美国气候政策对空气质量与健康的协同效益研究

本文构建模型评估美国气候政策，发现协同行动可减 PM2.5相关死亡，多因素影响效益。

　　

研究背景

美国为应对气候变化，设定了到 2030 年将净温室气体（GHG）排放量较 2005 年削减 50% - 52% ，以及到 2050 年实现净零排放的宏伟目标。减少 GHG 排放的行动能降低化石燃料使用产生的空气污染，进而带来健康协同效益。已有研究表明，美国的气候行动具有潜在的巨大健康协同效益，预计到 2030 年，气候和清洁能源政策可避免 3400 - 20000 例过早死亡，这是因为这些政策能降低未来环境细颗粒物（PM_2.5）的水平。

然而，目前仍存在两个重要问题。一方面，气候政策涉及联邦、州、地方政府以及企业和社区组织等众多社会行为者，先前研究多评估单个行动的健康协同效益，缺乏对联邦和地方行动相互作用的系统评估。另一方面，未来空气质量和健康状况还受气候行动之外的因素影响，如空气污染控制力度和社会经济趋势，这些因素对基线污染和健康水平起着重要作用，目前对于它们与气候行动如何相互作用，从而影响健康协同效益的规模和分布，尚缺乏深入了解。

研究方法

为解决上述问题，研究人员构建了一个耦合能源 - 污染 - 健康的建模框架，该框架由四个部分组成：

1. 州级综合评估模型：利用全球变化分析模型的美国州级版本（GCAM - USA）评估能源和排放。
2. 降尺度模块：根据 2017 年国家排放清单（NEI），将排放估算到 12 km×12 km 的网格水平。
3. 空气质量模型：使用简化复杂性的空气污染干预模型（InMAP）模拟 PM_2.5的年环境浓度。
4. 健康影响评估：基于环境效益映射和分析程序（BenMAP）进行县级健康影响评估，量化长期暴露于 PM_2.5导致的过早死亡。

研究设定了三种情景进行模拟和比较：

1. “基线” 情景：考虑社会经济变化和常规空气污染控制措施的影响，不涉及气候政策。
2. “现有气候政策” 情景：涵盖当前的气候和清洁能源政策，如联邦通胀削减法案（IRA）中的财政激励措施，以及州级的可再生能源组合标准和电动汽车（EV）销售目标等。
3. “全面气候政策” 情景：代表一种高雄心、全社会参与的方法，包括联邦政府和各州加强气候行动，以及城市、企业和其他非联邦行为者的支持行动。

研究结果

1. 全国范围内的协同效益：在气候结果方面，气候政策显著减少了 CO₂排放，更雄心勃勃的情景下减排幅度更大。在 “基线” 情景中，预计 2030 年美国全国 CO₂和 GHG 排放量分别比 2015 年降低 21% 和 11%，相对于 2005 年则降低 31% 和 20%。而在 “现有气候政策” 和 “全面气候政策” 情景中，相对于 2015 年，全国 CO₂排放量预计分别减少 34% 和 46%，GHG 排放量分别减少 31% 和 41%。

在健康结果方面，社会经济趋势和污染控制措施会影响基线污染和健康水平。2015 年，全国 PM_2.5相关死亡人数约为 69300 人（置信区间：33200 - 106100）。到 2030 年，仅考虑社会人口因素，PM_2.5相关死亡人数预计增加 12800 人，但由于常规空气污染控制措施降低了 PM_2.5水平，死亡人数又减少了 14200 人，综合两者影响，“基线” 情景下 2030 年 PM_2.5相关死亡人数预计为 67900 人（置信区间：32500 - 104100），比 2015 年降低 2%。

重要的是，额外的气候政策行动能带来显著的空气质量和健康协同效益。与 “基线” 情景相比，“现有气候政策” 情景下，2030 年全国 PM_2.5相关死亡人数预计减少约 4400 人（置信区间：2200 - 6800）；“全面气候政策” 情景下，预计进一步减少约 2200 人（置信区间：1000 - 3300），总共比 “基线” 情景减少约 6600 人（置信区间：3200 - 10100）。2. 健康协同效益的空间分布差异：研究发现，排放和健康效应在各州和各县的分布并不均匀。从绝对变化来看，经济规模和人口较大的州，如加利福尼亚州、得克萨斯州、纽约州和宾夕法尼亚州，预计减少的 CO₂排放量和 PM_2.5相关死亡人数更多。从相对变化来看，不同州之间差异较大，反映了各州在能源结构、气候政策力度和社会人口模式（如老龄化）等方面的独特特征。

在县级层面，许多县都有显著的健康协同效益。与 “基线” 情景相比，“现有气候政策” 情景下，43% 的县预计 PM_2.5相关死亡人数减少超过 5%，但内华达州和爱达荷州的部分县（约 2%）由于基线污染水平较低，预计死亡人数会有小幅增加。“全面气候政策” 情景下，几乎所有县都有望实现净健康协同效益，其中 67% 的县预计死亡人数减少超过 5%，31% 的县预计减少超过 10%。3. 州级健康协同效益的决定因素：以六个州为例，研究发现从煤炭和汽油向清洁能源的转变是减排的主要驱动力，但一些低碳能源技术可能会带来新的空气污染物排放源。例如，电力部门从煤炭向可再生能源的转变减少了 SO₂和氮氧化物（NO_x）排放；交通部门从汽油和柴油车辆向电动汽车或生物燃料车辆的转变减少了 NO_x排放。然而，得克萨斯州因运输方式转变，导致运输相关 NO_x排放增加；加利福尼亚州生物能源和煤炭（配有碳捕获与封存技术，CCS）发电增加，使得电力相关 SO₂和初级 PM_2.5排放略有上升。

