城市热岛与人口老龄化复合因素对未来温度相关死亡率的不对称效应

《Environmental Impact Assessment Review》：Asymmetric effects of the urban heat island–population aging compound factor on future temperature-related mortality

　　

摘要

随着气候变化的持续加剧，与温度相关的死亡率上升已成为一个关键的公共卫生问题。除了气候变化之外，日益加剧的城市热岛效应和快速的人口老龄化是塑造未来极端温度暴露的关键驱动因素。然而，以往大多数研究都是孤立地考察这些驱动因素，对其对未来温度相关死亡率的综合影响知之甚少。本研究评估了城市热岛效应和人口老龄化对欧洲2300多个城市未来温度相关死亡率的复合影响。结果表明，该复合因素具有明显的非对称性影响。在夏季，该复合因素使热相关死亡率比两个因素的单独效应之和高出19%（2030年）至58%（2100年），表现出协同的"1+1>2"关系。在冬季，城市热岛效应抵消了因老龄化而增加的冷相关死亡人数的46%（2030年）至10%（2100年），使得死亡率低于仅因老龄化的情况（"1+1<1"）。这些结果表明，城市环境变化与人口老龄化之间的复合相互作用可以显著重塑未来温度相关死亡率模式。因此，考虑这种非对称性相互作用对于准确预测气候相关健康风险和设计有效的城市气候适应策略至关重要。

引言

非最适宜环境温度已成为全球主要死因之一（Murray等，2020年）。Zhao等（2021年）报告称，每年有超过500万人死于极端高温或低温暴露。随着全球变暖不断加剧，未来气候变化的健康影响日益引起科学界和政策制定者的关注（Romanello等，2023年）。在此背景下，对未来温度相关死亡率的预测不仅对于量化不同气候变化情景下的潜在健康负担至关重要，也为支持气候适应规划、识别未来脆弱人群以及指导长期城市规划和公共卫生政策提供了依据（Chen等，2024年；Vicedo-Cabrera等，2018年）。

温度相关的健康风险通常通过风险三角框架来概念化，该框架将风险归因于致灾因子、暴露和脆弱性三者之间的相互作用（Blaikie等，2014年）。在这一框架中，温度决定了致灾因子成分，而人口规模和人口结构则主要塑造暴露和脆弱性。这些因素未来将受到多种相互作用驱动因素的影响。未来城市温度不仅受大规模气候变化的影响，还受局部尺度上城市扩张通过城市热岛效应带来的影响。与此同时，人口转型预计将显著改变人口脆弱性，因为全球人口继续快速老龄化（经济和统计司，2017年）。因此，对未来温度相关死亡率的预测必须考虑气候变化、城市发展和人口老龄化的综合影响。

通过基于各种代表性浓度路径情景（Van Vuuren等，2011年）的预测，几乎所有关于未来温度相关死亡率的研究都已考虑了气候变化的影响（Gasparrini等，2017年；Wang等，2019年）。然而，在城市尺度上，环境温度不仅受全球气候趋势的影响，还受城市热岛效应造成的局部升温的影响。城市热岛效应是指由于地表性质变化和人为热排放，城市地区气温高于周边乡村地区的现象（Oke，1973年，Oke，1982年，Oke，1988年；Oke，2002年）。以往研究表明，城市化使许多城市的热岛强度增加了0.5至5°C（González-Aparicio等，2014年；Lin等，2013年；Liu等，2022年；Sachsen等，2013年；Wang等，2016年；Zhang和Huang，2015年），这意味着城市居民在夏季面临更大的热风险（Wang等，2023年），可能导致热相关死亡率上升（Huang等，2023a年；Zhu等，2021年）。相反，城市地区冬季气温升高可能减少寒冷暴露并降低冷相关死亡人数（Macintyre等，2021年）。因此，城市热岛效应将与气候变化共同影响未来城市的冷相关或热相关死亡率。

除了环境变化之外，人口变动在塑造温度相关健康风险方面也起着关键作用。生育率下降与预期寿命延长导致全球人口快速老龄化（经济和统计司，2017年）。老年人由于生理因素、慢性病高发率以及独居等社会条件，通常对温度波动更为脆弱（Hajat等，2014年；Lee和Kim，2016年；Vardoulakis等，2014年）。随着老年人口比例的增加，人口老龄化预计将增加易受温度相关健康影响的人口数量（Chen等，2024年；Huang等，2023b年；Murage等，2024年）。

