讨论全球变暖对人体热应激的致命的后果外文翻译资料

 2022-12-05 16:46:45

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讨论全球变暖对人体热应激的致命的后果

摘要：2015年12月，国际社会承诺将全球变暖限制在较工业化前（预测）增加低于2°C以防止发生危险的气候变化。但是，如果这个雄心勃勃的目标得以实现，谁在多大程度上会避免危险？我们通过仔细研究热压激来解决这些问题，因为在2°C限制的方法中预计极端高温天气的频率将继续上升。我们使用类比和极端2015年的南亚热浪作为重点事件帮助解释全球变暖在特定增温下致命热量的频率增加。使用大量的集合气候模型，我们的结果证实全球平均气温与热应激呈非线性相关，这意味着未来发生和现在相同的变暖可能会引发比历史经验更大的社会影响。考虑湿度增加的影响，这种非线性对于热应激指标更高。结果表明即使在比PI高2°C的气候下，每年卡拉奇（巴基斯坦）和加尔各答（印度）可以预期的状态和2015年致命的热浪相当。在1.5°C气候增暖，中等范围人口增长情景下，截止在2050年之前，有两倍的大城市（如拉各斯，尼日利亚和西班牙，上海，中国）可能会变得热应激，3.5亿人将暴露在致命性热应激下。结果强调即使巴黎目标已经得以实现，弱势城市人口的适应仍会有重大意义。

地表附近的气温正在增加。就写这篇论文的时候来说，2015年是自观测以来全球最暖的一年（见图1A），较高的平均气温和极端的高温天气的频发是一致的。相反，它对人类日常生活和经济生产率有相反的作用。气温的升高对健康的影响是由温度升高后，大气中水汽增加产生的，这会降低人体的散热能力。

体表温度把湿度的影响转化成一个指数，这个指数提供了一种“体感”的温度，它不是唯一的衡量标准，在讨论极端加热章节中会广泛使用到。例如美国国家天气服务（NWS），用他们的加热指数HI来近似体表温度（在材料和方法），当预测出的数值稳定超过105F时，NWS会发出预警，105F的HI=40.6度，（后文用HI40.6）是一个对“危险”加热的定义。2015年，HI的年最大值比亚洲南部、波斯湾周围的平均值大（见图1B），且60度以上的极端数值获得了媒体的广泛关注，一些有变热倾向的大城市区域，像卡拉奇（巴基斯坦）、加尔各答（印度）记录了36年以上的最高HI值（见图1 B-D），极端的加热有致命的后果，只在印度和巴基斯坦的报道中已经超过3400件死亡事件。

在气候增暖的背景下，发生这样的极端HI状态并不令人吃惊，由于定义，HI值比单个的高值对温度更敏感（图S1），这在温-湿热应力指标下很正常，因为在克劳修斯-克拉伯龙关系中，对于给定的相对湿度，水汽压增大，潜热冷却的能力在加速减少。相对湿度不会相应的减少，较高的气温引起HI增长。图2显示了在CMIP5集合模式中的HI值，1979-1988这10年和2090-2099年相比，很明显，极端HI值在陆地上增长作为对全球平均气温升高的响应比平均温度或极端气温快。

考虑到热应力在全球展示出的威胁，这个对温度的敏感度值得引起人们的重视，热应力的改变也受到了团体调查的关注。对上边界来说，直到21世纪末会一直呈增加趋势，在某些地区的加热会超过人类的生理承受能力，现在加热阈值几乎不存在规律交叉。据观测，极端高温发生的频率对全球平均温度有更高的敏感度。由于工业时期被认为不可能避免严重的加热事件的强度，所以即使在2度升温下，预期会导致热应力的增加，此外几乎不会有其他的气候变化。

想到这些影响和敏感度，我们测试了在巴黎协定中，国际团体认同的把全球变暖限制在1.5度、2度的范围，可能避免热应力方面的气候的危险变化，这个问题可以通过把热应力作为全球温度变化的函数来探索，这个方法也应用在气候的其他方面上，会影响调查和对一系列相关政策的增暖目标的敏感度的量化许可。我们也用时间和空间类比的方法便于和更广泛的公众交流研究成果。当在其他方面证明或未来状态时，类比使用的假设时状态已经经历过和现在相似的挑战。这种研究方法已经在气候调查团体中广泛使用。类比的优势来自于他们对大范围的非专业人员关于气候变化复杂影响的教育潜能，这是理解未知事物的第一步。

重点讨论很重要因为和巴黎一致的增暖目标被描述成相对于非专业人员的紧迫局势听起来是一种谦逊的目标。这样的解释可能会轻视气候变化的风险，反过来会使个人不愿采取行动来减少气候的变化。事实上，1986-2015年这一阶段的平均温度近似比PI时期高0.8℃（图1A），按照巴黎的1.5℃、2℃的目标，允许未来0.7℃、1.2℃增暖（尽管在INDCs当前的设置下全球平均温度增加了2.7℃）。换句话说，这个远大的目标仍然保留在工业革命以来经历过的增暖的1.9-3.4倍，反过来，这又会使极端HI状况下的后果有更大的改变（图2）。我们的分析强调结合了温度湿度的热应力的影响作为但有的原因，并利用模式说明可能面对的挑战。

