アメリカ合衆国科学アカデミー紀要(PNAS)によって発表された新しい研究は、山火事とその結果としての有毒な煙の厳しい未来を予測しています。 新たに結論付けられた研究の要約は次のとおりです。
完全な研究出版物: https://www.pnas.org/content/118/2/e2011048118#F1
致命的な世界的な山火事の増加
世界的な山火事活動の最近の劇的で致命的な増加は、山火事の原因、その結果、および山火事によるリスクをどのように軽減するかについての注目を高めています。 ここでは、米国における山火事のリスクと社会的負担の変化に関するデータをまとめています。 現在、米国では約50万戸の住宅が荒野と都市の境界にあり、その数は1年ごとに3万戸ずつ増加していると推定されています。 山火事活動の変化が大気汚染と関連する健康上の結果にどのように影響するか、そしてこれらのつながりが将来の科学と政策をどのように導くかを説明するために、衛星ベースの火災と煙のデータを汚染監視ステーションからの情報に関連付ける統計モデルを開発します。
米国では、山火事がPM25粒子状物質の最大2.5%を占めています。
このモデルを使用すると、山火事が最大25%を占めていると推定されます。 PM2.5 (直径<2.5μmの粒子状物質)近年、米国全体で、一部の西部地域では最大で半分になり、従来の社会経済的汚染曝露勾配に従わない周囲の煙曝露の空間パターンが見られます。 モデルを定型化されたシナリオと組み合わせて、燃料管理の介入が大きな健康上の利益をもたらす可能性があり、気候変動によって引き起こされる山火事の煙による将来の健康への影響が、気候変動による温度関連の死亡率の予測される全体的な増加に近づく可能性があることを示しますが、両方の推定値は残っています不確か。 モデルの結果を使用して、将来の研究のための重要な領域を強調し、政策のための教訓を引き出します。
米国の山火事による火傷地域は過去400年間で最大XNUMX%です
過去XNUMX年間で、山火事による焼失地域は米国でおよそXNUMX倍になりました(図1A)(1)。 この急速な成長は、前世紀の防火の遺産による燃料の蓄積を含む多くの要因によって推進されてきました(2)および最近の燃料乾燥の増加(図1B、米国西部で示されている)、気候が温暖化するにつれて続くと予想される傾向(3, 4)。 これらの増加は、荒野と都市の境界(WUI)の家の数の大幅な増加と並行して発生しました。 米国全体の居住地の宇宙に関するデータと更新された国の土地被覆マップを使用して、以前の研究を更新します(5, 6)そして現在、WUIには約49万戸の住宅があり、その数は過去350,000年間で年間約XNUMX万戸増加していると推定されています(図1C と SI付録)。 消防活動は個人住宅の保護に実質的に焦点を合わせているため(7)、これらの要因は、米国政府による山火事抑制への支出の着実な増加に貢献しています(図1D)、これは近年、連邦支出で合計約3億ドル/年になっています(1)。 米国南東部では総野焼き面積が増加していますが、他の地域ではほぼ横ばいです(図1E)、山火事リスクの全体的な大幅な増加を考えると、このリスク軽減戦略への投資が不足していることを多くの人に示唆しています(8).
