极端热暴露及其不平等性的时空动态：全球亚国家尺度建成区域的双脱钩评估

《Sustainable Cities and Society》：Spatiotemporal dynamics of extreme heat exposure and exposure inequality: A dual-decoupling assessment across global subnational built-up areas

　　

一项双解耦框架同时评估了高温暴露与暴露不平等性。平均暴露水平上升，而基于超限度的总体不平等性有所下降。暴露—不平等性轨迹在不同区域和人口规模类别之间表现出差异。平均暴露水平和建成区面积是暴露不平等性的反复出现的相关因素。

引言

人为气候变化加剧的轨迹已将极端高温确立为威胁全球公共卫生、经济稳定和宜居性的重大隐患（Peng et al., 2026）。近期的流行病学与气候学评估记录了全球主要城市中心地区与高温相关的大量死亡和发病情况（Hundessa et al., 2025; Zheng et al., 2026）。这些负担在不同国家、代际和社会经济群体之间分布不均（Liao et al., 2026）。累积高温暴露与不良的母体、胎儿和新生儿结局相关（Lakhoo et al., 2025），也与低收入家庭青少年的认知发育和学业表现受损有关（Vasilakopoulou & Santamouris, 2025）。在建成环境中，区域气候、人口规模、城市形态和地表过程导致城市热岛强度的差异，而城市扩张和人工物质储量的积累则改变了地表能量平衡（Z. Liu et al., 2022; Manoli et al., 2019; J. Sun et al., 2024; Xu et al., 2024; J. Zhou et al., 2024）。因此，高温研究已从热危害制图扩展到评估人口暴露、其空间分布以及与社会和城市条件的关系（Chang et al., 2025; Slesinski et al., 2025; H. Zhang et al., 2023）。这种扩展产生了方法学多样的文献体系，其中观察到的模式取决于空间、人口、高温和不平等性是如何被表征的。

分析的地理支撑面、人口表征方式和时间分辨率共同决定了能够观察到的热暴露特征。空间聚合和变化的分析边界都会改变所得结果模式，这与可变面积单元问题（MAUP）相符（Kianmehr et al., 2023; H. Zhang et al., 2026）。大尺度研究将栅格化气温数据与人口数据相结合，估算了多个十年的全球城市暴露（Tuholske et al., 2021）；而纵向城市比较则使用城市特定的地表温度阈值和危害—暴露—脆弱性框架来检验暴露轨迹（C. Wang et al., 2024）。全球风险评估还使用了人口加权热应力，并结合人口统计、经济和基础设施维度，以支持跨区域比较（Jayaratne Kariyawasam et al., 2026）。更精细的设计能够揭示额外的异质性形式：街区级的脆弱性指数刻画了单个城市内部的社会—环境对比，而结合移动性的分析则在亚日时间尺度上区分了居住暴露、活动暴露和出行暴露（Krenz & Amann, 2025; Ma et al., 2026; Shiraishi et al., 2026）。在更大尺度上，热不平等性已被置于城市规模、人口密度和发展阶段的关系中加以考察（Huang et al., 2026），而纵向的城市热岛和暴露研究则识别出不同经济背景下异质性的轨迹（Gao et al., 2024; L. Li et al., 2023; Yuan et al., 2025）。综合来看，这些研究展示了广域空间覆盖与局部详细人口信息的共同价值。然而，它们的分析边界和人口分母各不相同，这可能限制了跨尺度及跨时间的直接比较。纵向分析还面临另一挑战：即使行政边界名义上保持稳定，已有人口建成用地和人口分布仍会发生变化。将已有人口建成地点与周围无人口用地聚合在一起，也可能削弱所估算的暴露对比（Tian, Zhang, et al., 2025）。在大尺度纵向研究中，将稳定的报告边界与按年更新的有人口建成足迹相结合，是一种务实的方法，可以在保留宏观层面可比性的同时，将热暴露估算聚焦于每个单元中有人的建成部分。这种组合在现有的全球和多区域评估中受到的关注相对较少。

