西方高温热浪研究述评

祁新华，程　煜,*，李达谋，金星星，陈晔倩

1 福建师范大学, 地理研究所，福州　350007 2 福建师范大学, 地理科学学院，福州　350007 3 福建省湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地，福州　350007



西方高温热浪研究述评

祁新华1,2,3，程煜1,2,3,*，李达谋2，金星星2，陈晔倩2

1 福建师范大学, 地理研究所，福州350007 2 福建师范大学, 地理科学学院，福州350007 3 福建省湿润亚热带山地生态国家重点实验室培育基地，福州350007

摘要:高温热浪不仅给自然生态系统造成不可逆转的冲击，也对人类经济社会与健康产生巨大的负面影响。西方学者历来重视高温热浪相关研究，并产生了丰硕的成果。首先梳理了西方高温热浪研究的脉络，即从指标测度上明析其内涵；从对比模拟角度分析其产生的机理；从空间格局上总结其分布与规律；从复合系统层面探讨其影响；从流行病学角度解析其对健康的危害。其次，指出了趋势判断、机理解析、影响评估、脆弱性评估、风险感知、适应分析等未来关注的矛盾与焦点。在此基础上，提出了西方高温热浪研究对中国的启示，包括：拓展典型区域的实证研究；关注脆弱群体与欠发达地区；重视健康尤其是心理健康的影响；注重研究领域拓展；尝试多学科视角融合等。

关键词：高温热浪；研究脉络；西方；脆弱性评估；研究述评

令人信服的科学证据表明，主要由于人类因素引发的全球气候变暖已经成为严峻事实[1- 3]。尽管存在显著的区域差异性与一定的不确定性，仍然得到绝大多数学者的认同。作为气候变暖的突出表现之一，高温热浪可能在21世纪末成为一种常态[4]，不仅给自然生态系统造成不可逆转的冲击，也对人类经济社会与健康产生巨大的负面影响。西方学术界历来重视高温热浪的相关研究，尤其是1995年芝加哥与2003年欧洲的高温热浪事件导致大量的超额死亡以后[5- 8]，更是在欧美国家掀起了研究热潮，并产生了丰硕的成果。然而，迄今为止鲜有系统地对西方高温热浪研究进行系统述评的报道。因此，有必要梳理西方对高温热浪的研究脉络，分析未来关注焦点与矛盾，希望能为国内相关研究提供一些有益启示。

1高温热浪研究领域与脉络

1.1从指标测度上明析高温热浪的内涵

由于地理环境与经济社会条件的差异，高温热浪门槛值差别很大。关于高温热浪的内涵与测度尚无统一的标准，直到本世纪初，仍然缺乏足够的定义[9]。多数国际组织与发达国家采用最高温与持续时间来定义(表1)[5,10-12]，如世界气象组织(WMO)的标准为：日最高气温高于32℃，且持续3d以上。荷兰皇家气象研究所的最高温标准稍低(25℃，且有3d高于30℃)，持续时间却更长(5d)[10]。高温热浪的内涵与测度的研究越来越全面，包括综合考虑温度与湿度这两个体现人体热反映指标的热指数(显温)[5]、基于人体热量平衡模型的人体生理等效温度(PET>41℃)等[11- 12]。近年来，另一些替代指标也开始出现，如夜间最低温与白天最高温[1,13]、97.5%与81%门槛值等[14]。

1.2从时间跨度上分析高温热浪的事实与趋势

IPCC历次评估报告，尤其是第五次评估报告用海量的事实(数百万条观测记录、2百多万吉兆模拟资料、9200份科技出版物)证明气候系统变暖是毋庸置疑的[3]。20个世纪80年代以来每10年的地球表面温度都高于1850年以来的任意一个10年。IPCC第四次评估报告指出，1906—2005年的100年间温度线性趋势为0.74℃[2]。第五次评估报告的预测趋势更加明显，除了最低情景外，21世纪末其它情景下的全球表面温度变化有可能超过1.5℃，在两个高情景下，甚至超过2℃[3]。气候变暖最突出的表现之一是高温热浪。轻微的温度变动与平均温度变化都有可能大幅提升高温热浪的发生频率[15]。

表1　西方部分高温热浪定义与标准[5,10-12]