ドライバーの傾向と山火事の結果。 (AおよびB)米国の公有地および私有地における焼失面積の増加(A)(1)米国西部でここに示されているように、燃料の乾燥度の上昇によって部分的に推進されてきました(4)(B)。 (CとD)WUIの家の数も急速に増加しています(C、私たちの計算; SI付録)、これは連邦政府が負担する抑制コスト(D)の上昇に貢献しています。 (E)野焼き面積は南部で大幅に増加しましたが、他のすべての地域では横ばいです(1)。 (FおよびG)煙の日数は米国全体で増加しており(F)、おそらく米国全体の大気質の数十年の改善を損なっています(G)。 (H)全体の増加する割合を計算します 特に西部では、山火事の煙に起因します。 各プロットの赤と青の線は、履歴データへの線形適合を示し、各パネルの左上に勾配が報告されています。 南部以外の地域での野焼きを除いて、すべてがゼロとは大きく異なります(それぞれP <0.01)。 赤い線は、基礎となるデータが公開された研究または政府のデータからのものであることを示し、青い線は、この論文からの新しい推定値を示します。
高まる懸念
全体的な空気の質と健康上の結果に対する火災活動のこの変化の結果は何ですか、そして政策はどのように対応すべきですか? 山火事活動の大幅な増加は、米国中の空気中の煙による日数の大幅な増加を伴いました(図1F)、衛星データから推定(9)。 このような増加は、西部だけでなく米国本土全体で観察されており、過去XNUMX年間に米国全体で観察された大気質の大幅な改善を取り消す恐れがあります(図1G)。 山火事の指紋は、米国南部と西部の農村地域で観察された、上昇傾向にある春と夏の有機炭素濃度にすでに見られます(SI付録、図S1)、および研究によると、空気中に煙が出ると、曝露された集団の罹患率と死亡率が増加する可能性があります(10, 11).
人口密集地への挑戦
山火事活動の変化が大気の質に及ぼす幅広い寄与を理解する上での課題は、しばしば遠く離れた人口密集地での火災活動を関連する汚染物質曝露に正確に関連付けることの難しさです(12)。 プルームモニタリングがソース領域とレセプタ領域を直感的にリンクするため、衛星ベースの煙曝露測定がますます利用可能になり、魅力的です。 ただし、このようなデータは、煙の密度を正確に測定したり、大気柱のより高い煙から表面レベルの煙を分離したりするためにまだ使用できないため、既存の曝露と健康の反応の関係に関連付けることは困難です(13, 14)。 山火事の排出の動きと進展を直接モデル化できる化学物質輸送モデル(CTM)は、地域の汚染濃度を特定の火災活動に関連付けるための代替アプローチを提供します。 ただし、CTMから正確な暴露推定値を生成するには、発生源と受容体の間の経路におけるいくつかの主要な不確実性を克服する必要があります。 まず、山火事の排出インベントリーの大きな不確実性は、山火事に起因する何倍もの違いにつながることが示されています 同じCTMへの入力として異なる在庫が使用された場合の米国全体の(直径<2.5μmの粒子状物質)濃度(および高火災年の> 20x地域差)(15, 16)、衛星観測の統合はパフォーマンスをわずかに改善するだけです(17)。 第二に、排出物注入の高さや非常に局所的な気象学やそれらの輸送など、排出物を取り巻く詳細な条件はモデルによって捉えられない可能性があり、下流の曝露推定に劇的な影響を与える可能性があります(18, 19)。 最後に、大気化学のCTM表現は、山火事の煙の進化を正確に捉えていない可能性があります(20⇓⇓⇓–24)。 モデル関連の不確実性に加えて、大規模な空間的および時間的スケールでCTMを実行するための計算コストは、モデルが米国中の数百の地上ステーションから利用可能な長期の濃度測定に対して検証されることはめったにないことを意味します。
衛星煙プルーム画像
米国全体の粒子状物質曝露に対する山火事の変化する寄与をさらに理解し、山火事、汚染、および気候の交差点で残っている重要な科学的および政策的問題を説明するために、衛星推定の変化に関連する統計モデルをトレーニングおよび検証します地上で測定された煙プルーム曝露と火災活動 米国の地域全体の濃度(SI付録、図S2)。 私たちのモデルは、変動を予測するように特に訓練されています 多くの個々の場所での時間の経過—大気汚染物質の変化が主要な健康結果にどのように影響するかを理解するためにますます利用される変動。 私たちのアプローチは、不確実な排出インベントリに依存せず、プルーム分散のモデリングの難しさを軽減し、モデルがトレーニングされていないXNUMX年以上の地上データに対して結果を簡単に検証できます。 モデルの推定値は、火災とプルームのデータを組み込む別の方法に対して堅牢です(SI付録、図S3および表S1〜S3)および全体の変動を予測する際のパフォーマンス ベンチマークのリモートセンシングベースのアプローチと同等です(SI付録、図S4)およびCTMの報告されたパフォーマンスを超えています(SI付録)。 この誘導型アプローチからの推定値を、文献の他の地域固有の煙濃度の推定値と比較し、私たちのアプローチが全体のシェアの同様の推定値を提供することを発見しました。 より小さな地域または期間をカバーする最近の研究としての煙から(SI付録、図S5).
