臺灣中部地區PM2.5化學特性與多種污染物健康風險的綜合分析：對新冠疫情期間優化空氣質量健康指數（AQHI）的啟示
《Science of The Total Environment》：Integrated analysis of PM
2.5 chemical characteristics and multi-pollutant health risks in Central Taiwan: Implications for optimizing the air quality health index (AQHI) during the COVID-19 pandemic
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時間：2026年02月27日
來源：Science of The Total Environment 8
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AQHI integrating PM2.5, O3, and NO2 better reflects pandemic-altered emission patterns and health risks in Taichung, with PAHs and WSIs showing distinct temporal variations linked to industrial/traffic activity shifts.摘要
陳佩瑜|吳團宏|Shahzada Amani Room|徐元成|李彥清|潘世宇|蕭達志|陳宇成|戚凱賢
摘要
傳統的空氣質量指數（AQI）系統往往無法充分反映多種污染物對健康的影響。空氣質量健康指數（AQHI）通過整合PM2.5、O3和NO2的日濃度來估計人群健康風險，從而解決了這一局限。本研究調查了2020年至2022年間臺灣臺中市PM2.5的化學特性，重點關注工業區和交通區的多環芳烴（PAHs）和水溶性離子（WSIs）。在疫情限制期間，遠程工作和在線學習增加了電力需求，同時水溶性離子的總濃度也升高，這主要是由于非海鹽硫酸鹽（nss-SO?2?）的增加（工業區為11.8 ± 4.12 μg/m3）。相比之下，PAH濃度在封鎖期間有所下降，但在疫情后的溫暖季節出現了顯著反彈，達到了疫情期間的兩到三倍。來源分配分析表明，與交通相關的排放，尤其是柴油尾氣，是環境PAH的主要來源。基于AQHI和門診記錄（2016–2022年；按疫情前、中、后階段分層）的健康風險分析顯示，高風險的AQHI水平（≥7）與呼吸系統和心血管疾病的發病率增加有關。滯后效應分析表明，PM2.5和NO?具有急性和持續性的健康風險，而O?則表現出延遲的負相關關系。研究結果表明，在疫情改變的活動模式下，AQHI是一個更敏感的短期健康相關指標。這種綜合方法為臺灣采用AQHI進行風險溝通和保護脆弱人群提供了實證支持。
引言
人口快速增長、城市化進程加快以及工業活動的擴張是導致空氣質量惡化的關鍵因素。隨著交通需求的激增，全球空氣污染問題日益嚴重，不僅對公共衛生構成威脅，也對氣候變化緩解和可持續發展帶來挑戰。這些壓力促使全球科學界和政策制定者將空氣質量管理作為環境治理和研究的重點（Bai等人，2018年）。大量流行病學證據表明，空氣污染與每日死亡率、急診就診次數和呼吸系統及心血管疾病的住院率有關（Linn等人，2000年；Xiao等人，2016年）。空氣污染也被認為是導致過早死亡的主要環境風險因素之一（Bhatnagar，2006年）。根據世界衛生組織（WHO）的數據，每年約有七百萬人因空氣污染而過早死亡，相關疾病包括肺癌、心血管疾病、中風、急性呼吸道感染和慢性阻塞性肺病（WHO，2021年）。在低收入和中等收入國家，超過91%的人口生活在空氣污染物水平超過WHO空氣質量指南的城市中；即使在高收入國家，也有近一半的城市未能達到推薦的標準。COVID-19大流行提供了一個獨特的“自然實驗”，可以考察人類活動對空氣質量的影響，因為封鎖和出行限制大幅減少了交通和某些工業活動，導致多種污染物在短期內下降（Adam等人，2021年；Barua和Nath，2021年）。
