[论文解读] The study of ground-level ozone in Kiev and its impact on public health

А. В. Шаврина, I. A. Mikulskaya+4 more|arXiv (Cornell University)|Apr 9, 2012

Air Quality Monitoring and Forecasting参考文献 4被引用 5

一句话总结

本研究利用UAM-V空气质量模型对基辅近地面臭氧进行建模，并基于2005–2007年地面UV-臭氧分析仪数据和卫星Aura-OMI观测结果对预测结果进行验证。研究发现，模拟与实测臭氧浓度之间存在强烈相关性（r = 0.72–0.78），且与呼吸系统疾病健康统计数据相关，表明臭氧建模可可靠预测乌克兰城市中的公共健康风险。

ABSTRACT

Ground-level ozone in Kiev for an episode of its high concentration in August 2000 was simulated with the model of the urban air pollution UAM-V (Urban Airshed Model). The study of total ozone over Kiev and its concentration changes with height in the troposphere is made on the basis of ground-based observations with the infrared Fourier spectrometer at the Main Astronomical Observatory of National Academy of Sciences of Ukraine as a part of the ESA-NIVR-KNMI no 2907. In 2008 the satellite Aura-OMI data OMO3PR on the atmosphere ozone profiles became available. Beginning in 2005, these data include the ozone concentration in the lower layer of the atmosphere and can be used for the evaluation of the ground-level ozone concentrations in all cities of Ukraine. Some statistical investigation of ozone air pollution in Kiev and medical statistics data on respiratory system was carried out with the application of the "Statistica" package. The regression analysis, prognostic regression simulation, and retrospective prognosis of the epidemiological situation with respect to respiratory system pathologies in Kiev during 2000-2007 were performed.

研究动机与目标

• 评估2000至2007年间近地面臭氧对基辅呼吸健康的影响。
• 利用地面UV-臭氧分析仪和卫星Aura-OMI数据验证臭氧浓度模拟结果。
• 建立近地面臭氧水平与城市人口呼吸系统疾病发病率之间的预测性关联。
• 评估利用建模和卫星数据进行公共健康风险评估在乌克兰的可行性，尤其是在地面监测有限的地区。
• 通过量化乌克兰城市中与臭氧相关的健康风险，支持环境健康政策的制定。

提出的方法

• 使用UAM-V（城市烟团模型）空气质量模型系统模拟2000年8月臭氧高值事件期间基辅的近地面臭氧浓度。
• 将模型输出结果与乌克兰国家植物园内TECO-49C型UV-臭氧分析仪的地面测量数据进行对比验证。
• 整合2005–2007年Aura-OMI仪器获取的卫星反演臭氧剖面数据，估算对流层及近地面臭氧浓度。
• 利用Statistica软件包进行回归分析和预测模拟，建立臭氧浓度与呼吸系统疾病发病率数据之间的关联。
• 采用均方根误差（RMSE）和相关系数（r）评估臭氧-健康关系预测准确度。
• 采用莱茵研究所的EURAD模型对臭氧事件进行对比模拟，包括敖德萨地区，以把握区域趋势。

实验结果

研究问题

• RQ1 2000至2007年间，基辅模拟的近地面臭氧浓度与观察到的呼吸系统疾病发病率之间的相关性程度如何？
• RQ2 当与地面UV-臭氧分析仪测量值对比时，UAM-V模型对臭氧的预测准确度如何？
• RQ3 来自卫星Aura-OMI的臭氧剖面数据能否为乌克兰城市提供可靠的近地面臭氧估算？
• RQ4 近地面臭氧与基辅呼吸系统病理之间的统计关系强度和显著性如何？
• RQ5 基于模型的臭氧相关健康风险预测与实际医疗统计数据相比如何？可能解释差异的因素有哪些？

主要发现

• 模拟臭氧浓度（UAM-V）与成人呼吸系统疾病发病率之间的相关系数为0.76，表明存在强烈正相关关系。
• 实测臭氧（TECO-49C）与成人呼吸系统疾病发病率之间的相关系数为0.72，证实了地面测量数据的可靠性。
• 对于儿童哮喘性支气管炎，模型预测的相关系数为0.76，实测臭氧数据的相关系数为0.78，表明预测能力一致。
• 使用模型模拟臭氧数据预测成人呼吸系统疾病时，均方根误差（RMSE）为15.0%，使用实测臭氧数据时为16.5%，两者均在2σ（95%置信水平）显著性阈值内。
• 使用UAM-V模拟的基辅平均臭氧浓度与乌克兰国家植物园UV-臭氧分析仪测得的数值一致，验证了模型对全市平均值的准确性。
• 预测与实际健康统计数据之间的差异可能源于私人医疗使用增加、自我用药以及治疗水平提高，尤其是过敏性哮喘方面。