祁新華，程　煜,*，李達謀，金星星，陳曄倩

1 福建師范大學, 地理研究所，福州　350007 2 福建師范大學, 地理科學學院，福州　350007 3 福建省濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地，福州　350007

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西方高溫熱浪研究述評

祁新華1,2,3，程煜1,2,3,*，李達謀2，金星星2，陳曄倩2

1 福建師范大學, 地理研究所，福州350007 2 福建師范大學, 地理科學學院，福州350007 3 福建省濕潤亞熱帶山地生態(tài)國家重點實驗室培育基地，福州350007

摘要:高溫熱浪不僅給自然生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的沖擊，也對人類經(jīng)濟社會與健康產(chǎn)生巨大的負面影響。西方學者歷來重視高溫熱浪相關(guān)研究，并產(chǎn)生了豐碩的成果。首先梳理了西方高溫熱浪研究的脈絡，即從指標測度上明析其內(nèi)涵；從對比模擬角度分析其產(chǎn)生的機理；從空間格局上總結(jié)其分布與規(guī)律；從復合系統(tǒng)層面探討其影響；從流行病學角度解析其對健康的危害。其次，指出了趨勢判斷、機理解析、影響評估、脆弱性評估、風險感知、適應分析等未來關(guān)注的矛盾與焦點。在此基礎(chǔ)上，提出了西方高溫熱浪研究對中國的啟示，包括：拓展典型區(qū)域的實證研究；關(guān)注脆弱群體與欠發(fā)達地區(qū)；重視健康尤其是心理健康的影響；注重研究領(lǐng)域拓展；嘗試多學科視角融合等。

關(guān)鍵詞：高溫熱浪；研究脈絡；西方；脆弱性評估；研究述評

令人信服的科學證據(jù)表明，主要由于人類因素引發(fā)的全球氣候變暖已經(jīng)成為嚴峻事實[1- 3]。盡管存在顯著的區(qū)域差異性與一定的不確定性，仍然得到絕大多數(shù)學者的認同。作為氣候變暖的突出表現(xiàn)之一，高溫熱浪可能在21世紀末成為一種常態(tài)[4]，不僅給自然生態(tài)系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的沖擊，也對人類經(jīng)濟社會與健康產(chǎn)生巨大的負面影響。西方學術(shù)界歷來重視高溫熱浪的相關(guān)研究，尤其是1995年芝加哥與2003年歐洲的高溫熱浪事件導致大量的超額死亡以后[5- 8]，更是在歐美國家掀起了研究熱潮，并產(chǎn)生了豐碩的成果。然而，迄今為止鮮有系統(tǒng)地對西方高溫熱浪研究進行系統(tǒng)述評的報道。因此，有必要梳理西方對高溫熱浪的研究脈絡，分析未來關(guān)注焦點與矛盾，希望能為國內(nèi)相關(guān)研究提供一些有益啟示。

1高溫熱浪研究領(lǐng)域與脈絡

1.1從指標測度上明析高溫熱浪的內(nèi)涵

由于地理環(huán)境與經(jīng)濟社會條件的差異，高溫熱浪門檻值差別很大。關(guān)于高溫熱浪的內(nèi)涵與測度尚無統(tǒng)一的標準，直到本世紀初，仍然缺乏足夠的定義[9]。多數(shù)國際組織與發(fā)達國家采用最高溫與持續(xù)時間來定義(表1)[5,10-12]，如世界氣象組織(WMO)的標準為：日最高氣溫高于32℃，且持續(xù)3d以上。荷蘭皇家氣象研究所的最高溫標準稍低(25℃，且有3d高于30℃)，持續(xù)時間卻更長(5d)[10]。高溫熱浪的內(nèi)涵與測度的研究越來越全面，包括綜合考慮溫度與濕度這兩個體現(xiàn)人體熱反映指標的熱指數(shù)(顯溫)[5]、基于人體熱量平衡模型的人體生理等效溫度(PET>41℃)等[11- 12]。近年來，另一些替代指標也開始出現(xiàn)，如夜間最低溫與白天最高溫[1,13]、97.5%與81%門檻值等[14]。

