当脆弱性无法预测死亡率时：热脆弱性指数的应用与局限性

《Environmental Research》：When Vulnerability Does Not Predict Mortality: The Uses and Limits of Heat Vulnerability Indices

　　摘要
热脆弱性指数（HVIs）被广泛用于指导气候适应和公共卫生规划，其假设是那些被识别为高脆弱性的社区也是极端事件期间热相关死亡率集中的区域。然而，这一假设很少在长时间范围或不同热强度下进行评估。在这项研究中，我们对科罗拉多州丹佛市的一个社区进行了30年的普查区级热脆弱性指数评估，比较了1990-2019年间中等和极端热浪期间的脆弱性得分与热相关超额死亡率。通过多种验证框架（包括统计关联、分类性能和空间对应性），我们发现脆弱性与死亡率之间的关联较弱、不一致，并且受到热强度和十年的强烈影响。高脆弱性社区很少与经历最高死亡率的社区相对应，尤其是在极端热浪期间，或者与模型预测的温度归因死亡率相符。补充分析表明，时间持续性因死亡率定义和热强度而异，观察到的超额死亡率比模型预测的超额死亡率更稳定。这些结果并不是热脆弱性指数失效的迹象，而是强调了结构性脆弱性与特定事件死亡风险之间的根本区别。我们表明，静态的、基于位置的脆弱性指数适合描述基线易感性和不平等，但无法有效识别热事件期间的死亡发生地点。这一区别对于环境健康研究和气候适应规划中热脆弱性指数的解释、验证和实际应用具有重要的意义。

引言
极端热是一个日益严重的公共卫生威胁，也是全球城市中最明显和最严重的气候相关灾害之一（Ibebuchi等人，2025年；Yang等人，2024年）。城市环境通过土地利用变化、夜间冷却减少以及保护资源获取不均等方式加剧了热暴露，从而增加了某些人群的热相关疾病和死亡风险（Ebi等人，2021年；Hajat & Kosatky，2010年；Stone，2012年）。热浪频率、持续时间和强度的增加引发了对最易受热相关疾病和死亡影响人群的担忧（Tong等人，2021年）。识别最危险的人群和地点已成为公共卫生、城市规划和气候适应的核心问题（Cheng等人，2021年；Gronlund等人，2025年；Lüthi等人，2023年）。热脆弱性指数（HVIs）已成为识别极端热事件期间高风险社区的常用工具。自早期开发以来（例如Reid等人，2009年），HVIs已被公共卫生机构、规划者和气候韧性从业者采用，以支持应急响应、基础设施投资和长期适应规划（Meerow & Keith，2022年）。HVIs已在各种空间背景下开发，包括特定城市的应用（Bradford等人，2015年；Johnson等人，2012年）以及全国范围的热脆弱性评估（Manware等人，2022年）。大多数HVIs汇总了社会、人口统计、环境以及有时是与暴露相关的指标，以描述社区或普查区级别的脆弱性模式（Bao等人，2015年；Szagri等人，2023年）。热脆弱性指数可以为识别暴露和社会脆弱性的空间模式提供一个有用的、政策相关的切入点。但它们也可以反映产生和体验热风险的历史、制度和个人特定过程（Eriksen & Simon，2025年）。因此，当将HVIs作为筛查工具解释时最为有效，并且可以通过特定地点、历史或治理分析进行补充。尽管得到了广泛使用，但HVIs尚未针对它们试图近似的健康结果进行一致性的验证。大多数验证研究依赖于相对较短的时间段、有限的空间分辨率或粗略的热暴露指标，这使得难以评估HVIs是否能够在不同的气候背景下或在长时间范围内可靠地捕捉死亡率风险。最近的一项系统评价发现，2010年至2020年间只有不到15项研究使用健康结果对HVIs进行了验证，验证周期平均仅为八年，方法也存在很大差异（Niu等人，2021年）。许多HVIs还忽略了明确的暴露指标，尽管有证据表明温度或热浪强度对健康结果有显著影响，而且很少有研究考察HVIs是否在单个十年或热事件之后持续与死亡率模式一致（Romero-Lankao等人，2012年）。使用HVIs隐含了一个基本假设，即具有较高社会脆弱性的社区将在热事件期间经历热相关死亡率的集中。然而，热相关死亡率越来越多地被认为是由动态的、特定于事件的过程导致的，包括热事件的气象条件、夜间热缓解、行为反应、短期冷却资源的获取以及适应能力的变化（Anderson & Bell，2011年；Narayanan & Keellings，2025年；Slesinski等人，2025年；Son等人，2019年）。这些过程因事件、阈值和时间而异，为该领域留下了一个未解决的问题：静态的、基于位置的脆弱性指数在多大程度上能够识别热浪期间的死亡发生地点，尤其是在几十年的时间跨度和变化的环境中？

