双重暴露差异：亚热带大都市中不同年龄群体及昼夜间的热暴露不平等现象

《Sustainable Cities and Society》：Dual exposure disparity: Age-specific and diurnal?nocturnal heat exposure inequity in a subtropical metropolis

　　摘要：传统的城市热暴露评估往往未能综合考量昼夜变化规律及不同年龄群体的脆弱性，这可能导致对热暴露不平等问题的严重低估。以一座典型的亚热带大都市为研究对象，我们结合ECOSTRESS地表温度数据与手机信号数据，分析了夜间居住区和白天活动区的热暴露强度。通过中位数聚类方法、地理加权随机森林模型以及Shapley加性解释技术，系统研究了昼夜间的热暴露差异及其成因。研究得出三大结论：其一，不同年龄群体的脆弱性并不一致：虽然老年人多集中在城市中心，但在以居住为主的区域，其昼夜热暴露差异较小；而那些身处白天较凉但夜间较热的区域——这类区域往往与非正规居住区相关——的中年人则面临更大的热暴露差异；其二，就业与住房比例以及建筑密度始终是影响热暴露的关键因素，在以就业为中心的高密度区域内，这两种因素的相互作用会进一步加剧昼夜温差；其三，在中等价格区，房价与建筑密度之间的相互作用会带来一种此前未被发现的隐性公平风险：较高的开发强度加上不断上升的房产价值，反而会加剧昼夜热暴露差异，这揭示了城市升级过程中中间层级社区中一个被忽视的公平问题。这些发现表明，仅基于单一场景或整体人口进行的评估可能会低估热暴露不平等现象。通过阐明年龄结构、功能分区、建筑密度以及社会经济因素的作用，本研究为理解并缓解昼夜热暴露差异提供了具有空间明确性和年龄敏感性的分析框架，也为制定公平的城市热适应策略提供了实用依据。

引言：在气候变化加速与城市化快速发展的双重作用下，城市热环境状况日益恶化，对人类健康和福祉构成了越来越大的威胁（Huang等，2026；Sanchez Rodriguez等，2018）。温室气体排放量的增加使得极端高温事件的频率、强度和持续时间都在上升，而城市扩张则通过改变地表特性加剧了城市热岛效应（Barkhordarian，2024）。这些因素共同导致了城市居民的热暴露水平显著上升（Oleson等，2015）。由此带来的健康负担十分沉重：长时间处于高温环境中会导致热应激，进而大幅增加中暑、心血管疾病及其他与热相关的疾病风险（He等，2026；Santamouris，2020）。预计到2050年，全球城市人口占比将从2018年的55%上升至68%，因此，开发能够精细刻画且具备时间动态特性的工具来评估热暴露及其相关的不平等问题，已成为城市规划、环境治理和公共卫生领域的当务之急（Estrada等，2017；Tuholske等，2021）。

城市热暴露通常是通过将热危害强度与人口分布相结合来评估的，它是一种复杂的环境风险，会对公共卫生和社会经济系统产生深远影响（Huang等，2024；Ming等，2024）。作为影响人群热健康风险的核心上游因素，户外热暴露的空间差异是健康不平等的重要根源，而不同社会人口群体在生理敏感度和适应能力上的差异又会进一步放大这种不平等。从生理层面来看，长期处于高温环境中会导致脱水、中暑以及心血管负担加重，同时还可能引发不良的出生结果，并使呼吸系统疾病和肾脏疾病等慢性病状况恶化（Tan等，2010；Wang等，2024）。从心理层面而言，热应激会增加焦虑、抑郁和认知功能障碍的风险，从而给个人和医疗系统带来额外负担（W. Zhou等，2025）。除了健康影响之外，高温还会限制人们的日常活动，降低劳动生产率，其经济后果在热带和亚热带城市尤为严重（Dunne等，2013）。鉴于这些日益严峻的挑战，准确、精细地评估热暴露变得极为重要。传统上依赖气象站数据或低分辨率遥感产品的评估方法，往往无法全面反映城市热的昼夜变化规律（Cao等，2020；Chen等，2022）。近年来，尤其是利用空间站上的ECOSystem空间热辐射计实验数据，能够实现全天候的多时相观测，为捕捉城市环境中的快速温度变化提供了新的机会（Chang等，2021、2023；Hulley等，2019；Yuan等，2022a）。

