Quantification of population exposure to NO₂, PM_2.5, PM₁₀ and O₃ and estimated health impacts for 2023 and 2030

1 SMHI, 2 Umeå University

Summary

A recently developed air quality modelling system is used to produce high-resolution concentrations (with street-canyon effects not included) of air pollutants (NO₂, PM_2.5,PM₁₀ and O₃) over all of Sweden. As a next step the population exposure is quantified and associated health impacts and socioeconomic costs for the years 2023 and 2030 are calculated.

The concentrations of NO₂ are predicted to decrease from 2023 to 2030 due to lower traffic exhaust emissions. Modelled exceedances of the air quality standard for the yearly mean of NO₂ are limited to the nearest vicinity of a few large roads in 2023, while there are no exceedances for 2030 (excluding street-canyon effects). The average population exposure of NO₂ decreases from 4.0 μg/m³ to 2.9 μg/m³.

PM₁₀ and PM_2.5 concentrations in 2030 are predicted to remain on a similar level as in 2023, with a possible slight upward trend. The reasons for increasing concentrations are more traffic and thus higher levels of road, tyre and brake wear particles, as well as slightly higher regional background levels. Modelled exceedances of of the air quality standard for the yearly mean of PM_2.5 are not expected in neither 2023 nor 2030, while PM₁₀ exceedances are limited to the vicinity of larger roads in both years (again excluding street-canyon effects). The average population exposure of particles shows verylittle variation between 2023 and 2030 (from 8.1 to 8.2 μg/m³ for PM₁₀ and 4.6 to 4.7 μg/m³ for PM_2.5).

O₃ concentrations are predicted to stay at similar levels in 2030 compared to 2023, with reductions in rural areas and locally increased concentrations close to larger roads. Thethe average population exposure changes only slightly from 57 μg/m³ to 56 μg/m³

The following health impact assessment is based on NO₂, local and regional PM_2.5, respectively, and wear particles in the PM₁₀ fraction, combining the high-resolution exposure modelling with concentration–response functions from recent epidemiological evidence.

For 2023, the total number of incident mortality cases is estimated at approximately 5 966 (95% CI: 3 905–8 035), with contributions from regional background PM_2.5, locally generated PM_2.5, wear particles (PM₁₀), and NO₂. Compared with previous assessments, the methodology distinguishes more clearly between these sources, including a separate treatment of wear particles using PM₁₀-based risk estimates.

The analysis also includes a broader set of morbidity outcomes. Large numbers of cases are estimated for functional outcomes, including ~680 000 (579 000–782 000) work loss days and ~48 000 (15 700–80 400) school absence days, showing substantial impacts on productivity. Among chronic diseases, estimates include 1 083 COPD cases, 720 dementia cases, 374 diabetes cases, and 251 stroke cases annually. Additional outcomes newly included in the assessment comprise autism spectrum disorder (ASD) (1 422 cases) andallergic rhinitis (148 cases), based on emerging evidence for air pollution effects in children.

In the scenario work for 2030, in total a lower estimated mortality attributed to air pollution was estimated (5 627 cases, e.g. 6% lower), however both of the cases attributed to local wear particles and regional background PM_2.5 were higher (621 vs 554 and 3601 vs 3467 cases, respectively).

Methodologically, mortality estimation has been refined by separating PM_2.5 into regional background and locally generated components, while wear particles are assessedusing PM₁₀ exposure–response functions. This adjustment addresses the contribution of coarse particles from non-exhaust traffic emissions and avoids underestimation of their health effects, although the uncertainty due to limitations in source-specific risk estimates remains.

Sammanfattning

Ett nyligen utvecklat system för luftkvalitetsmodellering används för att producera högupplösta halter (med lokala gaturumseffekter ej inräknade) av luftföroreningar (NO₂, PM_2.5, PM₁₀ and O₃) över hela Sverige. I ett nästa steg kvantifieras befolkningens exponering och de associerade hälsoeffekterna och socioekonomiska kostnaderna för åren 2023 och 2030.

