2013年太仓大气污染与肺部疾病的相关性分析

发表时间:2021/8/9   来源:《探索科学》2021年7月上13期   作者:梁效铭
[导读] 通过对2013年太仓市的空气污染数据和肺部疾病门诊人数季节变化趋势的分析,加之回归分析中的一元线性回归和多元回归,对大气中的污染物与肺部疾病的相关性作了相关研究。结果表明,PM2.5,PM10,NO2是影响太仓市COPD,肺炎,间质性肺炎三种肺部疾病的重要污染物,随着大气污染物浓度的增加,患三种肺部疾病的人数也随着增加,且三种肺部疾病的就诊人数与空气污染状况有一致的季节性变化。

云南省河口瑶族自治县气象局 梁效铭   云南红河 661300

摘要:通过对2013年太仓市的空气污染数据和肺部疾病门诊人数季节变化趋势的分析,加之回归分析中的一元线性回归和多元回归,对大气中的污染物与肺部疾病的相关性作了相关研究。结果表明,PM2.5,PM10,NO2是影响太仓市COPD,肺炎,间质性肺炎三种肺部疾病的重要污染物,随着大气污染物浓度的增加,患三种肺部疾病的人数也随着增加,且三种肺部疾病的就诊人数与空气污染状况有一致的季节性变化。单因子污染物与患三种肺部疾病的人群情况相关性小于多因子污染物与患三种肺部疾病的人群情况的相关性,说明肺部疾病病因的多元性和多污染物的协同性。建议采取综合性防治措施预防肺部疾病。
关键词:太仓市;门诊人数;空气污染;三种肺部疾病;相关性研究
        引言
        优良的大气环境质量是人类可持续发展的根本保障。我国历来以燃煤为主的能源结构形成了粗放型经济发展形式,与之相关的人类生产生活,对大气环境与大气质量造成了不可估值的破坏。我国大气污染呈加重趋势,其效应与我们休戚相关。人类活动过程中化学反应的完全与不完全产物与天然物质进入大气中,对大气的污染程度超过了大气所能承载、调节、进化的能力,它们在大气中持续存在,对人体造成损伤引起心理疾病,同时影响人们的正常活动并造成一定的经济损失,这被称为大气污染。大气污染物主要由有害气体和颗粒物组成。其中PM10、PM2.5、二氧化氮、CO、O3和二氧化硫被作为主要的大气监测项目。大气污染物进入呼吸道后,起毒理性、反应性对肺部产生直接危害。作为可吸入颗粒的PM10与PM2.5,吸附属性很强,对空气中各种各样的有毒物质来说是优良的载体,它们一旦被吸,进入肺部后,将引起一系列连锁的呼吸性系统疾病。展开对大气中污染物与肺部疾病的相关性研讨,探究肺部疾病受大气污染影响的相关因子,这对肺部疾病的综合联动防护治疗具有重要而且深远的意义。
        1.资料与分析
        1.1研究地点
        作为苏州市下属的一个县级市,太仓市坐落于江苏省东南部,地处北纬31度20分~31度45分、东经120度58分~121度20分。太仓市位于长江中下游平原,在长江口南岸,与长江相邻,与上海市崇明区形成隔江相望之势,太仓市全境地势平坦,水网密布,阡陌交通,相邻城市群经济发达,为太仓市的经济发展奠定了良好的区位优势,要较强的工业发展势头。
        太仓气候四季分明。冬季少雨寒冷,受控于冷高压;夏季炎热,受控于副热带高压。属于亚热带湿润气候,全年平均气温16.4℃,全年降水量853.8毫米,相对湿度为72%。
        太仓作为中国百强工业县市之一,其肺部疾病门诊人数也与其工业发展势态呈一致上升趋势。对太仓市大气污染PM10、PM2.5、二氧化硫、NO2、O3等污染物日浓度的监测记录,认真收集太仓人民医院肺部疾病的门诊数据,同时进行整理分析,深入分析不同污染物浓度与三种肺部疾病的门诊数量关系,了解大气污染与三种肺部疾病相关的影响。
        1.2空气污染资料
        从太仓环境空气质量监测站获取2013年三月一日至2013年十二月三十一日期间的每日空气污染数据。统计处理得到2013年太仓市大气中粗颗粒物(PM10),细颗粒物(PM2.5),一氧化碳(CO),二氧化硫(SO2),二氧化氮(NO2),臭氧(1小时平均)和臭氧(8小时平均)的月平均浓度值与全年日均浓度值。
        1.3肺部疾病就诊数据
        从2013年一月一日至2013年十二月三十一日期间,从太仓市人民医院收集到了有关肺部疾病门诊的每日数据。这些数据记录了每个月COPD,肺炎,间质性肺炎患者就诊的时间,年龄和性别。因太仓市人民医院属于综合性医院,具有相对稳定的病人来源,数据具有一定代表性。
        1.4太仓市大气污染物的变化趋势分析
        大气污染源按生成性质可分为人为源与天然源。就太仓市的地理环境与天气状况来说,人为源是太仓市空气污染物的主要来源。人为源按排放形式可分为固定源和流动源。各种燃料燃烧的工业过程、家庭烹饪、供热过程、各类烟尘等是固定源。而各类交通工具在使用中燃料燃烧向大气中排放的尾气属于流动源。
        太仓市主要监测的大气污染物是细颗粒物,PM10,SO2,二氧化氮,O 3(1小时平均)和O3(8小时平均)。其中二氧化硫,NO2是一次污染物,O3是二次污染物。
        对比表1,可以看出,太仓市大气中PM2.5,PM10,O3(1小时平均),O3(8小时平均)的日均浓度介于国家一级标准与二级标准之间,而PM2.5日均浓度是世界空气质量标准的2.7倍,PM10日均浓度是世界空气质量标准的1.8倍;SO2日均浓度符合国家一级标准却没有达到世界标准水平;NO2日均浓度达到了国家的一级标准。我国现行空气环境质量标准的许多限值与世界卫生组织最新建议的指南值还有很大的差距。某些污染物日浓度即使满足了国家的空气质量标准,但与世界其它国家相比,我国污染的严峻形势明显突出。对比几种污染物,PM2.5,PM10,O3是太仓市主要的空气污染物,并且臭氧的浓度相对较大,应注意对此进行分析。SO2与NO2虽然符合国家空气标准,但也是探讨中不可分割的部分。                                                                                                                                                        
表1 中国国家环境空气质量标准(GB3095—2012)和世界卫生组织空气质量指南的主要污染物年平均浓度限值(μg/ m3)