第二项方法学选择涉及如何界定极端高温以及汇总暴露的哪个组成部分。最近的一项系统综述围绕几个热指标族和四种广泛分析路径组织了城市热不平等研究：组间比较、回归、不平等性指数以及基于指数的排名（Lin & Zeng, 2026）。绝对温度阈值透明且易于直接解释，但其含义在不同气候区和适应水平之间存在差异（L. Chen et al., 2026; Guzman-Echavarria et al., 2023）。基于分位数的阈值识别当地异常状况，但仅凭相对超限度无法描述所经历的绝对温度。指标构建增加了另一层次的区分：累积超限度、超限频率、事件条件下的平均强度和持续峰值强度分别描述了阈值被超标的多少、多频繁、多强烈以及持续多久（Q. Zhou et al., 2025）。目前的研究通常从这些维度中选取一个，或在复合指数中结合多个维度。这些选择非常适合特定的研究问题，但聚合可能掩盖各底层组分之间的差异。尽管并行评估同一人口加权设计下的多个高温维度对于检验这些维度是否遵循相似轨迹具有价值，但目前对此的关注相对较少。

高温暴露的不平等性也通过几种不同的方法加以操作化。空间暴露地图和总体暴露总量揭示了负担集中的地点，而社会经济或人口群体之间的比较则检验暴露是否在界定人口之间系统性地存在差异（A. Guo et al., 2025; Hsu et al., 2021; Tian, Yan, et al., 2025）。复合热风险与脆弱性指数将热条件与敏感性和适应能力结合，从而对地点或群体进行多维排名（Jayaratne Kariyawasam et al., 2026; Shiraishi et al., 2026）。分布指数则汇总在空间单元所代表人群中模拟暴露的离散程度。在该族方法中，人口加权基尼系数汇总了所代表人群间的相对离散程度（Mashhoodi & Kasraian, 2024）。城市绿地和热舒适度研究中的相关应用表明，基于基尼的指标如何能够汇总城市环境其他维度中不平等的可达性或暴露（Martin & Conway, 2025; Wu et al., 2023）。人口加权基尼系数还被用于比较欧洲683个功能性城市区域的夏季地表温度不平等性，并通过地理加权回归考察其与城市形态的关联在空间上的变异（Mashhoodi & Unceta, 2024）。在更精细的尺度上，嵌入热健康风险评估中的局部基尼系数已识别出风险强度与不平等性之间的空间错配，而集中化指数结合可解释机器学习则被用于评估季节性暴露不平等及替代性缓解情景（X. Liu et al., 2026; J. Wang & Liu, 2026）。这些方法将热评估扩展至平均状况之外，不同方法针对不同结果和空间尺度。相比之下，纵向研究中同时使用同一人口面和报告单元框架来检验人口加权平均暴露与指标特定的离散度的研究较少。

时间性和解释性分析增加了另一方法学层面。两期比较已被用于追踪夏季气温、绿色基础设施与社会脆弱性之间关系的变化，台湾北部2009–2012年与2019–2022年的证据即为示例（Shih & Ouyang, 2025）。多城市面板评估延长了时间序列：在中国657个城市2003至2022年的数据中，一项复合环境暴露分析发现热浪加剧的同时复合指数的城市间不平等性收窄，而脆弱群体的暴露仍在上升（Tian, Yan, et al., 2025）。横断面空间回归将热不平等性与城市形态联系起来，而季节性机器学习与反事实模拟则检验了非线性关联及潜在的缓解响应（Mashhoodi & Unceta, 2024; J. Wang & Liu, 2026）。空间比较和基于回归的研究还检验了与蓝绿基础设施、植被、城市扩张和社会经济条件的关联（Chakraborty et al., 2023; S. Chen et al., 2024; A. Guo et al., 2026; Y. Li et al., 2024; Shreevastava et al., 2025; G. Sun et al., 2026; Y. Zhang et al., 2025）。基于情景和路径的分析进一步考虑了高温缓解策略或更早的减排如何改变未来的人口暴露及其空间分布（Eyni et al., 2025; Oh et al., 2025）。这些研究表明时间比较、空间变异回归、可解释机器学习和情景分析能够揭示变化与关联的不同方面。现有证据却跨越不同区域、时间窗口、高温定义和分析尺度，这些方法学要素通常被分开考察。将它们整合到全球年度设计中，可以支持对多个高温维度、人口加权平均暴露、单元内离散度、区域和人口规模异质性，以及条件性社会经济、人口统计和建成环境关联的一致性比较。这种设计也使评估暴露水平与暴露不平等性在不同指标和情境下是否遵循相似或不同轨迹成为可能。