西部のすべてのPM2.5の半分まで貢献している山火事からのPM2.5
私たちの結果は、PMへの山火事の煙の寄与を示しています2.5 米国の濃度は2000年代半ば以降大幅に増加し、近年ではPM全体の最大半分を占めています。2.5 20年前の<XNUMX%と比較した西部地域の曝露(図1H)。 PMへの煙の寄与が増加している間2.5 米国西部に集中しているが、他の地域でも見られる(図2 A と B)、大火からの煙の長距離輸送の結果。 実際、米国の中西部および東部地域では、煙の割合が増加しているのは、米国西部または米国外からの火災に起因すると推定されています(13)(図2 C と D)、全体の実質的な国境を越えた動きに関する最近の調査結果を反映しています 米国内(25)。 曝露パターンは、環境正義の議論にも関連しています。人口に占める非ヒスパニック系白人の割合が高い郡では、全体への曝露が少ないことがわかります。 、環境正義のコミュニティで長い間認識されてきたように、彼らは実際には平均して周囲にさらされています 山火事の煙から(図2 E と F)。 周囲の煙に基づくこれらの違い ばく露は実際の個々のばく露に変換され、屋外で過ごす時間の格差や屋内の家庭や職場環境の特性など、さまざまな個別の要因に依存します。これらの多くは社会経済的要因と相関している可能性があります。 たとえば、屋外の汚染物質の家への浸透は、古くて小さい家や低所得世帯で平均して高いことが知られています(26)、そしてこれらの違いは、たとえ周囲の曝露に違いがなくても、全体的な個々の曝露に格差をもたらす可能性があります。
山火事の煙の量、発生源、発生率。 (AおよびB)XNUMX立方メートルあたりの平均予測マイクログラム 衛星から得られた煙プルームデータに適合する統計モデルから計算された、2006年から2008年および2016年から2018年の山火事の煙に起因します。 (C)2007年2014月からXNUMX月、XNUMX年までの米国外で発生した煙の割合(参考文献から計算)。 13)、カナダの火災に起因する北東部と中西部のかなりの量の煙と、国外に由来する北東部の煙の約60%。 全国的に、煙の約11%は国外で発生すると推定されています。 (D)2007年2014月から54月、0.01年までの米国西部で発生した煙の割合。米国西部で発生した煙は、米国の他の地域で発生した煙のXNUMX%を占めています。 (EおよびF)人種曝露勾配は、総粒子状物質と比較して煙からの粒子状物質では反対です:隣接する米国全体で、非ヒスパニック系白人の人口比率が高い郡では、平均粒子状物質曝露は低くなりますが、煙からの粒子状物質(両方の関係でP <XNUMX)。
将来のポリシーオプションは何ですか?