       

        a.8小时平均; b.1小时平均

      
        图1  2013年3-12月大气污染物浓度变化趋势线(μg/m3)
        为了研讨太仓市大气污染物变化趋势,作出2013年3-12月大气污染物浓度变化曲线,并按春(3、4、5月)、夏(6、7、8月)、秋(9、10、11月)、冬(12月(1,2月数据缺失)),统计各污染因子季度均值,用此思路分析太仓市大气污染季节变化趋势。O3(1小时平均)和O3(8小时平均)这两个指标,前者属于短期小时指标,后者属于时间积累指标。1小时指标表示了短期内污染物造成的直接伤害。8小时指标反映较长时间的累积性伤害,因此以月平均作统计,以O3(8小时平均)来代表O3浓度进行季度变化分析。

       

       图                                                              

        2 大气污染物季节变化趋势线(μg/m3)
        分析图1,2,可以看出,SO2,粗颗粒物,二氧化氮,PM2.5浓度按夏季、秋季、春季、冬季的顺序逐渐上升。O3浓度在夏季最高。PM2.5与PM10浓度趋势线大致相同,3-7月份持续下降,而8-12月份上升,且10-12月份上升幅度较为明显。PM2.5和PM10不仅造成对身体的侵害,而且它们能在大气中长期漂浮影响大气能见度,给人们生活出行带来不便。作为载体的它们容易将污染物随气流带到很远的地方,导致空气被污染范围扩大,与此同时为相关的化学反应提供温床,使空气中污染物混合反应,产生二次污染物,加剧空气被污染的程度。颗粒物一部分来自污染源的直接排放,比如人类对化石燃料(石油、煤等)和垃圾的燃烧、建筑扬尘、道路扬尘、道路上行使的机动车、机械处理过程以及裸露土地被风扬起的尘土等;其它的则是由环境空气中的硫氧化物、NOX、VOCs及其它化合物互相作用生成。地点、气候、一年中的季节不同,大气中污染物的化学和物理组成也不同。6-8月份是夏季,太仓市有典型梅雨季节降水,且持续时间长,此时气象条件良好,有利于各污染物扩散,颗粒物污染相对较轻。夏末秋初PM2.5与PM10浓度渐渐上升,在冬季取暖期燃煤量,用电量大大增多,颗粒物污染加重,两浓度曲线急剧升高,同时太仓市濒临长江,逆温层厚,少雨寒冷,气象条件差,不利于污染物扩散,城市上空污染物一旦聚集,很难驱散,形成重污染天气。到了春季,裸露地面多,同时春季气温回升,少雨而干燥,风速较大易产生扬尘;春季扬尘是大气污染的主要贡献,空气质量依然较差。缺少了冷空气和大风等气候条件的动力作用,浮尘、霾天气在空中停留,极难消除,从而造成持续的空气污染。
        1.5肺部疾病就诊人数的变化趋势分析
        慢性阻塞性肺疾病简称慢阻肺(COPD),是一种具有破坏性,以不完全可逆气流受限为特征的肺部疾病,准确病因尚未查明,但普遍认同与肺部对有害物质的异常炎症反应相关。肺炎是终末气道、肺泡和肺间质发炎。因多种致病微生物病原体引起。其他如辐射、化学、免疫、过敏及药物等原因也能引起肺炎。间质性肺炎是肺间质组织产生炎症。炎症主要作用于支气管壁肺泡壁,特别是支气管周围血管周围小叶间和肺泡间隔的结缔组织并且多呈坏死性病变。间质性肺炎大多因为病毒所致,但有已明与空气中物质有关的病因:吸入无机粉尘、吸入有机粉尘、吸入有毒气体。利用2013年太仓市人民医院三种肺部疾病的就诊人数做出折线图(图3)。

