[논문 리뷰] Absentee and Economic Impact of Low-Level Fine Particulate Matter and Ozone Exposure in K-12 Students

Daniel Mendoza, C.S. Pirozzi외 7명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 01.

Air Quality and Health Impacts참고 문헌 43인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 2015–2018년 동안 샌프란시스코 시내 36개의 K-12 학교에서 고해상도 대기질 데이터를 활용하여 PM2.5와 오존 노출을 모델링한다. 조건부로 미국 규제 기준 이하의 저농도 오염이라도 학교 결석률 증가와 유의미하게 연관되어 있으며, 연간 452,000달러에 이르는 수익 및 생산성 손실이 발생하며, 특히 취약 학교에서 뚜렷한 영향을 미친다.

ABSTRACT

High air pollution levels are associated with school absences. However, low level pollution impact on individual school absences are under-studied. We modelled PM2.5 and ozone concentrations at 36 schools from July 2015 to June 2018 using data from a dense, research grade regulatory sensor network. We determined exposures and daily absences at each school. We used generalized estimating equations model to retrospectively estimate rate ratios for association between outdoor pollutant concentrations and school absences. We estimated lost school revenue, productivity, and family economic burden. PM2.5 and ozone concentrations and absence rates vary across the School District. Pollution exposure were associated with as high a rate ratio of 1.02 absences per ug/m$^3$ and 1.01 per ppb increase for PM2.5 and ozone, respectively. Significantly, even PM2.5 and ozone exposure below regulatory standards (<12.1 ug/m$^3$ and <55 ppb) was associated with positive rate ratios of absences: 1.04 per ug/m$^3$ and 1.01 per ppb increase, respectively. Granular local measurements enabled demonstration of air pollution impacts that varied between schools undetectable with averaged pollution levels. Reducing pollution by 50% would save $452,000 per year districtwide. Pollution reduction benefits would be greatest in schools located in socioeconomically disadvantaged areas. Exposures to air pollution, even at low levels, are associated with increased school absences. Heterogeneity in exposure, disproportionately affecting socioeconomically disadvantaged schools, points to the need for fine resolution exposure estimation. The economic cost of absences associated with air pollution is substantial even excluding indirect costs such as hospital visits and medication. These findings may help inform decisions about recess during severe pollution events and regulatory considerations for localized pollution sources.

연구 동기 및 목표

• 저농도 PM2.5 및 오존 노출과 K-12 학생의 결석 간의 연관성을 평가하기 위해.
• 학교 지자체 수준에서 대기오염과 관련된 결석으로 인한 경제적 부담을 평가하기 위해.
• 다양한 사회경제적 특성을 지닌 학교 간 오염 노출의 공간적 이질성과 그 영향을 검토하기 위해.
• 오염 사건 기간 동안 학교 수준의 의사결정을 향상시키기 위해 정밀한 지역별 노출 추정치를 제공하기 위해.
• 사회경제적으로 취약한 학교에 미치는 불균형적 영향을 식별함으로써 환경 정의 고려사항을 제안하기 위해.

제안 방법

• 정부 및 이동식 대기질 센서 네트워크(경전철 차량에 설치된 센서 포함)를 활용해 5분 간격으로 PM2.5 및 오존 데이터를 수집하였다.
• 모니터링 지점과의 거리에 따라 역거리 가중법(IDW)을 적용하여 학교 수준의 오염 농도를 추정하였다.
• 시간 추세 및 학교 수준의 공변량을 보정한 일반화된 추정방정식(GEE)을 사용하여 일일 오염 농도와 학교 결석률 간의 연관성을 모델링하였다.
• 각 결석 건당 실질 수익 손실, 가정의 생산성 손실 및 간접 비용을 추정하여 경제적 영향을 계산하였다.
• 오염 노출의 지연 효과를 평가하기 위해 지연 노출 분석을 수행하였다.
• 학교 수준 및 사회경제적 지위(Title I 지위)에 따라 결과를 비교하여 격차를 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저농도 PM2.5 및 오존 노출이 K-12 학생의 결석률 증가와 유의미하게 연관되는가?
• RQ2 대기오염이 결석률에 미치는 영향이 다양한 사회경제적 특성을 지닌 학교 간에 다를가?
• RQ3 지역 수준에서 환경 PM2.5 및 오존 노출로 인한 결석의 경제적 비용은 얼마인가?
• RQ4 지역 평균 오염 데이터에 비해 정밀한 학교 수준의 노출 추정치가 결석률 예측에 얼마나 더 효과적인가?
• RQ5 지역 전역에서 PM2.5 및 오존 농도를 50% 감소시키면 어떤 경제적 이익이 발생하는가?

주요 결과

• 미국 국가 대기질 기준(각각 12.1 µg/m³ 및 55 ppb) 이하의 PM2.5 및 오존 농도라도 결석률 증가와 연관되어 있었으며, 빈도 비율은 각각 1µg/m³당 1.04, 1ppb당 1.01이었다.
• PM2.5의 높은 빈도 비율은 초등학교에서 관찰되어, 아직 발달하지 않은 호흡기 시스템으로 인해 어린이의 더 큰 취약성을 시사한다.
• 지역 전역에서 PM2.5 및 오존 농도를 50% 감소시키면 연간 약 452,000달러의 학교 수익 및 생산성 손실을 방지할 수 있다.
• 오염 감소의 경제적 혜택은 사회경제적으로 취약한 지역의 학교에서 가장 크게 예상된다.
• 지역 내 노출의 이질성은 뚜렷했으며, 학교 간 PM2.5 농도 차이가 6 µg/m³ 이상으로 나타나 지역 평균의 한계를 드러냈다.
• 현재 단일 모니터링 지점 기반의 레크리에이션 정책은 공간적 변동성이 높은 지역에서는 지역별 오염 노출을 충분히 반영하지 못할 수 있음을 이 연구는 입증하였다.