首先，我们展示了全球尺度的HI敏感度，依据超过阈值的大小（图3A）。平滑从1881-1910，30年短时CMIP5模拟的全球平均温度的改变作为样本，和误差订正过的全球热应力的变化不一致。（这里定义平均HI超过HI40.6的平均天数的面积加权）。

全球热应力的压力和全球平均气温的关系呈非线性，对我们方式的变化是适应的，当1、阈值超过35℃这个简化的湿球全球温度，2、短时CMIP5被观测的样本尺度的温度值和修订过相对湿度所替代时，在温度增加的条件下，有更高的热应力敏感度。显著地，极端数值发生的频率增加的慢，参考干球温度37.6℃作为气候增暖，因此，评估基于通过干球温度来判定极端加热的频率对全球温度变化的敏感度应该被看作一种对人类热应力评估的保守的项目。

图2显示了这些变化更多的细节，重点突出了随着全球气温的增加，陆地区域危险HI值也增加，在北半球还有向极扩展的趋势。在那些已经被影响的区域，危险HI值的频率也增加。区域的增加和频率的增加的共同作用解释了为什么在这里考虑的范围，全球热应力应该遵循和全球平均气温的非线性关系。面积加权平均热应力被定义为AN，（A是地球陆地地表经历的危险HI的比例，N是区域内经历面积加权平均天数），如果两个都是全球气温的函数，会导致非线性。这种关系的实践意义是社会随着全球温度增加，会受到热应力不成比例的影响。更多的人口会被暴露在危险HI之中，那些被影响的地区经常更易处于有害的状态，有更大的危害。

这种非线性也意味着从开始增暖到现在，全球热应力负担任何变化都会比未来在相同增暖下的变化小。这有两层意思，第一是弱势群体可能不会准备的充分去应对极端高温风险的非线性增长，第二，如果巴黎增暖目标不能完成会有更严重的影响。例如根据图3A中的中值CMIP5 HI曲线可知，在1.5℃全球温升下，热应力的负担会是基准期（1979-2005）经历过的5.7倍，在2℃、2.7℃温升背景下，增长会是基准期的大约12倍、26倍。缓解温升避免的影响在图3A中的嵌入图中通过在全球增暖4℃情况下的连续曲线体现。在这些温度下，CMIP5 HI值超过了AN参考值的75倍。

这些情况的可能后果可以通过模拟卡拉奇和加尔各答最近热浪波来实现具体化。由于这些地区每年的HI40.6都很可能导致在一定程度上的适应。我们在图3B中显示的一年超过历史记录的日平均HI值和HI40.6的最大值的次数。结果表明，超过2015年所设定的致命的记录的HI值的现象会普遍发生在缺少致力于降低影响的地方。在全球增暖4℃背景下，卡拉奇（加尔各答）一年中发生的天数超过40（50）天，同时如果增暖限制在和INDCs或1.5℃、2℃目标一致的水平上，影响也会有很大程度的减少。我们的重点是热应力很可能发生显著的增加。即使减缓确实成功的使全球增暖保持在1.5℃目标上，根据集合中值，1.5℃全球增暖，加尔各答平均每年都会经历和2015年记录相同的状况，卡拉奇每3.6年会经历一次相同的致命性的高温。在全球增温2℃背景下，这两个区域在年误差范围内会发生高温。极端高温的潜在社会影响被很好的记录着，有些影响在2015年期间被卡拉奇和加尔各答所证明。保守的估计，卡拉奇有1200件死亡事件和高温相关，加尔各答的死亡率和经济扰动提高了。在这样的环境背景下，图3B的预测令人担忧。

我们探索了全球增暖在热应力上潜在的广泛的社会影响。通过测试了对其他大城市区域的预测。集中在人口规模在三种SSPs情况下以及作者考虑的所有时间分片（2010-2100，见材料和方法）都排在前101之内的城市中，根据编号32，对21世纪的人口预测。我们44个城市的子集人口数在2010年占4亿，根据SSP据预测2100年能达到9.4亿到11亿。对这些参与调查的大城市，在增暖条件下他们可能开始经历年热应力。（使用CMIP5集合中值模式的标准预测nHI40.6ge;1，把SI的第三部分看做在城市层次上评估的全部信息，包括正在经历热应力地区的具体的预测），SI表2-表5显示了，和城市状况匹配最好的历史上的空间类比被预测为会出现新的高温热应激。

图4A表明，在1.5℃全球增暖情况下，非洲的西部和亚洲的南部或东部地区许多城市可能会第一次经历热应力。例如，根据定义nHI40.6，拉各斯第一次经历热应力，和德里在1979-2005年基准气候期间持续的状况相似。和上海（中国）最接近的一次历史模拟——也是第一次经历热应力——是卡拉奇。在增暖1.5℃情况下，全球这44个大城市中超过40％的城市每年会经历热应力（图4B），表明和基准阶段的双向相关。在比PI时期升高2℃的情况下，第一次经历热应力的城市名单无额外的增加，但是会影响我们取样位置的空间分布。在改变更高的温度情况下，每年都会经历热应力的新城市会继续出现这样的状况，例如在INDC2.7℃温升层次下，目前世界上最大城市（东京，日本）和中国的大城市北京也受到影响。4℃增暖下，44个大城市中几乎80％的城市每年会经历热应力，包括纽约和里约热内卢。

