当前世界环境

介绍

需要持续监测和获取空气污染物的知识，不仅是为了评估特定地点的空气质量，也是为了了解和解决一些环境问题。空气污染是一个日益受到环境关注的问题，因为它已知对人类健康有不利影响。^1、2全球每年有460万人因暴露于高水平空气污染物而死亡。^3.接触空气污染物与呼吸系统和心血管疾病的发生以及心肺死亡率之间的相关性在文献中有很好的记录。^{4 - 6}例如，臭氧(O_3.)，一种光化学氧化剂，有助于确定大气的氧化能力，⁷可对人类健康和生态系统造成直接的不利影响。^{8 - 11}此外，硫酸和硝酸以及硫酸盐和硝酸盐气溶胶是二氧化硫(SO)氧化的结果₂)和氮氧化物(NO_x）.这些细小的气溶胶粒子可以有效地降低能见度，并通过吸收和散射太阳辐射来改变辐射收支。¹²此外，大气颗粒含有各种有害的无机物，包括金属和硫化合物。

肺损伤、支气管收缩和感染发生率的增加都与金属空气污染有关。¹³哮喘和慢性阻塞性肺疾病与直径小于10 μm的颗粒物(PM)有关₁₀）.¹⁴一些研究表明，PM可能没有更低的阈值₁₀相关的健康问题¹⁵自从大多数PM以来₁₀总理造成的损害不危险吗₁₀主要是由于小颗粒，特别是直径小于0.1 μm的颗粒。这些小颗粒可能对肺部有毒，即使它们含有在大颗粒中没有毒性的成分。¹⁴

20世纪70年代和80年代的许多研究发现，健康与低浓度的环境颗粒之间存在联系。Pope(2000)的科学研究表明，短期突然暴露于10 μg/m^3.点₁₀可能导致每日死亡率增加0.5%至1.5%。¹⁶它还可能增加呼吸道和心血管疾病的住院和保健就诊，并导致咳嗽和哮喘的爆发。成人和儿童的各种心肺问题，其中一些导致死亡，都与长期接触5 μg/m有关^3.直径小于2.5 μm的颗粒(PM)_2.5)高于背景水平。¹⁷一些研究发现，呼吸系统疾病和过早死亡主要归因于PM_2.5.^{18日至19日}一项对美国六个城市的数据进行的为期16年的研究显示，人们生活在空气中颗粒浓度高于PM的地区₁₀标准人群的寿命比生活在空气中颗粒物浓度较低地区的人短两年。⁴如果空气中的颗粒被第一排过渡金属(可以沉淀的金属)覆盖，在可能的有毒氧化反应中，如钛(Ti)、钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)和铜(Cu)，它们可以有效地引起肺部的炎症反应。^{20日至21日}一般来说，微粒性有毒微量金属污染环境会对接触者的健康造成严重损害。^{22日至26日}这些有毒的微量金属可能对空气中颗粒物的毒性有很大的影响。²⁷镉(Cd)、钴(Co)、铬(Cr)、镍(Ni)、铅(Pb)、砷(as)和硒(Se)等几种颗粒状有毒微量金属的致癌作用已在多项研究中得到证实。^{28 - 29日}

方法与数据

为了确定研究期间的空气污染水平和趋势，以及个别污染物对利雅得市环境空气质量退化的贡献的相对重要性，有必要调查具有良好诊断指标的可靠数据库记录。为此，高质量的时空空气污染物浓度和相应的空气质量指数是必要的。因此，我们使用了KACST空气质量监测网络记录的空气污染物浓度，并将其整合为一个易于解释的空气质量指数。空气质素指数以标准污染物的指数浓度的形式，简化了向公众报告空气质素的工作。该指数分为六个一般类别，这些类别与传达空气质量对健康的影响和特定污染物对健康的影响以及敏感群体的健康信息有关，以便个人可以采取预防行动，以减少令人关注的接触。^30、31日

