哈佛博士刨根問底：美國的空氣為什麼這麼「甜」？

10月7日，中度霾污染下的故宮。攝影：劉聰

編者按：

十一長假的朋友圈攝影大賽即將結束，毫無意外的是，不少境外游的朋友一手的好牌，湛藍天空，清新空氣。而北京的朋友則不免沮喪，10月7日又迎來一次中度污染天氣。最近幾年，空氣污染治理效果反覆的消息已經令人感到些許疲倦。毋庸置疑，這會是一個較長的過程。實際上，美國的空氣一開始也沒有那麼「甜」，他們經歷了什麼？談到美國對空氣污染的治理，就不得不談論到它的《清潔空氣法案》和實行了將近半個世紀的「全美空氣質量標準」。近日，《知識分子》編輯部邀請哈佛大學公共衛生學院環境健康系博士生底騫撰寫系列文章，詳細剖析空氣治理這一涉及政府決策、科學研究、法制建設以及創新理念等的複雜議題。相關文章共分為四篇，今天推送第一篇，讓我們一起去看一看，美國的科學研究者如何將知識轉變為政策並幫助政策制定者設定空氣質量標準的？而這個過程能給中國何種啟示？

該系列文章的審稿人是美國環保局科學指導委員會委員范智華，特此致謝！

撰文｜底 騫（哈佛大學公共衛生學院環境健康系博士生）

審稿｜范智華（美國環保局科學指導委員會委員）

責編｜程 莉

知識分子為更好的智趣生活ID：The-Intellectual

不斷調整的空氣質量標準

1970年版的《清潔空氣法案》要求美國國家環保局為六種大氣污染物制定「全美空氣質量標準」 ，以充分地保護民眾的健康 。［註：這六種大氣污染物分別是顆粒物（當時顆粒物的指標為總懸浮物，後來改為可吸入顆粒物，細顆粒物，見表1）、地表臭氧、一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和鉛。］但是每種污染物的濃度上限設置為多少，當時環保局並不是非常清楚——如果標準設定太寬鬆，空氣污染仍然對人體有危害；如果標準設定太嚴，工業企業執行起來有困難，經濟成本高，技術難度大。當時人們對空氣污染的健康危害知之甚少，也不清楚治理污染的成本，環境空氣污染與健康等相關領域一片空白，幾乎沒有可以參照的經驗和標準。

鑒於此，美國的立法者要求環保局不斷搜集相關信息並及時調整：他們在《清潔空氣法案》中要求環保局根據當時所有可用的信息制定空氣質量標準，而且要求每隔五年重新搜集相關研究結果，評估空氣質量標準是否合適，並進行相應的調整。簡單來說就是：設定標準——達到標準——評估空氣污染危害——調整標準，如此循環。

環保局建立空氣質量標準，設定空氣污染的上限，然後各州依此制定各自的執行計劃，通過控制各種排放源的綜合措施，力圖降低空氣污染水平，以達到全美空氣質量標準。

同時，公共衛生的科研人員也密切跟蹤人群的健康情況，通過流行病學調查和統計模型，研究現定的空氣污染是否對人體健康仍然有危害。相關結果被發表在各大學術期刊上。每隔五年，會有專門的「清潔空氣諮詢委員會」和環保部相關的專家搜集發表的學術結果，撰寫並反覆審議科學評估、風險/暴露評估和政策評估等報告，並聽取公眾意見，最終向環保局局長推薦新的標準。環保局局長公布空氣質量標準草案，再經過聽證會和討論等既定程序，確認現有空氣質量標準是否合適，最後再發布新的空氣質量標準，有時候甚至會經歷激烈的法庭訴訟 。如此循環（圖 1）。

圖 1 在《清潔空氣法案》的規定下，科研成果通過制度性的管道影響美國國家環保局的決策。

從而，科研和政策制定之間形成良性互動，美國的空氣質量標準也得到定期的更新。下面以顆粒物標準為例，加以說明。

自1970年以來， 顆粒物濃度上限在不斷降低。當1970年《清潔空氣法案》剛剛頒布的時候，環保局制定的標準針對總懸浮顆粒物，日平均值是260微克每立方米，年平均值是75微克每立方米。如果用現在眼光看，當時的「達標」空氣也是污染的狀態。但是隨著時間的推移，顆粒物的標準發生很大變化。標準濃度值也不斷降低，現行標準是針對細顆粒物，日平均值為35微克每立方米，年平均值為12微克每立方米。同時，人們關注的顆粒物越來越「小」：從總懸浮物（TSP）換為可吸入顆粒物（PM10），直到現在的細顆粒物（PM2.5）。

最近美國學界開始關注「超細顆粒物（UFP）」。細顆粒物（PM2.5）指空氣動力學直徑在2.5微米之下的顆粒，而超細顆粒物的空氣動力學直徑在0.1微米以下。人們擔心這種超細顆粒物不僅能夠進入人的循環系統，甚至可以通過血腦屏障進入大腦，對中樞神經系統造成損傷 。美國環保局因此有討論是否把超細顆粒物納為顆粒物指標並加以控制 。