1.2從時間跨度上分析高溫熱浪的事實與趨勢

IPCC歷次評估報告，尤其是第五次評估報告用海量的事實(數(shù)百萬條觀測記錄、2百多萬吉兆模擬資料、9200份科技出版物)證明氣候系統(tǒng)變暖是毋庸置疑的[3]。20個世紀80年代以來每10年的地球表面溫度都高于1850年以來的任意一個10年。IPCC第四次評估報告指出，1906—2005年的100年間溫度線性趨勢為0.74℃[2]。第五次評估報告的預測趨勢更加明顯，除了最低情景外，21世紀末其它情景下的全球表面溫度變化有可能超過1.5℃，在兩個高情景下，甚至超過2℃[3]。氣候變暖最突出的表現(xiàn)之一是高溫熱浪。輕微的溫度變動與平均溫度變化都有可能大幅提升高溫熱浪的發(fā)生頻率[15]。

表1　西方部分高溫熱浪定義與標準[5,10-12]

1.3從對比模擬角度分析高溫熱浪產(chǎn)生的機理

學者們通過是否在模型中納入人為因素產(chǎn)生的不同結(jié)果來判斷人類對氣候變化的影響。研究發(fā)現(xiàn)，2003年歐洲創(chuàng)紀錄的高溫熱浪事件與氣候變化模型一致，且最終能夠歸結(jié)于人類引發(fā)的氣候變暖，人為因素至少使熱浪發(fā)生的風險增加1倍(可信度超過90%)，未來40年將增加100倍[16]。盡管高溫熱浪事件不能夠單獨歸因于氣候變化，且很難定量任一因素所引發(fā)的高溫熱浪事件的發(fā)生率[17]，但是多數(shù)學者認為高溫熱浪與大氣環(huán)流密切相關(guān)，通常表現(xiàn)為500hPa 高度場的正距平[18- 19]。溫室效應加劇高溫熱浪也經(jīng)常被報道[20]，并在倫敦、德克薩斯州和俄克拉荷馬州等案例中得以驗證[21]。

1.4從空間格局上總結(jié)高溫熱浪的分布與規(guī)律

觀察數(shù)據(jù)與模型預測都顯示，持續(xù)增加的溫室氣體將使將來歐洲與北美的高溫熱浪更加劇烈、更頻繁，持續(xù)時間更長[3,9,14]。當然最經(jīng)常被報道的是1995年芝加哥與2003年巴黎的熱浪[5- 6]。不過高溫熱浪在不同空間尺度上表現(xiàn)出巨大的空間差異性。在全球?qū)用妫邷責崂说挠绊懺谥懈呔暥雀鼮閺娏?；在城市?nèi)部，相對于近郊與遠郊區(qū)，高溫熱浪在中心城區(qū)的發(fā)生與影響更為顯著[2]。

1.5從復合系統(tǒng)層面探討高溫熱浪的影響

定量評估任何具體的經(jīng)濟社會與生態(tài)影響都要求能夠模擬當?shù)貧夂驐l件，以及說明二者之間的關(guān)系[16]。總體上，高溫熱浪將對復合生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的負面影響，給可持續(xù)發(fā)展造成巨大的、全方位的沖擊[22- 23]。高溫熱浪通過干擾森林、海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與過程，進而影響其生態(tài)服務功能。高溫熱浪期間持續(xù)高溫少雨，土壤保水功能受損，農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，甚至引發(fā)社會穩(wěn)定問題。高溫熱浪容易引發(fā)病蟲害與森林火災，造成生態(tài)災難[24]。高溫熱浪期間，河水斷流與水庫干涸，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活用水、用電急劇增加，供水和電力系統(tǒng)不堪重負。持續(xù)高溫熱浪還破壞建成區(qū)道路材料結(jié)構(gòu)、影響道路等基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性，同時使建筑材料變得更加脆弱[25]。

