒物的致癌風險主要來自生物源，占32.2%。除了柴油顆粒物，主要的道路致癌風險來自輕型汽油車所排放的毒物，主要為苯和1，3丁二烯。根據2020年的排放情景，柴油顆粒物造成的健康風險降低32.8%，其他四種毒物造成的風險降低19.4%。因此，降低柴油車顆粒物排放能有效降低健康風險，采用更好的技術和更嚴的標準控制車用柴油機的排放，能取得更加明顯的效果。

關鍵詞：CMAQ模型 健康風險評估 移動源空氣毒物

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0114-01

空氣毒物，又叫有害空氣污染物（HAPs），指那些已知或懷疑能引起癌癥或其他嚴重健康風險或環境影響的污染物。多數HAPs來自人為源，包括：點源、面源、移動源。1999年，全美約50%的城市HAPs來自移動源。從1987年開始，美國環保局開展了城市空氣毒物監測計劃（UATMP），分析城市污染物的種類和水平。2003年37個城市的59個監測點正常運轉，然而，要監測各地的污染物是一項非常昂貴的工作。

空氣質量模型是空氣質量管理的重要工具。模型集成方法和風險評估技術在空氣質量管理和政策標準制定，特別是在大范圍情景預測、新策略分析方面能發揮大的作用。目前，美國環保局采用高斯模式和暴露模型來估算毒物年平均濃度，在國家尺度上評估健康風險。

大氣中HAPs的模擬是困難的，其半衰期短的只有幾分鐘，長的高達幾年。在大氣中，他們有的還能由其他HAPs與非HAPs反應而來。和二次HAPs一樣，他們具有很大的日變化，一些HAPs在VOCs、OH、NO3、O3和日光的作用下循環產生和消失。最后，他們存在形態也多樣：氣態、顆粒態、或兼有氣態和顆粒態、液態。

多尺度空氣質量模型能（Models-3/CMAQ）能改善HAPs的模擬。本研究的目的在于開發一種模型方法評估移動源空氣毒物慢性暴露條件下的公眾健康風險。

1 概念模型開發

Models-3/CMAQ是暴露吸入模型，不考慮室內影響，并且將人的暴露壽命定為70年。移動源排放使用排放因子模型（NMIM），排放清單模型（NEI）用于非道路機械和點源排放，氣象參數采用MM5。排放情景包括：基準情景（包含：道路輕型車LDVs、重型卡車HDVs、柴油燃料源DFS、道路柴油燃料源、生物源）、無道路源、無柴油燃料源、無道路柴油源、無輕型車源、無重型卡車源、無生物源、2020年采取排放措施下毒物排放。

致癌風險可以用下式計算：

式中，IUR為吸入單位風險（m3/μg），Ci為毒物年平均濃度。

2 結果和討論

根據不同情景模型計算，大氣中乙醛和甲醛主要來自輕型機動車和生物源，乙醛分別占到52.2%和47.8，而甲醛分別占46.1%和53.9%。苯和1，3丁二烯主要來自輕型機動車，分別占到70.2%和72.3%。柴油顆粒物主要來自重型卡車，占到49.2%。2020年采取更嚴的標準和更好的技術能有效減低公眾對這些毒物的暴露水平。其中，苯和1，3丁二烯能降低57.0%和62.9%。但由于生物源的存在產生二次毒物，甲醛和乙醛不會有明顯的下降。這些結果和其他研究者的結果是一致的（Luecken et al.，2006； Cook et al.，2007； Isakov et al.，2007，2009）。柴油顆粒物的致癌風險是其他四種毒物的4倍以上，而非道路源的貢獻最大。到2020年，柴油顆粒物的致癌風險下降 32.7%。

甲醛和乙醛在夏季出現較高的暴露水平，苯和1，3丁二烯在冬季出現較高的暴露水平，柴油顆粒物沒有呈現明顯的季節變化。

Models-3/CMAQ可用于減低健康風險新政策效果評估，采用更好的IUR數據可以改善其不確定性。

參考文獻

[1] Apelberg，B.J.，Buckley，T.J.and White，R.H.（2005）.Socioeconomic and Racial Disparities in Cancer Riskfrom Air Toxics in Maryland.Environ.Health Perspect.113：693-699.

[2] Byun，D.W.and Ching，J.K.S.（1999）.Science Algorithms of the EPA MODELS-3 Community Multiscale AirQuality （CMAQ） M odeling System.Office of Research and Development，U.S.Environmental Protection Agency，Washington，DC.

[3] Cook，R.，Strum，M.，Touma，J.S.，Palma，T.，Thurman，J.，Ensley，D.and Smith，R.（2007）.Inhalation Exposure and Risk from Mobile Source Air Toxics in Future Years.J.Exposure Sci.Environ.Epidemiol.17：95-105.

[4] Diaz-Robles，L.A.，Fu，J.S.，Reed，D.G.（2008）.Modeling and Source Apportionment of Diesel Particulate Matter.Environ.Int.34：1-11.

