佳文赏析 | 空气污染控制措施直接减少了美国的健康损失
The following article is from 能源环境经济与政策研究 Author LEEEP
题目
Air pollution control strategies directly limiting national health damages in the US
作者
Yang Ou, J. Jason West, Steven J. Smith, Christopher G. Nolte & Daniel H. Loughlin
期刊
Nature Communications
时间
24 August 2020
一作
单位
1. Department of Environmental Sciences and Engineering, University of North Carolina at Chapel Hill, Chapel Hill, NC 27599, USA. 2. ORISE Participant at the U.S. Environmental Protection Agency, 109 T.W. Alexander Drive, Research Triangle Park, NC 27711, USA. 3. Present address: Joint Global Change Research Institute, Pacific Northwest National Laboratory, 5825 University Research Court, College Park, MD 20740, USA
链接
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14783-2
研究背景
虽然前人的研究证实综合多个污染物的总体规划比单个减排行动的研究更经济、有效，但由于计算暴露结果的非线性模拟优化算法的复杂性，先前研究的重点通常是在相对较小的空间范围内或短期内的少量污染物上。
本研究以空气污染物导致的健康损失的减少量为约束，模拟最具成本效益的行动，是学界首创。相比于针对特定污染物或部门的绝对或相对排放量的传统减排策略，本文重点研究与PM2.5相关的死亡成本（以下简称PMMC），主要通过调查哪些部门、技术和州可以最经济有效地减少排放，以实现不同水平的PMMC削减目标。
研究方法
GCAM-USA模型
全球变化评估模型（GCAM-USA）是为长期、综合评估经济、能源、农业、土地利用、水和气候而设计的全球人-地系统模型。该研究使用了包含美国州级地区能源供应和需求市场的GCAM-USA模型。州级地区的经济活动是通过与外生数据，如人口、GDP 和劳动生产率相关的能源和服务需求驱动的。在每个模型运行周期的供需平衡是通过所有部门的一套均衡价格实现的，因此模型结果代表了满足建模时间段内能源和服务需求的条件下，最具成本效益的技术组合。GCAM-USA 通过经济活动（包括某一技术的能源输入或服务输出）乘以相应的排放系数来计算空气污染物排放。
GCAM-USA模型的边际减排曲线
GCAM-USA模型分析美国州级PMMC
情景设置
GCAM-USA中PMMC降低目标的表示
PMMC成本效益的减少
该研究将PMMC降低方案的成本效益确定为避免的死亡率与所需控制成本的比率。该指标将传统的排放影响敏感性范式 (每减少一吨排放可避免死亡率) 扩展为能源排放影响框架 (避免每一美元控制成本投资的死亡率)，如公式（1）所示。
ΔM代表避免的死亡，ΔC代表所需的控制成本，ΔE代表避免空气污染物的排放。在给定年份和给定PMMC减少情景的总政策成本是指PMMC边际减少曲线(MAC)下的面积。相应的边际政策成本是当前情景的政策成本与同一模拟年份的最低PMMC减少情景的政策成本之差。
研究结果
参考情景
PMMC减少50%的效果
图1 PM2.5死亡成本减少50% (US50情景)与两个参考情景相比的国家能源使用和PM2.5死亡成本
按燃料计算的全国能源使用量(a)；按燃料计算的BASE US50情景与BASE REF情景相比的部门能源变化量(b)；按燃料计算的HR US50情景与HR REF情景相比的部门能源变化量(c)；按燃料计算的全国PM2.5死亡成本(2018年美元)(d)；按燃料计算的BASE US50情景与BASE REF情景相比的部门PM2.5死亡成本变化量(e)；按燃料计算的HR US50情景与HR REF情景相比的部门PM2.5死亡成本变化量(f)
地区PMMC降低和行动
州级地区部分的PMMC取决于污染物的排放量和排放类型以及人口在排放地区和排放地区附近的暴露情况。2015年，PMMC的分布主要受传统排放源（如燃煤发电设备）和人口密度的影响，在OH和PA地区的PMMC最高（图2a）。2050年，在REF情景中，PMMC在包括OH东部中北部各州以及包括PA的中部大西洋各州都有降低（图2b）。
图2 地区PM2.5相关的死亡成本减少（PMMC）
估算REF情景中2015年州级地区PM2.5死亡成本(a)；REF情景中2050年与2015年相比的变化情况(b)；2050年US30相对于REF的变化情况(c) 和US50相对REF的变化(d)
图3 减少PMMC的地区行动
第一行图是2015年美国大陆三大高强度排放源的能源消耗-工业用煤(a)，建筑生物质(b)和工业液体(c)；第二行图表示2050年与2015年相比高强度排放源的能源消耗变化；第三行图是2050年US50情景和REF情景相比的能源消耗变化
然而，尽管PMMC在全国总体上降低，但是在部分南部州级地区，PMMC还是比较高，主要是由于人口增长和前期较少控制排放源的工业部门引起的增加。当实施国家的PMMC降低目标时，PMMC削减最大的地区分布在东部、北部、中部和大西洋沿岸各州（图2c, 2d），这些地区的人口和排放量往往更多。在US30 和US50 情景下，OH、PA、NY、MI 和WI的PMMC降低最大，表明这些州用清洁能源取代高强度排放源的成本较低，尽管会面临人口增长的挑战，但各州的PMMC都低于REF情景，只是减少占比在各个州之间的差异较大。PMMC的空间削减模式可以进一步解释为考虑高强度排放源的州级分布情况，特别是工业煤炭、建筑行业生物质、和工业液体(图3)。2015年，PA和OH的工业用煤总量占国家总量的31%，2050年，东南部州级地区PMMC的增加主要来自于工业部门煤炭用量的增长。
PMMC降低的成本效益
2050年US10-US50的边际收益没有随PMMC降低10%而发生变化，均为330亿美元 (图4a)，也就是在PMCC减少目标之间的收益相同，而边际成本增加了近50倍，从REF US10的3亿美元增加到了US40-US50的147亿美元，因为首先要用尽最具成本效益的控制方案(图4b)。对于考虑的所有PMMC减少方案，包括US50，减少PMMC的好处超过控制成本。即使在US50情景，2050年避免死亡的边际PM效益仍是边际政策成本的两倍多，而US50中全国总健康效益几乎是相应政策成本的7倍。
图4 PMMC降低的成本效益
2050年PMMC降低前提下PM2.5的边际健康效益和边际政策成本(a)；PM2.5的总健康效益和总政策成本(b)；2050年US50情景中州级地区PM2.5的总健康效益和总政策成本估计值(c)
US50对所有州都是具有成本效益的(图4c)。一般来说，在跨州空气污染规则 (CSAPR)的州中 (简单线性回归系数，β=7.5, N = 23) 减少PMMC比非CSAPR的州 (β=5.1, N = 26)更经济有效。CSAPR州是指在CSAPR中确定的排放对顺风空气污染有重大影响的地区。需要注意的是，州一级的PMMC系数代表该州排放物对该州内人口和该州顺风的死亡率影响。CSAPR的23个州在2015年合计占美国总人口的60%，而在US50情景下，23个CSAPR州在2050年PM健康总收益和政策总成本分别占全国的76%和71%，污染物减排获得了较高的健康效益，然而也带来了较高的政策成本。
研究结论
转载自能源环境经济与政策研究
原文编辑：方艳茹 江琴
经公众号授权转载
文章仅代表作者观点，与本公众号无关，版权归原作者所有
原文标题：空气污染控制措施直接减少了美国的健康损失
责任编辑：安静
审编：李倩
终审： 顾伟男 田巍 梁龙武
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