尽管人们越来越关注不同社会人口群体之间的热暴露不平等问题，包括种族、性别、收入和年龄等方面的差异（Chakraborty等，2019；Huang等，2025；Z. Li等，2026；Liu和Hang，2025；Wang和Liu，2026），但现有研究大多聚焦于居住环境，依据人们的居住地点来评估热暴露情况。这种以居住为核心的研究方法在评估热暴露、绿地覆盖及空气污染暴露等问题时十分常见（Huang等，2025；Zhang等，2026b、2026a）。然而，这种方法很大程度上忽略了这样一个事实：城市居民在白天的很多时间其实都处于工作场所、学校以及社区公共空间等各类不同的活动场所中，而非一直待在家中。因此，热暴露的空间和时间动态特征至今仍未得到充分研究。更为关键的是，如果不区分白天和夜间的情况，就无法完整把握整个昼夜周期内的热暴露真实模式。此外，即便承认存在昼夜差异，若不按年龄进行细分，也会忽略另一个重要维度：不同年龄群体有着不同的活动模式（Szeto等，2017）、活动范围（L. Yang等，2021）以及生理上的热脆弱性（Riach等，2025），这些因素都可能导致他们在不同时间段的热暴露情况存在差异。因此，忽视昼夜循环与年龄结构的共同作用，不仅会掩盖热暴露不平等的实际程度，还会导致对最脆弱人群的误判。正是由于存在这两方面的不足，才亟需一种能够同时考虑昼夜差异和年龄特异性脆弱性的综合评估方法。

白天活动场所对城市居民的日常生活至关重要。全球约有36.1%的劳动力每周在工作场所的时间超过48小时（Huang等，2025），而在白天，还有更大比例的人口在住所之外活动。在这些场所中暴露在高温环境下，会严重影响职业健康，降低劳动生产率，还会加重原有的健康问题（Fatima等，2021；Meng Li等，2025）。2010年全球因高温造成的经济损失高达3110亿美元，预计到2030这一数字还将上升至2.4万亿至2.5万亿美元之间（Borg等，2021）。在发展中国家，由于非正规劳动力市场普遍存在且工作场所保障措施不足，白天的热暴露问题更为严重（Dasgupta等，2024；Meng Li等，2025；Parsons等，2022）。然而，尽管人们已经认识到工作场所环境的重要性，但大多数注重公平的热暴露评估仍然以居住环境为重点，导致昼夜热暴露差异这一问题几乎未得到研究。尤其值得关注的是，就业与住房分离现象如何影响这种差异，以及不同年龄群体之间的差异情况，目前仍缺乏深入了解。此外，建筑密度、蓝绿空间等城市环境特征所发挥的调节作用也尚未得到系统研究。要解决这些问题，就有必要设计出针对性的、公平的干预措施，从而不仅在人们居住的地方，也在他们工作和日常活动的场所减轻热暴露带来的影响。

