极端高温,是历史重现吗?

本文转载自:海国图智研究院(ID:intellisia)

本文作者:黄淑怡

原文标题:极端高温与人类健康:基于历史视角的比较

引言

 

气候变暖作为全球气候变化最显著的表现之一,不仅能够影响能源与粮食安全,更能对全球公共卫生造成威胁。工业革命以来,人类的生产生活对气候的影响愈发明显。2022年夏季,全球迎来罕见的高温天气,而历史上极端高温现象也屡见不鲜,都对人类健康产生不同程度的影响。本文发现,极端高温对人类健康的威胁主要表现在两个方面,当人体直接暴露于高温之下时会引发相关疾病甚至死亡;同时,高温天气能通过间接破坏环境、生态、社会基建等造成食源性疾病和传染病,并扩大影响规模。从历史视角来看,近期极端高温事件出现的频率、强度和持续性明显高于历史记录,且能够从多方面对人类健康施加长久影响。近年来,人类在应对极端高温事件时采取的经验性预警工作有了明显改善,在应对气候变化时的政府间合作程度也有所加强,但全球变暖的大趋势仍未得到有效控制,人类未来应对极端天气事件仍存在挑战和困难。
极端高温,是历史重现吗?

一、极端高温如何影响人类健康?

根据世界气象组织(World Meteorological Organization,WMO)给出的定义,高温热浪现象是指根据当地的气候条件,在一年中的炎热时期内,一个地区至少持续两天出现明显异常炎热天气,且温度超过给定的阈值。具体来说,WMO给出的高温热浪标准为:日最高气温高于32℃,且持续3天以上。美国联邦紧急事务管理署(Federal Emergency Management Agency)指出,当长时间(2-3天)出现高温(90℉以上)和高湿度现象时,这种状态就可以被定义为极端高温;而中国气象学上一般将日最高气温达到或超过35℃时称为高温,当持续天数超过3天时则形成高温热浪。极端高温事件就是指长时间的极端高温热浪对人类健康产生危害的事件。
 
描述和衡量高温的指标通常有频率、持续时间、季节长度以及强度等,但由于人体对温度的感觉不仅取决于气温,其他因素如湿度、风速、太阳辐射等的变化也会进一步影响高温热浪在公共卫生健康领域产生的作用。极端高温对人类健康的影响主要通过以下两种途径进行:直接破坏人体自身的体温调节能力以及通过影响人的行为、环境、社会设施等间接破坏人类健康。
 
首先,极端高温能够通过温度和湿度等因素直接破坏人体自身的体温调节系统,导致严重的疾病甚至死亡。人体在静止状态时,体温调节的极限温度为31℃(相对湿度85%)、38℃(相对湿度50%)以及40℃(相对湿度30%)。超出极限温度,人体机能受损,体温调剂机制出现障碍,发生体内热积蓄,导致中暑、热痉挛、热衰竭等。而对于儿童、老年人以及慢性病患者来说,高温天气对健康的影响可能更为显著。患有高血压、心脑血管疾病的人群在高温潮湿的环境中尤其容易发病,因人体排汗受到抑制,体内热量积蓄增加,心肌耗氧量增加,心血管容易处于紧张状态,而闷热的环境也会导致人体血管扩张,引发脑出血、心肌梗塞等症状,甚至可能出现死亡。
 
此外,极端高温还可以改变人类行为,通过影响疾病传播、公共卫生服务、空气和水以及能源交通等对人类健康产生间接危害。例如,高温天气增加了人们水上娱乐活动的频率,也扩大了一些病原体的存活时间和活动范围,使得人们接触病原体的机会变多。研究发现,高温热浪改善了一些病原体的繁殖环境,对“耐热”病毒产生了自然选择压力,即当这些病毒外溢到人群中时,他们能够更好地应对人体自身的防御机制——发烧,并显示出更强的毒性。研究还发现,高温天气也导致了水传播疾病病例的增加,如弧菌相关感染、原发性阿米巴脑膜炎、胃肠炎等。除此之外,高温导致疾病率上升也会进一步加大公共卫生服务压力,加剧近地面臭氧污染、影响空气质量。伴随高温热浪而来的电力短缺也会在一定程度上阻碍运输和水利设施的运行,长期暴露在高温干旱下还容易引发森林火灾,对生态环境造成难以计数的破坏。
 

二、古今高温事件影响有何异同?

