今年4月，奥巴马总统通过迫使发电厂减少碳排放来应对气候变化的计划，在来自煤炭行业的首次重大法庭挑战中幸存下来。但一旦该计划在未来几个月付诸实施，美国环境保护署(EPA)几乎肯定会再次诉诸法庭。化石燃料行业有理由担心美国环保署获得减少碳污染的联邦授权。一旦环保局得到授权，它就证明了自己在减少空气污染方面相当有效。就EPA被授权监管的六种“标准”污染物而言，这六种污染物的排放量都已大幅下降。例如，一氧化碳污染(汽车尾气中的有毒物质)自1990年以来下降了73%。同期，空气中的铅下降了83%。微粒(想想火山灰和烟雾)自1990年以来下降了38%。此外，20世纪70年代颗粒物污染的大幅减少已被证明是EPA监管的直接影响(Chay et al 2003;Chay和Greenstone 2003)。
最优污染
现在，美国许多地区的空气污染已经显著下降，一个重要的政策问题是，进一步减少多少是可取的?经济学家喜欢谈论“最佳污染水平”。我们知道，从天空中清除最后一点污染的成本将是惊人的昂贵，我们之所以有污染，是因为它是制造我们真正需要和重视的东西的副产品。因此，一定存在某种程度的污染，使其收益与成本相称。问题是找到有毒一氧化碳的最佳量。
为什么当污染带来的收益与成本相匹配时，要计算出这个问题如此困难?这些好处很容易衡量——能源千瓦、生产的笔记本电脑、行驶的英里数等等。但衡量成本要困难得多。我们知道空气污染损害人体健康，但这种损害到底有多大?我们显然无法通过实验来了解损害有多大。除了吸烟者和喷太多古龙水的男性等少数显著的例外，大多数人都不会自愿将自己暴露在有毒的空气污染中。我们可以观察污染严重地区的健康状况，但人们生病的原因可能不是由污染直接引起的——在这些地区，低收入或高失业率可能更高。
自然空气污染实验
解决这个问题的一种方法是找到“自然”污染实验——在这种情况下，公众以一种模拟实际实验的方式随机暴露在污染中。Chen等人(2013)的一篇论文就是一个很好的例子。在中国，从1950年到1980年，通过免费提供燃料锅炉用煤，为家庭和办公室提供冬季免费取暖。然而，由于预算限制，这项补贴只适用于位于淮河以北(淮河大致将中国一分为二)的家庭。通过比较位于河流两岸的类似地区，Chen等人发现，由于心肺死亡率的增加，北方的环境颗粒物(烟雾和灰)浓度约高出55%，预期寿命约低5.5年。结论:长期暴露在微粒中会致死。一项类似的研究调查了1990年爱尔兰都柏林禁止出售煤炭的决定。克兰西等人(2002年)通过对禁煤前6年和禁煤后6年的比较，发现都柏林的黑烟浓度下降了70%，非创伤性死亡下降了6%，呼吸道死亡下降了16%，心血管死亡下降了10%。同样的结论。
许多这类自然实验研究的重点是微粒的大幅减少和诸如死亡等长期结果。事实证明，要估计相对较小的颗粒物减少对疾病和住院等短期结果的影响要困难得多。但这正是在相对低污染环境中制定污染标准所需要的信息类型。在确定颗粒物对健康的短期影响方面，特别是在欧盟和美国，一个主要的混淆问题是，大多数主要污染物是高度相关的。产生一种污染物的工厂和车辆也会产生许多另一种污染物。例如，在亚利桑那州菲尼克斯市，一氧化碳与颗粒物污染之间的相关系数为0.85 (Mar et al 2000)。简单地说，这意味着85%的情况下，当一氧化碳上升或下降时，微粒的作用是完全相同的。Neidell(2004)在对加利福尼亚州的一项研究中发现，二氧化氮和颗粒物之间的相关性为0.7(同样，70%的情况下，这两种污染物的移动方向相同)。
由于微粒与其他(通常更危险的)污染物高度相关，当我们想开始把责任归咎于微粒时，这可能会成为一个挑战。事实上，许多研究颗粒物和其他污染物影响的学术研究发现，颗粒物对健康没有影响。例如，在Neidell(2004)的研究中，他发现颗粒物污染对儿童哮喘住院没有影响，但一氧化碳对急诊室就诊有很大影响。这是因为微粒并不是特别糟糕，还是这只是多重共线性的一个例子?目前，统计方面的挑战在于寻找与其他污染物无关的随机颗粒物污染源。奇怪的是，一个潜在的解决方案可能位于海拔4091英尺的山顶上。
