生态系统质量调节极端高温对中国中老年人糖尿病患病率的阈值效应

《Sustainable Cities and Society》：Ecosystem Quality Modulates Threshold Effects of Extreme Heat on Diabetes Prevalence in Middle-aged and Elderly Chinese

　　

• 极端高温与城市级糖尿病患病率呈非线性关联。
• 较高的生态系统质量削弱了高温与糖尿病患病率之间的关联。
• Tavg-EQ交互作用将模型推导的阈值从29.71°C偏移至30.11°C。
• 在高排放情景下，阈值超出区域扩展速度更快。
• 在生态系统质量贡献因子中，森林覆盖率排名首位，为基于自然的解决方案提供了参考。

引言

21世纪气候变化驱动的极端高温事件强度增加，导致极端高温事件的频率、强度和持续时间显著上升，对人类健康和福祉构成重大威胁（Hao等，2025；Zeng等，2023）。在中国，观测数据表明，2000年至2020年间，受极端高温影响的空间范围扩大了约27.8×103平方公里，同期暴露于极端高温的城市人口增加了约1.15亿（Wang等，2024）。这些趋势与糖尿病尤为相关，因为中国成人人口中有相当大比例受糖尿病影响（Xu等，2024；Genitsaridi等，2026）。糖尿病患者或糖代谢异常者可能因体温调节、水分平衡和代谢稳定性受损而对热应激特别脆弱。因此，极端高温暴露的增长与糖尿病负担的上升同时发生，构成了一个重要的气候健康挑战。

暴露-响应框架、环境健康理论以及气候变化脆弱性概念为理解极端高温如何影响公共卫生提供了重要视角（Pearson等，2023；Vergunst等，2023）。暴露于极端热环境会引发全身性炎症、氧化应激和糖代谢受损等生理反应，这些反应与胰岛素抵抗密切相关（Hannan等，2024）。除了急性热相关死亡外，长期或反复暴露于极端高温可能对脆弱人群产生累积性代谢负担。这种环境压力可能会加速从糖尿病前期向临床糖尿病的进展，从而对地区间患病率的持续差异有所贡献。尽管社会经济和生活方式因素是糖尿病的主要驱动因素，但现有证据表明，异质性环境暴露，尤其是极端高温，也可能对糖尿病患病率的空间变异有所贡献。然而，大多数现有证据基于单城市分析或历史观测，限制了其在全国和未来气候风险评估中的适用性。

极端高温指标与健康结局之间的暴露-响应关系越来越多地采用非线性和滞后建模框架进行检验（Graffy等，2024）。已有多项热敏感健康结局被记录存在阈值或非线性的暴露-响应效应，包括抑郁症和慢性阻塞性肺病（Tran等，2025）。尽管已有几项慢性结局报告了非线性的热-健康关系，但全国范围内关于持续极端高温与城市级糖尿病患病率之间的非线性关联以及相应模型推导的温度阈值仍缺乏证据。量化该阈值对于解释未来气候变化下阈值超出模式具有重要意义。

气候健康研究中的一个关键问题是，当气温升至慢性疾病（包括糖尿病）的临界水平以上时，如何减轻由此产生的气候性健康债务。基于自然的解决方案可以减轻极端高温暴露，因为自然生态系统通过生物物理过程调节局部微气候，包括蒸腾冷却和遮阴（Mahajan，2025；Zhang等，2026；Li等，2024）。除了蒸腾冷却和冠层遮阴外，质量较高的城市生态系统可能通过调节局部水能和能量平衡、减少显热储存以及增强对流换热来影响热暴露（Gunawardena等，2017；Schwaab等，2021）。这些环境变化可能通过减少热暴露和改善空气质量来影响热相关健康结局，同时绿地还可以额外支持身体活动和心理恢复（Markevych等，2017；Choi等，2022）。然而，以往研究主要考察了生态系统与热暴露本身之间的关联，而生态系统质量（EQ）是否调节了温度与城市级糖尿病患病率之间的模型化关系以及相应热风险阈值尚未得到解决。生态系统质量反映了这些冷却和缓冲过程的综合生物物理功能。因此，我们考察了温度与城市级糖尿病患病率之间的关联是否因EQ而异，以及纳入温度-EQ交互作用是否改变了估计的热风险阈值。解决这一问题可能有助于提高对EQ在城市级气候健康风险评估和适应性规划中潜在相关性的理解。