本研究的一个关键区别是结构性脆弱性与特定事件死亡风险之间的区别。结构性脆弱性反映了影响人群对热暴露的相对稳定的社会、人口统计、环境和健康条件。然而，热相关死亡率是由这些结构性条件与动态的、特定于事件的过程的相互作用产生的，包括热浪的强度和持续时间、夜间热缓解、行为反应、冷却资源的获取以及紧急干预措施。这种区别表明，脆弱性与死亡率之间的关系可能因不同的热条件而异。在中等热事件下，由于重复暴露和长期易感性，结构上脆弱的社区可能更容易经历较高的死亡率。相比之下，在极端热事件下，死亡率模式可能更多地受到短期气象条件和适应反应的影响，而这些因素并未被静态脆弱性指数所捕捉。因此，在中等热条件下，HVI得分与死亡率之间的关联可能比在极端热条件下更强。

半干旱城市为探讨这一问题提供了一个特别有趣的背景。与湿润地区相比，半干旱环境经历强烈的日间高温、低湿度和大温差，导致夜间冷却更频繁和强烈的太阳辐射；所有这些因素都会以不同的方式影响热暴露和生理压力。因此，干旱气候下的热死亡反应可能更具偶然性，并且更依赖于特定事件的特征，而不是长期且持续的潮湿热。然而，关于半干旱城市热脆弱性和死亡的实证评估仍然较少（Cheng等人，2021年），并且很少有关于在其他气候背景下开发的HVIs是否适用于干旱城市热动态的信息。最近的研究综述报告指出，绝大多数HVI研究集中在温带气候，只有少数在干旱或半干旱地区进行——其中更少的研究结合了基于健康的验证（Niu等人，2021年）。本研究使用科罗拉多州丹佛市一个普查区级热脆弱性指数进行了多年度的验证，该市是一个凉爽的半干旱城市。利用1990-2019年的30年每日死亡率和温度数据，我们比较了两种互补的热相关死亡率测量方法——观察到的和模型预测的——这两种方法都基于特定普查区的温度-死亡率函数。我们评估了HVI是否在两个热阈值、三个十年以及多种验证框架（包括统计关联、分类性能和空间对应性）下识别出死亡率升高的社区。通过一致地评估HVI在时间、阈值和结果定义下的表现，本研究对热适应脆弱性映射的一个核心假设进行了实证评估。通过这项工作，我们旨在不仅不否定脆弱性指数的价值，而是澄清它们在表示热相关死亡风险方面的角色和局限性。了解HVIs在何种条件下以及是否与观察到的死亡率一致对于正确解释脆弱性地图和设计反映城市热风险动态性的热适应策略至关重要。

研究区域
研究区域是科罗拉多州的丹佛市和县，2020年人口约为712,000人，大都会区总人口超过290万人。该地区的人口以每年1.48%的速度稳定增长（州人口统计办公室，2024年；美国人口普查局，2020年）。该市海拔5,280英尺，具有半干旱气候，夏季炎热干燥。夏季的平均日间和夜间气温……

结果
HVI在所有验证方法中与热相关死亡率的关联较弱至中等，但非常不一致。模式因热阈值、十年和死亡率定义而异，在中等热情景下与观察到的超额死亡率关联最强，而与模型预测的超额死亡率或极端热条件几乎没有关联。分类性能始终较差，表明其在识别最高死亡率方面的敏感性较低。

讨论
本研究提供了多年度的实证评估，探讨了普查区级HVI在半干旱城市中是否以及在多大程度上识别出热相关死亡率升高的社区。HVI在三个十年、两个热阈值和多种验证框架下与超额死亡结果的关联较弱且不一致。在中等热条件下可以检测到与观察到的超额死亡率的轻微关联，但这些关系在……

结论
本研究提供了多年度的普查区级评估，探讨了热脆弱性指数是否能够在半干旱城市中识别出热相关死亡率升高的社区。在三个十年、多个热阈值和不同的验证方法下，HVI与超额死亡结果的关联较弱且不一致。高死亡率的普查区很少被高脆弱性得分所捕捉，而且死亡率的空间模式随时间发生了变化。

作者贡献声明
Elizabeth Dzwonczyk：写作——审阅与编辑，原始草稿撰写，可视化，方法论，调查，正式分析，数据管理，概念化。
Ben Crawford：写作——审阅与编辑，监督。
Gregory Simon：写作——审阅与编辑，可视化，监督，项目管理，概念化。

数据可用性声明
本研究使用的死亡率数据来自科罗拉多州公共卫生与环境部，由于保密限制和数据使用协议，这些数据不公开。用于构建HVI的公共可用的社会经济、人口统计和环境数据集以及生成的HVI数据集存档在Zenodo上（http://dx.doi.org/10.5281/zenodo.21386113）。分析代码可应请求向相应作者索取。

利益冲突声明
作者声明他们没有任何已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢
我们感谢科罗拉多州公共卫生与环境部提供死亡率数据。本研究未接受任何外部资金支持。作者声明没有任何资助机构在研究的设计、分析或解释中发挥过作用。科罗拉多州多机构审查委员会提供了人类受试者的监督和批准（COMIRB#: 24-0752）。

Elizabeth A. Dzwonczyk | Peter Anthamatten | Ben Crawford | Gregory Simon
科罗拉多大学丹佛分校建筑与规划系，1250 14th Street, Suite 2000, Denver, CO, 80202, USA