为弥补这些不足，本研究旨在全面分析不同年龄群体在昼夜间的热暴露差异，并结合就业与住房分离情况以及城市环境特征，探究其背后的成因。具体而言，我们重点关注三个核心问题：第一，居住区和白天活动区的昼夜热暴露强度存在怎样的差异？这种差异的空间分布特征是什么？第二，老年人、中年人和年轻人这三类不同年龄群体，是否表现出不同的昼夜热暴露差异？而且这些差异在高密度商业区、住宅社区以及城中村等不同类型的城市区域中又有哪些差异？第三，哪些城市因素，尤其是就业与住房比例以及建筑密度，是导致昼夜热暴露差异的主要驱动因素？它们又是如何与房价等社会经济变量相互作用，从而加剧不平等现象的？基于以上背景，本研究以广州市中心城区为研究对象，重点分析昼夜热暴露差异及其年龄层面的不公平性问题。我们整合了卫星获取的地表温度数据、手机信号人口数据以及多种来源的建筑环境和社会经济数据，以此描述白天活动场景和夜间居住场景下的热暴露特征。随后，我们运用具有空间可解释性的机器学习方法，识别昼夜热暴露差异的空间分布特征及驱动因素，并进一步探讨其背后的公平问题及相应的规划应对措施。数据来源、指标构建及分析方法的详细内容详见第2节。

本研究在理解并缓解城市热暴露不平等问题方面做出了多项贡献。从理论层面来看，它突破了以往仅关注总体人口或居住环境的局限，通过揭示不同年龄群体的昼夜热暴露差异模式，打破了“老年人普遍脆弱”这一简单的观点。同时，它还确定了就业与住房比例以及建筑密度是主要驱动因素，强调了功能分区和建筑密度之间的耦合关系是加剧昼夜温差的关键机制。从方法层面而言，结合地理加权随机森林模型与Shapley加性解释技术，为解析复杂的非线性相互作用提供了具有空间明确性和可解释性的框架，也为其他城市开展类似研究提供了可复制的思路。从实践层面来看，我们的研究结果为制定公平的城市热适应策略提供了实用依据。通过建立一种具有空间明确性、年龄敏感性且注重公平性的昼夜热暴露认知框架，本研究有助于打造具有气候适应能力且社会公平的城市环境。

研究区域：广州是广东省的省会，也是中国南部粤港澳大湾区的核心城市。本研究以广州主城区为研究对象，该区域面积约为630平方公里，包括越秀区、天河区、荔湾区、海珠区以及白云区的大部分区域（见图1）。广州属于亚热带季风气候，年平均气温在21.7℃至23.1℃之间，年平均降水量为1923毫米。该主城区拥有超过1000万居民。

居住区与白天热暴露的分布：为了为量化昼夜热暴露差异提供实证基础，本节首先分别描述了居住区（夜间）和白天活动场所的人口分布特征以及热暴露强度的空间分布情况。图6展示了不同年龄群体在白天和夜间的空间分布情况。与夜间相比，白天的人口分布更为集中，这一特征在所有年龄群体中都存在。在三个年龄群体中，……

昼夜热暴露的年龄特异性模式：传统的城市热暴露评估大多侧重于总体人口或单一环境场景（Liu和Hang，2025；Namaiti等，2026；Yuan等，2022b；Zhang等，2024），往往忽视了年龄这一关键脆弱性因素的作用（Han等，2025）。通过按年龄群体划分热暴露数据，并对比白天与夜间的情况，本研究揭示了更为细致的热不平等状况。研究结果表明……

结论：本研究通过系统分析某亚热带大都市中不同年龄群体的昼夜热暴露差异及其成因，填补了相关研究领域的知识空白。以往的研究要么聚焦于居住环境，要么仅考虑总体人口，很少涉及这一方面。我们的研究发现了广州特有的三种实证模式。首先，不同年龄群体的脆弱性并不一致：集中在城市中心的老年人，其热暴露差异相对较小……

致谢：作者声明自己没有已知的、可能影响本文研究结果的财务利益或个人关系。

利益冲突声明：作者声明不存在任何可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢：本研究得到了国家自然科学基金重点项目（项目编号：42130107）以及广州市自然资源规划与海洋技术协同创新中心的支持（项目编号：2023B04J0301、2025B04J0025）。感谢中国城市规划学会城市感知学术专业组的支持。高峰|施廷岩|廖顺义|王烨|冯雷|倪亚峰|刘畅|曾鹏|李霞中国上海200241，华东师范大学地理科学学院，地理信息科学重点实验室（教育部）