图4C表明在不同的增暖情境下，那些已经习惯了极端高温城市的极端HI值会发生更大的增大，利用这些典型的城市进一步的巩固了我们的观点：逐步升温下，热应力不仅会在新增人口中传播，而且对于那些已经被暴露在热应力下的人口会遇到HI强度发生最大的增加的挑战。

假设下个世纪人口增长，气候变化显示出的热应力威胁会更突出。为了探索这44个城市增暖和人口变化的共同影响，我们定义人口-权重热应力负担（HSB）作为CMIP5集合模式中值nHI40.6乘以每个城市的人口数。通过用HI来度量不同程度的全球增暖和人口结合在一定可行年限的作用（图5A）。我们的观察主要是在特定的时间阶段（图5B）内所显示出的特定气候的可能影响。通过把所有的结合平均（年的或增暖情况）和SSPs，我们可以根据21世纪的HSB值把城市排名。注意的是，我们的方法所观察的是在驱动CMIP5集合模式特定的RCPs范围之外的情况。例如，较PI时期稳定升高1.5℃的时间演变的影响可以被评估（通过看图5B的x的相关坐标）。

数据表明亚洲南部的城市在下个世纪仍然会经历最强烈的热应力，巴基斯坦、印度、孟加拉共和国的HSB值在前10名中占6名。非洲城市表现的也很突出，拉各斯（尼日利亚）和阿比让（象牙海岸）、喀土穆（苏丹）在剩下的4名中占了3个。显著地，拉各斯、阿比让会意识到热应力负担的最大相对变化（变化分别是最大的和第三大的，胡志明市是变化第二大的），是由于人口的快速增长和nHI40.6值快速增长的结合作用。例如，在1.5℃增温下，CMIP5集合中值模式反映了拉各斯相对1979-2005年的nHI40.6增加了106倍，在SSP2 的背景下，拉各斯在2070-2099年的人口峰值相对于1995年增加了11倍。本世纪末，气候1.5℃增暖会导致HSB比拉各斯最近几年增加了1000多倍。我们评估的所有的大城市，在SSP2 这个水平下的增暖直到21世纪中叶，和1979-2005基准态相比，每年超过350百万的人口暴露在热应力下。

总结，我们的重点是即使增暖控制在巴黎目标的1.5℃下，和全球增暖相关的热应力的潜在的致命性的后果仍不容小觑。会有更多的地球陆地表面会经历危险的高温，那些已经暴露在高温下的地区会更频繁的遭受这样的状况。同时，也要承认对“危险”加热的定义达成一致的挑战——在度量、时间、持续时间——事实仍然是，地球上热应力最大的一些地区会更频繁的经历历史上经历过的挑战。在易受到伤害的地区，人口的增长会增加这个挑战。我们用大城市去定量这些气候和社会压力结合的影响，但是要承认用空间粗网格的气候模式不能详细的解决具体的城市尺度的微气候。尽管如此，考虑到和全球增暖有关的热应力的扩大对城市环境有很大的危害，我们认为这并不是对城市的过于消极的预测。事实上我们基于频率对热应力的分析很可能在预测热应力时提供一个保守的观点，我们还显示出，历史上极端HI值较大的地区会在全球温度增高时，HI值增加会更大，这意味着较强的热应力会导致40.6℃阈值被极大的超过。

较PI时期全球温度升高从1.5℃增加到2℃，对温度的高敏感度使全球热应力再翻一番，从人类健康的角度出发，会强烈的刺激人们把全球增暖限制在更低的目标下，然而即使这个目标实现，到本世纪中叶，很可能有超过3亿5千万的人民暴露在致命的高温下。我们的分析表明，适应和减缓对解决潜在社会影响有关键作用。在这个方面，城市中心包括我们在这里用于讨论热应力的大城市都被看做是减缓和使用气候变化行动的关键因素，一些城市已经开始采取了行动来限制极端加热的影响。例如，阿富汗（印度）最近实施了亚洲南部的第一个全面的热应力行动计划，不久后可能会扩展到整个地区。考虑到气候变化和人口增长在热应力的双重压力，我们预测这样的计划需要在易受损害的地区广泛的适用。

材料和方法

加热指数和气候模式模拟

NWS的HI值用序号为38的算法计算，这个指数用CMIP5模式对1979-2099年的日平均场的模拟来评估，可以从地球系统网格联合会获取。2006年以后的模式实验反映了RCPs，1979-2005年的结果来在于RCPs的成分lsquo;历史的rsquo;把使用的数据进行运行，识别。HI值的计算需要气温和相对湿度，气温从CMIP5模式中直接获得，相对湿度从特定的湿度和地面气压中推导。

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