近年来,极端高温天气出现的频率大幅增加,历史上的高温事件也屡见不鲜。从相同点来看,古今高温事件都对相应历史条件下的人类生活和健康造成了巨大的威胁。但相比较而言,近期高温天气极端性更强,持续时间更长,所造成的影响范围更广,并且与其他相关因素共同作用,对人类健康产生危害。
 
如图1所示,自1851年以来,与工业化前(1850-1900年)的平均值相比,全球月度地表温度在整体上呈现出不断升高的趋势。统计数据显示,自1880年以来,地表平均温度每十年上升0.07℃,而随着工业化进程的推进,这个数字自1981年以来增加了一倍多,达到了0.18℃。2021年的地表平均温度则比二十世纪平均水平高出0.84℃,比工业化前时期(1880-1900年)高出1.04℃。尽管数字并不庞大,但鉴于全球海洋的巨大规模和热容量,地表温度的上升意味着积蓄热量的显著增加。这些额外热量所造成的极端高温事件在历史上也层出不穷。
 
极端高温,是历史重现吗?

图1:1851-2020年全球月平均气温(与1850-1900年平均气温比较) 

图源:Visual Capitalist

https://www.visualcapitalist.com/global-temperature-graph-1851-2020/

早在1858年,高温天气就曾导致伦敦的“大恶臭”事件进一步发酵,使得疾病感染率和死亡率大大增加。此前,泰晤士河就因伦敦人口激增、废物倾倒不断以及下水道系统陈旧而“臭”名昭著。1858年6月开始,伦敦的平均气温就达到了34-36℃,在阳光直射下气温更是能够上升到48℃;7月,泰晤士河的水位已大幅下降,污水和垃圾开始堆积在河岸上,而大多数伦敦市民仍然使用河水进行生活起居,高温带来的难以忍受的“瘴气”和水污染使得霍乱肆虐。1896年夏季,为期十天的高温热浪席卷了美国,白天气温飙升至90℉(约32.22℃),湿度达到了90%,夜间气温甚至没有下降,纽约有1500人直接死于高温热浪。而1936年7月和8月,美国中部平原地区连续14日迎来高温,加剧了此前就存在的干旱的影响,平原的沙漠性质则使得热量积聚更为迅速。据统计,美国有17个州或地区在1936年7月迎来了历史最高温,温度都在100℉(约37.8℃)以上。密苏里州的堪萨斯城气温更是在8月14日达到了创纪录的113℉(约45℃),在全国范围内,大约有5000人死于与高温相关的事件。1995年夏季,极端高温天气在芝加哥持续了数周,结合体感和湿度因素,最高气温一度超过了120℉(约48.9℃),全市约有750人因此丧生,这也成为芝加哥历史上最致命的天气事件之一。
 
进入21世纪,高温天气的恶劣影响仍然存在。2003年6-8月,欧洲遭受了极端高温天气的打击,英国和瑞士气温打破历史记录,分别达到了38.1℃和41.5℃,法国、西班牙、德国、意大利等国家则饱受高温干旱折磨,其中,法国受打击最为严重,报告有14082人因极端高温死亡,欧洲受高温影响死亡人数超过了30000人。此外,高温干旱也导致了森林山火肆虐、冰川融化引发阿尔卑斯山山洪暴发、南欧农作物枯萎等一系列“后遗症”,造成了难以想象的社会经济损失。2010年,印度新德里4月17日最高气温达43.7℃,5月印度西北部最高温接近50℃,超过百人死亡;2013年6月,欧洲多国气温逼近40℃,7-8月,中国江淮地区平均高温日数同比增加一倍以上,为1951年来最多,而日本东京也连续多日出现35℃以上高温,为近150年来最多高温日数;2021年6月北美热浪使得多地经受115℉(约46.1℃)以上的高温炙烤,造成了严重的干旱和巨大的野火风险;2022年夏季的高温则席卷全球。可见,古今高温事件对人类的生活和健康都具有相当的威胁性。
 
而统计数据(图2)显示,1880至2021年中,全球最热的十年都集中在21世纪10年代,极端高温事件发生的频率较以往大大增加,显示出不同寻常的极端性。研究发现,若将1986至2005年作为计算基准线,在基准期内,全球平均热浪持续时间为每年13.1(±0.5)天,而到本世纪五十年代(2046-2065年),全球平均高温热浪持续时间将比基准期长3-4倍,且总体上高温持续天数呈现不断增加的趋势。从全球气温变化趋势和分布来看(图3),自1991年至2021年,全球绝大部分地区都受到了高温影响,其中北半球陆地和北极气温升高变化最大,这表明高温的影响范围也在逐渐扩大。
 