在此背景下，本研究联合考察了2001–2020年在全球次国家建成区的人口加权极端高温暴露与单元内暴露不平等性。按年更新的人口建成足迹嵌套于46,776个次国家报告单元的静态清单中，在维持一致报告边界的同时，将分析聚焦于每个单元中有人的建成部分。由于一个报告单元可能包含多个相连或不相连的聚落，它不应被理解为单独划定的城市。四个互补的高温指标分别代表累积超限度、超限频率、事件条件下的平均强度和持续峰值强度。分析内容包括：（1）量化人口加权平均暴露和指标特定的单元内暴露不平等性的变化；（2）在14个联合国统计司M49次区域、描述性的全球南北分组以及建成区人口类别之间比较它们的轨迹，并对空间支撑面和指标构建进行敏感性分析；（3）评估与社会经济、人口统计和建成环境特征的条件性关联。双解耦评估框架用于组织这些比较，通过区分平均暴露变化方向与其内部分布变化方向，从而能够跨高温维度和地理情境评估二者的对应关系。

分节摘要

研究区与空间边界

本研究覆盖2001–2020年，采用从全球行政区域数据库（GADM v3.6）导出的时间一致行政报告框架。同一边界清单被应用于所有研究年份，包含46,776个报告单元，其中包括45,957个第二级行政单元（ADM2）以及在ADM2边界不可用情况下由可用的最粗GADM地理层级所代表的819个单元（共46,776个标识符；补充数据SD00）。行政边界

人口加权高温暴露与单元内不平等性的总体趋势

在全部四个指标下，人口加权高温暴露均上升；而在主要动态支撑面设定下，校正后基尼系数的全球年均值在每个指标上均略有下降（表2，表3）。其中累积超限度和超限频率的变化最为明显：年均TX90acc暴露从2001年的5.94°C·日上升至2020年的12.02°C·日，TX90p从5.69日上升至11.12日。平均超限度和持续峰值强度也有所上升。

极端高温暴露的互补维度

全球高温研究已经确立人口暴露正在增加，且频率、持续时间和累积高温一般比事件平均强度变化更为一致（Hundessa et al., 2025; Peng et al., 2026; Perkins-Kirkpatrick & Lewis, 2020; Tuholske et al., 2021）。本研究结果将这一上升负担与每个报告单元有人部分中暴露不平等性的变化并列呈现。平均暴露广泛上升，而基尼轨迹则有所差异。

结论

本研究提供了2001至2020年间全球次国家建成区中人口加权极端高温暴露与相对暴露不平等性演变情况的全球纵向评估。在全球总体层面，所有四个高温维度下的人口平均暴露均上升。在主要动态支撑面设定下，相应的校正基尼系数略有下降，但其稳健性因指标而异，且在空间支撑面和指标定义上的表现亦有所不同。最为稳健的结论是……

生成式人工智能及AI辅助技术在手稿准备过程中的使用声明

在准备本研究的过程中，作者使用了ChatGPT（OpenAI）以协助语言改进和代码精炼。在使用这些工具后，作者对所生成内容进行了审阅和编辑，并对已发表文章的内容承担全部责任。

未引用参考文献

Guo et al., 2025; Tian et al., 2025

CRediT作者贡献声明

Cheng Shen：撰写—初稿，可视化，软件，方法学，调查研究，形式化分析，概念化。Yuanyou Zhang：可视化，验证，形式化分析。Xiang Li：验证，软件，调查研究。Tao Wu：撰写—审阅与编辑，软件，方法学，调查研究，形式化分析，数据管理，概念化。Zeyin Chen：撰写—审阅与编辑，软件，方法学，调查研究，形式化分析，概念化。Zhiqiang Wu：撰写—

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本论文所报告工作的已知竞争性经济利益或个人关系。

致谢

作者未获得与本研究的资助、写作和/或发表相关的任何财务支持。

Cheng Shen | Yuanyou Zhang | Xiang Li | Tao Wu | Zeyin Chen | Zhiqiang Wu