今天（4月22日）是第45個世界地球日。但比起45年前環境糟糕的美國，包括中國在內的許多發展中國家現在所面臨的汙染問題，可謂有過之而無不及，其中空氣汙染更是問題的焦點所在。在中國，霧霾對公眾的健康存在多大的影響成為政府與公眾共同關注的問題，而他們的雙眼，都注視著埋頭研究的科學家們。
近日，美國哈佛大學公共衛生學院的弗朗西斯卡·多米尼西（Francesca Dominici）等人在《科學》上發文指出，目前用評估霧霾與人體健康之間的關係，在方法上存在限制。為了使人們更準確地認識大氣顆粒物對健康的影響，科學家需要考慮使用「準實驗方法」（quasi-experimental，QE）進行分析評估[1]。
2003年到2012年，在美國各項重要法規所帶來的總收益中，來自於減少空氣中懸浮顆粒物（particulate matter，PM）所帶來的成效介於總收益的三分之一到二分之一。為降低PM制定的法規具有極大的影響力。然而，PM狀況與當地居民健康情況的評估數據是否有效，使用的分析模型是否得當，卻是值得重新關注的問題。
觀察性研究的局限性大樣本隨機對照研究也許是最適合研究PM與健康相關性的方法，但此方法在許多具體問題的研究中可行性並不高。因此，在過去的40年中，美國主要依據觀察性研究（Observational Studies）的結果對國家環境空氣品質標準進行修訂。
在流行病學和統計學中，觀察性研究法用於推測某個因素對研究對象的影響。與隨機對照研究不同，在觀察性研究的分析過程中，研究者不能主動的把樣品劃分為實驗組和對照組。在研究大氣顆粒物的健康效應時，觀察性研究最終呈現的是在不同時空條件下、在空氣汙染程度各異的地區居民的健康狀況比較。在這種情況下，可能對結果造成影響的各種因素是混雜存在的。如何控制混雜變量的影響，成為觀察性研究無法規避的一大挑戰。
空氣中總懸浮顆粒物（TSPs）對50歲以上人群死亡率的影響（1969-1974）。第二第三列中不帶括號的數值表示每立方米TSP增加1微克導致的每一 萬個50歲以上當地人群死亡率的增加量。第二列與第三列使用了不同的觀察研究處理方法，第二列的評估並沒有對混雜變量進行調整。表中的12項觀察性研究的回歸分析中，有2項得出了TSPs和死亡率之間的顯著正相關關係，另外2項卻詭異地得出了TSPs和死亡率之間存在顯著的負相關關係，剩下的8項則沒有得出顯著的相關關係。圖片來源：Dominici et al.（2014）Science.
在由果殼網承辦第38期「科學家與媒體面對面」活動「撥開十面霾伏」中，中國氣象科學研究院副院長張小曳指出，霧霾和健康之間的關係需要長期研究，其中變量的複雜性需要被意識到並予以重視。「比方說南方人與北方人基因不一樣，生活環境不一樣，飲食不一樣，這些東西都很難被完全剔除掉。」張小曳評論道，「要確定某個病就是因為某個因素造成的，這是個很困難的。」
多米尼西在論文中也提及一項對6座空氣汙染水平各異的城市進行健康狀況分析的研究。他指出，在這類觀察性研究中，不同城市居民具有不同的社會經濟狀態和生活習慣，各地的醫療條件、用水質量也存在差異，人們採取的防護措施等因素在統計數據中也得不到很好地測量——由於許多影響健康的決定因素恰恰是無法被觀察到的，採用觀察性研究方法得出的結論可能並不能真實有效地反映大氣顆粒物和健康之間的關係。
各取所長的準實驗方法那麼，怎樣才能更準確地評估人體健康與空氣汙染的關係？研究者推薦了準實驗方法。與經典實驗一樣，準實驗評估也需要設計實驗組和對照組，並比較分析兩者的結果差異。但與經典實驗不同的是，準實驗所附加的處理因素是研究者所不能控制的，比如如政策、意外事件和監管行為等。
在評估健康與大氣顆粒物之間的關係時，準實驗致力於將因處理手段的實施而引發的大氣顆粒物變化鑑別出來，從而削弱混雜因素或者被忽略的變量所造成的偏差。因此，準實驗方法可以被看做兼具隨機對照實驗和觀察性實驗特點的研究方法。
近年來，準實驗分析方法已被較為廣泛的應用。在諸如「每多接受一年高等教育對收入的影響」、「空氣汙染程度對房價的影響」、「醫療保險對死亡率的影響」等方面的研究中，準實驗分析都提供了可靠的評估結果。在研究政策執行對治理大氣汙染起到的效果及其造成的健康效應方面，採用準實驗方法的論文也越來越多，其中就包括2008年北京奧運會舉辦前、舉辦時以及舉辦後治理手段對空氣品質的影響，以及我國淮河以北冬季免費提供燃煤供暖政策的作用。
霧霾中的北京。圖片來源：Dominici et al.（2014）Science.