具体来看,与历史记录比较而言,近年来极端高温事件产生的影响主要有以下几个特征:复合性强、影响方面广、威胁度高。首先,近期的极端高温事件往往与其他极端天气事件共同作用,产生复合效应,对生态环境和人类生活产生不间断的影响,极大压缩了人类从极端天气事件中恢复和喘息的空间。2021年8月,联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)发布的第五次评估报告指出,1950年以来,复合极端天气事件(compound extreme event)在全球多地发生地更加频繁,其造成的影响远大于单个事件单独发生造成的影响。报告将常见的复合极端天气事件分为了四类:前期影响型,如春季干旱将加剧夏季热浪;同时发生型,如高温干旱事件;接连发生型,如持续的日夜高温热浪;空间关联型,即在空间上具有共同影响效应的多个事件。未来人类将面临更多的复合极端天气事件,包括持续增多的高温干旱野火事件等,河口海岸地区将遭遇增多的极端降水、海平面上升和风暴潮等,且未来极端天气事件变化频率将加快,变得更加反复无常。其次,近年来的极端高温事件已经逐渐凸现出全球性的特征,而非仅仅局限于地区性高温热浪,同时也从多个方面直接或间接地危害人类健康。由于其具有复合性,高温热浪不仅能够直接致病、致死,更能间接作用于人类生产生活。如引起野火,破坏生态环境、损害空气质量;增加大气储水能力和含水量,导致极端降水,进而引发洪水、泥石流等;造成珊瑚白化、鱼类死亡,威胁海洋生态系统等。此外,通过复合效应和多方面的影响,近期的极端高温事件导致的损害成本也明显升高。根据联合国国际减灾战略(United Nations International Strategy for Disaster Reduction,UNISDR)的统计数据,1998年至2017年,超过16.6万人死于高温热浪,在2000年至2016年间,暴露于高温中的人数增加了1.25亿,在2030年至2050年期间,预计每年额外增加25万人受气候变化影响而死于营养不良、疟疾、腹泻和热应激,且到2030年,对人类健康的直接损害成本(不包括对农业、公共卫生等造成的损害)将达到20-40亿美元每年。
 
极端高温,是历史重现吗?

图2:1880-2021年间全球陆地、海洋温度异常变化表 

图源:National Oceanic and Atmospheric Administration

https://www.ncei.noaa.gov/access/monitoring/monthly-report/global/202113

极端高温,是历史重现吗?

极端高温,是历史重现吗?

图3:1991年、2001年、2011年、2021年全球温度变化与分布(以1951-1980年为基线) 

图源:NASA/GISS

https://climate.nasa.gov/vital-signs/global-temperature/

三、古今应对措施有何不同?

对比历史上与近期极端高温事件的应对措施,可以发现,历史上高温事件的应对整体上缺乏科学经验,政府和各个组织的动员力和行动力明显不足,而近年来各国在应对极端高温事件时呈现出了更为有序有效的状态,高温预警工作的效果有了明显改善,在应对气候变化上,地区性和全球性的合作也有所加强。从实际防暑降温措施来看,历史上往往采取最传统的防暑降温方式,而近年来则更多以科技辅助,从保障人类健康以及实现可持续发展的角度出发,采取相应措施。
 
从历史视角看,1858年英国伦敦的高温和“大恶臭”事件几经波折,才建造了一个现代化的下水道系统,结束了霍乱的危害,但面对高温本身带来的健康危害,人们只能用最传统的方式降温;1936年的纽约热浪中,人们依靠“冰信托”和减少穿衣度过;1995年芝加哥的极端高温事件导致750人丧生,其中大多数为老年人以及贫困者,停电、缺乏准备和应急服务更是加剧了事件的严重性。可见,传统降温方式在当时较为普遍,面对高温热浪,政府往往缺乏相关经验,不能有效应对,同时也受到科学技术的限制,不能对天气变化作出准确的预判。但历史极端高温事件的发生也为政府和相关机构提高应对能力提供了警示。
 
1995年芝加哥极端高温事件过后,学界立即对极端高温事件的起因和影响展开了研究调查。1996年《美国气象学会公报》上的两篇文章指出,城市热岛效应是影响高温事件严重性的重要因素之一,政府需要制定全国统一的“热浪”标准,改进围绕热岛效应和具体地区情况设计的预警系统,并增加对热应激和高温热浪在气候和气象方面的研究。此后,美国国家气象局(National Weather Service,NWS)与芝加哥市合作开发了一套基于1995年高温危机的观测和预警标准,通过在社交媒体上发布简报和预报、向特定弱势群体传达信息等方式提高预警工作的质量,从而降低高温事件对健康的威胁。2008年制定的《芝加哥气候行动计划》指出,利用先进的卫星影像技术,该市有针对性地提高绿化覆盖率,投资建设绿色基础设施为人们提供降温处所,并推进绿色可持续发展。美国环境保护署近年来也发布《过热事件指南》(Excessive Heat Events Guidebook),对制定全面的“热响应”规划、发展预测和监控系统、提高公众意识、改进基础设施等提供原则性建议。2022年夏季高温期间,中国以气象先导推动联防联动,基于地、空、天一体化监测网络把握气温变化态势并及时发布相关预警,中国气象局与农业农村部首次联合发布高温热害风险预警和农业干旱风险预警,与应急管理部和国家林草局联合发布高森林火险红色预警等,使得工作调度有效联动,有效降低高温带来的后续风险。同时,中国也提出“碳达峰”“碳中和”的“双碳”目标,重点发展新能源、推动节能减排,从根本上对极端高温作出应对。可见,近年来政府部门运用高效的科技手段,在提供相应预警、降温措施减少危害的同时,更关注气候变化大框架下的问题,推动可持续发展。
 