これらの傾向とパターンは、既存の大気質規制と山火事の煙による脅威の高まりとの間の緊張の重要なポイントを浮き彫りにし、政策選択を知らせるために重要となる重要な未回答の研究質問を提起します。 米国の規制に対する現在のアプローチでは、大気質を主に地域の問題として扱っており、汚染物質の濃度が指定された短期または長期のしきい値を超えると、郡は罰せられます。 大気浄化法に基づく現在の規制では、山火事の煙が達成指定から免除される可能性がありますが、野焼きによる煙は免除されません。 これらのアプローチは、国境を越えた性質および大気質への山火事の煙の寄与の増大と対立しているように見えます。
政策をより適切に導くために、最初の重要な科学的貢献は、煙曝露のより良い定量化と、これらの曝露を検証するための合意された方法です。 曝露評価への統計的アプローチと輸送ベースのアプローチの両方に長所と短所があり、両方のパフォーマンスは、下流の健康反応の測定に関連する測定基準に基づいて評価する必要があります。 特に、煙への曝露を潜在的な混乱から分離するために、最近の健康影響研究のほとんどの統計的アプローチでは、汚染曝露の経時変化を使用して健康への影響を推定しています。 これは、健康への影響を推定するために使用される煙モデルは、の時間的変動を予測する能力で評価されるべきであることを意味します。 の空間パターンだけでなく、関連する場所で レベル; ほとんどの既存の検証作業は後者に焦点を合わせています。 過剰適合を防ぐために、これらの評価は、モデルトレーニングで使用されていない地上データに対して実行する必要があります。 私たちのモデルは、比較的単純な統計的アプローチが煙ベースの変動を合理的に正確に予測する方法を示しています 、しかし、そのようなアプローチは、単独で、またはCTMと組み合わせて、大幅に改善される可能性があります。 [ここではそれらを考慮していませんが、山火事活動の強化は、流出の増加とそれに続く粒子、微量金属、および化学物質の懸濁を通じて、水質に有意義な悪影響を与える可能性もあります(27); これらの曝露とその健康への影響をより適切に測定することは、研究のもうXNUMXつの重要な分野です。]
XNUMX番目の重要な科学的質問は、山火事の煙に対する健康反応の性質です。 増大する証拠は、山火事の煙への曝露に関連する一連の健康への悪影響を示しています(10, 28)、汚染された空気のより広範な健康への影響に関する膨大な文献と一致しています。 最新の証拠は、次のような主要な汚染物質への「安全な」レベルの曝露がないことを示唆しています。 (29, 30)が、低レベルの曝露での汚染-健康応答関数の形状の違いは、汚染削減の利点に大きな影響を与える可能性があります。
この感度を説明するために、統計モデルから予測された汚染の変化を、最近公開されたXNUMXつの死亡率応答関数と組み合わせます(29, 31, 32)のさまざまな変化によって予測される高齢者の死亡率の変化をシミュレートする 山火事の煙を軽減することによって誘発される曝露。 野焼きがその後の山火事活動をどのように減らすかについての既存の推定に導かれます(33)(SI付録)、野焼きを使用すると、年々の分布と全体の量が変化する定型化されたシナリオを評価します 煙から。 煙の特定の変化に対して高齢者の間で救われる年間命数の推定値は、公開されている応答関数全体で3倍異なり、煙緩和の利点に大きな平均差があることを意味します(図3)。 特定の集団が煙にさらされやすいかどうかについての証拠も不足しています(10, 28).
煙曝露の変化による健康への影響は、想定される用量反応関数と、管理または気候に起因する煙の変化の大きさに依存します。 (A)の分布 いくつかの定型化された山火事管理戦略と気候変動シナリオの下で、2006年から2018年までの米国本土のすべてのグリッドセル年について(を参照) SI付録 詳細については)。 予測された合計のベースライン分布 すべてのソースから黒で表示されます。 灰色の分布は、全体的な煙に関連するタイミングおよび/または量が含まれる代替シナリオを示しています 管理介入によって変更されるか、(仮想の)煙の完全な除去を含む気候のために増加します 。 (BおよびC)各管理戦略について、65歳以上の米国の人口で回避された早期死亡の年間数。 長期公開されたAのディストリビューション Cで表される露出応答関数(29, 31, 32).
