中国城市不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究概况

郭燕青 曹曼 韩雪燕 张玉 关天嘉 刘远立

基金项目：中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目（2021-I2M-1-046）

摘要：城市交通与公众的日常生活密切相关，交通微环境内的空气污染已成为不容忽视的公共卫生问题。本文通过回顾中国多城市不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究，进一步分析使用不同交通方式可能面临的各种污染物暴露水平差异，可为保护公众日常交通出行健康，以及采取有针对性的交通污染物控制措施提供参考。

关键词：交通方式；交通污染；暴露水平；比较研究

中图分类号： R128+.2；R128+.1  文献标识码： A  文章编号：1000-503X（2024）01-0119-09

DOI：10.3881/j.issn.1000-503X.15529

A Review of Comparative Studies on Exposure Levels of Air Pollutants Among Different Modes of Transportation in Chinas Cities

GUO Yanqing，CAO Man，HAN Xueyan，ZHANG Yu，GUAN Tianjia，LIU Yanli

School of Health Management Policy，Peking Union Medical College，Beijing 100730，China

Corresponding author：LIU Yuanli  Tel：13522592907，E-mail：liuyuanli_pumc@163.com

ABSTRACT：Urban traffic is closely related to the daily life of the public，and air pollution in the traffic microenvironment has become a public health problem that cannot be ignored.This paper reviews the comparative studies of air pollutant exposure levels among different modes of transportation in multiple cities in China.By comparing the exposure levels of pollutants among different modes of transportation，this paper provides a reference for protecting the health of the public in daily transportation and selecting targeted control measures.

Key words：mode of transportation；traffic pollution；exposure level；comparative study

Acta Acad Med Sin，2024，46（1）：119-127

亚洲、欧洲和北美等城市的居民有7%～10%的日常活动是在交通微环境中进行的，交通微环境中的空气污染物主要来自交通排放［1-2］。由于靠近污染源，人们在使用交通工具时面临较高的污染物暴露浓度，交通微环境的污染水平通常比室内或城市本底的污染水平高2～5倍［1， 3］。日常生活中人们常常使用各种交通工具出行，虽然出行者暴露时间较短，但在人们日常污染物暴露总量中交通污染物暴露量所占的比重仍不可忽视，如有研究发现通勤者在正常的通勤过程中吸入黑碳量占日常吸入黑碳总量的30%，出行者细颗粒物（particulate matter≤2.5 μm，PM2.5）暴露量占日常暴露总量的12%［4］。

为了探索选择不同交通方式对出行者的污染物暴露的影响，目前国际上已有多项研究对使用不同交通方式面临的多种污染物暴露特征进行了比较研究，也有综述按照污染物类别和研究开展的地区等对不同交通方式间空气污染物暴露水平分别进行了定量总结分析［3，5］。2017年de Nazelle等［5］为了比较主动和被动交通方式间的多种污染物暴露水平差异，系统分析了2000年至2016年间欧洲有关多种交通方式间污染物水平测量的比较研究文献，共纳入了8篇关于PM2.5的研究文献，7篇关于超细颗粒物（ultra fine particulate matter，UFP）的研究文献，3篇关于一氧化碳（carbon monoxide，CO）的研究文献，3篇关于黑碳的研究文献，结果发现：行人是所有研究中污染物暴露水平最低的，与行人相比，公共汽车、自行车和汽车的出行者PM2.5暴露浓度平均高1.3到1.5倍，UFP暴露浓度平均高1.1到1.7倍，CO暴露浓度平均高1.3到2.9倍。近年来伴随着经济和人口的快速增长，中国的主要大城市面临着更大的交通需求，在我国交通方式间的污染物暴露差异研究也成为热点，但目前尚无针对不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究开展情况和研究结果的概括总结。本文回顾了中国城市不同交通方式间污染物暴露水平比较研究文献，可为公众选择出行方式，政府制定交通污染物控制措施提供参考意见。

