一种预测臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担的方法

本发明属于大气环境与公共健康经济评估领域，具体涉及一种预测臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担的方法，尤其涉及odss序列、eesc计算、tco预测重建、地表紫外辐射剂量模拟、剂量-效应关系构建以及健康与健康相关经济负担核算的一体化评估方法。

背景技术：

1、臭氧层对太阳紫外辐射具有关键屏蔽作用。臭氧层消耗将导致更强的地表紫外辐射暴露，从而增加人群皮肤癌（包括黑色素瘤mm、基底细胞癌bcc、鳞状细胞癌scc）和白内障等疾病风险，并进一步引发显著的医疗支出与社会经济损失。臭氧层保护政策的实施可以显著改变臭氧消耗物质（ozone-depleting substances, odss）的排放与大气浓度演化，同时量化臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担可以进一步起到科学预警作用，指导相关odss产业淘汰技术的实施和管控措施的实行。但在全球范围内定量评估“odss排放→臭氧层变化→紫外辐射变化→健康负担变化→经济负担变化”的长期效应仍面临以下问题：

2、1、链条分散，关键环节缺失。odss排放导致的臭氧层变化，以及臭氧层变化导致的地表紫外辐射变化常由不同研究计算，难以实现全流程复现；现有的地表紫外辐射变化引发全球各国的健康负担缺乏准确定量方法，从而缺乏统一的评估框架。

3、2、时空分辨率不足。现有工作往往仅给出粗略的全球总量评估或部分区域评估，难以输出国家尺度甚至网格尺度的评估结果，难以支撑政策评估、产业迭代升级与分区管理需求；

4、3、缺乏更新后准确的“辐射-健康”二者之间的剂量-效应关系。剂量-效应关系的构建依赖多年前的医疗统计数据，没有及时更新的各国家不同性别、不同年龄层关系式。

5、因此，亟需一种能够在全球与国家尺度上实现多情景、多年份、多疾病的自动化综合评估方法，从而更准确、更可复现地量化臭氧层变化带来的健康负担及健康相关经济负担。

技术实现思路

1、本发明根据现有技术的不足提供了一种预测臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担的方法，该方法可以实现长时间尺度、高分辨率的评估。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

3、一种预测臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担的方法，包括以下步骤：

4、步骤1：构建odss浓度数据，至少包含两类情景（现实情景和其他情景）。在现实情景下，由大气观测站点测量得出odss浓度序列；在其他情景下，可以依据odss当年排放、库存（banks）与大气寿命等参数计算得到odss在各年份的浓度序列。

5、步骤2：根据步骤1得到的odss浓度序列，结合各odss的释放分数因子（fractionalrelease factors, frf）、氯原子数、溴原子数以及溴相对氯的权重系数，考虑odss从地表到平流层的时间滞后，计算各年份等效有效平流层氯（equivalent effectivestratospheric chlorine, eesc），以反映odss进入平流层后对臭氧的影响。

6、步骤3：以1980年为参考年，基于历史臭氧总柱（total column ozone, tco）数据与步骤2得到的eesc以及tco和eesc的变化量，建立tco对eesc的灵敏度；基于步骤2得到的eesc以及tco对eesc的灵敏度，在任意年份、月份、经纬度网格上计算tco，从而获得网格化tco预测结果。

7、步骤4：将步骤3得到的网格化tco输入tropospheric ultraviolet and visible（tuv）辐射传输模型，在各经纬度网格、各月份计算与健康负担（如皮肤癌、白内障等）对应的地表紫外辐射数据；进一步基于月尺度辐射计算年累积剂量，并计算年龄累积剂量。

8、步骤5：利用步骤4得到的历史紫外辐射剂量数据与历史各国不同性别、不同年龄层皮肤癌的患病、死亡和白内障的残疾调整生命年（disability-adjusted life year,daly）数据，计算得出剂量-效应关系中的关键参数值，构建“辐射-健康”二者之间的剂量-效应关系；其中，关键参数值指的是区域异质性乘数，用于修正不同国家在肤色、医疗水平、登记率等方面差异。