此外,各国政府和国际组织间也积极展开各项合作,共同应对气候变化带来的挑战。2008年,英国率先颁布《气候变化法》,成为世界上首个以法律形式明确中长期减排目标的国家。2018年,欧盟通过《欧盟2050战略性长期愿景》,减碳政策逐渐进入成型期;2020年3月,《欧洲气候法》被提出并于2021年通过,宣告欧盟正式从法律层面推动实现碳中和。2021年,中国与非洲国家联合发布《中非合作应对气候变化宣言》,建立应对气候变化新时代的中非战略合作伙伴关系,加快落实南南合作和三边气候变化合作项目,推动物资、人才、技术多方面的合作交流,举办气候变化问题高级别论坛,共同推进可持续发展进程。联合国环境规规划署(UNEP)在2021年11月也发布了城市降温指南,与落基山研究所(RMI)、清凉联盟(Cool Coalition)等合作,以帮助解决城市高温问题。美国、韩国、法国、加拿大、中国在内的国家都积极落实指南中提出的建议,通过增加绿化覆盖、建造绿色走廊、建设区域冷却系统和湖水冷却系统等手段帮助城市降温。
 

四、总结 

总结来看,极端高温事件主要通过直接和间接两种方式对人类健康施加影响。对比历史上极端高温事件与近年来极端高温事件的影响,可以发现,近期极端高温热浪的影响具有更强的复合性,能够与其他极端天气事件一起对人类的生产生活和生命健康产生危害,同时,其影响范围和影响方面也在不断扩大,随之而来的威胁性也显著增加。尽管近年来人类在应对极端高温事件时有了更有效的预警机制和更强的防范意识,国家政府间也积极展开应对气候变化的各项合作,但未来极端高温天气的出现将呈现出更加频繁和不规则的特点,目前各国的减碳行动和绿色发展仍然处于转型阶段,应对气候变化仍充满挑战。
 
具体来看,治理气候变化的困境主要有:以联合国为中心的治理结构较松散,无法确保治理效力;国家作为气候治理主体,在责任和义务方面分歧严重;国际规则约束力较弱,难以调和利益冲突并确保政策执行。首先,联合国作为各国应对气候变化的多边谈判平台,长期以来都面临着机构冗余臃肿、职能不明的问题。仅在联合国相关机构中,就有政府间气候变化专门委员会(IPCC)、联合国环境发展署(UNEP)、世界气象组织(WMO)、联合国开发计划署(UNDP)、可持续发展委员会(Commission on Sustainable Development, CSD)等机构涉及参与气候治理,职能重叠现象十分常见。这不仅会导致治理结构的不稳定,更可能导致协调和交流效率降低,从而影响治理效力。其次,各主权国家作为气候治理最重要的主体,在如何分摊承担治理责任和义务方面存在较为严重的分歧。一方面,发达国家仍然掌握气候谈判的主导权,在低碳技术、资金、贸易等方面与发展中国家的合作十分有限;另一方面,基于各国实力和面临的气候威胁差异,以美国为例的发达国家企图拒绝承担“共同但有区别的责任”,而小岛国家则更加强硬地要求发达及发展中国家承担更多相关责任。此外,由于国际规则的约束力较弱,并不能有效调和国际谈判中的利益冲突,对于个别国家违反公约的行为也不能进行有效制裁。尽管自第一次世界气候大会以来,国际社会已经达成了以《联合国气候变化框架公约》为大框架的治理共识,此后的《京都议定书》和《巴黎协定》都进一步推动了气候治理进程,但面对国家间治理责任分配分歧以及个别国家退出气候协定的行为,目前尚无有效的调解和惩罚机制。
 
因此,尽管人类在应对气候变化上已经取得了一定的成果,但人类仍然需要保持高度的警惕性,提高行动力,共同面对生存危机。

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