[논문 리뷰] Air quality and acute deaths in California, 2000-2012

Kenneth K. Lopiano, Richard L. Smith외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 02. 10.

Air Quality and Health Impacts참고 문헌 23인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 2000년에서 2012년 사이 캘리포니아 주에서 일일 대기질, 기상 및 사망자 데이터를 포함한 공공 데이터셋을 사용하여 대기질(PM2.5 및 ozon)과 급성 사망 간의 연관성을 조사한다. 이동 중앙값 분석, 시계열 모델링 및 한 해씩 제외한 교차검증을 적용한 결과, 현재 수준의 PM2.5 또는 오존과 급성 사망 간에 뚜렷한 증거가 없음을 발견하여, 대기질이 캘리포니아의 급성 사망에 중요한 원인일 수 없다고 제안한다.

ABSTRACT

Many studies have sought to determine if there is an association between air quality and acute deaths. Many consider it plausible that current levels of air quality cause acute deaths. However, several factors call causation and even association into question. Observational data sets are large and complex. Multiple testing and multiple modeling can lead to false positive findings. Publication, confirmation and other biases are also possible problems. Moreover, the fact that most data sets used in studies evaluating the relationships among air quality and public health outcomes are not publicly available makes reproducing the claims nearly impossible. Here we have built and made publicly available a dataset containing daily air quality levels, PM2.5 and ozone, daily temperature levels, minimum and maximum and daily relative humidity levels for the eight most populous California air basins. We analyzed the dataset using a moving median analysis, a standard time series analysis, and a prediction analysis within the following analysis strategy. We examine the eight air basins separately to see if estimates replicate across locations. We use leave one year out cross validation analysis to evaluate predictions. Both the moving medians analysis and the standard time series analysis found little evidence for association between air quality and acute deaths. The prediction analysis process was a run as a large factorial design using different models and holding out one year at a time. Among the variables used to predict acute death, most of the daily death variability was explained by time of year or weather variables. In summary, the empirical evidence is that current levels of air quality, ozone and PM2.5, are not causally related to acute deaths for California. An empirical and logical case can be made air quality is not causally related to acute deaths for the rest of the United States.

연구 동기 및 목표

• 현재 수준의 대기오염(PM2.5 및 오존)이 캘리포니아 주에서 급성 사망과 인과관계가 있는지 검토하기.
• 이전의 대기질-사망 연구에서 발생하는 재현성 문제를 해결하기 위해 공개적으로 이용 가능한 종합적인 일일 수준의 대기질, 기상 및 사망 데이터셋을 구축하고 공개하기.
• 캘리포니아의 여러 분석 방법과 지리적 지역에 걸쳐 연관성의 견고성 평가하기.
• 기상 및 시간적 변수가 대기오염보다 일일 사망 변동성의 더 많은 부분을 설명하는지 평가하기.
• 엄격한 교차검증과 모델 비교를 통해 이전에 보고된 연관성의 타당성에 도전하기.

제안 방법

• 2000년에서 2012년 사이 캘리포니아 주의 여덟 개 주요 대기분류구역에서 일일 PM2.5, 오존, 기온(최저/최고), 상대 습도 측정값을 포함한 공개 가능한 데이터셋을 구축하였다.
• 단기적인 대기오염물질과 급성 사망 간의 연관성을 평가하기 위해 이동 중앙값 분석을 적용하였다.
• 표준 시계열 모델링을 사용하여 대기질과 일일 사망자 수 간의 관계를 평가하였다.
• 여러 모델을 사용하여 대규모 요인 분석을 수행하였으며, 검증을 위해 매번 한 해씩 제외한 교차검증(한 해씩 제외한 교차검증)을 실시하였다.
• 기상 및 시간 변수를 포함한 모델의 성능을 대기오염 변수를 포함한 모델와 비교하여 예측 기여도를 평가하였다.
• 과적합 및 잘못된 양성 결과를 최소화하기 위해 통계 기준과 교차검증을 사용하여 모델 적합도와 유의성을 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 2000년에서 2012년 사이 캘리포니아 주에서 일일 PM2.5 또는 오존 수준과 급성 사망 간에 통계적으로 유의미한 연관성이 있는가?
• RQ2 대기질과 사망 간의 관찰된 연관성이 캘리포니아 주의 다양한 지리적 지역에서 유지되는가?
• RQ3 기상 및 계절 요인이 대기오염보다 일일 급성 사망 변동성의 어느 정도를 설명하는가?
• RQ4 기후 및 시간 요소를 포함한 모델이 대기오염 변수를 포함한 모델보다 급성 사망을 더 잘 예측할 수 있는가?
• RQ5 대기오염과 사망 간의 보고된 연관성이 교차검증 및 다중 검정에 대해 견고한가?

주요 결과

• 이동 중앙값 분석 결과, 여덟 개의 캘리포니아 주 대기분류구역에서 PM2.5, 오존 또는 기타 오염물질과 급성 사망 간에 일관되거나 통계적으로 유의미한 연관성이 없었다.
• 표준 시계열 모델 역시 대기질과 급성 사망 간에 의미 있는 연관성이 거의 없음을 보여주었다.
• 예측 분석 결과, 연도 및 기상 변수(기온, 습도)가 대기오염이 아닌 일일 급성 사망 변동성의 대부분을 설명했다.
• 대기오염 변수를 포함한 모델는 시간적 및 기상 요소에 기반한 모델보다 교차검증에서 성능이 떨어졌다.
• 이 연구의 교차검증 방법(매년 한 해씩 제외)은 대기오염과 급성 사망 간에 강력한 예측 연관성이 존재하지 않음을 지지하지 않았다.
• 저자들은 경험적 증거와 방법론적 철저함에 기반하여 현재 수준의 PM2.5 및 오존은 캘리포니아 주에서 급성 사망과 인과관계가 없다고 결론내렸다.