9、步骤6：基于步骤5构建的剂量-效应关系和步骤4获得的紫外辐射剂量预测值计算皮肤癌患病率、死亡率及白内障的daly发生率，并结合各国不同性别、不同年龄层的人口数据，计算得到各国不同性别、不同年龄层的皮肤癌的病例数、死亡数与白内障的daly，即为臭氧层变化所导致的健康负担；同时，还可以计算臭氧层保护带来的健康收益，即情景间的健康负担差值。

10、步骤7：基于步骤6得到的健康负担，结合各国单位治疗成本与统计生命年价值（value of a statistical life year, vsly），计算不同情景下疾病的直接成本与间接成本，直接成本与间接成本加和即为臭氧层变化所导致的健康相关经济负担；不同情景间的健康相关经济负担差值可以作为臭氧层保护带来的健康相关经济收益。

11、上述技术方案中，所述步骤1具体为：对于现实情景（即受控情景），可直接读取由观测或权威机构提供的odss浓度序列；对于其他情景（可根据需要设置），可由odss排放计算得到odss浓度，公式如下：

12、

13、其中和分别表示化合物在年份和年份时的浓度（单位为pmol mol-1），代表的是将排放量转换为大气混合浓度的转换系数（mol mol-1 kg-1）， 代表的是在年份时化合物的排放量，代表化合物的大气寿命（year）。

14、进一步地，所述步骤2中，根据步骤1得到的odss浓度序列，利用frf、氯/溴原子数及溴相对氯的权重系数计算eesc，公式如下：

15、

16、其中，表示第年的eesc，表示第年化合物的浓度，因为从地表排放的odss到平流层大约存在3年的时间延迟，是化合物的释放分数因子（frf），和分别代表化合物中的氯原子数和溴原子数，是一个常数，取值为60，它反映了溴的臭氧破坏潜力大于氯。

17、进一步地，所述步骤3具体为：

18、以1980年为参考年，将历史tco数据进行重采样、插值与网格化处理，得到参考年及历史基准期（1979–1991年）的tco分布；结合步骤2得到的eesc，计算得到tco对eesc的灵敏度，具体计算公式如下：

19、

20、其中，表示对的灵敏度；是1991年和1979年在经度和纬度处不同月份之间的tco差值；表示1991年和1979年之间的eesc差值，选择1979–1991年是因为该时间段和变化幅度较大，可以较为准确地计算；

21、基于步骤2得到的eesc、以及参考年的tco分布和tco对eesc的灵敏度，在任意年份、月份、经纬度网格上计算tco，计算公式为：

22、

23、其中，和分别表示在年份和1980年、经度和纬度处的tco；和 分别为年份和1980年的eesc值。

24、进一步地，步骤4中，结合地理位置和时间，以及与健康负担对应的地表紫外辐射数据计算有效紫外辐射剂量，按月份输出月尺度辐射剂量；对月尺度辐射剂量进行累积得到年累积剂量；对年累积剂量按年龄进行累积得到年龄累积剂量。

25、进一步地，步骤5中，剂量-效应关系包括：皮肤癌的患病率和辐射之间的剂量-效应关系、皮肤癌的死亡率和辐射之间的剂量-效应关系、白内障的daly发生率和辐射之间的剂量-效应关系。

26、皮肤癌的患病率和辐射之间的剂量-效应关系为：

27、

28、

29、

30、其中，代表scc的患病率，代表bcc或mm的患病率；表示年龄；和分别是根据、的历史值以及公式右侧除外其他参数的历史数据计算得出的scc、bcc或mm分别对应的区域异质性乘数，考虑了种族和肤色、医疗和健康水平、登记率以及其他的每个国家特有因素的影响；是年龄累积的辐射剂量；是年份的辐射值；、和、是scc、bcc或mm分别对应的系数，从文献中获得；

31、皮肤癌的死亡率和辐射之间的剂量-效应关系：

32、

33、其中，代表mm和scc的死亡率；是根据的历史值以及公式右侧除外其他参数的历史数据计算得出的区域异质性乘数；是对应系数，从文献中获得；

34、白内障的daly发生率和辐射之间的剂量-效应关系：

35、

36、其中，代表白内障的daly发生率；是根据的历史值以及公式右侧除外其他参数的历史数据计算得出的区域异质性乘数；是对应系数，从文献中获得。

37、进一步地，步骤6中，在获得剂量-效应关系后，结合地表紫外辐射数据分别对不同情景计算皮肤癌患病率、死亡率和白内障的daly发生率，并结合各国不同年龄层、不同性别的人口数据，计算各国不同年龄层、不同性别的皮肤癌的病例数、死亡数与白内障的daly，即为臭氧层变化所导致的健康负担。同时，还可计算臭氧层保护带来的健康收益，具体定义为：臭氧损耗情景下的健康负担减去受控情景健康负担。