1.6從流行病學角度解析高溫熱浪對健康的危害

作為決定人類進化的因素之一，氣候變化對健康的影響伴隨著人類發(fā)展的歷史。至少從希波克拉底時期(time of Hippocrates)開始，人類已經(jīng)意識到氣候變化會影響健康。氣候變化的健康后果的驗證與修正假說都需要長期跟蹤與監(jiān)測，近幾十年來的健康監(jiān)測數(shù)據(jù)為此提供了可能[26]。當前，在全球氣候變暖的大背景下，作為其突出表現(xiàn)的高溫熱浪儼然成為與天氣相關(guān)死亡的主要原因之一，進而演變成為公共健康問題[27]。高溫熱浪對人體健康的影響主要表現(xiàn)在中暑、熱疾病發(fā)病率與超額死亡率方面[27- 29]，尤其會導致呼吸系統(tǒng)和心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)病率和死亡率升高[30]。目前，關(guān)于高溫熱浪的流行病學研究大多集中于歐洲與北美[31]。2003年8月發(fā)生在歐洲熱浪引發(fā)的大約超過30000的超額死亡[17,32]。1995年芝加哥的高溫熱浪事件導致約800人死亡和至少3300例急診病例[33]。

2高溫熱浪研究的矛盾與焦點

2.1高溫熱浪趨勢判斷

盡管仍有較大的彈性空間，絕大多數(shù)西方學者都認同氣候變暖的總體趨勢。IPCC第四次評估報告預測至2100年全世界平均溫度會上升1.4—5.8℃[2]；第五次評估報告預測的數(shù)據(jù)則是1.5℃，甚至超過2℃[3]。這固然考慮到不同氣候變化情景，與氣候變化自身不確定性有關(guān)，當然也與數(shù)據(jù)、案例不足以及科學認識不明朗有一定的關(guān)系。氣候變化預測模型本身不是一個精確的科學，描述性多于預測性。1.4—5.8℃的預測范圍說明以模型預測仍存在不確定性。值得注意的是，不確定性是對稱的，低估與高估可能性一樣高[2]。除了增溫預測的幅度范圍過大以外，目前主要爭論之一是區(qū)域差異問題，目前多數(shù)區(qū)域總體呈增暖趨勢，仍有一些證據(jù)顯示局部氣候在變冷，如2014年1月3日美國中西部至東北部遭受暴風雪襲擊，部分區(qū)域創(chuàng)下有紀錄以來的最低溫。還有些人認為現(xiàn)在的高溫熱浪并未比之前強烈，主要是居住環(huán)境變遷與人體感覺的差別而已。另外，從長遠看，超過關(guān)鍵門檻值導致的氣候、環(huán)境與相關(guān)效應的跳躍性變化的概率將增加[1]，而高溫熱浪在各區(qū)域的門檻值未能明確。

2.2高溫熱浪機理解析

2003年歐洲發(fā)生大量的超額死亡以后，高溫熱浪事件被認為是后工業(yè)社會頭號所謂的“自然風險”[23]。由于人類活動引發(fā)的二氧化碳濃度增加將導致地表溫度上升已經(jīng)成為世界公認的科學事實[31]。無論是20世紀中葉以來的觀測數(shù)據(jù)還是模型預測，人類因素均被視為氣候變暖的主要原因[2-3]。研究發(fā)現(xiàn)，2003年歐洲的創(chuàng)紀錄的高溫熱浪事件符合氣候變化模型預期，同時最終能夠歸結(jié)于人類引發(fā)的氣候變暖[16]。盡管沒有一個極端高溫事件能夠單獨歸因于氣候變暖，定量計算任何一個因素所引發(fā)的事件的發(fā)生率也是困難重重[31]，然而氣候變化背景的特別事件的概率還是可以估計的[6,14]。高溫熱浪將變得更劇烈，這一點得到多數(shù)專家的認同，然而人類因素已經(jīng)或即將在多大程度上影響其產(chǎn)生仍然缺乏足夠的實證分析。除了2003年歐洲熱浪的定量分析外[16]，多數(shù)研究在此方面含糊其辭，缺乏令人信服的證據(jù)。

2.3高溫熱浪影響評估

對高溫熱浪影響仍存在不確定性，包括影響后果、高溫熱浪-健康關(guān)系以及經(jīng)濟社會適應的不確定性等[26]。在影響后果方面，正如高溫熱浪的存在巨大的區(qū)域差異，不同區(qū)域產(chǎn)生差異懸殊的正面或負面影響。盡管多數(shù)專家認同負面影響總體上高于正面影響[26]，對某些特定區(qū)域，卻是很難定量比較其后果。另外，對高溫熱浪的直接后果相對易于判斷，對于間接后果，包括糧食產(chǎn)量變化、漁業(yè)生產(chǎn)中斷、生計損失與人口流遷等則不易研究，相互之間的因果過程與效應也很難定量[31]。例如在超額死亡率方面，一般研究往往限制于特定時間跨度導致的超額死亡率。事實上，在更長的時間內(nèi)還有一個“死亡率補償”問題[31]，也就是說如果將時間跨度延伸，死亡率很可能會下降。類似這些方面的研究顯然是未來需要重點關(guān)注的焦點。