Halterna av NO₂ förutspås minska från 2023 till 2030 på grund av längre trafikavgasutsläpp. Modellerade överskridanden av luftkvalitetsnormen för årsmedelvärdet av NO₂ är begränsade till den omedelbara närheten till några få större vägar år 2023, medan inga överskridanden beräknas ske år 2030 (lokala gaturumseffekter ej inräknade). Den genomsnittliga befolkningsexponeringen av NO₂ minskar från 4.0 μg/m³ till 2.9 μg/m³.

Halterna av PM₁₀ och PM_2.5 år 2030 förutspås ligga på en liknande nivå som 2023, med en möjlig, svagt uppåtgående trend. De ökade halterna kan förklaras av mer trafik och därmed högre nivåer av partiklar från slitage av vägar, däck och bromsar, men även av något högre regionala bakgrundshalter. Modellerade överskridanden av luftkvalitetsnormen för årsmedelvärdet av PM_2.5 är inte förväntade varken 2023 eller 2030, medan överskridanden för PM₁₀ är begränsade till närheten av större vägar för båda åren (återigen med lokala gaturumseffekter utelämnade). Den genomsnittliga befolkningsexponeringen av partiklar varierar mycket lite mellan 2023 och 2030 (från 8.1 till 8.2 μg/m³ förPM₁₀ och 4.6 till 4.7 μg/m³ för PM_2.5).

Halterna av O₃ förutspås också ligga på liknande nivåer 2030 jämfört med 2023, med minskningar i landbygsområden och lokala ökningar vid större vägar. Den genomsnittligabefolkningsexponeringen förändras mycket lite, från 57 μg/m₃ till 56 μg/m³.

Hälsokonsekvensbedömningen bygger på NO₂, lokalt och regionalt PM_2.5 samt slitagepartiklar i PM₁₀-fraktionen, och kombinerar högupplöst exponeringsmodellering med koncentrations–responsfunktioner baserade på nyare epidemiologisk evidens.

För 2023 uppskattas det totala antalet incidenta dödsfall till cirka 5 966 (95 % KI: 3905–8 035), med bidrag från regional bakgrund av PM₂,₅, lokalt genererad PM₂,₅, slitagepartiklar (PM₁₀) och NO₂. Jämfört med tidigare bedömningar särskiljer metodiken dessa källor tydligare, inklusive en separat behandling av slitagepartiklar med riskestimatbaserade på PM₁₀.

Analysen omfattar också ett bredare spektrum av sjuklighetsutfall. Ett stort antal fall uppskattas för funktionsrelaterade utfall, däribland cirka 680 000 (579 000–782 000) dagar med arbetsfrånvaro och cirka 48 000 (15 700–80 400) dagar med skolfrånvaro, vilket visar på betydande påverkan på produktiviteten. Bland kroniska sjukdomar omfattar skattningarna 1 083 fall av KOL, 720 fall av demens, 374 fall av diabetes och 251 fall av stroke per år. Ytterligare utfall som nytillkommit i bedömningen omfattar autism-spektrumtillstånd (ASD) (1 422 fall) och allergisk rinit (185 fall), baserat på framväxande evidens för luftföroreningars effekter hos barn.

I scenariearbetet för 2030 uppskattas en sammantaget lägre
luftföroreningsrelaterad dödlighet (5 627 fall, dvs. cirka 6 % lägre). Däremot är båda fallen hänförliga till lokalaslitagepartiklar och regional bakgrund av PM₂,₅ högre (621 jämfört med 554 fall respektive 3601 jämfört med 3467 fall).

Metodmässigt har skattningen av dödlighet förfinats genom att PM₂,₅ delas upp i regional bakgrund och lokalt genererade komponenter, medan slitagepartiklar bedöms medhjälp av exponerings–responsfunktioner för PM₁₀. Denna justering beaktar bidraget frångrova partiklar från icke-avgasrelaterade trafikemissioner och minskar risken för underskattning av deras hälsoeffekter, även om osäkerheten till följd av begränsningar i källspecifika riskskattningar kvarstår.