       

        图3 2013年太仓市人民医院三种肺部疾病就诊人数
        按春(3、4、5月)、夏(6、7、8月)、秋(9、10、11月)、冬(12月),统计出COPD,肺炎,间质性肺炎各季度病的例数,以此分析太仓市三种肺部疾病的季节变化趋势。

       

        
        分析图3和表2,患三种肺部疾病的人数在春,冬季节明显增多,而夏,秋季节相对较少。引发三种肺部疾病的因素在春冬季节较多或活性增强,且冬季明显强于春季,夏秋病例少,或因某些诱发因素减少或活性降低。冬季因各种需求,大量的是供暖用电是污染物的高排放期,患肺部疾病人数相应增多;而春季污染物排放量较冬季有所减少而患病人数却没有明显的减少,分析原因可能与污染物的滞后效应有关系。
        对比太仓市三种肺部疾病与大气污染物的季节变化趋势,可看出:当PM2.5,PM10与NO2在冬季有明显增加时,患三种肺部疾病的人数有显著增加;SO2虽波动较小,但在冬季也有较小的上升幅度,到达全年最高;O3在春,夏季节保持较高的浓度,并在夏季时有最大值,然而此期间,三种肺部疾病的门诊人数却有相对平稳的持续不变,到秋,冬季是,O3浓度持续下降,达到最低。比较几种污染物而言,PM10,PM2.5,NO2与患三种肺部疾病的人数有较强的相关性,而SO2、O3与患病人数相关性相对较弱。而且,三种疾病中,COPD受污染物变化的影响明显强于肺炎与间质性肺炎。其中个别原因待进一步分析。
        2.大气中污染物浓度与三种肺部疾病的相关性分析
        2.1分析方法
        回归分析是一种有效统计分析方法,可处理变量统计相关关系。运用十分广泛,按照自变因子的多少,有一元回归分析与多元回归分析之分。一元回归是探究一个因变元素与一个自变元素之间的相关分析方法;多元回归分析是寻找多个变化元素之间关系的分析方法。确定并找出几个特定的变化因子之间存在的相关关系是本次研究的重点使用方法。
本文将采用一元线性回归分析和多元回归对变量之间的关联性进行判断,分别讨论太仓市2013年月均各污染物浓度与全年患COPD,肺炎,间质性肺炎疾病就诊人群情况((0-15岁门诊人数较少,排除在分析之外)15-60岁,大于或等于60岁,男性,女性,总人数)的相关性。
        2.2分析结果
        2.2.1一元线性回归分析
        一元线性回归方程:Y= aX+b。Y是因变量,X是自变量,分别以太仓市2013年全年患COPD,肺炎,间质性肺炎疾病就诊人群情况(15-60岁,大于或等于60岁,男性,女性,总人数)为因变量,以各污染因子PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3的月均浓度为自变量,进行一元回归分析,得到一元回归方程的相关系数R(表4,表5,表6,表7,表8)。若相关系数R越大,X与Y之间的关系就越强,即变量与患肺部疾病之间相关越强。因1,2月份的大气污染数据缺少,本次用3月到12月份的门诊数据与污染数据进行分析。整理2013年太仓市三种肺部疾病人群情况(15-60岁,大于或等于60岁,男性,女性,总人数)得到表3。
       
