2021年北美西部热浪中社会脆弱性与高温空间重叠分析——基于美国九城市的研究

《International Journal of Disaster Risk Reduction》：The 2021 western North America heat wave: Analysis of overlapping social vulnerability and heat in nine US cities

　　

既往研究表明，低收入及其他弱势人群承受着不成比例的热相关疾病负担。2021年夏季，北美西部发生了一场规模空前的高温热浪事件。部分地区气温峰值较前十年夏季最高温度高出10°C-20°C。研究人员获取了博伊西、拉斯维加斯、洛杉矶、奥克兰、波特兰、萨克拉门托、盐湖城、旧金山和西雅图的网格化温度估计值。研究人员将热浪期间的平均最低和最高温度进行聚合，并与基于美国社区调查（American Community Survey）数据计算的社会脆弱性指数（Social Vulnerability Index, SVI）评分相关联。在每个地点，研究人员检验了人口普查区层面的脆弱性是否与更高的热浪温度相关。斯皮尔曼秩相关系数（Spearman's rank correlation coefficients）显示，除奥克兰和旧金山外，所有地点的总体SVI与最低和/或最高温度均存在显著正相关；在显著的正相关结果中，系数范围为0.09至0.61。温度与SVI各主题（社会经济状况、家庭特征、种族与民族少数群体地位、住房类型与交通）之间的关联总体上与总体SVI的结果一致。研究人员还评估了空间关联局部指标（local indicators of spatial association），以识别同时经历高SVI和高温度的人口普查区空间聚类。除奥克兰和旧金山外，所有地点均识别出显著的全局空间自相关。研究分析发现，在近期历史上最强烈的北美热浪之一期间，社会脆弱性较高的人口普查区经历了最热的温度，这进一步加剧了他们本已升高的热相关发病和死亡风险。

热浪是威胁公众健康最严重的自然灾害之一，可导致超额死亡和急诊就医增加。气候变化背景下，热浪的频率、强度和持续时间均呈上升趋势。城市热岛效应使城市居民承受比周边地区更高的温度，而社会经济地位较低的群体往往拥有更少的绿色空间，并伴随更多基础疾病，因而对热更为敏感。2021年夏季，北美西部发生了一场“空前规模”的热浪，波特兰气温达到46.7°C，多个城市打破历史纪录，造成至少250人死亡。在此背景下，研究人员旨在回答一个关键问题：在城市内部，社会脆弱性较高的人口普查区是否经历了更高的热浪温度？

研究人员针对九个美国西部都会统计区（Metropolitan Statistical Area, MSA）——博伊西、拉斯维加斯、洛杉矶、奥克兰、波特兰、萨克拉门托、盐湖城、旧金山和西雅图，利用高分辨率气象模拟数据与疾病控制与预防中心（CDC）/有毒物质与疾病登记署（ATSDR）的社会脆弱性指数（Social Vulnerability Index, SVI）相结合，量化了2021年热浪期间社会脆弱性与气温之间的关联，并识别了高脆弱性与高温重叠的空间热点。

研究方法上，研究人员使用了Chen等人（2023）从天气研究与预报（Weather Research and Forecasting, WRF v3.8）模型获得的1 km²分辨率网格化每日最高和最低温度数据，时段为2021年6月1日至7月10日。SVI数据取自2020年全国版指数，基于美国社区调查16个变量，涵盖总体评分及四个主题：社会经济状况、家庭特征、种族与民族少数群体地位、住房类型与交通。温度数据按人口普查区聚合，采用斯皮尔曼秩相关、独立样本t检验（比较温度四分位数高组与低组的SVI差异），以及双变量全局Moran's I和局部空间关联指标（Local Indicators of Spatial Association, LISA）进行空间聚类分析。样本为九个MSA内的人口普查区，非空间分析聚合了2,004至7,942个温度网格点，空间分析则使用了754至4,110个点。

### 描述性结果

各MSA人口从博伊西的797,026到洛杉矶的近1,300万不等。拉斯维加斯、洛杉矶和萨克拉门托的平均SVI位于中高或高水平（分别为0.58、0.65和0.52），博伊西最低（0.35）。在热浪日，拉斯维加斯经历了最高的平均最低（31.9°C）和最高（43.9°C）温度，旧金山则最低（10.5°C和14.2°C）。t检验显示，在除奥克兰和旧金山之外的所有地点，温度处于第4四分位数的人口普查区，其SVI显著高于温度处于第1四分位数的区域；其中拉斯维加斯、博伊西、波特兰和盐湖城差异最为突出。

### 斯皮尔曼秩相关分析

除奥克兰和旧金山外，所有地点的总体SVI与最低和/或最高热浪温度均呈显著正相关，显著正相关的系数范围为0.09至0.61。博伊西、拉斯维加斯和盐湖城的相关性达到中等至强（0.36-0.61）；波特兰的最高温度、洛杉矶和西雅图的两个温度指标也呈弱至中等正相关。各SVI主题的相关模式与总体SVI大体一致，但存在地区差异：萨克拉门托仅最低温度与SVI显著正相关，且种族与民族少数群体主题呈负相关；奥克兰的家庭特征主题与最低温度弱正相关，而其他主题及总体SVI均与温度负相关；旧金山仅种族与民族少数群体主题与温度显著负相关。

### 空间聚类与离群值分析

双变量Moran's I显示，除奥克兰和旧金山外，所有MSA均存在显著的全局空间自相关。SVI与平均最低温度的正空间自相关在拉斯维加斯（0.401）、盐湖城（0.417）和博伊西（0.289）最为突出；与平均最高温度的正自相关在拉斯维加斯（0.577）和博伊西（0.376）最强。旧金山的SVI与最高温度呈显著负空间自相关（-0.118），提示高SVI区域往往被低温区域包围。LISA地图进一步识别出各MSA内由相邻人口普查区组成的高SVI-高温热点区域，尽管旧金山和奥克兰整体上没有显著的正空间关联，但所有九个MSA均至少存在一些热点或高SVI-高温聚类。

讨论部分指出，尽管所有比较均为城市内部差异，但最低温度比最高温度更频繁地与SVI呈正相关，然而显著正相关的平均系数在最高温度上更强（0.35对0.29）。在四个SVI主题中，社会经济状况与高温的正相关最稳定（18个系数中有13个显著正）。旧金山湾区的异常模式被归因于当地凉爽的夏季气候、昂贵的住房市场以及湾区分隔导致的独特微气候。研究局限性包括缺乏人口普查区级别的空调使用数据，以及将细尺度温度聚合到较大人口普查区可能带来的代表性偏差，但敏感性分析表明排除大面积边缘人口普查区对结果无实质影响。

研究结论翻译如下：本项研究丰富了证明极端高温效应可能不成比例地影响特定人群的文献。在2021年热浪期间，在研究人员所评估的大部分地点中，根据SVI被认为更脆弱的人群经历了最热的温度。从既往研究已知，这些人群也更有可能是基础疾病患者，并且不太可能拥有家用空调和可供避暑的周边绿地。这种最高温度、合并症和较低适应能力的三重风险，很可能导致了极端高温事件中不成比例的发病和死亡负担。多种短期和长期策略可以减轻脆弱人群面临的风险，包括改进天气预报、针对性的风险沟通、合理布局的降温中心、热缓解材料和设计，以及社区绿化和其他基于自然的解决方案。