灰霾天气下空气品质和呼吸舒适度的关联性研究

文／甄 蒙 西安交通大学人居环境与建筑工程学院

高溯景 西安交通大学人居环境与建筑工程学院

引言

近年来西安的灰霾天气引起了广泛关注，许多学者对灰霾的成因、成分、危害、感知和适应行为等进行了研究。针对西安灰霾的物理化学特性，一些研究通过数值模拟和实地观测等方法获得了西安灰霾气溶胶分布与输送特征，对灰霾前期治理和政府建设城市通风廊道提供了一定参考[1]；针对西安灰霾的成因，一些研究通过资料搜查、数据分析等方法发现西安灰霾天气是在地形、水文、季节、生产生活方式等众多因素的综合影响下产生的[2]；针对西安灰霾的分布特征，一些研究采用资料收集和数据分析等方法，发现43 年来西安地区灰霾天气平均出现次数以城区最多，2000 年以后，中心明显向东南方向偏移[3]；针对西安灰霾的治理措施，一些研究通过实地调研、资料搜查等方法在立法、执法和构建长效法律机制方面都提出了建议[4]；针对西安市居民对灰霾的感知与适应行为、支付意愿，一些研究通过文献研究、统计分析等方法发现西安市居民对灰霾的整体感知度较高，同时居民的健康防护适应行为不断增加且受到年龄、文化程度等因素的影响[5]；针对公众灰霾敏感度差异，一些研究通过问卷调查和因子分析法发现公众在防护行为、降霾行为、生活影响感知和健康影响感知方面意见一致，且敏感度较高。在灰霾关注度方面，公众之间的分歧较大，对灰霾关注度小的公众敏感度较低[6]。

近年来，虽有各类学者从各种不同的方面展开了对西安灰霾的研究，但较少有对空气品质和呼吸舒适度的关联性研究。本研究着眼于人们的主观感受，从下垫面、性别、年龄这三个影响因素出发，探索空气品质和呼吸舒适度之间的关联性。研究可以从主观感受方面为灰霾天气下室外空间的空气品质改善提供指引，也可针对特定人群提出针对性建议。研究有助于提高居民的幸福指数。

1 研究对象及研究方法

1.1 研究对象

以中国西部科技创新港内两处场地及路过人群为研究对象，场地分别为南广场和水池边（图1）。

图1 场地位置

1.2 研究方法

研究采用问卷调查的方法，以PM10 浓度为基准，从下垫面、性别、年龄这三个因素出发研究其对灰霾天气下空气品质投票以及呼吸舒适度投票的影响，从而展开对空气品质和呼吸舒适度的关联性分析。问卷调查于2020 年11 月2 日至2020 年12 月19 日进行。

1.2.1 问卷调查

本研究通过问卷中设置的空气品质7 度标尺和呼吸舒适度7 度标尺来询问受试者，得分越高说明受试者对空气品质和呼吸舒适度的评价越好。我们将数据以“日”为单位求平均，分别求出每日平均PM10 值、每日平均空气品质投票值以及每日平均呼吸舒适度投票值，国家对于可吸入颗粒物PM10的日平均一级标准、二级标准、三级标准分别为50、150、250[7]。数据可分别建立线性回归方程，斜率的绝对值大小体现受试者对于相应变化的敏感度，绝对值越大则敏感度越高（图2）。

图2 评价标尺

1.2.2 环境参数测试

在问卷发放时间内用TSI 8530 呼吸性粉尘采样仪对所处环境的PM10 值进行测量记录。仪器的选择参考ISO 7726：1998 有关规定，选择符合测试精度及敏感度的仪器。测试点高1m（表1）。

表1 实验仪器、量程及精度

2 调查结果

2.1 样本信息

调查共收到有效问卷421 份。研究采用分组对比的方式，在有关下垫面的研究中分为南广场和水池边两组；在有关性别的研究中分为男和女两组；在有关年龄的研究中分为≤25 岁和≥26 岁两组。

2.2 下垫面对空气品质投票和呼吸舒适度投票的影响

分别对两组的空气品质投票和呼吸舒适度投票进行统计，结果如下所示。χ 表示PM10的值，单位为μg/m3；γ 表示投票值（表3、图3、表4、图4）。

关于下垫面对空气品质投票的影响。两种下垫面的空气品质投票值都随空气质量的下降而下降；在图像的线性关系拟合方面，南广场的斜率为-0.0028，水池边的斜率为-0.0033，二者图像几乎重合且差异性不大，可见在灰霾天气下，下垫面对空气品质投票有影响但影响较小（表3、图3）。

图3 空气品质投票

表2 样本信息

表3 空气品质投票

关于下垫面对呼吸舒适度投票的影响。两种下垫面的呼吸舒适度投票值都随空气质量的下降而下降；在图像的线性关系拟合方面，南广场的斜率为-0.0027，水池边的斜率为-0.0031，二者图像几乎重合且差异性不大，可见在灰霾天气下，下垫面对呼吸舒适度投票有影响但影响较小（表4、图4）。

图4 呼吸舒适度投票

表4 呼吸舒适度投票

2.3 性别对空气品质投票和呼吸舒适度投票的影响

分别对两组的空气品质投票和呼吸舒适度投票进行统计，结果如下所示。χ 表示PM10的值，单位为μg/m3；γ 表示投票值（表5、图5、表6、图6）。

关于性别对空气品质投票的影响。无论哪种性别，空气品质投票值都随空气质量的下降而下降；在线性关系的斜率方面，男性为-0.0062，女性为-0.0029，说明男性对于空气品质的变化更敏感。当PM10=50μg/m3时男性的空气品质投票值比女性高0.595，当PM10=150μg/m3时，男性的空气品质投票值比女性高0.265，当PM10 ＜230.3μg/m3时两组的投票值差距随空气品质的下降而减小，直至PM10=230.3 时两组投票值相同。综上所述，在灰霾天气下，性别对空气品质投票有影响，当PM10＜230.3μg/m3时，在相同空气品质下，男性的空气品质投票值较女性更高，但该影响随着空气品质的下降而不断变小（表5、图5）。