综上所述，两个相互关联的问题仍未解决：极端高温与城市级糖尿病患病率之间的非线性关联及其模型推导阈值尚未在全国层面得到表征，而EQ是否调节该模型化关系尚不清楚。为弥补这些知识空白，本研究利用全国代表性队列（中国健康与养老追踪调查，CHARLS）、多源遥感数据和未来气候预测，实证研究非线性关系和阈值效应。我们的目标有四：（i）表征中国城市级糖尿病患病率、极端高温暴露和EQ的时空协同演化模式；（ii）量化极端高温指标与糖尿病患病率之间的非线性关联，并识别关键的模型驱动温度阈值；（iii）考察EQ与极端高温的交互作用是否调节了模型化的热-糖尿病患病率关系及其估计阈值；（iv）在SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下，绘制Tavg阈值超出的未来时间和空间范围，并明确考虑EQ对风险的调节作用。本研究为考察城市级气候健康风险评估中EQ的潜在调节关联提供了一个可推广的框架。研究结果可为气候健康适应中的空间差异化基于自然的解决方案提供参考。

方法节选

方法

本研究建立了一个综合分析框架，以考察中国极端高温暴露、生态系统质量（EQ）与糖尿病患病率之间的关联，并在气候变化情景下预测未来糖尿病相关的热风险。如图1所示，工作流程包括四个核心模块：（1）多源数据预处理和质量控制，包括中国健康与养老追踪调查（CHARLS）糖尿病患病率数据、遥感数据等。

极端高温与生态系统质量的时空格局

中国极端高温暴露和生态系统质量（EQ）的空间分布表现出明显的地理梯度（图3）。全国空间平均值为29.647°C，极端高温日平均温度（Tavg）呈南高北低的递减梯度（图3a），过去十年的总体增温速率为0.052°C/十年（图3b）。北方地区的增温速率始终高于南方地区。极端高温持续时间（EHD）和……

糖尿病的空间格局及极端高温的影响

本研究识别出中国糖尿病患病率的显著空间模式，特征为北方患病率较高、南方患病率较低（图4a）。这一发现与以往流行病学调查结果一致（Wang等，2017；Li等，2020）。值得注意的是，患病率超过10%的地区现已占所分析的地级市单元的54.47%，过去十年间华东和华北地区的增速加快（图4b）。这一……

结论

本研究识别了生态系统质量与极端高温暴露和糖尿病患病率之间非线性关系的城市级关联。研究结果推进了对生态系统服务的理解，将视角从被动减少暴露扩展到对响应阈值的调节。具体而言，模型识别出基线热风险阈值为29.71°C；在模型化的Tavg-EQ交互作用下，相应阈值为30.11°C。这0.40°C的……

CRediT作者贡献声明

Hongzhou Wang：概念化、方法学、软件、形式分析、调查、数据管理、原始草稿撰写、可视化。Yiming Song：概念化、方法学、形式分析、监督、项目管理、资金获取、审阅与编辑撰写。Xin Li：方法学、形式分析、审阅与编辑撰写。Hanwen Pan：调查、数据管理、资源。Jingwen Pan：验证、可视化、审阅与编辑撰写。Xiaowen Pan：形式分析。

数据可用性声明

中国生态系统质量数据来自国家地球系统科学数据中心，国家地理空间数据基础设施（http://www.geodata.cn/data/datadetails.html?dataguid=190747515712302&docid=0）。历史气象站记录由中国气象数据服务中心提供（http://data.cma.cn）。气候预测数据集从国家青藏高原科学数据中心获取（//data.tpdc.ac.cn/en/data/f3b17306-fd3e-423c-9084-83c41f9072c0/）。

伦理审批

研究方案经清华大学机构伦理委员会审查并批准（批准号：THU-04-2025-1086）。CHARLS研究经北京大学生物医学伦理审查委员会审查并批准（批准号：IRB00001052-11015）。

未引用参考文献

Xu和Rui，2024

CRediT作者贡献声明

Hongzhou Wang：原始草稿撰写、可视化、软件、方法学、调查、形式分析、数据管理。Yiming Song：审阅与编辑撰写、监督、项目管理、方法学、资金获取、形式分析、概念化。Xin Li：审阅与编辑撰写、方法学、形式分析。Hanwen Pan：资源、调查、数据管理。Jingwen Pan：审阅与编辑撰写、可视化、验证。Xiaowen Pan：形式分析。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系，这些关系可能会影响本论文中报告的工作。

致谢

本研究由中国博士后科学基金（项目编号：2024M761587）资助；广东省大学生科技创新培育专项资金（"攀登计划"专项经费，编号：pdjh2025bg245）；

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