1.3从对比模拟角度分析高温热浪产生的机理

学者们通过是否在模型中纳入人为因素产生的不同结果来判断人类对气候变化的影响。研究发现，2003年欧洲创纪录的高温热浪事件与气候变化模型一致，且最终能够归结于人类引发的气候变暖，人为因素至少使热浪发生的风险增加1倍(可信度超过90%)，未来40年将增加100倍[16]。尽管高温热浪事件不能够单独归因于气候变化，且很难定量任一因素所引发的高温热浪事件的发生率[17]，但是多数学者认为高温热浪与大气环流密切相关，通常表现为500hPa 高度场的正距平[18- 19]。温室效应加剧高温热浪也经常被报道[20]，并在伦敦、德克萨斯州和俄克拉荷马州等案例中得以验证[21]。

1.4从空间格局上总结高温热浪的分布与规律

观察数据与模型预测都显示，持续增加的温室气体将使将来欧洲与北美的高温热浪更加剧烈、更频繁，持续时间更长[3,9,14]。当然最经常被报道的是1995年芝加哥与2003年巴黎的热浪[5- 6]。不过高温热浪在不同空间尺度上表现出巨大的空间差异性。在全球层面，高温热浪的影响在中高纬度更为强烈；在城市内部，相对于近郊与远郊区，高温热浪在中心城区的发生与影响更为显著[2]。

1.5从复合系统层面探讨高温热浪的影响

定量评估任何具体的经济社会与生态影响都要求能够模拟当地气候条件，以及说明二者之间的关系[16]。总体上，高温热浪将对复合生态系统产生巨大的负面影响，给可持续发展造成巨大的、全方位的冲击[22- 23]。高温热浪通过干扰森林、海洋生态系统的结构与过程，进而影响其生态服务功能。高温热浪期间持续高温少雨，土壤保水功能受损，农业减产，甚至引发社会稳定问题。高温热浪容易引发病虫害与森林火灾，造成生态灾难[24]。高温热浪期间，河水断流与水库干涸，工农业生产和居民生活用水、用电急剧增加，供水和电力系统不堪重负。持续高温热浪还破坏建成区道路材料结构、影响道路等基础设施的稳定性，同时使建筑材料变得更加脆弱[25]。

1.6从流行病学角度解析高温热浪对健康的危害

作为决定人类进化的因素之一，气候变化对健康的影响伴随着人类发展的历史。至少从希波克拉底时期(time of Hippocrates)开始，人类已经意识到气候变化会影响健康。气候变化的健康后果的验证与修正假说都需要长期跟踪与监测，近几十年来的健康监测数据为此提供了可能[26]。当前，在全球气候变暖的大背景下，作为其突出表现的高温热浪俨然成为与天气相关死亡的主要原因之一，进而演变成为公共健康问题[27]。高温热浪对人体健康的影响主要表现在中暑、热疾病发病率与超额死亡率方面[27- 29]，尤其会导致呼吸系统和心血管系统疾病的发病率和死亡率升高[30]。目前，关于高温热浪的流行病学研究大多集中于欧洲与北美[31]。2003年8月发生在欧洲热浪引发的大约超过30000的超额死亡[17,32]。1995年芝加哥的高温热浪事件导致约800人死亡和至少3300例急诊病例[33]。

2高温热浪研究的矛盾与焦点

2.1高温热浪趋势判断

尽管仍有较大的弹性空间，绝大多数西方学者都认同气候变暖的总体趋势。IPCC第四次评估报告预测至2100年全世界平均温度会上升1.4—5.8℃[2]；第五次评估报告预测的数据则是1.5℃，甚至超过2℃[3]。这固然考虑到不同气候变化情景，与气候变化自身不确定性有关，当然也与数据、案例不足以及科学认识不明朗有一定的关系。气候变化预测模型本身不是一个精确的科学，描述性多于预测性。1.4—5.8℃的预测范围说明以模型预测仍存在不确定性。值得注意的是，不确定性是对称的，低估与高估可能性一样高[2]。除了增温预测的幅度范围过大以外，目前主要争论之一是区域差异问题，目前多数区域总体呈增暖趋势，仍有一些证据显示局部气候在变冷，如2014年1月3日美国中西部至东北部遭受暴风雪袭击，部分区域创下有纪录以来的最低温。还有些人认为现在的高温热浪并未比之前强烈，主要是居住环境变迁与人体感觉的差别而已。另外，从长远看，超过关键门槛值导致的气候、环境与相关效应的跳跃性变化的概率将增加[1]，而高温热浪在各区域的门槛值未能明确。