傳統的AQI僅使用單一污染物的日最大濃度進行構建，因此無法捕捉多種污染物之間的疊加或協同效應；因此，它可能低估了時間序列研究中常見的近線性、低閾值暴露-反應關系（Wang等人，2022年；Tang等人，2024年）。相比之下，空氣質量健康指數（AQHI；Stieb等人，2008年）結合了PM2.5、O3和NO2的日濃度，并使用從死亡率時間序列模型（例如，Poisson廣義加性模型）估算的系數（β）來生成一個0–10+的健康參考尺度，該尺度與累積超額風險成正比。AQHI框架已在多個地區得到驗證（To等人，2013年；Mason等人，2020年；Stieb等人，2008年）。因此，本研究采用AQHI來量化臺灣中部地區的短期暴露-反應關系，以評估死亡率和發病率。
然而，臺灣的相關實證研究仍然很少，特別是關于COVID-19大流行期間PM2.5化學成分變化及其對AQHI相關健康風險影響的研究。特別是，即使在低濃度暴露條件下，多環芳烴（PAHs）和水溶性離子（WSIs）等有毒成分也可能對健康產生顯著影響（Hassanvand等人，2015年）。
本研究聚焦于臺灣中部的工業和交通樞紐——臺中市，探討了COVID-19大流行期間（2020–2022年）PM2.5的化學成分變化，重點關注PAHs和WSIs的時間變化。為了進行健康風險評估，將臺中市監測網絡的污染物濃度與國家健康保險研究數據庫（NHIRD）——特別是門診和急診護理索賠數據集（西醫、中醫和牙科）相結合，構建并應用AQHI進行短期多污染物風險估計以及呼吸系統和心血管結果的暴露-反應分析。通過將大氣化學與流行病學建模相結合，這一跨學科框架闡明了不同疫情階段排放源、化學成分和人群健康反應的變化，為臺灣的疫情后空氣質量管理和健康保護策略提供了政策相關的證據。
研究設計與數據來源
臺中市是臺灣第二大城市，人口約為280萬，以密集的交通走廊和靠近主要固定排放源為特征，這些排放源包括燃煤發電、石化設施、金屬制造和城市廢物焚燒。該市的盆地地形和亞熱帶氣候進一步加劇了在不利擴散條件下的污染物積累。
兩個固定
不同COVID-19階段固定排放物和環境空氣污染物的變化
基于2.1研究設計與數據來源和2.2采樣方法及質量控制中描述的數據集和采樣方法，本研究分析了2020年至2022年間固定排放物和環境空氣污染物的變化，涵蓋的關鍵污染物包括PM2.5、O?、SO?、NOx和煙囪不透明度。
在CEMS結果（圖2；表S2）中，二級警報期間煙囪不透明度從12.1 ± 1.13%下降到11.1 ± 0.783%，表明燃煤發電廠的顆粒物排放減少
討論
COVID-19大流行提供了一個獨特的準自然實驗，用于考察不同污染源的排放動態。結果表明，燃煤電廠的煙囪排放并未因經濟活動的減少而均勻下降。相反，在三級警報期間，SO?和NOx濃度暫時增加，這與居家政策下居民部門的電力需求增加相吻合。
結論
本研究整合了多源空氣質量監測、化學特性分析和流行病學分析，以考察COVID-19大流行對排放結構、PM?.?成分及相關健康風險的影響。基于2020年至2022年間季度PM?.?采樣的化學成分分析顯示，疫情前后污染源的貢獻和污染物特征發生了顯著變化。與燃煤電廠相關的排放
CRediT作者貢獻聲明
陳佩瑜：寫作 – 審稿與編輯，原始草稿撰寫，方法論，調查，資金獲取，正式分析，數據管理，概念化。吳團宏：寫作 – 審稿與編輯，方法論，概念化。Shahzada Amani Room：寫作 – 審稿與編輯，方法論，概念化。徐元成：寫作 – 審稿與編輯，資源協調。李彥清：數據管理，概念化。潘世宇：寫作 – 審稿與編輯，數據管理。蕭達志：
利益沖突聲明
作者聲明他們沒有已知的財務利益或個人關系可能影響本文的研究結果。
致謝
本研究得到了臺灣國家科學技術委員會（NSTC 113-2111-M-A49-001）的支持。作者感謝所有參與現場采樣、化學分析和流行病學數據處理的團隊成員的貢獻。我們也感謝編輯和匿名審稿人提供的建設性反饋，這些反饋顯著增強了本文的最終版本。
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