空气质素监测网络概览

利雅得市空气质量监测网络是在沙特阿拉伯王国各政府机构的相互理解和合作下建立的。利雅得市的空气受到大量粉尘和其他有毒化学品的污染，这对城市居民的健康构成了持续的威胁。人们认识到，由气象和环境主席团(PME)运营和维护的现有监测设施不足以满足利雅得这样一个不断扩大的城市的需要，因此决定进一步扩大监测网络。几位政府官员参加了建立这一网络的讨论和可行性研究，几个机构的联合合作对其实施至关重要。位于阿卜杜勒阿齐兹国王科技城(KACST)的自然资源与环境研究所(neri)率先在沙特王国首都建设了这一网络。1999年，第一个监测站在KACST内建立，随后网络扩展到分布在全市的五个监测站。该网络定于1999年开始运作，只有三个地点，即KACST (KT)、国民警卫队医院(NG)和Al-Shifa (SH)。2002年6月，安装了两个新的电台，即Al-Azizia (AZ)和Al-Rabwa (RB)。这些监测站的位置是根据它们的地理位置以及它们在代表区域空气质量方面的重要性来选择的。这些空气质量监测站既能监测气象变量，也能监测空气污染物。 The type of sensors used with their respective method of monitoring for the pollutants utilized in this study are: NO, NO₂也没有_x-化学发光;共双光束NDIR;O_3.紫外光度计;和H₂S和SO₂紫外荧光。图1显示了利雅得市内监测站的地理位置。

空气质素指数的计算

标准的限制。污染水平的平均值符合标准限值，并归一化以符合指数断点。在本研究中，选取平均时间计算PM的AQI₁₀,所以₂， CO和O_3.分别为24、24、8和8小时，并按照USEPA^30.索引过程(表1)。

我们使用了约六年(1999-2004年)的空气质素数据来计算指数。点₁₀所以₂每天取平均值以匹配断点。一氧化碳(CO)和臭氧(O)_3.)，平均每8小时一次。然而，每小时平均0_3.没有被考虑，因为8小时平均值没有超过美国环保署设定的0.374 ppm限值。短期的二氧化氮空气质量标准尚未确定₂);相反，美国环保局提供了报告NO的指导方针₂在200-500的指数范围内，对应于0.65-2.04 ppm的NO_2.^30.因此AQI为NO₂由于利雅得从未经历过如此高浓度的二氧化氮，所以这里没有报道。

结果与讨论

趋势分析

本节既讨论了空气污染物的趋势，也根据KACST空气质量监测网络对环境空气质量的监测，根据沙特阿拉伯气象和环境主席(PME)的标准对利雅得城市空气质量进行了评估。众所周知，空气污染程度受当地气候条件、排放和居民日常活动的影响。空气污染水平的趋势并不总是很明确。然而，图2显示，在研究期间(不包括只有三个月数据的1999年)，平均CO水平有明显的上升趋势。该图提供了研究期间利雅得空气质量网络的年平均和最大1小时CO水平。在6年期间，全市年平均趋势线(从~0.65到~1.1 ppm波动)远低于35 ppm标准。研究期间的年最高一小时数值介乎1999年的17.2 ppm至2004年的最低纪录值6.8 ppm(图2)。在研究期间，当污染物的数值高于标准环境水平时，监测网络会记录任何超标的情况。在研究期间，一小时内没有一氧化碳超标的记录(表2)。

表2:在研究期间就空气污染物标准记录的年度超标量。

如图2所示，平均NO呈上升趋势₂在研究期间的水平。平均NO₂水平远低于50 ppb的年度PME标准。研究期间的空气监测测量结果显示，每年的算术平均值为NO₂浓度低于50 ppb年度PME标准的三分之二。在二零零三年，二氧化氮的最高年平均值为₂为29 ppb，而2001年记录的最低年平均浓度为13.5 ppb。在研究期间，每年一小时的最高数值介乎2003年的462.81 ppb至2000年的114.62 ppb的最低记录值(图2)₂算术平均值在2003年仅超过一次(表2)_3.水平(图2)。该图提供了年平均值和最大1小时O_3.研究期间利雅得空气质量网络的水平。在6年的时间里，全市的年平均趋势线(从~9.01到~28.17 ppb)远低于150 ppb的标准。研究期间的年最高一小时数值介乎2003年的147.28 ppb和1999年的最低记录数值89.8 ppb(图2)_3.在研究期间记录了该城市的标准。

