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大量流行病学和毒理学研究表明大气颗粒物,特别是细颗粒物能引起心肺疾病甚至死亡,危害程度与颗粒物的浓度、粒径和组成成分有很大的关系。作为华北地区主要的能源和工业基地之一,太原市大气颗粒物污染严重,对太原市的生态环境以及人群健康产生了重要影响,开展太原市主城区大气颗粒物污染特征、化学组成以及健康效应的研究对于大气污染防治具有重要意义。首先利用太原市2013～2019年常规大气污染物质量浓度和气象数据,通过污染特征雷达图、PM2.5与PM10比值以及后向轨迹等方法分析重度以上污染天气过程的污染特征和成因;其次,收集了2013年1月1日至2015年10月19日太原市65岁及以上老年人每日非意外死亡、心脑血管疾病、呼吸系统疾病死亡统计资料及相应的大气污染数据,采用广义可加分布滞后模型分析了大气颗粒物对老年居民每日疾病死亡的分布滞后效应和收获效应;并于2016年10月11日至16日使用中流量大气采样器同时采集距地面1.5m、13m、58 m垂直高度的大气PM2.5样品,使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪（ICP-AES）测定PM2.5中重金属Ti、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Ba和Pb的含量,通过相关分析和主成分分析法研究重金属的联系与来源,通过美国环境保护署的健康风险评价模型评估不同高度大气PM2.5中重金属的致癌与非致癌风险。结果显示:（1）太原市2013～2019年共发生了80次重污染天气过程,累计134天,首要污染物以PM2.5为主,PM10次之;主要发生在采暖季,尤其以1月和12月居多,常见的污染过程有燃煤-二次-扬尘转换型、二次-扬尘转换型、燃煤-二次-机动车转换型、二次-扬尘-钢铁转换型以及综合型五类。（2）PM2.5和PM10污染暴露在当日和一周内与每日死亡人数存在显著关联,当观察时间延长至30天时,它们对心血管疾病、缺血性心脏病和心肌梗死死亡的累积效应估计值显著增加,PM2.5还对非意外死亡的累积效应具有显著作用,但与呼吸系统疾病和肺炎死亡的相关性则无统计学意义。（3）PM2.5中重金属的浓度在白天随着高度的增加而降低,而在夜间则呈现相反的趋势。交通排放、燃煤和工业过程是重金属的主要来源,它们的健康风险均在可接受范围内,Cr具有最高的致癌和非致癌风险值。与成人相比,儿童的非致癌风险更高,而致癌风险相对较低。白天除Cr之外的重金属风险值随着垂直高度的增加而降低;夜间Cd、Ni和Pb的风险值先降低后升高,As呈现相反的趋势,Cu、Zn和Cr的变化趋势倾向于增加。以上结果提示,太原市重污染天气过程具有持续时间短、污染重、以PM2.5为首要污染物的特点,主要受到不利气象条件（高相对湿度）、污染物一次排放（燃煤、机动车、工业生产等）和二次转化、沙尘区域传输以及上风向地区污染物输送的综合作用;PM2.5和PM10与呼吸系统疾病和心血管疾病死亡之间存在收获效应和显著的累积效应,当应用更宽的时间窗时可以定量估算这些效应的大小,使用广义可加分布滞后模型可以避免低估大气颗粒物对老年人非意外死亡的影响;重金属健康风险的垂直变化与不同高度PM2.5污染源的贡献密切相关,在建筑设计过程中和居民进行楼层选择时应该积极考虑PM2.5及其成分可能引起的健康风险。