縱觀幾十年來的研究，會發現美國學界持續關注顆粒物對人體健康的影響，而且關注的濃度越來越低，顆粒物的直徑越來越小；並且學界研究成果最終反映到了美國國家空氣質量標準的設定上。

美國的顆粒物空氣質量標準的不斷更新，成為了一個教科書般的成功案例 。政策的制定都是基於當前的信息和情況，無論多麼高瞻遠矚，其制定的標準都不一定能完全適應未來的情況。在科學研究成果不充分，相關證據不充足的情況下，如何進行決策，制定環境標準？美國政策制定者的解決方案，就是不斷從學術研究那裡搜集信息，不斷調整方向；而且建立了上述標準制定的機制，讓政策的制定能夠隨著新的科研成果定期調整更新。

那麼，美國政策制定者和學界的這種默契配合是天生的嗎？

表 1 美國顆粒物空氣質量標準的變化歷史（1971年至今）

註：美國空氣質量標準包括一級標準和二級標準。一級標準主要保護人群健康，尤其是敏感人群；二級標準主要保護公共福利，例如防止能見度降低，保護動植物和建築物等。本文著眼於人體健康，所以列舉數據為一級標準。

萬丈高樓平地起

美國科學研究和政策制定之間的緊密結合，不是一朝一夕形成的，而是經歷了早期的制度設計，漫長的實踐檢驗，長期的磨合，逐漸建立了一套穩定的專家隊伍和互動模式。

在20世紀早期，截至1912年，美國各大城市都建立起政府部門控制煙塵。科學研究在這一期間更多是政府的附屬：進行煙塵的例行觀測，研究減少燃燒產生煙塵的方法，或者對工業企業進行「批評教育」。儘管醫學界發現胸悶、氣管炎等似乎和空氣污染有關，但是因為缺乏科學研究，可能造成的疾病和機理不確定、不清楚，這些研究沒有產生實際影響 。

直到1955年，國會才通過了第一部全國性質的法律《空氣污染控制法案（1955）》來應對空氣污染，並劃撥300萬美元用於控制污染，提供研究和技術上的幫助。但到了1960年，美國空氣污染防治仍然存在數據少、信息缺乏的問題。接著，隨著空氣污染問題的加劇，在1960年代，美國又頒布了一系列針對空氣污染的法規：《機動車尾氣研究法案（1960）》，《空氣污染控制法案修訂版（1962）》和《清潔空氣法案（1963）》 。

這些法案劃撥更多的經費用於支持空氣污染研究，然而並未規定如何使用研究成果來制定空氣質量標準和控制空氣污染。儘管如此，這些研究大大提高了公眾對於空氣污染的知曉程度，並讓政府能夠持續地支持空氣污染研究。這些努力最終促成了革命性的1970年版《清潔空氣法案》。

在之前法案基礎上，1970年版的《清潔空氣法案》讓空氣污染管理的政策可以根據最新科學研究成果不斷更新調整，並且讓這一過程制度化、常態化。政策制定催生著科研的需求，政策還為科研提供資金支持；同時科研推動政策制定和更新。從1970年代起，美國各地空氣污染研究蓬勃開展，各種「隊列（cohort）」和污染監測項目如雨後春筍般湧現。

隊列（cohort）：是指在特定時間內跟蹤一批人，他們暴露在某種因素之下（如空氣污染），併產生某些健康效應（如心血管疾病）。隊列研究就是通過跟蹤隊列人群，使用統計學方法，研究暴露因素和健康效應之間的關係。

其中，對美國乃至世界空氣質量標準影響深遠的是「哈佛六城市研究」。從1974年開始，哈佛大學研究人員在美國的六個城市持續開展了長達16年的流行病學研究，建立隊列。研究結論最終證明細顆粒物（PM2.5）對人體的危害，相關結果刊登在1993年的《新英格蘭醫學雜誌》上，並促成了1997年美國頒布細顆粒物（PM2.5）的空氣質量標準。

從那之後，全美的空氣污染研究方興未艾。筆者所在的哈佛大學公共衛生學院，幾乎整個學院，尤其是環境健康系，都在進行空氣污染或者其與健康之間的關係的研究。筆者最近在《新英格蘭醫學雜誌》上的論文發現極低濃度的細顆粒物對人體仍然有危害 ，就是這波學術浪潮當中的一片浪花。