2.4高溫熱浪脆弱性評估

高溫熱浪不僅是一個氣象過程，更是一個社會過程與心理過程。“脆弱性(vulnerability)”這一確切概念則最早出現(xiàn)在2003年對次都市區(qū)層面上的高溫脆弱性研究分析[34]。IPCC的第三次評估報告將脆弱性定義為：一個自然的或社會的系統(tǒng)容易遭受來自氣候變化(包括氣候變率和極端氣候事件)的持續(xù)危害的范圍或程度[1]。這個定義在氣候變化研究領(lǐng)域中被廣泛認同和采用，且很多學者認為系統(tǒng)對外界干擾的暴露、系統(tǒng)的敏感性、系統(tǒng)的適應能力是脆弱性的關(guān)鍵構(gòu)成要素。換句話說，高溫熱浪脆弱性是熱浪的危害程度、對高溫熱浪變化的敏感程度(個人或群體的響應，包括有利和不利影響)和適應能力(高溫熱浪來臨時個人或群體通過調(diào)整行動或創(chuàng)造條件減緩或消除不利影響的能力)的函數(shù)，即脆弱性=f(危害，敏感程度，適應能力)[2]。

2.5高溫熱浪風險感知

感知在個體采取適應行為及支持政府政策的重要性受到廣泛認可[35- 36]。高溫熱浪感知源于風險感知研究，興起于20世紀80年代末，該時期美國中西部和東南部經(jīng)歷了炎熱夏天，大眾傳媒開始采用簡單的問卷調(diào)查，近年來主要集中于對脆弱人群(如老年人)的定性訪談研究[37- 38]。研究發(fā)現(xiàn)，盡管民眾對高溫熱浪的感知逐步提升，高溫熱浪事件(如1995年美國芝加哥與2003年歐洲的高溫熱浪事件)也能夠強化人群的感知[39]，但公眾對熱浪的風險總體感知度不高[40]，風險感知呈現(xiàn)社會衰減性特征，人們?nèi)菀住斑z忘”、“原諒”或忍受高溫熱浪帶來的影響[24]。另外，不同區(qū)域高溫熱浪感知的門檻值也有很大差異[9]。

2.6高溫熱浪適應分析

高溫熱浪的應對大致可以分為減緩與適應兩個不可或缺、同等重要的方面。然而前者的周期更長，投入更大，并且與經(jīng)濟社會發(fā)展耦合在一起，很難在短期內(nèi)見效[40]，因而主動性與被動性適應的重要性頻頻被強調(diào)[34,41]，其中包括熱適應規(guī)劃、遙感與GIS方法應用以及社區(qū)戰(zhàn)略等[27]。1999年美國中西部的高溫熱浪，強度堪比1995年中部導致1000多人死亡的高溫熱浪事件，但死亡率卻只有四分之一左右，某種程度證明了適應的重要性[42]。諸多研究特別強調(diào)低收入國家與脆弱性人群的低適應能力[26,43]。然而，即便是發(fā)達國家的適應能力也有待加強。2003年歐洲高溫熱浪致死數(shù)萬人說明歐洲各國應對熱浪能力的欠缺[24]，對美國18個城市分析顯示適應規(guī)劃的缺失[44]。需要指出的是，盡管多數(shù)專家認同生理與行為適應以及公共預案、社會管理管理與資源共享的有效性[15]，但是對某些特定方式尤其是空調(diào)的態(tài)度卻是矛盾的?？照{(diào)大量減少死亡人數(shù)[45- 47]，卻因增加能源消耗，加劇熱島效應，違背可持續(xù)能源模式而被環(huán)保組織極力反對[48]。