不過，只有滿足一定的前提，使用準實驗方法才可能得到更可信的評估結果：在使用準實驗方法進行研究時，對實驗和分析模型的設計要求更加嚴格，研究者需要使實驗組和對照組中可見協變量的值或者影響效果達到同一水平，以排除這些可見協變量對實驗結果的幹擾。而對於難以觀察的協變量，也需先證明其在實驗組和對照組中本就十分接近，不會干擾實驗結果。
更完善的科研，更準確的傳播，更實用的政策許多研究表明大氣顆粒物對人們的健康不利，可能縮短壽命或者增加患病機率。然而，大氣顆粒物和健康之間量化的具體關係仍需要進一步確認，降低PM含量所能夠帶來的具體收益程度也有待更準確的評估。
張小曳說：「我們每天要呼吸上萬升的空氣，但是多少量的汙染物會造成多大程度的危害，科學界現在還沒有給出比較確切的結論。」只有獲得了這些明確的結果，才能為政策的制定和修改提供可靠的依據。
大洋彼岸的美國在這方面已經開始了較為深入的探索。首先，歐巴馬政府開始評估過去的法規，統計其在實踐中的具體效果，分析花費高額代價來減少大氣顆粒物的成果是否和預期一樣顯著提高了人民的健康水平，然後以此作為參考調整舊的政策和出臺新的政策。
其次，研究人員將通過兩個問題進一步明確PM與健康之間的關係：
PM的劑量曲線是什麼樣的？比如把每立方米空氣中的PM從12微克降低到10微克，或者從14微克降低到12微克，哪個對提高健康的收益更大？ 大氣顆粒物的成分很複雜，需要進一步了解PM2.5的成分以及其排放源，明確治理目標，以免增加不必要的治理成本。上述科學問題的解決，將有助於政府制定更實用的環境政策。而另一方面，在科學家不斷努力優化研究方法的同時，作為非科研人員的公眾，又能做什麼力所能及的事情？「控制霧霾最重要大頭、決定性的動作都是政府做的，」張小曳指出，「公眾如果能多理解政府的一些行動，比如單雙號限行，大家少罵、多理解，做到這點就很不錯了。媒體做報導的時候，則要真正比較客觀地進行描述,實事求是地把壞的地方、好的地方給大家說清楚。」
張小曳、黃克武等專家在第38期「科學家與媒體面對面」上闡述霧霾相關問題。圖片來源：房瑞標
首都醫科大學附屬北京朝陽醫院呼吸與危重症醫學科主任醫師黃克武則表示：「就中國而言，我覺得媒體發揮的作用應該是最大的。各種知識的宣傳要到位，而且要理性分析。」「媒體可能寫的時候為了抓眼球，把一個詞改了，原本的意思就完全變了。」他指出，以相關關係和因果關係為例，在科學研究中用什麼詞進行表述，是非常嚴格的。
要讓政府和公眾更好地了解大氣汙染物對健康的影響，科學家們需要革新分析手段，而媒體則需要準確、嚴謹地傳達科研結果。這樣，我們才可以通過最可靠的科學保護人類的健康——一如設立「世界地球日」的初衷。
參考文獻： F Dominici, M Greenstone, C R. Sunstein.Particulate Matter Matters. Science. 344, 257-259文章題圖：globalpost.com第38期「科學家與媒體面對面」相關拓展閱讀果殼相關小組