前体空气污染物排放的变化，尤其是 SO₂和 NO_x排放的大幅下降，有助于降低所有六个州的环境 PM_2.5浓度。但各州之间的差异不仅受前体排放影响，还受当地气象和大气条件影响，如弗吉尼亚州因周边州减排，其 PM_2.5浓度和相关死亡人数显著降低。

此外，当地社会人口特征影响人口对空气污染的脆弱性，进而影响健康结果。例如，尽管加利福尼亚州 PM_2.5浓度降低幅度小于得克萨斯州，但由于加利福尼亚州老年人口比例较高（2030 年预计为 19%，得克萨斯州为 16%），其健康协同效益更大。4. 政策执行和协调的影响：研究表明，联邦气候和能源政策执行不完全会大幅降低健康协同效益。假设由于执行不完善，仅实现 80% 的减排潜力，“全面气候政策” 情景下，六个州的健康协同效益（以 PM_2.5相关死亡率的百分比降低衡量）将减少 14% - 50%。

不同州实现健康协同效益的最有效州级气候行动各不相同。例如，在加利福尼亚州，州级电动汽车政策产生健康协同效益的潜力较大；在得克萨斯州，淘汰煤炭政策更有效；宾夕法尼亚州则从这两种政策中都能获得较大协同效益。

污染控制措施和社会经济变化会影响基线健康结果，进而影响气候行动的健康协同效益规模。例如，实施末端控制措施使化石能源活动主要空气污染物排放因子降低 20%，六个州 “全面气候政策” 情景下的 PM_2.5相关死亡率预计降低 3% - 8%；假设 2015 - 2030 年基线死亡率下降速度加快（从主要结果中的共享社会经济路径 2，SSP2，转变为 SSP1），六个州的 PM_2.5相关死亡率预计降低 7% - 12%。

健康协同效益的分布和公平性含义取决于对公平性的定义和衡量方式。以社会脆弱性指数（SVI）不同的县为例，当以 PM_2.5相关死亡人数减少衡量协同效益时，SVI 较高的县平均受益更大；当以 PM_2.5相关死亡率降低来标准化人口规模影响时，SVI 较低的县预计受益更大。

讨论

1. 政策启示：本研究发现 “全面气候政策” 情景下有显著的空气质量和健康协同效益，但健康协同效益的规模和分布受气候政策行动的选择和执行水平影响，更广泛的空气质量和健康结果还受社会经济趋势和空气污染控制措施影响。

基于此，研究提出两个主要政策启示。一是要制定协同政策，共同减少 CO₂排放和空气污染。在电力部门，从煤炭向风能和太阳能发电的转变可有效减少 SO₂、NO_x和 CO₂排放，如联邦对可再生电力的税收激励、州级可再生能源组合标准和地方清洁电力目标等政策相互配合；在交通部门，联邦燃油效率标准、州级电动汽车激励措施和地方电动汽车充电基础设施投资，可推动向低碳、清洁出行方式转变，减少尾气排放；在工业部门，联邦对清洁工业技术的资助、州级工业脱碳政策和地方绿色制造区建设，有助于采用可再生能源、提高能源效率和减少污染物排放；在建筑部门，联邦能源效率计划、州级建筑能源性能规范和地方改造计划，可促进节能，降低碳排放和空气污染。

二是协调气候、空气质量和其他社会经济方面的工作至关重要。除了气候行动的协同效益，改善整体健康状况和加强污染控制也能减少与污染相关的健康损害。但由于治理结构分散和政策行为者多样，协调能源、气候和健康问题面临挑战。因此，增强州和地方行为者的能力，对于促进能源、气候和健康方面的协调决策至关重要。2. 未来研究方向：本研究也为未来研究提出了重要问题。首先，需要更广泛地涵盖健康相关指标，进行更全面的健康影响评估。目前研究仅关注长期暴露于 PM_2.5的死亡率影响，而臭氧和室内空气污染等其他环境污染物也对健康有重要负面影响，包括短期和长期影响，以及对身体和心理健康的影响。考虑更广泛的健康暴露和结果，有助于理解气候政策行动的多维健康效应和协同效益潜力。

其次，未来评估需提高建模能力和不确定性量化水平，以进行更精细尺度的评估。排放降尺度方法对确定未来排放热点很关键，未来研究应探索动态降尺度方法，考虑社会经济、人口、能源和排放活动的共同演变，并妥善处理相关结构和参数的不确定性。同时，要更好地表示非能源部门的排放，改进空气质量模型的结构和复杂性，以更准确地模拟污染物和提供更详细的时间信息。

再者，更详细地表示政策行为者及其行动，有助于提高协同效益评估的决策相关性。目前在模型中表示不同类型的政策行为者和行动存在困难，未来需解决如何建模和组合基于价格和基于数量的政策、如何模拟技术学习等动态变化，以及如何表示政策相互作用等问题。

最后，需要更深入地理解潜在的权衡。本研究主要关注气候、污染和健康目标的协同，但公平也是重要的政策考虑因素。一些研究表明，基于成本最低原则设计能源脱碳策略，在减轻暴露差异方面可能不如优先考虑公平目标的方法有效，可能存在公平与效率的权衡，以及不同公平目标之间的权衡。未来研究应系统地处理公平性考虑，仔细评估不同地区、人群和政策目标之间的潜在权衡。