2.2高温热浪机理解析

2003年欧洲发生大量的超额死亡以后，高温热浪事件被认为是后工业社会头号所谓的“自然风险”[23]。由于人类活动引发的二氧化碳浓度增加将导致地表温度上升已经成为世界公认的科学事实[31]。无论是20世纪中叶以来的观测数据还是模型预测，人类因素均被视为气候变暖的主要原因[2-3]。研究发现，2003年欧洲的创纪录的高温热浪事件符合气候变化模型预期，同时最终能够归结于人类引发的气候变暖[16]。尽管没有一个极端高温事件能够单独归因于气候变暖，定量计算任何一个因素所引发的事件的发生率也是困难重重[31]，然而气候变化背景的特别事件的概率还是可以估计的[6,14]。高温热浪将变得更剧烈，这一点得到多数专家的认同，然而人类因素已经或即将在多大程度上影响其产生仍然缺乏足够的实证分析。除了2003年欧洲热浪的定量分析外[16]，多数研究在此方面含糊其辞，缺乏令人信服的证据。

2.3高温热浪影响评估

对高温热浪影响仍存在不确定性，包括影响后果、高温热浪-健康关系以及经济社会适应的不确定性等[26]。在影响后果方面，正如高温热浪的存在巨大的区域差异，不同区域产生差异悬殊的正面或负面影响。尽管多数专家认同负面影响总体上高于正面影响[26]，对某些特定区域，却是很难定量比较其后果。另外，对高温热浪的直接后果相对易于判断，对于间接后果，包括粮食产量变化、渔业生产中断、生计损失与人口流迁等则不易研究，相互之间的因果过程与效应也很难定量[31]。例如在超额死亡率方面，一般研究往往限制于特定时间跨度导致的超额死亡率。事实上，在更长的时间内还有一个“死亡率补偿”问题[31]，也就是说如果将时间跨度延伸，死亡率很可能会下降。类似这些方面的研究显然是未来需要重点关注的焦点。

2.4高温热浪脆弱性评估

高温热浪不仅是一个气象过程，更是一个社会过程与心理过程。“脆弱性(vulnerability)”这一确切概念则最早出现在2003年对次都市区层面上的高温脆弱性研究分析[34]。IPCC的第三次评估报告将脆弱性定义为：一个自然的或社会的系统容易遭受来自气候变化(包括气候变率和极端气候事件)的持续危害的范围或程度[1]。这个定义在气候变化研究领域中被广泛认同和采用，且很多学者认为系统对外界干扰的暴露、系统的敏感性、系统的适应能力是脆弱性的关键构成要素。换句话说，高温热浪脆弱性是热浪的危害程度、对高温热浪变化的敏感程度(个人或群体的响应，包括有利和不利影响)和适应能力(高温热浪来临时个人或群体通过调整行动或创造条件减缓或消除不利影响的能力)的函数，即脆弱性=f(危害，敏感程度，适应能力)[2]。

2.5高温热浪风险感知

感知在个体采取适应行为及支持政府政策的重要性受到广泛认可[35- 36]。高温热浪感知源于风险感知研究，兴起于20世纪80年代末，该时期美国中西部和东南部经历了炎热夏天，大众传媒开始采用简单的问卷调查，近年来主要集中于对脆弱人群(如老年人)的定性访谈研究[37- 38]。研究发现，尽管民众对高温热浪的感知逐步提升，高温热浪事件(如1995年美国芝加哥与2003年欧洲的高温热浪事件)也能够强化人群的感知[39]，但公众对热浪的风险总体感知度不高[40]，风险感知呈现社会衰减性特征，人们容易“遗忘”、“原谅”或忍受高温热浪带来的影响[24]。另外，不同区域高温热浪感知的门槛值也有很大差异[9]。

2.6高温热浪适应分析

高温热浪的应对大致可以分为减缓与适应两个不可或缺、同等重要的方面。然而前者的周期更长，投入更大，并且与经济社会发展耦合在一起，很难在短期内见效[40]，因而主动性与被动性适应的重要性频频被强调[34,41]，其中包括热适应规划、遥感与GIS方法应用以及社区战略等[27]。1999年美国中西部的高温热浪，强度堪比1995年中部导致1000多人死亡的高温热浪事件，但死亡率却只有四分之一左右，某种程度证明了适应的重要性[42]。诸多研究特别强调低收入国家与脆弱性人群的低适应能力[26,43]。然而，即便是发达国家的适应能力也有待加强。2003年欧洲高温热浪致死数万人说明欧洲各国应对热浪能力的欠缺[24]，对美国18个城市分析显示适应规划的缺失[44]。需要指出的是，尽管多数专家认同生理与行为适应以及公共预案、社会管理管理与资源共享的有效性[15]，但是对某些特定方式尤其是空调的态度却是矛盾的。空调大量减少死亡人数[45- 47]，却因增加能源消耗，加剧热岛效应，违背可持续能源模式而被环保组织极力反对[48]。