3高溫熱浪研究對中國的啟示

(1)開展典型區(qū)域的實證研究

國外研究大都集中于歐洲與北美，國內(nèi)也涵蓋宏觀與中觀層面的多數(shù)區(qū)域與部分大城市。然而，無論是高溫熱浪本身，還是其影響與適應均為受多因素制約的復雜過程且存在巨大的區(qū)域差異，相關(guān)理論與假說需要更多的檢驗，研究結(jié)論同樣需要更多案例佐證，類似福州、重慶、杭州和海口所謂“新四大火爐”的實證研究則更具標簽意義。

(2)關(guān)注脆弱群體與欠發(fā)達地區(qū)

西方研究非常關(guān)注高溫熱浪對脆弱性群體(老人、兒童、窮人或長期臥床的人)的影響[49- 52]，而國內(nèi)較少區(qū)分人群的差異性，針對脆弱性人群的相關(guān)研究基本無人涉及。在高溫熱浪頻發(fā)、影響加劇的背景下，脆弱性人群所受影響最大，適應能力最弱[45,47]。同樣，相對于其他地區(qū)，欠發(fā)達地區(qū)經(jīng)濟基礎(chǔ)薄弱，適應能力更弱，受高溫熱浪的沖擊更大[26,53]。關(guān)注脆弱性群體與典型區(qū)域高溫熱浪的影響、感知與適應，有助于脆弱性人群采取恰當措施應對高溫熱浪的沖擊，增進脆弱性人群與專家與決策人員的溝通，為欠發(fā)達區(qū)域相關(guān)部門制定應對高溫熱浪政策提供參考。

(3)重視健康尤其是心理健康的影響

現(xiàn)實中，高溫熱浪是發(fā)生在其他全球變化的背景之下，包括人口增長、城鎮(zhèn)化、土地利用變化，淡水資源枯竭，而這些變化本身會影響人類健康。一方面，西方研究通過剝離其他因素的影響來體現(xiàn)高溫熱浪對人類健康的潛在影響，而高溫熱浪正是與這些因素相互作用，而放大了影響[26,54]，著重研究高溫熱浪健康影響與這些變化的耦合關(guān)系非常有價值。另一方面，西方的高溫熱浪研究大多集中于生理健康，對心理健康的關(guān)注度相對不足，而這些恰恰也是中國未來探索的熱點。

(4)注重研究內(nèi)容拓展

西方發(fā)達國家起步較早，研究重點已從高溫熱浪的內(nèi)涵與特征、機理等轉(zhuǎn)移至影響(尤其是健康方面)與適應機制方面。由于起步較遲以及經(jīng)濟社會發(fā)展水平的限制，國內(nèi)研究多側(cè)重于熱浪的特征、發(fā)生原因等探討，除了從醫(yī)學角度分析其健康影響成果相對較多外，對生計與生活影響與適應的研究相對不足，對高溫熱浪感知的研究更為薄弱，鮮有在問卷調(diào)查基礎(chǔ)上的定性與定量相結(jié)合的探索，而這些也正是未來在拓展的重要內(nèi)容。

(5)嘗試多學科視角融合

國內(nèi)外多從氣象學與大氣物理學等角度分析高溫熱浪特征與產(chǎn)生機制；國外側(cè)重于從生態(tài)學、醫(yī)學、社會學等多學科角度探討高溫熱浪的影響與適應。從自然科學與社會科學耦合視角探索其影響與適應的成果鮮見于報道。除了傳統(tǒng)的模型預測高溫熱浪的特征與趨勢外，對高溫熱浪的影響與感知方面可以采用新的視角與方法。例如通過數(shù)理統(tǒng)計方法，在控制其他自變量的基礎(chǔ)上，探討高溫熱浪對因變量的影響程度；熱浪感知及其轉(zhuǎn)化為適應策略的過程與機理比較復雜，除了通過Logistic二元回歸模型探討其結(jié)構(gòu)性影響因素外，必須引入社會學、心理學與行為地理學等相關(guān)學科的方法。

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基金項目:教育部人文社會科學項目(14YJCZH112); 教育部留學回國人員科研啟動基金(教外司留[2014]1685號); 福建省科技廳公益類項目(K3-360); 福建省教育廳科技項目(JK2014007); 福建師范大學優(yōu)秀青年骨干教師培養(yǎng)基金(fjsdjk2012071)

收稿日期:2015- 03- 17; 網(wǎng)絡出版日期:2015- 08- 26

*通訊作者

Corresponding author.E-mail: chengyu76@163.com

DOI:10.5846/stxb201503170507

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