Quantification of population exposure and health impacts associated with air pollution

• There is substantial evidence that air pollution, in particular particulate matter (PM), affects our health. The overall objective of this thesis is to understand and quantify population exposure to ambient air pollution and related health impacts. In four included papers, atmospheric dispersion modelling is used to estimate source-specific contributions to pollution levels. Results from the dispersion modelling are evaluated by comparison with available concentration measurements and used to estimate the related health impact. New approaches for health impact assessment are proposed and new methods for exposure assessment are developed. Assessment of health impacts related to different sources of air pollution can be used to identify the most cost-effective abatement strategies. The proposed methods for health impact assessment are applied to evaluate three viable abatement strategies for Stockholm and Gothenburg, the two largest cities in Sweden.The first two papers in the thesis more specifically investigate the importance of using source-specific associations between exposure and premature mortality. One of the main conclusions is that different health risk functions should be applied for near-source and long-range exposure to fine PM. The praxis of today, to use the same linear risk function regardless of source and composition of the PM, most likely underestimates the importance of local sources and may thereby discourage cities from acting to reduce emissions. It is also concluded that a more specific risk function for exposure to coarse PM from road wear would allow for better prioritizations between different abatement measures, especially for countries where studded winter tires are used.Near-source exposure in the urban environment is characterized by strong gradients, requiring a relatively high spatial resolution to capture variations within the population. A new method that allow estimating source-specific exposure with sufficient spatial resolution over large areas and long time periods is presented and applied to create a uniquely detailed NOx exposure assessment for Sweden over three decades.Emissions from road traffic and residential wood combustion (RWC) are found to be the most important contributors to near-source exposure to PM. When three abatement strategies for road traffic are evaluated for Stockholm and Gothenburg, it is shown that a strategy resulting in overall traffic reduction, such as introduction of congestion charges, is a good choice. Reduced use of studded tires is also evaluated, but this measure mainly affects the emissions of coarse PM from road wear, for which health impacts are more uncertain. The on-going electrification of light vehicles also has more uncertain health benefits, at least when studded tires are used, given that the heavier electric vehicles lead to increased emissions of coarse PM from road wear.Improving the description of exposure to PM from RWC is identified as first priority to increase the accuracy in estimates of near-source exposure in Sweden. A comparative study of how this exposure is estimated in the Nordic countries is presented. It is concluded that a more extensive reference dataset with descriptions of emissions and concentration measurements for RWC would be highly valuable for model evaluation and further improvement of model parametrizations.

• Det finns omfattande ventenskaplig evidens för att luftföroreningar, särskilt partikulärt material (PM), påverkar vår hälsa. Det övergripande syftet med denna avhandling är att öka förståelsen för hur exponering för luftföroreningar och relaterade hälsoeffekter kan kvantifieras. Denna avhandling inkluderar fyra artiklar där atmosfärisk spridnings-modellering används för att beräkna källspecifika bidrag till halten av olika luftföroreningar. Resultat från spridningsmodelleringen utvärderas mot uppmätta halter och används för att beräkna relaterade hälsoeffekter. Nya angreppsätt för att beräkna hälsoeffekter föreslås och nya metoder för att beräkna befolkningsexponering utvecklas. Beräkning av hälsoeffekter orsakade av olika föroreningskällor kan ge ett värdefullt stöd för att identifiera vilka förbättringsåtgärder som är mest kostnadseffektiva. De föreslagna angreppsätten för beräkning av hälsoeffekter används för att utvärdera tre olika åtgärdsstrategier för Stockholm och Göteborg.De första två artiklarna undersöker mer specifikt vikten av att an-vända källspecifika exponeringsresponssamband avseende risken för förtida död. En viktig slutsats är att olika samband bör användas för exponering för PM från lokala utsläpp och för PM transporterade över längre avstånd. Dagens praxis, som bygger på att samma linjära samband används oavsett källa och sammansättning av PM, leder sannolikt till en underskattning av betydelsen av lokala utsläpp och kan därmed minska motivationen för städer att genomföra förbättringsåtgärder. En annan slutsats är att ett mer specifikt exponerings-responssamband för grova partiklar (2.5-10 µm i diameter) från vägslitage skulle möjligöra mindre osäkra prioriteringar mellan olika åtgärder, särkilt i länder där dubbdäck används vintertid.Halten luftförorerningar nära utsläppskällan avtar snabbt på grund av utspädning i det atmosfäriska gränsskiktet och exponering för lokala utsläpp i urban miljö karaktäriseras därför av kraftiga gradienter i föroreningshalt. För att urskilja variationer i exponering för lokala utsläpp inom befolkningen krävs av denna anledning en relativt hög rumslig upplösning när halter beräknas. En ny metod för att beräkna källspecifik exponering för luftföroreningar med tillräcklig rumslig upplösning över stora områden och över långs tidsperioder presenteras. Metoden bygger på en kombination av spridningsmodellering på regional och lokal skala och en ny metod för efterbearbetning av regionala bakgrundshalter används för att att undvika dubbelräkning när modellresultaten adderas. Den nya beräkningsmetoden används för att ta fram en unikt detaljerad beräkning av halten NOx i Sverige för perioden 1990-2015.Vägtrafik och småskalig vedeldning identiferas vara de lokala utsläppskällor som står för störst andel av exponeringen för PM. För vägtrafik utvärderas tre olika åtgärdsstrategier för Stockholm och Göteborg. Det konstateras att en strategi som resulterar i övergripande minskning av trafiken, såsom införande av trängselskatt, troligen är ett klokt val. Minskad användning av dubbdäck utvärders också, men denna åtgärd påverkar huvudsakligen utsläpp av grova partiklar från vägslitage, för vilka de beräknade hälsoeffekterna är mer osäkra. Även den pågående elekrifieringen av lätta fordon har mer osäker potential att minska hälsoeffekterna, åtminstone där dubbdäck används, eftersom de tyngre elfordonen orsakar ökade utsläpp av partiklar från vägslitage.En förbättrad beskrivning av exponering för PM från småskalig vedledning bedöms vara första prioritet för att förbättra noggrannheten i beskrivning av exponering för lokala utsläpp av PM i Sverige. En jämförande studie presenteras av hur exponering från denna källa beräknas i fyra nordiska städer. Det konstateras att ett mer omfattande referensdataset med emissioner och haltmätningar för vedeldning skulle vara värdefullt för utvärdering och ytterligare förbättringar av spridningsmodeller och parameteriseringar för denna utsläppskälla.

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Meteorologi och atmosfärforskning (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Meteorology and Atmospheric Sciences (hsv//eng)

NATURVETENSKAP  -- Geovetenskap och miljövetenskap -- Miljövetenskap (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Earth and Related Environmental Sciences -- Environmental Sciences (hsv//eng)

MEDICIN OCH HÄLSOVETENSKAP  -- Hälsovetenskap -- Arbetsmedicin och miljömedicin (hsv//swe)

MEDICAL AND HEALTH SCIENCES  -- Health Sciences -- Occupational Health and Environmental Health (hsv//eng)

Nyckelord

air pollution

health impact assessment

dispersion modelling

population exposure

Applied Environmental Science

tillämpad miljövetenskap

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)