图5 空气品质投票

表5 空气品质投票

关于性别对呼吸舒适度投票的影响。无论哪种性别，呼吸舒适度投票值都随空气品质的下降而下降；在线性关系的斜率方面，男性为-0.0042，女性为-0.0034，说明男性对于呼吸舒适度的变化更敏感。相同的PM10 浓度下，男性的呼吸舒适度投票值始终高于女性，当PM10=50μg/m3时，男性的呼吸舒适度投票值比女性高0.46，当PM10=150μg/m3时，男性的呼吸舒适度投票值比女性高0.38。综上所述，在灰霾天气下，性别对呼吸舒适度投票有影响，在相同空气品质下，男性的呼吸舒适度投票值普遍较女性更高（表6、图6）。

图6 呼吸舒适度投票

表6 呼吸舒适度投票

2.4 年龄对空气品质投票和呼吸舒适度投票的影响

分别对两组空气品质投票和呼吸舒适度投票进行统计，结果如下所示。χ表示PM10的值，单位为μg/m3；γ 表示投票值（表7、图7、表8、图8）。

关于年龄对空气品质投票的影响。无论哪种年龄，空气品质投票值都随空气质量的下降而下降；在线性关系的斜率方面，≤25 岁组的斜率为-0.0043，≥26 岁组的斜率为-0.0007，说明≤25 岁的受试者对于空气品质的变化更敏感。当PM10=50μg/m3时，≤25 岁组的空气品质投票值比≥26 岁组高0.56，当PM10=150μg/m3时，≤25 岁组的空气品质投票值比≥26岁组高0.2，当PM10＜205.6μg/m3时两组的投票值差距随空气品质的下降而减小，直至PM10=205.6μg/m3时两组投票值相同。综上所述，在灰霾天气下，年龄对空气品质投票有影响，当PM10 ＜205.6μg/m3时，在相同空气品质下，≤25 岁组的空气品质投票值较≥26 岁组更高，但该影响随着空气品质的下降而不断变小（表7、图7）。

图7 空气品质投票

表7 空气品质投票

关于年龄对呼吸舒适度投票的影响。无论多大年龄，呼吸舒适度投票值都随空气质量的下降而下降；≤25 岁组的斜率为-0.0035，≥26 岁组的斜率为-0.0024，说明≤25 岁的受试者对于呼吸舒适度的变化更敏感。当PM10=50μg/m3时，≤25 岁组的呼吸舒适度投票值比≥26 岁组高0.145，当PM10=150μg/m3时，≤25 岁组的呼吸舒适度投票值比≥26 岁组高0.035，当PM10＜181.8μg/m3时两组的投票值差距随空气品质的下降而减小，直至PM10= 181.8μg/m3时两组投票值相同。综上所述，在灰霾天气下，年龄对呼吸舒适度投票有影响，当PM10＜181.8μg/m3时，在相同空气品质下，≤25岁组的呼吸舒适度投票值较≥26 岁组更高，但该影响随着空气品质的下降而不断变小（表8、图8）。

图8 呼吸舒适度投票

表8 呼吸舒适度投票

3 结论

研究采用问卷调查的方法，从下垫面、性别、年龄这三个因素出发研究其对灰霾天气下空气品质投票以及呼吸舒适度投票的影响，从而展开对空气品质和呼吸舒适度的关联性研究，主要结论如下：

（1）在灰霾天气下，性别对空气品质投票和呼吸舒适度投票都有影响。男性对于空气品质和呼吸舒适度的变化都更敏感；当PM10＜230.3μg/m3时，在相同空气品质下，男性的空气品质投票值较女性更高；在相同空气品质下，男性的呼吸舒适度投票值普遍较女性更高。

（2）在灰霾天气下，年龄对空气品质投票和呼吸舒适度投票都有影响。≤25 岁的受试者对于空气品质和呼吸舒适度的变化都更敏感；当PM10＜205.6μg/m3时，在相同空气品质下，≤25岁组的空气品质投票值较≥26岁组更高，但该影响随着空气品质的下降而不断变小；当PM10 ＜181.8μg/m3时，在相同空气品质下，≤25 岁组的呼吸舒适度投票值较≥26 岁组更高，但该影响随着空气品质的下降而不断变小。

（3）该研究对厘清灰霾污染与人体健康的关联关系具有探索意义，对减少灰霾污染、提高居民幸福感具有理论意义。

结语

本研究主要从三个因素入手研究空气品质和呼吸舒适度的关联性。

首先，就三个因素来说，关于下垫面，研究表明其对空气品质投票和呼吸舒适度投票的影响有限，这种影响的有限可能是由于南广场和水池边这两处场地的地理位置对于空间尺度的研究来说较小造成的，之后的研究可以选择地理位置更远的两处或多处下垫面进行研究；关于年龄，由于我们的研究对象是校园，大多数受试者都是≤25 岁的学生，年龄样本分布不均，之后的研究可以选择年龄分布较为均衡的对象，年龄的分组也可以更细。

再而，本研究选择了下垫面、性别、年龄这三个影响因素作为切入点，之后的研究可以从更多的影响因素（如呼吸系统疾病等）切入，从而进一步完善空气品质和呼吸舒适度关联性的有关研究。

图表来源

图1：左图来源于国家地理信息公共服务平台，右图为作者自摄

其余所有图片表格均为作者自绘