虽然现有研究在预测气候变化下的未来温度相关死亡率时已考虑了城市热岛效应或人口老龄化，但这两个因素对温度相关死亡率的综合影响在很大程度上仍未被探索。例如，Zhu等（2021年）已将城市热岛效应纳入中国未来温度相关死亡率的预测，但未考虑人口老龄化可能导致的死亡率增加。相反，Chen等（2024年）的研究分析了人口老龄化对温度相关死亡率的影响，却忽视了城市热岛效应。然而，城市热岛效应和人口老龄化的综合影响可能产生非对称性结果，而非简单的加和效应。在夏季，两个因素可能相互增强，从而可能放大热相关死亡率（Chen等，2024年；Wicki等，2024年）。随着城市扩张持续进行且人口老龄化在未来加剧，这两个因素之间的协同效应预计将进一步加强，可能导致远超当前估计的额外热相关死亡率。相比之下，在冬季，虽然人口老龄化可能增加冷相关死亡率，但城市热岛效应的升温作用可能抵消这一增加（Chen等，2024年；Fan等，2022年），而在未来情景下哪种对消效应将占主导地位仍很大程度上未知。忽视这种非对称性相互作用可能导致对未来温度相关死亡率的错误估计，并降低风险预测的可靠性。尽管其重要性不言而喻，但量化城市热岛效应和人口老龄化复合影响的研究仍然有限。未来预测能够评估该复合因素在未来气候变化情景下对热相关和冷相关死亡率的非对称性影响，从而增进我们对未来温度相关健康风险的理解。

在本研究中，我们在气候变化、城市扩张和人口老龄化的综合影响下，对欧洲2300多个城市的未来温度相关超额死亡率进行了预测。我们量化了城市热岛效应和人口老龄化的各自贡献，并评估了这两个因素对温度相关死亡率的复合影响。本研究考虑了两种气候-社会经济情景：SSP2-RCP4.5，代表一种"中等发展"路径；SSP5-RCP8.5，代表一种高排放情景（O'Neill等，2014年）。在这些情景下，我们估计了欧洲城市从2030年到2100年每十年一个间隔的夏季热相关死亡率和冬季冷相关死亡率。具体而言，本研究解决两个关键问题：1）城市热岛效应和人口老龄化各自对未来温度相关死亡率的贡献有多少？2）城市热岛-老龄化复合因素将如何影响未来温度相关死亡率？

章节摘要

数据来源

本研究整合了多个公开数据集来估计未来温度相关死亡率（见表1）。首先，全球人类住区图层（GHSL）建成区数据集和MODIS全球地表温度（LST）产品（Wan等，2015年）被用于估计地表城市热岛（SUHI）强度。未来城市发展格局来源于SSPs情景下的预测（Chen等，2020年）和FROM-GLC全球不透水面数据集（Gong等）

城市热岛效应对温度相关死亡率的影响

在欧洲2300多个城市中，温度相关死亡率在2030年至2100年间以10年为间隔进行了预测，考虑了气候变化和城市热岛效应的综合影响。2100年的预测结果作为示例呈现（图2）。进一步选取了几个代表性城市区域以展示更精细尺度的空间格局（图2c-h）。这些估计值是通过将气候变化和城市热岛效应共同作用下的相对风险（RR）应用于五个城市密度分区获得的。

城市热岛效应对温度相关死亡率的季节性和空间异质性

尽管已有若干研究量化了城市热岛效应对温度相关死亡率的影响，但本研究从三个方面提供了更为全面的评估。首先，明确考虑了冬季和夏季城市热岛强度的季节差异。结果表明，在欧洲各城市中，夏季城市热岛强度通常远高于冬季，这一格局与以往大规模城市热岛

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本论文所报告的工作。

致谢

本工作得到了中国教育部人文和社会科学青年基金（项目编号：22YJCZH113）和国家自然科学基金委员会（项目编号：42201309）的资助。

明浩|王佳秋|刘雪

山东建筑大学测绘与地理信息学院，山东济南，邮编250101，中国