1  中国城市不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究开展概况

2000～2022年间共有15座中国城市开展了不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究，城市分布从我国北部到南部、从东部到西部均有涉及，包括了我国各大中心城市，调查结果具有一定的代表性，共计发表了31篇研究文献（表1）。研究文献中涉及的交通方式主要有11种，包括公交车、地铁、出租车、私家车、自行车、步行、摩托车、电动自行车、有轨电车、轮渡和轻轨，其中公交车和地铁这两种公共交通方式出现的頻次最高，说明公交车和地铁是大众出行最优先选择以及学者最关注的交通方式。乘坐交通工具可能接触到多种空气污染物，主要分为三大类：颗粒物、有机污染物和无机气态污染物，所有种类的污染物中最值得关注的是颗粒物，尤其是颗粒物中的PM2.5。

2  颗粒物暴露水平差异

不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究涉及最多的是颗粒物，颗粒物包括可入肺颗粒物（particulate matter≤1 μm，PM1）、PM2.5、可吸入颗粒物（particulate matter≤10 μm，PM10）、UFP等，其中针对PM1、PM2.5、PM10暴露水平的研究和测量数据较多，且这部分研究可提取数据，进行定量描述性分析。

数据提取和处理：从文献中提取各种交通方式（其中出租车与私家车，摩托车与电动自行车视作同种交通方式进行处理）的污染物测量值，数据提取时遵循的标准为：（1）在相同城市、时间和路线开展的研究视为一次“测量活动”，一次测量活动视为一次比较，若某研究包含多次测量活动，则应该分别进行提取；（2）如果测量的交通工具有不同的运行条件，则提取常见情况下的数据或可能暴露最高水平的数据［10］。为了控制不同研究间不同质可能造成的干扰，更好地表示各交通方式间污染物暴露水平的相对关系，需计算单个测量活动内的比值。由于公交车在各研究中出现频次最高，且公交车是各城市日常通勤中常使用的交通方式，所以一般会选择公交车这种交通方式作为被比较对象，来进行其他交通方式间颗粒物的暴露量比较。具体定量分析过程为先计算每个测量活动内的暴露比（即某次测量活动中使用其他交通方式与乘坐公交车的颗粒物平均暴露浓度之比，如地铁与公交颗粒物暴露比=地铁颗粒物平均浓度/公交颗粒物平均浓度），然后对这些暴露比进行汇总分析。下面我们提取了出租车和私家车、地铁、步行、自行车、摩托车和电动自行车和公交车数据，并计算这5种交通方式与公交车颗粒物暴露比。

31篇研究文献中有10篇进行了19次交通方式间的PM1暴露水平比较，对于PM1，所有（12/12）的测量活动比较结果显示地铁低于公交，其他交通方式的该情况出现的频率分别为出租车或私家车（8/15）、自行车（1/4）、步行（1/6）、摩托车或电动自行车（0/1）；5种交通方式与乘坐公交车的PM1暴露比的中位数（从低到高）依次为地铁为0.78、出租车和私家车为0.95、自行车为1.08、步行为1.25、摩托车和电动自行车为1.55。对于PM2.5，31篇研究文献中有21篇进行了36次测量活动，5种交通方式与公交车的暴露比值低于1出现的频率分别为地铁（20/29）、出租车或私家车（17/28）、自行车（1/14）、步行（2/15）、摩托车或电动自行车（1/5）；5种交通方式与乘坐公交车的PM2.5暴露比的中位数从低到高依次为出租车和私家车为0.75、地铁为0.82、步行为1.14、自行车为1.15、摩托车和电动自行车为1.75。31篇研究文献中有11篇涉及PM10，共进行了20次测量活动，5种交通方式与公交车的暴露比值低于1出现的频率分别为地铁（14/16）、出租车或私家车（13/18）、自行车（1/4）、步行（1/5）、摩托车或电动自行车（0/1）；5种交通方式与乘坐公交车的PM10暴露比的中位数从低到高依次为出租车和私家车为0.70、地铁为0.83、步行为1.12、自行车为1.18、摩托车和电动自行车为1.61。31篇研究文献中仅有1篇对北京公交车、地铁、私家车和自行车的UFP暴露水平进行了比较，结果发现乘坐公交车面临着最高的污染物暴露水平，其次是自行车和地铁，而且公交车的污染物暴露水平是自行车和地铁的两倍以上［11］。