[5] Diaz-Robles，L.A.，Fu，J.S.and Reed，G.D.（2009）.Seasonal Distribution and Modeling of Diesel Particulate Matter in the Southeast US.Environ.Int.35：956-964.endprint

摘 要：空氣毒物是指那些致癌和導致其他嚴重健康影響的污染物。本研究預測不同排放情景下空氣毒物對健康的影響。選擇的毒物有：苯、1，3-丁二烯、甲醛、乙醛、柴油顆粒物。設計了10個排放情景，包括2020年排放標準下的情景。結果顯示，柴油顆粒物的致癌風險是其他主要毒物聯合作用風險的4.2倍，且主要來自非道路源，占到57.9%。其他四種毒物的致癌風險主要來自生物源，占32.2%。除了柴油顆粒物，主要的道路致癌風險來自輕型汽油車所排放的毒物，主要為苯和1，3丁二烯。根據2020年的排放情景，柴油顆粒物造成的健康風險降低32.8%，其他四種毒物造成的風險降低19.4%。因此，降低柴油車顆粒物排放能有效降低健康風險，采用更好的技術和更嚴的標準控制車用柴油機的排放，能取得更加明顯的效果。

關鍵詞：CMAQ模型 健康風險評估 移動源空氣毒物

中圖分類號：X831 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（b）-0114-01

空氣毒物，又叫有害空氣污染物（HAPs），指那些已知或懷疑能引起癌癥或其他嚴重健康風險或環境影響的污染物。多數HAPs來自人為源，包括：點源、面源、移動源。1999年，全美約50%的城市HAPs來自移動源。從1987年開始，美國環保局開展了城市空氣毒物監測計劃（UATMP），分析城市污染物的種類和水平。2003年37個城市的59個監測點正常運轉，然而，要監測各地的污染物是一項非常昂貴的工作。

空氣質量模型是空氣質量管理的重要工具。模型集成方法和風險評估技術在空氣質量管理和政策標準制定，特別是在大范圍情景預測、新策略分析方面能發揮大的作用。目前，美國環保局采用高斯模式和暴露模型來估算毒物年平均濃度，在國家尺度上評估健康風險。

大氣中HAPs的模擬是困難的，其半衰期短的只有幾分鐘，長的高達幾年。在大氣中，他們有的還能由其他HAPs與非HAPs反應而來。和二次HAPs一樣，他們具有很大的日變化，一些HAPs在VOCs、OH、NO3、O3和日光的作用下循環產生和消失。最后，他們存在形態也多樣：氣態、顆粒態、或兼有氣態和顆粒態、液態。

多尺度空氣質量模型能（Models-3/CMAQ）能改善HAPs的模擬。本研究的目的在于開發一種模型方法評估移動源空氣毒物慢性暴露條件下的公眾健康風險。

1 概念模型開發

Models-3/CMAQ是暴露吸入模型，不考慮室內影響，并且將人的暴露壽命定為70年。移動源排放使用排放因子模型（NMIM），排放清單模型（NEI）用于非道路機械和點源排放，氣象參數采用MM5。排放情景包括：基準情景（包含：道路輕型車LDVs、重型卡車HDVs、柴油燃料源DFS、道路柴油燃料源、生物源）、無道路源、無柴油燃料源、無道路柴油源、無輕型車源、無重型卡車源、無生物源、2020年采取排放措施下毒物排放。

致癌風險可以用下式計算：

式中，IUR為吸入單位風險（m3/μg），Ci為毒物年平均濃度。

2 結果和討論

根據不同情景模型計算，大氣中乙醛和甲醛主要來自輕型機動車和生物源，乙醛分別占到52.2%和47.8，而甲醛分別占46.1%和53.9%。苯和1，3丁二烯主要來自輕型機動車，分別占到70.2%和72.3%。柴油顆粒物主要來自重型卡車，占到49.2%。2020年采取更嚴的標準和更好的技術能有效減低公眾對這些毒物的暴露水平。其中，苯和1，3丁二烯能降低57.0%和62.9%。但由于生物源的存在產生二次毒物，甲醛和乙醛不會有明顯的下降。這些結果和其他研究者的結果是一致的（Luecken et al.，2006； Cook et al.，2007； Isakov et al.，2007，2009）。柴油顆粒物的致癌風險是其他四種毒物的4倍以上，而非道路源的貢獻最大。到2020年，柴油顆粒物的致癌風險下降 32.7%。

甲醛和乙醛在夏季出現較高的暴露水平，苯和1，3丁二烯在冬季出現較高的暴露水平，柴油顆粒物沒有呈現明顯的季節變化。

Models-3/CMAQ可用于減低健康風險新政策效果評估，采用更好的IUR數據可以改善其不確定性。

參考文獻

[1] Apelberg，B.J.，Buckley，T.J.and White，R.H.（2005）.Socioeconomic and Racial Disparities in Cancer Riskfrom Air Toxics in Maryland.Environ.Health Perspect.113：693-699.

[2] Byun，D.W.and Ching，J.K.S.（1999）.Science Algorithms of the EPA MODELS-3 Community Multiscale AirQuality （CMAQ） M odeling System.Office of Research and Development，U.S.Environmental Protection Agency，Washington，DC.

[3] Cook，R.，Strum，M.，Touma，J.S.，Palma，T.，Thurman，J.，Ensley，D.and Smith，R.（2007）.Inhalation Exposure and Risk from Mobile Source Air Toxics in Future Years.J.Exposure Sci.Environ.Epidemiol.17：95-105.

[4] Diaz-Robles，L.A.，Fu，J.S.，Reed，D.G.（2008）.Modeling and Source Apportionment of Diesel Particulate Matter.Environ.Int.34：1-11.

[5] Diaz-Robles，L.A.，Fu，J.S.and Reed，G.D.（2009）.Seasonal Distribution and Modeling of Diesel Particulate Matter in the Southeast US.Environ.Int.35：956-964.endprint