3高温热浪研究对中国的启示

(1)开展典型区域的实证研究

国外研究大都集中于欧洲与北美，国内也涵盖宏观与中观层面的多数区域与部分大城市。然而，无论是高温热浪本身，还是其影响与适应均为受多因素制约的复杂过程且存在巨大的区域差异，相关理论与假说需要更多的检验，研究结论同样需要更多案例佐证，类似福州、重庆、杭州和海口所谓“新四大火炉”的实证研究则更具标签意义。

(2)关注脆弱群体与欠发达地区

西方研究非常关注高温热浪对脆弱性群体(老人、儿童、穷人或长期卧床的人)的影响[49- 52]，而国内较少区分人群的差异性，针对脆弱性人群的相关研究基本无人涉及。在高温热浪频发、影响加剧的背景下，脆弱性人群所受影响最大，适应能力最弱[45,47]。同样，相对于其他地区，欠发达地区经济基础薄弱，适应能力更弱，受高温热浪的冲击更大[26,53]。关注脆弱性群体与典型区域高温热浪的影响、感知与适应，有助于脆弱性人群采取恰当措施应对高温热浪的冲击，增进脆弱性人群与专家与决策人员的沟通，为欠发达区域相关部门制定应对高温热浪政策提供参考。

(3)重视健康尤其是心理健康的影响

现实中，高温热浪是发生在其他全球变化的背景之下，包括人口增长、城镇化、土地利用变化，淡水资源枯竭，而这些变化本身会影响人类健康。一方面，西方研究通过剥离其他因素的影响来体现高温热浪对人类健康的潜在影响，而高温热浪正是与这些因素相互作用，而放大了影响[26,54]，着重研究高温热浪健康影响与这些变化的耦合关系非常有价值。另一方面，西方的高温热浪研究大多集中于生理健康，对心理健康的关注度相对不足，而这些恰恰也是中国未来探索的热点。

(4)注重研究内容拓展

西方发达国家起步较早，研究重点已从高温热浪的内涵与特征、机理等转移至影响(尤其是健康方面)与适应机制方面。由于起步较迟以及经济社会发展水平的限制，国内研究多侧重于热浪的特征、发生原因等探讨，除了从医学角度分析其健康影响成果相对较多外，对生计与生活影响与适应的研究相对不足，对高温热浪感知的研究更为薄弱，鲜有在问卷调查基础上的定性与定量相结合的探索，而这些也正是未来在拓展的重要内容。

(5)尝试多学科视角融合

国内外多从气象学与大气物理学等角度分析高温热浪特征与产生机制；国外侧重于从生态学、医学、社会学等多学科角度探讨高温热浪的影响与适应。从自然科学与社会科学耦合视角探索其影响与适应的成果鲜见于报道。除了传统的模型预测高温热浪的特征与趋势外，对高温热浪的影响与感知方面可以采用新的视角与方法。例如通过数理统计方法，在控制其他自变量的基础上，探讨高温热浪对因变量的影响程度；热浪感知及其转化为适应策略的过程与机理比较复杂，除了通过Logistic二元回归模型探讨其结构性影响因素外，必须引入社会学、心理学与行为地理学等相关学科的方法。

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基金项目:教育部人文社会科学项目(14YJCZH112); 教育部留学回国人员科研启动基金(教外司留[2014]1685号); 福建省科技厅公益类项目(K3-360); 福建省教育厅科技项目(JK2014007); 福建师范大学优秀青年骨干教师培养基金(fjsdjk2012071)

收稿日期:2015- 03- 17; 网络出版日期:2015- 08- 26

*通讯作者

Corresponding author.E-mail: chengyu76@163.com

DOI:10.5846/stxb201503170507

祁新华，程煜，李达谋，金星星，陈晔倩.西方高温热浪研究述评.生态学报,2016,36(9):2773- 2778.