山火事管理戦略
煙の軽減による大きな潜在的な健康上の利点も、山火事管理戦略に関する重要な問題を提起します。 たとえば、既存の証拠は、特定の野焼き介入が煙のタイミング、量、および空間分布をどのように変化させるかについての包括的な理解を提供しておらず、その後の山火事のサイズを縮小する際の野焼きの有効性の代替推定値が見つかりました((33)野焼きの推定健康効果にXNUMX倍以上の違いをもたらす可能性があります(図3)。 同様に、現在の消火活動は当然のことながら家や構造物の保護に焦点を当てていますが、構造物を脅かさないひどく汚染された山火事の全体的な人口の健康への影響は、構造物を脅かす小さな火災よりもはるかに悪い可能性があります。 さらに、燃料管理活動は、地域社会の保護と生態系の利益を対象としており、大規模な人口に対する山火事の下流への影響の可能性を考慮していません。 これらの困難なトレードオフを乗り越えるには、追加の定量的作業が必要です。
XNUMX番目の重要な質問は、ソースにとらわれないかどうかです -健康応答関数は、山火事の煙に固有の健康への影響を推定するのに適しています。 一般的に仮説が立てられていますが、山火事の煙への曝露が他の発生源への曝露とは異なる健康への影響があるかどうかについて、既存の文献はまちまちです。 (34)、違いが結果固有であるといういくつかの証拠があります(35)。 山火事特有の汚染物質を区別するための特定のモニタリングへの必要な投資を含む、このトピックに関する科学の改善は、山火事の影響を理解するために重要です。
第四に、気候変動と山火事リスクの相互作用が政策の優先順位をどのように形作るのでしょうか? 温暖化気候は、米国の焼失面積の増加の約半分の原因です(4)、そして将来の気候変動は、火災が発生しやすい地域での山火事関連の粒子状物質の排出量をさらにXNUMX倍にする可能性があります(36)または燃焼面積の何倍もの増加(37, 38)。 これらの増加によるコストには、煙への曝露による下流の経済的コストと健康コストの両方に加えて、抑制活動、人命と財産の直接的な損失、および広範な経済的影響をもたらすその他の適応策(電力遮断など)のコストが含まれます。 これらの山火事関連の費用を考慮すると、気候変動による推定される全体的な経済的損害が有意に増加するかどうかは現在不明です。
この費用はいくらですか?
気候に起因する山火事の増加の可能性のあるコストの定量化を開始するために、統計モデルと定型化されたシナリオを使用して、山火事リスクの予測される増加に関連する煙曝露の変化とその結果としての死亡率を計算します。 既存の文献とほぼ一致する将来の煙の予測される増加を使用する(36⇓–38)、気候変動によって引き起こされた山火事の煙による死亡率の増加は、気温に関連する死亡率の予測される全体的な増加に近づく可能性があると計算します。これ自体、米国の経済的損害の最大の推定原因です(39)(SI付録)。 それらの大きさ、地理的特異性、および最も影響を受ける可能性のある特定の亜集団の観点からこれらの推定値を精緻化するには、より詳細な研究が必要です。 重要な関連する政策問題は、山火事の煙による汚染の影響について州に付与された大気浄化法の現在の例外を修正するかどうか、そしてどの程度修正するかということです。 他の汚染源から。
山火事とCovid-19感染の関係は何ですか?
最後に、山火事は、さらなる研究を必要とする方法でCOVID-19パンデミックと強く相互作用しました。 COVID-19は、火災が発生する前、発生中、発生後に、山火事のリスクに対応する政府と民間部門の能力をある程度妨げてきました。 西部の多くの地域での2020年の山火事シーズンの規模は、2019年から2020年の雨季の干ばつが、比較的雨の多い2018年から2019年のシーズン中の燃料の蓄積に続いて、特に深刻な課題を提示しました。 山火事の訓練は遅れるか、時にはキャンセルされ、有罪判決を受けた消防士の乗組員はCOVIDの発生を避けるために州の刑務所から早期に解放されたため利用できず、冬と春には多くの燃料管理治療が行われず、電力会社は山火事のリスク軽減活動で少なくともある程度の遅れに直面しました。また、山火事の避難に対する従来のアプローチは、社会的距離の要件に起因する避難所の収容能力の低下により、より困難であることが証明されています。 大気汚染への曝露が米国のCOVID症例と死亡の両方を増加させることを初期の証拠が示唆しているため、現在は不明ですが、歴史的な火災シーズンとその結果としての煙の影響もCOVID関連の健康転帰を悪化させた可能性があります(40, 41)(汚染と他のウイルス性呼吸器疾患との関係と一致する所見)(42, 43)。 山火事によるものを含むCOVIDの結果に対する大気汚染の影響のより良い因果関係の理解は、非常に緊急の研究の優先事項であり、学者は大気汚染とCOVIDの関係を最もよく研究する方法に関するガイドラインを提供しました(44)。 この調査の結果は、パンデミックが続く中、労働力と財政に制約のある消防活動を導き、管理戦略を促進する上で重要になる可能性があります。
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