對中國科研的啟示

講完美國的故事，讓我們聚焦中國，談談美國的科研和政策的互動經驗有什麼參考學習之處。

首先，科學研究影響環境政策的制定需要遵循規則。而規則的形成，不是一朝一夕能夠完成的。美國這一規則形成的過程和經驗，是我們中國可以借鑒的。從20世紀初零散的醫學研究，到1955年第一部全國性的法律《空氣污染控制法案》，再到1970年里程碑式的《清潔空氣法案》，美國政府對空氣污染研究的支持力度從無到有，從弱到強，到常態化和制度化。科學研究的結果從最開始的默默無聞，到能夠提高公眾認知，逐漸影響公眾輿論，並為國家政策的制定提供了基礎。美國的科研人員和政策制定者都在一步步探索，彼此合作，彼此磨合，探索出了一條有美國特色的制定空氣質量標準的道路。

其次，作為後發國家，中國可以學習美國的空氣質量指標設定的技術經驗。美國用了幾十年的時間，花了大量的人力物力來摸索適宜的空氣質量標準。以顆粒物為例，美國曾使用總懸浮物、可吸入顆粒物作為技術指標，曲折摸索幾十年，並最終選用細顆粒物。

當今中國的顆粒物標準，是參照歐美及世界衛生組織的標準而制定的。中國制定適宜的空氣質量標準，不必花大量的人力物力從頭來探索。美國的技術標準，是很有價值的參考，可以給我們很多啟示，讓我們少走彎路。而且，一些基本的科學研究結果，結論不會因為國家不同而改變，例如低濃度細顆粒物對人體健康的危害，尤其是對老人、兒童等邊緣人群健康的影響。這些在美國得到的研究結論對於中國，有借鑒意義 。這就是中國在空氣污染治理領域的「後發優勢」。著名經濟學家林毅夫曾經用「後發優勢」來解釋中國的經濟奇蹟。

但是，僅僅學習技術標準本身而忽視學習制度經驗，則會陷入經濟學家楊小凱所言的「後發劣勢」：僅僅醉心於技術模仿而忽視技術背後的制度因素。類似的，除了參考發達國家的空氣質量標準等技術指標之外，我們還應該學習參考他們空氣質量標準制定的過程，考察他們學界和政策互動，學習經驗和教訓。

最後，十年樹木，百年樹人。科學研究助力環境政策的制定，首先需要一支專家隊伍，更需要基礎數據的支持。空氣污染的流行病學研究，包括其他公共衛生研究，關鍵一環是長時期連續地對人群進行跟蹤調查搜集健康數據，建立流行病學的隊列。否則，研究人員就是「巧婦難為無米之炊」，很難做出研究發現。

筆者所在的哈佛大學公共衛生學院之所以能在空氣污染和公共衛生學領域獨佔鰲頭，重要原因之一是它幾十年持之以恆地對研究人群進行跟蹤，建設了幾個著名的隊列。空氣污染研究和整個公共衛生學需要多種數據和信息的支持，而以人群健康跟蹤數據為代表的 「數據基礎設施」尤為關鍵。一旦建成，就像一個「金礦」，公共衛生領域的各路研究人員都可以從中「淘金」得到新的發現。

中國從2003年非典之後開始重視公共衛生，直到最近才開始建立屬於自己的隊列。隊列的建設和數據的積累需要時間和耐心，還需要政府持續的資金支持。

參考資料：

1、Clean Air Act, 42 U.S.C. 7401 et seq.

2、Ashford, N.A. and Caldart, C.C., 2008. Environmental law, policy, and economics: reclaiming the environmental agenda. Mit Press.

3、Oberd?rster, G., Sharp, Z., Atudorei, V., Elder, A., Gelein, R., Kreyling, W. and Cox, C., 2004. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain. Inhalation toxicology, 16(6-7), pp.437-445.

4、EPA. Ultrafine Particles: Characterization, Health Effects and Pathophysiological Mechanisms. Accessed at: https://cfpub.epa.gov/ncer_abstracts/index.cfm/fuseaction/display.highlight/abstract/1098

5、McCray, L.E., Oye, K.A. and Petersen, A.C., 2010. Planned adaptation in risk regulation: An initial survey of US environmental, health, and safety regulation. Technological Forecasting and Social Change, 77(6), pp.951-959.

6、EPA. Particulate Matter (PM) Standards - Table of Historical PM NAAQS. Accessed at https://www3.epa.gov/ttn/naaqs/standards/pm/s_pm_history.html

7、Reitze Jr, A.W., 1999. The legislative history of US air pollution control. Hous. L. Rev., 36, p.679.

8、Reitze, A.W., 2001. Air pollution control law: compliance and enforcement. Environmental Law Institute.

9、Di, Q., Wang, Y., Zanobetti, A., Wang, Y., Koutrakis, P., Choirat, C., Dominici, F. and Schwartz, J.D., 2017. Air Pollution and Mortality in the Medicare Population. New England Journal of Medicine, 376(26), pp.2513-2522.

10、底騫（2017年7月7日）. 美國空氣污染研究對中國的啟示意義. NEJM醫學前沿. http://mp.weixin.qq.com/s/PxO1oJja9MQJs0bQGcnGBw

製版編輯：核桃林丨

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