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哈佛六城研究

好的论文我认为是可以写入该学科教科书的,今天讲个可以写入环境科学教科书的案例。一方面这是早期产生较大影响力的关于细颗粒物健康威胁的研究;另一方面该研究最后变成更为严格的法规调控的过程也比较坎坷。

哈佛六城研究指的是1993年哈佛大学科研人员对美国六座城市(包括田纳西州的哈里曼(H)、威斯康星州的波蒂奇(P)、密苏里州的圣路易斯(L)、俄亥俄州的斯托本维尔(S)、堪萨斯州的托皮卡(T)以及马萨诸塞州的水城(W))的空气质量与死亡率间关系的研究。这项研究从1974年开始持续到1989年,收集追踪了8111名随机居民的生存状况(每年填一份问券,研究结束时有18%的人死亡)与所在城市的空气污染状况。结果发现在各种主要空气污染物(包括二氧化硫、总悬浮颗粒物、气溶胶酸度、硫酸盐颗粒、臭氧、细颗粒物等)与死亡率的关系后,细颗粒物(也就是我们通常说的PM2.5)与死亡率有着极为显著的关系。看下图:

右上角那个表示的细颗粒物浓度与死亡率的关系,纵轴表示的是以波蒂奇的死亡率作为基准,其他城市死亡率与之相比的比值。在这个研究中我们可以清晰的看出细颗粒对于死亡率的影响几乎就是笔直的一条线。仅就空气质量最好的波蒂奇与最差的斯托本维尔两个城市而言,死亡率上升了31%。当然这个结果是排除掉吸烟与其它已知影响寿命的因素之后的,因为无论哪个城市,吸烟都是最能解释死亡率的因素。

这篇文章发表后引起了轰动,因为这大概是首篇揭示空气污染中的细颗粒污染与死亡率的流行病学研究且结果也很直观:生活在不同的空气质量的城市,寿命会收到明显影响,细颗粒物高的城市死亡率要高于低浓度的。但比较搞笑的是我们可以看到细颗粒物浓度最高的斯托本维尔也只有30ug/m3左右。我们来看下这十几年的空气质量变化:

我们可以看出总悬浮颗粒物实际在研究期间是下降的,而细颗粒物则下降不大。要知道美国《清洁空气法案》可是在1970年就开始生效了,总悬浮颗粒物的下降也能反映这个趋势。对比我们现在,用北京的清洁区作为案例,根据李令军等的研究:

我们的TSP到2009年底还要高于六城研究污染最重的那一个,这还是风水好的定陵。至于细颗粒,那画面太美,大家都从新闻里见过,不在一个数量级上。

伴随产业升级与空气污染的治理,到2006年,搞六城研究的研究人员发表了另一篇研究来表明后续的发展,首先我们看一下空气质量的变化:

我们可以看出该研究又包括了1990到1998年的数据,这样我们可以对比下这两个研究时间段死亡率随平均细颗粒浓度的变化:

作者:于淼 链接:http://zhuanlan.zhihu.com/p/20751533 来源:知乎 著作权归作者所有。商业转载请联系作者获得授权,非商业转载请注明出处。

可以看出,空气质量的改善特别是细颗粒物浓度的下降确实降低了死亡率。也就是说,在这个浓度上,降低细颗粒物浓度确实使居住者的死亡率降低了。同时我们可以看到托皮卡的死亡率似乎上升了,这一点可以解释为在细颗粒物浓度降低到一定程度之后,其对死亡率的贡献率也下降了。其实这时候我们可以将环境污染控制的标准设定在15左右,再往下也许有改善,但可能此时控制别的污染因素更能有效降低死亡率。

那么是不是六城研究1993年提出来就导致政策改变呢?其实美国环保署一直想以六城研究为契机推动更为严格的清洁空气法案。但是这事怎么说呢,美国一直存在一批奉行市场万能的人,自然他们反对任何来自政府的调控:不让你减税就不错了。其中有一个叫做Citizens for a Sound Economy的组织,这是个背后有科赫兄弟赞助的第三方,他们这时候跑出来说这伙科学家不靠谱,得把原始数据给出来。做过流行病学研究的应该清楚,这种大范围抽样不可能未经同意去公布参与者数据的,更何况很多人都死了,你怎么让死人给你授权?然后他们就说你这个研究有猫腻,不敢公布数据,因此国会的议员也跑出来跟环保署说要么给证据,要么闭嘴。这事让环保署跟研究人员都很头痛,直到1997年才想起来让第三方独立调查给证据,又拖了三年,一个独立研究小组终于给出结论:研究数据与结论没问题。然而这时候直接已经拖到新千年了,六城研究被拖了6年多才得到认可。不过回看数据我们会发现,1990到1998年PM2.5其实没怎么降,真正大的降幅在之前的10年,也就是说,其实工业界赢了大概6年的缓冲期,不过也有可能是浓度降到一定程度就不好降了。然而,即使这样美国环保署认为到2010年,对颗粒物污染的控制措施还是挽救了16万人的生命。

其实国内类似的研究也不少,可以说结果的重要性不比六城研究小,然而他们的影响力并不够。我前后对比,发现很多研究都是在跟内行讲故事,缺少六城研究这种一眼就能看懂的图来推广自己。说的刻薄点,科研人员要学会推广自己的研究,让读者观众自己推理到你的结论最佳,这与教科书的学法类似。另外记住一些本学科内的经典研究案例也很重要,人都爱听故事,最好有爱恨情仇,最好有表情包。

然而,研究从结论走向政策还是会比我们预想的困难得多,即使它很出名,即使数据没问题。

参考文献

六城研究 An Association between Air Pollution and Mortality in Six U.S. Cities

六城研究后续 Reduction in Fine Particulate Air Pollution and Mortality

科赫兄弟 家族势力

CSE Citizens for a Sound Economy Citizens for a Sound Economy

14年哈佛大学对六城研究的纪念 Landmark air pollution study turns 20

2000年关于六城研究的数据验证报告 PDF

北京清洁区研究 北京清洁区大气颗粒物污染特征及长期变化趋势

科学博客的报道 Public Health Classics: Assessing air pollution and health in six U.S. cities, researchers’ findings changed the air we breathe