如图2所示，平均PM有上升的趋势₁₀(灰尘)在研究期间。普通的PM₁₀浓度高于80 μg/m^3.年度PME标准(请记住，由于该地区的沙尘暴/沙尘暴和干旱造成的异常高的自然背景浓度在这里起着重要作用)。6年间，全市年平均趋势线为~82.28 ~ ~146.85 μg/m^3.）.研究期间的年最大1小时值在915.7 μg/m之间^3.2000年最低记录值为895.4 μg/m^3.(图2)。除1999年(不完整年度)外，其余年份均有超标。超过1天的最高数目(36)发生在2003年(表2)。

虽然平均SO₂除1999年外，该市监测到的空气质量水平呈下降趋势，除1999年和2004年外，其余年份的空气质量水平均在20 ppb以上，如图2所示。在研究期间，全市年平均SO₂空气质量监测站的浓度范围在~11.04 PPB到~ 46.85 PPB之间。研究期间的年一小时最高值由2003年的617.5 ppb至1999年的最低记录值239.86 ppb不等(图2)。1999年至2004年，全市范围内超过一小时和一天标准的次数见表2。在研究期间，除1999年外，所有年份均有超过1小时的情况发生，而除2004年外，所有年份均有超过1天的情况发生。超过1小时的最高次数为15次，而超过1天的最高次数为19次。

年平均H值₂该市监测到的S水平呈下降趋势，远低于标准值140 ppb(图2)₂空气质量监测站的S浓度在~7.08 ~ ~15.77 ppb之间。在研究期间，每年一小时的最高数值介乎2002年的181.15 ppb及1999年的最低纪录51.2 ppb(图2)。1999至2004年全港超过一小时及一天标准的数值载于表2。在研究期间，除1999年和2004年外，其余年份均超过1小时，而除2004年外，其余年份均超过1天。1小时超标次数最多为7次，1天超标次数最多为16次。

分解分析和相对污染物的重要性

为了了解空气清洁度及其与人类健康的可能相关性，对空气质量指数进行了细分分析。空气质量在“良好”范围内被认为是清洁的，因为“良好”空气对人类的健康没有可观察到的影响。细分分析显示，平均近71%的测量结果显示空气质量指数为“良好”，因此可能对利雅得市居民的健康几乎没有影响(图3f)。其余约29%的测量结果显示“中度”或以上污染，主要由PM引起₁₀(~ 74%)。所以₂是第二大污染物，占污染空气的近24%。两个啊_3.和CO对空气污染的贡献非常有限，分别接近2%和0.52%。

这些污染物的地理分布表明，利雅得东北部的空气最干净，NG显示出最高的清洁空气百分比(75.35%)，而利雅得西北部的空气污染最严重(KT为69.05%清洁空气)(图3a)。利雅得东南部的PM最高₁₀CO污染水平和最低SO₂污染水平，因为它们分别占AZ污染空气的近86%，11.52%和1.77%(图3e)。O_3.对整个利雅得的空气质量几乎没有影响，除了东北部的NG站，臭氧占污染空气的5.64%(图3b)。

个别污染物的空气质素指数分析

空气质量指数提供了有关空气清洁或污染程度的信息，以及公众可能关注的相关健康影响。它关注的是人类在呼吸污染空气后几小时或几天内对健康的影响。美国环保署将空气质量指数分为六类，每一类对应不同程度的健康问题。这些类别分别是:良好、中等、对敏感人群不健康、不健康、非常不健康和危险。以美国环保局空气质量指数为基准，对5种空气污染物进行了比较包括颗粒物(PM)₁₀）.在六年期间收集的数据表明，PM₁₀对城市居民造成最严重的污染。平均15.8%的指数值记录在0-54µg/m范围内^3.相当于“良好”指数，空气相对清洁。大部分指数值(平均约61%)处于PM对应的“中等”范围₁₀浓度范围为55-154µg/m^3.．