38、进一步地，步骤7中，基于步骤6获得的臭氧层保护带来的健康负担，估算不同情景下疾病的直接成本与间接成本。直接成本为：将皮肤癌的病例数或白内障的daly与单位治疗成本相乘得到。间接成本为：将daly与vsly相乘得到，vsly为各国特定参数。直接成本与间接成本加和即为臭氧层变化所导致的健康相关经济负担。同时，还可以不同情景间健康相关经济负担的差值作为臭氧层保护带来的健康相关经济收益。直接成本和间接成本的计算公式如下：

39、直接成本的计算公式为：

40、

41、

42、其中，是国家皮肤癌的直接总成本；代表国家皮肤癌的单位治疗成本；代表国家的皮肤癌总数；是国家白内障的直接总成本；代表国家白内障的单位治疗成本（美元/daly）；代表国家总daly；和由文献荟萃分析得到；

43、间接成本的计算公式为：

44、

45、其中，表示国家疾病表示每个国家的vsly；表示国家疾病在年龄和性别中的daly。

46、另一方面，本发明提供一种预测臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担的方法的装置，该装置包括以下模块：

47、第一模块：用于构建不同情景下的odss浓度序列；

48、第二模块：用于基于第一模块输出的odss浓度序列计算eesc；

49、第三模块：用于基于第二模块输出的eesc与tco对eesc的灵敏度生成网格化tco；

50、第四模块：用于调用tuv辐射传输模型，基于第三模块输出的tco计算各经纬度网格、各月份的地表紫外辐射数据，并根据各月份对应的地表紫外辐射数据计算年累积剂量、年龄累积剂量；

51、第五模块：用于第四模块输出的历史的年累积剂量、年龄累积剂量和历史各国不同性别、不同年龄层皮肤癌的患病、死亡和白内障的daly数据计算得出剂量-效应关系中的关键参数值，构建“辐射-健康”二者之间的剂量-效应关系；所述关键参数值为区域异质性乘数，用于修正不同国家在肤色、医疗水平、登记率方面的差异；

52、第六模块：用于根据第五模块输出的剂量-效应关系，以及第四模块输出的紫外辐射剂量计算皮肤癌患病率、死亡率及白内障的daly发生率，并结合各国不同性别、不同年龄层的人口数据，计算各国不同性别、不同年龄层的皮肤癌的病例数、死亡数与白内障的daly，即为臭氧层变化所导致的健康负担；

53、第七模块：用于基于第六模块输出的臭氧层变化所导致的健康负担，结合各国单位治疗成本与vsly，计算不同情景下疾病直接成本与间接成本，直接成本与间接成本加和即为臭氧层变化所导致的健康相关经济负担。

54、另一方面，本发明提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现所述的预测臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担的方法。

55、另一方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令用于使计算机执行所述的预测臭氧层变化所导致的健康负担及健康相关经济负担的方法的步骤。

56、本发明具有以下优点：

57、（1）在网格尺度上建立tco对eesc的灵敏度，可显著提升tco预测的准确性；

58、（2）基于历史紫外辐射剂量数据以及历史各国不同年龄层、不同性别的皮肤癌的患病、死亡与白内障的daly数据，首次在精细人群尺度上确定剂量-效应关系中的关键参数值，实现紫外辐射与健康负担之间关系的定量计算；

59、（3）结合文献荟萃分析同时评估直接成本与间接成本，实现健康相关经济负担的全面核算，并考虑国家/地区异质性，提高跨国评估一致性与可解释性；

60、（4）提供臭氧-紫外-健康-经济的一体化端到端评估框架，自动化程度高、可复现，可应用于多种不同odss排放情景，服务odss淘汰的产业和技术升级，以及政策实施；

61、（4）能够在全球尺度与国家尺度输出长期评估结果，并支持网格化计算，精细化程度高。