        从表3中可以得出太仓市13年三种肺部疾病门诊人数的规律:(1)患病人数:肺炎>COPD>间质性肺炎;(2)男性患病人数多于女性;(3)大于或等于60岁年龄段患病人数远多于15-60岁年龄段。
        根据分析,对15-60岁年龄段的人群来说,患病人数:肺炎>COPD>间质性肺炎,患肺炎的人数占整个年龄段疾病总人数的67%,其中O3与肺炎的相关性比其它污染物对肺炎的明显,NO2,PM10,PM2.5是与三种肺部疾病相关性大的主要污染因子;患三种肺部疾病的人数在大于或等于60岁年龄段中占患三种肺部疾病总人数的79%,是疾病集中爆发的年龄段,其中患病人数:COPD>肺炎>间质性肺炎,NO2,PM10,PM2.5与其有较强的相关性。男性与女性的对比中可以发现,比较突出的是O3与男性患肺炎和间质性肺炎的相关性比女性大许多。
        从整体来看,患COPD的人群情况与单个污染物因子之间有较大的相关性,相关系数:NO2>PM10>PM2.5>SO2>CO>O3。患肺炎与间质性肺炎的人群情况与单个污染物之间有一定的相关性,但相关系数小,肺炎相关系数:NO2>O3>PM10>CO>PM2.5>SO2,间质性肺炎相关系数:NO2>PM10>O3>CO>PM2.5>SO2。单个污染因子的变化对COPD有一定的影响,而单个污染物对肺炎与间质性肺炎的影响程度不大。其中O3的影响在肺炎与间质性肺炎中有明显的增加,其原因可能是O3在太仓地区日均浓度较高,且夏季是O3高浓度期,对肺炎与间质性肺炎有一定的相关影响。COPD受污染物变化的影响明显强于肺炎与间质性肺炎,这表明COPD直接受到单因子污染物的短期效应更明显。
        综上所述,患三种肺部疾病COPD,肺炎和间质性肺炎的人群与PM2.5,PM10,NO2都有较强的相关性,COPD,肺炎和间质性肺炎与S02,O3,CO的相关性相对较弱。太仓市三种肺部疾病与大气污染相关性结果与前面趋势分析结果基本一致。太仓市三种肺部疾病与大气污染的相关性得到了较为合理的验证。
        2.2.2多元回归分析
        为进一步探讨,用2013年患COPD,肺炎,间质性肺炎的人群情况与太仓市全年月平均多因子污染物浓度作回归分析,以剖析三种肺部疾病与大气中多因子污染物的综合相关性。
        多元回归方程:Y=b+k1X1+k2X2+k3X3+k4X4+k5X5+k6X6。其中以Y=15-60岁,大于或等于60岁,男性,女性,总人数为因变量,以X1=PM2.5、X2=PM10、X3=CO、X4=S02、X5=N02、X6=O3的月均浓度为自变量,进行多元回归,得到各多元回归方程的相关系数R(表4)。

       
        从整体上看(表4),患三种肺部疾病的人群情况与多因子污染物相关系数明显比与单因子污染物的相关系数变大很多,尤其是肺炎与间质性肺炎,相关系数:肺炎>间质性肺炎>COPD。其中多因子污染物对男性的影响强于女性,多因子污染物对大于或等于60岁年龄段强于15-60岁年龄段,结果与表3中三种肺部疾病的门诊统计人数规律大概一致。 对于患COPD人数多于患间质性肺炎的人数,而相关系数大小比较却相反,究其原因是因为COPD与单因子污染物就有直接的强相关性,容易受到污染物的直接影响,对于污染不严重的空气也能因其中某一单一污染因子过高而做出相应的反馈。
        COPD直接与呼吸系统对有害颗粒或气体的异常炎症反应有关,受空气中污染物影响较大,其不但与单因子污染物有较大相关性,还和空气中多因子污染物的综合影响有更强的相关性;肺炎不但与大气中污染因子有关,而且能由相应的呼吸道与肺部疾病引起,与多种病原体,高龄的易感染人群,男性抽烟者,性别承受压力等因素都有一定关系。间质性肺炎属于肺炎的一种,多属于组织病变,大多因为病毒所致,但空气中的高污染物浓度增加了患肺部疾病的风险和肺部疾病病变的概率,所以与空气中的污染物对其人群情况的综合效应仍然明显。
       结论
        (1)2013年太仓市三种肺部疾病的就诊人数在季节变化上与空气污染状况有较好的对应关系,空气污染较严重的冬天患病人数较多,而空气污染较轻的夏天患病人数相对较少。
        (2)作为太仓市主要污染物的PM2.5,PM10对三种肺部疾病人群都存在较强的影响,尽管NO2在大气中符合国家一级标准,但与细颗粒物有一样的季节波动趋势,对三种肺部疾病人群也有较强的影响,其中对男性与大于或等于60岁的人群受这三种污染物影响大。O3也属于太仓市主要污染物,尤其夏季有较高的浓度,但在上述分析中未见明显相关效应。
        (3)太仓市三种肺部疾病与大气中多因子污染物有很强的相关性。其中,大气中污染物对三种疾病有综合性影响,其中影响:肺炎>间质性肺炎>COPD。大气中污染物浓度的增加能使患三种肺部疾病的人数增加。
参考文献
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作者简介:梁效铭(1994.12)男,汉族,云南建水人,本科学历,助理工程师,从事综合气象工作。

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