3  有机污染物暴露水平差异

31篇研究文献中有5篇进行了有机污染物的交通方式间比较测量，不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究涉及的有机污染物主要为挥发性有机物（volatile organic compounds，VOC），如多环芳烃和甲醛。一般研究者更关注较封闭的交通工具中可能面临的有机污染物污染，但是不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究结果显示步行可能面临更严重的有机污染物污染［10，26，29］。研究者发现由于所选择的路线大多位于交通繁忙的城区，相较于地铁这种地下交通工具，公交车等地面交通工具有机污染物的暴露水平较高。Chan等［35］调查了广州地区公共交通方式中芳香族挥发性有机化合物的暴露水平，通过测量苯的暴露水平，发现出租车中苯的平均暴露水平（33.6 μg/m3）最高，空调巴士中苯的平均暴露水平（13.5 μg/m3）和非空调巴士中苯的平均暴露水平（11.3 μg/m3）次之，而地铁中苯的平均暴露水平（7.6 μg/m3）明显低于道路交通中苯的平均暴露水平，同时也发现其他有机化合物的微环境间变化与苯相似。Lau等［34］在香港的研究发现道路交通工具中VOC暴露水平最高，其次是铁路交通，海上交通最低。

4  无机气态污染物暴露水平差异

31篇研究文献中有4篇进行了无机气态污染物的交通方式间比较测量，不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究涉及的无机气态污染物包括CO、二氧化碳、一氧化氮、二氧化氮、氮氧化物、臭氧、二氧化硫。 不同交通方式间无机气态污染物暴露水平比较研究测量结果显示在常见的交通方式中，使用出租车时可能面临较高水平的CO和二氧化硫暴露，凡是涉及CO的研究的测量结果均显示出租车的CO暴露水平为最高，甚至是比CO污染暴露水平最低的交通方式高出5倍［37］。在郑州开展的研究发现二氧化硫的浓度在出租车和公交车中最低，而在骑自行车的人中最高，CO和二氧化碳则相反［15］。

5  不同交通方式间的污染物暴露水平差异

与其他交通方式相比，使用开放交通方式（自行车、步行、摩托车、电动自行车）会面临更严重的颗粒物污染，这可能是因为颗粒物主要来自交通工具外部，在开放交通微环境中通勤者没有屏蔽物，会直接暴露于污染环境中，而那些封闭的交通工具（公交车、地铁、出租车、私家车等）会将乘客与外部环境隔离开来，起到一定的屏蔽作用，同时这些交通工具通常还安装有空气净化装置，一定程度上缓解了颗粒物污染。当前在中国各大中小城市，电动自行车由于其环保、价廉、方便、快捷等优点成为越来越多通勤者选择的交通方式，电动自行车面临更严重的颗粒物污染，应该值得更多的关注，但遗憾的是关于电动自行车颗粒物及其他污染物的相关研究较少，从31篇研究文献中仅有的两篇文献来看，电动自行车使用者颗粒物暴露水平高于其他交通方式的使用者，虽然电动自行车和自行车都为开放式，但是电动自行车运行速度更快，且有些人会在机动车道上骑行，导致离汽车尾气排放源更近，所以电动自行车使用者颗粒物暴露水平高于其他交通方式的使用者［6，17］。在封閉式交通工具中，地铁、出租车或私家车的颗粒物污染情况是整体优于公交车的，但也有部分暴露比会呈现出较大的波动，甚至有些远高于公交车颗粒物暴露浓度，这可能是因为影响这些交通工具内颗粒污染物水平的因素复杂，且测量活动时各测量条件差异较大。

