Влияние нормативных требований на качество воздуха и число обращений в отделения неотложной помощи в агломерации Атланты, 1999–2013 гг

Введение: В США и Западной Европе качество воздуха значительно улучшилось — предположительно, благодаря различным нормативным требованиям, ограничивающим выбросы из многочисленных источников локального, регионального и глобального загрязнения. Однако эти требования и связанные с ними меры контроля потребовали немалых затрат — по оценкам, десятков миллиардов долларов в год. Такие затраты ставят вопросы об эффективности регулирования: насколько нормативные требования приводят к сокращению выбросов и, что важнее, в какой степени они обеспечивают ожидаемую пользу для здоровья населения?

Рассмотрено влияние конкретных нормативных требований на выбросы энергоблоков электростанций и автотранспорта в рамках классического подхода к оценке эффективности регулирования, изложенного в докладе Института эффектов для здоровья за 2003 год. Этот подход связывает нормативные требования с выбросами, качеством воздуха и воздействием на здоровье. Исследование охватывает период 1999–2013 гг. и посвящено мерам регулирования на юго-востоке США и их влиянию на показатели здоровья жителей пяти округов агломерации Атланты. Большинство рассматриваемых мер было обусловлено поправками 1990 года к Закону о чистом воздухе. Изучались меры в отношении энергоблоков электростанций: Программа по борьбе с кислотными дождями (ARP), Программа торговли квотами на выбросы оксидов азота (NBP) и Правило о межштатном переносе загрязнителей (CAIR), а также меры в отношении автотранспорта: стандарты Tier 2 для бензиновых автомобилей и Правило 2007 года для дизельных автомобилей большой грузоподъёмности.

Методы: На каждом этапе классической оценки эффективности регулирования применяли один или несколько методов. Связь нормативных требований с выбросами оценивали, выявляя основные федеральные и соответствующие им региональные нормативные акты, анализируя выбросы отдельных объектов и используемые технологии контроля, а также моделируя выбросы, в том числе с помощью модели Агентства по охране окружающей среды США MOVES для автотранспорта. Органы регулирования, включая региональные ведомства по охране окружающей среды и транспорту и комиссии по коммунальным услугам, играют важную роль в реализации федеральных правил. Они участвовали в исследовании наряду с другими региональными заинтересованными сторонами. Для изучения актуального вопроса о возможном значительном завышении оценок выбросов оксидов азота (NOx) автотранспортом использовали анализ временных тенденций, моделирование качества воздуха, спутниковые данные и метод отношения отношений.

Связь между выбросами и качеством воздуха оценивали с помощью эмпирического анализа и моделирования переноса химических веществ с использованием модели Community Multiscale Air Quality (CMAQ). Фильтрацию Колмогорова—Зурбенко с учётом дня года применяли для разделения сигнала качества воздуха на долгосрочную, сезонную, связанную с рабочими и праздничными днями и краткосрочную метеорологическую составляющие. Затем с помощью регрессионных моделей оценивали связь выбросов и метеорологических условий с концентрациями в атмосферном воздухе для каждого из исследованных веществ: озона (O₃), частиц размером ≤ 2,5 мкм (PM₂.₅), диоксида азота (NO₂), диоксида серы (SO₂), оксида углерода (CO), сульфатов (SO₄²⁻), нитратов (NO₃⁻), аммония (NH₄⁺), органического углерода (OC) и элементарного углерода (EC). Моделирование CMAQ также использовали для оценки влияния изменений выбросов на качество воздуха и для определения относительного вклада метеорологических факторов и изменений выбросов в тенденции качества воздуха. С помощью CMAQ и эмпирического моделирования изучали динамику кислотности аэрозолей; pH рассчитывали по составу аэрозолей с использованием термодинамической модели равновесия ISORROPIA II. На основе выявленных связей между выбросами и метеорологическими условиями построили контрфактические временные ряды суточных концентраций загрязнителей, которые могли бы наблюдаться при отсутствии нормативных требований. Неопределённость контрфактических оценок учитывали, сформировав с помощью метода Монте-Карло 5000 временных рядов концентраций загрязнителей с учётом неопределённости выбросов и параметров модели.

Влияние нормативных мер на здоровье оценивали по данным об обращениях в отделения неотложной помощи по поводу заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем. Использовали индивидуальные данные пациентов из агломерации Атланты за 1999–2013 гг. Выбрали четыре группы исходов, для которых в предыдущих исследованиях была выявлена связь с загрязнением воздуха: объединённую группу респираторных заболеваний (RD), её подгруппу с бронхиальной астмой, объединённую группу сердечно-сосудистых заболеваний (CVD) и её подгруппу с застойной сердечной недостаточностью (CHF).