图1．卡普劳亚火山的二氧化硫和颗粒物污染的卫星图像
源:美国国家航空航天局。
夏威夷的火山烟雾
美国最大的固定二氧化硫污染源不是德克萨斯州的燃煤发电厂，也不是匹兹堡的钢铁厂。那是夏威夷的一座山。位于夏威夷大岛上的卡普劳亚火山偶尔间断性释放的二氧化硫水平远远超过了美国环保署的指导方针(图1)。这些二氧化硫与阳光、氧气、空气中的灰尘和水发生反应，产生“vog”(火山烟雾)——空气中悬浮着大量的小颗粒。换句话说，就是微粒污染。夏威夷群岛通常拥有世界上最好的空气质量。这里没有大型制造业，很少有工业化农业，只有一家非常小的燃煤电厂，强劲的信风将大部分污染吹进了广阔的太平洋。但每当卡普劳亚火山开始排放气体、风减弱时，该州的140万居民就会短期暴露在颗粒物污染水平升高的环境中。
关键是，暴露于vog污染与暴露于其他空气污染物无关。在夏威夷，一氧化碳和微粒之间的相关系数是0.0118(记住，在亚利桑那州凤凰城的研究中，相关系数是0.85)。在最近的一篇论文中，我们利用这种外生污染源的变化来估计颗粒物对夏威夷州急诊室收治人数和费用的影响(Halliday等，2015年)。为了实现这一点，我们使用了两个数据源。第一个是来自全州各个监测站的空气质量测量数据。第二个是由于心肺原因而使用急诊室的数据。我们研究的一个重要特点是，我们的成本数据比许多文献中使用的成本测量方法更准确。然后，我们将这些数据按地区和天数进行合并，以获得夏威夷州空气质量和医疗保健利用的综合数据库。利用合并后的数据库，我们采用回归技术，在控制综合季节性模式和区域影响的同时，将急诊室使用率和费用与暴露于颗粒物的措施联系起来。
那么，微粒特别有害吗?我们发现强有力的证据表明，短期(即每日)暴露于颗粒物污染会增加与肺部相关的住院和支出。具体来说，每日颗粒物污染每增加一个标准差，就会导致肺部相关疾病急诊费用增加2-3%。然而，我们没有发现对心血管结果有很强的影响。我们还发现火山污染对裂缝没有影响，我们的安慰剂结果。最后，颗粒污染对肺部相关住院的影响最集中在非常小的儿童(图2)。颗粒污染对1岁以下儿童的影响最大，其次是2-5岁儿童。我们不仅发现，即使是短期暴露在颗粒物污染中也可能是有害的，而且似乎是非常年轻的人最容易受到伤害。
图2．微粒对肺部相关急诊入院患者年龄的影响
笔记:高度表示估计效果除以每个年龄组的人数。在5%或更高的水平上，所有效果都具有统计学意义。
参考文献
Chay, K, C Dobkin和M Greenstone(2003)《1970年清洁空气法案与成人死亡率》，风险与不确定性杂志27(3): 279 - 300。
Chay, K和M Greenstone(2003)“空气质量，婴儿死亡率，和1970年的清洁空气法案”，NBER工作论文，no. 1。w10053。
Chen, Y, A Ebenstein, M Greenstone和H Li(2013)《从中国淮河政策看持续暴露于空气污染对预期寿命影响的证据》，美国国家科学院院刊, 110(32): 12936 - 12941。
克兰西、L、P古德曼、H辛克莱和D W道克瑞(2002年)《爱尔兰都柏林空气污染控制对死亡率的影响:一项干预研究》，《柳叶刀》360(9341): 1210 - 1214。
韩礼德，T J, J Lynham和Á de Paula(2015)”Vog:利用火山爆发来估计微粒和二氧化硫的健康成本， CEPR讨论文件10543。
Mar, T F, G A Norris, J Q Koenig和T V Larson(2000)《凤凰城空气污染与死亡率之间的关系，1995-1997》，环境健康展望, 108(4): 347。
Neidell, M J(2004)《空气污染、健康和社会经济地位:户外空气质量对儿童哮喘的影响》，卫生经济学杂志, 23(6): 1209 - 1236。