关于有机污染物和无机气态污染物的研究较少，从已有研究文献来看道路交通微环境中的VOC暴露水平较高，这可能与道路交通工具仍以使用各种燃料为主，且有较多有机污染物来源（如交通工具内部结构材料、发动机排放和消毒剂等）有关。一项在徐州开展的研究发现2019年新型冠状病毒疫情期间，在交通工具公共空间喷洒70%的酒精进行消毒，明显提高了乘客对VOC的暴露水平［10］。1995年11月～1996年7月Chan等［37］测量了香港主要交通工具中的CO、氮氧化物、二氧化硫，调查结果显示常见的各种交通微环境中无机气态污染物水平的递减顺序依次为：私家车、公交车、有轨电车、人行道、地铁、轮渡，特别是CO，在私家车中比其他交通微环境高出几倍。由于空间封闭且存在较多的污染源，因此在使用地面封闭式交通工具时接触到无机气态污染物的水平更高。

6  不同交通方式间空气污染物暴露水平差异的影响因素

不同交通方式间污染物暴露水平差异是多种因素共同作用的结果，已有多项研究对可能的影响因素进行了探讨，主要分为3部分：（1）与交通工具有关（如交通工具运行条件）；（2）与测量人员有关（如测量时的活动模式、测量位置等）；（3）外界环境方面的因素（如城市本底污染物浓度、气象条件等）。交通工具运行条件主要涉及公交车、地铁、出租车、私家车等封闭机动交通工具，测量时该类交通工具关闭窗户、打开空调或空气净化装置都会导致污染物浓度的降低。实验结果表明，空调系统的应用是影响车辆内颗粒物水平的一个重要因素，在大多数情况下，使用空调可以有效地降低颗粒物暴露水平（至少降低83%），开窗车内的颗粒物质量和数量浓度约为空调再循环车内的5倍［24，30］。在计算空气污染物暴露浓度时，大部分不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究项目仅测量了外界环境浓度，未考虑污染物吸入率的影响，值得注意的是与地铁、公交车和汽车相比，行人和骑自行车的人在通勤过程中会提高体力活动强度，从而导致污染物吸入率升高［38］。有研究同步測量了不同交通方式下调查者污染物的平均吸入率，结果显示骑自行车、步行、坐公交车和乘坐地铁污染物的平均吸入率分别为33.8L/min、22.5L/min、8.4L/min和8.4L/min［19］。当采用骑自行车或步行这些主动交通方式时不仅可能面临更高的外部污染物暴露浓度，还有可能面临更高污染物吸入率，从而造成更严重的健康损害，因此该类通勤者应使用一些个人防护设备来尽可能减少与各种污染物的接触。一项在四个中国城市开展的研究结果显示，不同城市间公交和地铁舱内颗粒浓度的变化主要与城市本底颗粒浓度呈正相关，出租车的舱内颗粒物浓度与城市降水和风速呈负相关，旅途中颗粒浓度的变化与旅客密度、姿势、舱内位置和窗口条件显著相关，其中一些表现出交互效应［6］。

7  总结和展望

公众在日常出行时使用不同的交通工具会面临不同的空气污染物暴露水平和风险。近年来，在我国各城市开展了多次不同交通方式空气污染物暴露水平的比较研究，基于对在2000至2022年开展的不同交通方式间空气污染物暴露水平比较研究的回顾分析，结果发现使用封闭式交通工具时颗粒物暴露水平普遍较低，有机和无机气态污染物暴露水平较高，使用开放式交通工具时则完全相反。由于这些暴露差异是多种因素共同作用的结果，深入的暴露差异分析需要更广泛的研究和更合理的设计，所以在未来再开展不同交通方式间污染物暴露水平比较研究时，研究者不仅需要广泛的调查研究和合理的设计，还应考虑其他环境因素对测量结果可能造成的影响以及如何避免或控制干扰因素，从而保证结果可靠。目前为止不同交通方式间空气颗粒物暴露水平比较研究对电动自行车、有机污染物和无机气态污染物的关注度依然较低，未来仍需开展更深入的调查研究。

利益冲突  所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明  郭燕青：文稿撰写，数据搜集、整理和分析，文稿修订和修改意见回复；曹曼、韩雪燕、张玉：文稿修改和润色，数据专业解释及对学术问题进行解答；关天嘉、刘远立：指导选题，对重要学术性内容做出关键性修订，解答学术问题并同意対研究工作诚信负责

参  考  文  献

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（收稿日期：2023-02-15）