Для оценки совместного влияния нескольких загрязнителей на число обращений применяли модели временных рядов — обобщённые линейные модели Пуассона с учётом сверхдисперсии. Временные и метеорологические ковариаты, а также лаговые структуры задавали заранее. Рассматривали несколько вариантов моделей совместного воздействия, включая разные наборы загрязнителей, нелинейные члены для концентраций и взаимодействия первого порядка между загрязнителями. Поскольку связь между концентрациями загрязнителей и числом обращений менялась в течение периода исследования, оценивали модели для разных временных интервалов. В качестве базовой выбрали нелинейную модель с семью загрязнителями и членами взаимодействия; её оценивали по данным о загрязнении и исходах за 1999–2005 гг., то есть до того, как нормативные меры могли существенно изменить токсичность смесей загрязнителей. В отдельном анализе модели оценивали по данным за весь период 1999–2013 гг. В модели здоровья подставляли суточные контрфактические ряды концентраций загрязнителей, а различия между наблюдаемыми и контрфактическими концентрациями использовали для оценки влияния нормативных мер на суточное число обращений. Чтобы учесть неопределённость как контрфактических временных рядов концентраций загрязнителей в атмосферном воздухе, так и параметров моделей здоровья, с помощью многомерного нормального распределения на основе наблюдаемой матрицы дисперсий и ковариаций моделировали 5000 наборов оценок параметров. Это позволяло учитывать неопределённость на каждом этапе оценки эффективности регулирования. Для проверки устойчивости результатов провели анализ чувствительности.

Результаты: В период с 1999 по 2013 г. выбросы NOx и SOx энергоблоками электростанций на юго-востоке США сократились на 82% и 83% соответственно. По оценкам, меры контроля выбросов автотранспорта привели к снижению выбросов загрязнителей в агломерации Атланты на 61–93% в зависимости от вещества. Выбросы энергоблоков измеряли, а выбросы автотранспорта моделировали. Результаты указывают на возможное завышение оценок выбросов NOx и CO автотранспортом. Положительное влияние мер регулирования на качество воздуха усиливалось по мере их полного внедрения, причём эффект различался в зависимости от сезона. В сценарии, учитывавшем все сокращения выбросов за период исследования, меры контроля привели, по оценкам, к снижению максимальной суточной 8-часовой концентрации озона (MDA8h O₃) на центральной станции мониторинга Атланты летом и к её повышению зимой. Среднегодовая MDA8h O₃ снизилась с 39,7 ppb в контрфактическом сценарии до 38,4 ppb по фактическим данным. Снижение концентрации PM₂.₅ наблюдалось круглый год: в 2013 г. средняя концентрация составляла 8,9 мкг/м³ по фактическим данным и 19,1 мкг/м³ в контрфактическом сценарии. Эмпирический анализ и моделирование CMAQ показали, что долгосрочные изменения метеорологических условий на юго-востоке США в исследуемый период мало влияли на распределение концентраций веществ, тогда как снижение выбросов объясняло наблюдавшееся уменьшение концентраций. pH аэрозолей, имеющий важное значение для образования и динамики аэрозолей и потенциально влияющий на здоровье, обычно был очень низким — около 1–2, а иногда и значительно ниже. Несмотря на строгие ограничения выбросов SOx и их сокращение, выраженной временной тенденции pH не наблюдалось.

При использовании моделей здоровья, оценённых по данным за 1999–2005 гг., сокращение выбросов в результате всех выбранных мер контроля загрязнения предотвратило, по оценкам, 55 794 обращения по поводу заболеваний дыхательной и сердечно-сосудистой систем среди жителей пяти округов агломерации с населением около 3,5 млн человек в 2013 г. за период 1999–2013 гг. Из них 52 717 обращений были связаны с респираторными заболеваниями, в том числе 38 038 — с астмой; 3 057 — с сердечно-сосудистыми заболеваниями, в том числе 2 104 — с застойной сердечной недостаточностью. В последние два года исследования (2012–2013), когда меры контроля загрязнения были в основном внедрены и обеспечили соответствующие эффекты, они, по оценкам, предотвратили 5,9% обращений по поводу респираторных заболеваний, которые произошли бы без этих мер (95% интервал: от −0,4% до 12,3%); 16,5% обращений по поводу астмы (95% интервал: от 7,5% до 25,1%); 2,3% обращений по поводу сердечно-сосудистых заболеваний (95% интервал: от −1,8% до 6,2%); и −0,6% обращений по поводу застойной сердечной недостаточности (95% интервал: от −26,3% до 10,4%). При использовании моделей здоровья, оценённых по данным за весь период 1999–2013 гг., число предотвращённых обращений, как правило, было меньше.

Анализ чувствительности позволил оценить влияние выбора параметров моделей здоровья и альтернативных определений границ исследуемой территории. При раздельной оценке влияния отдельных мер наибольший эффект в отношении предотвращения обращений по поводу респираторных заболеваний и астмы, по-видимому, обеспечили меры для энергоблоков электростанций, особенно ARP и NBP.

Выводы: Исследование демонстрирует, что нормативные меры способствовали улучшению качества воздуха и здоровья населения на юго-востоке США. Оно также показывает, насколько сложно оценивать эффективность регулирования, поскольку неопределённость возникает на каждом этапе классической цепочки оценки. Учёт неопределённости выбросов, связей между выбросами и качеством воздуха и моделей здоровья приводит к довольно широким интервалам оценок эффектов отдельных нормативных мер, однако в целом польза от них была значительной.