美国环保署定义了PM的最终“危险”范围₁₀从425到604µg/m^3.，因为任何高于这个范围的东西都会对健康产生同样不良的影响。然而，利雅得偶尔会经历总理₁₀浓度高达1000µg/m^3.．因此，USEPA空气质量指数为PM₁₀将指标值在425-1000µg/m^3.据估计，全市2.57%的指数值在这个范围内。如此高的指数值与沙尘暴作为利雅得城市的自然特征相对应。PM的地理分布₁₀AQI(图4)表明城市东南部(AZ) PM最大₁₀污染对空气质量的影响(最易受沙尘暴影响)，而东北地区(NG) PM最小₁₀污染的影响。

所以₂据估计是利雅得的第二大污染物。虽然平均约72%的空气质素指数录得介于0-34 ppb范围内，属于“良好”空气质素，但约27.38%的空气质素指数录得介于35-144 ppb范围内，属于“中等”空气质素。SO的地理分布₂空气质量指数(图5)表明，城市东南部(AZ)的SO最小₂污染对空气质量的影响最大，而城市西北部(KT)的SO最大₂污染的影响。

据记录，利雅得的二氧化碳浓度非常低。大部份录得的空气质素值为“良好”(平均99.41%)，低于百万分之0.4，只有少数例外的空气质素为“中等”(平均0.6%)，介于百万分之4.5至9.4之间。从地理上看，城市南部在“中等”空气质量范围内的浓度较高，AZ和SH的指数分别为1.98%和0.6%。

O_3.指数是根据8小时平均值计算的。美国环保署建议在较高的浓度范围内使用每小时的平均值_3.超过374 ppb，但利雅得市8小时平均值的臭氧值没有超过84 ppb。O_3.在利雅得的浓度非常低。大多数记录的数值都在“良好”指数范围内(平均98.06%)，数值低于64 ppb，只有少数例外的“中等”浓度(平均1.94%)在65-84 ppb范围内。从地理上看，城市北部在“中等”范围内浓度较高，KT和NG分别为2%和5.64%。

结论

除SO外，所有被调查的污染物均呈上升趋势₂和H₂显示出下降趋势。在所有被调查的污染物中，PM₁₀所以₂对城市居民的健康构成最严重的威胁，因为它们几乎出现在所有空气质量指数范围内，而一氧化碳和O_3.对利雅得城市空气质量的影响非常有限。平均而言，利雅得近71%的空气质量测量结果表明空气清洁，而约29%的测量结果表明空气污染，主要是由PM造成的₁₀(~74%)和SO₂(~ 24%)。PM的地理分布₁₀空气质量指数显示，该市东南部的PM最高₁₀污染对空气质量的影响，东北地区的PM最低₁₀污染的影响。至于SO₂城市东南部的SO最低₂污染对空气质量的影响最大，而城市西北部的SO最高₂污染的影响。总的来说，利雅得东北部的空气最干净，任何地点的清洁空气百分比最高，为75.35%，而利雅得西北部的空气污染最严重，污染空气百分比最高，为32.95%。在利雅得这样干旱的城市环境中，关于空气污染的趋势和地理分布以及对公众健康可能产生的影响的目前调查结果，为主管当局在决策和城市规划方面提供了重要信息，也有助于维持环境的可持续性。

关于对人类健康的影响，作为了解利雅得空气质量与可能的健康影响之间关系的初步方法，本研究采用了美国环保署的空气质量指数。这涉及到将AQI应用于完全不同的环境和完全不同的人群，而不是开发它的对象。在今后的工作中，我们将利用利雅得的人口健康统计数据和空气质量数据，开始为利雅得市建立空气污染与健康应对的基线关系。

确认

作者感谢阿卜杜勒阿齐兹国王科学技术城(KACST)的支持。

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