摘 要

近十年来，高温灾害频繁发生，严重影响人类生命安全和区域的可持续发展，因此在全球气候变暖的背景下，高温灾害对人群健康的影响不容忽视，针对人群健康开展的高温灾害评估也对灾害预警和防灾减灾具有指导意义。本研究基于“灾害危险性-社会脆弱性-人口暴露度”构建高温灾害人群健康风险评价体系，根据评价结果确定风险分区并对典型街道进行分析。主要研究内容与结果如下：

（1）通过计算通用热气候指数（UTCI）表征灾害危险性。研究结果表明，武汉市灾害危险性呈现由内向外等级降低的趋势，其中高危险区主要分布在城市中心区域，低危险区主要分布在武汉市的南北两侧，通用热气候指数值从两江交汇处向汉江上游、长江上游和长江下游等级逐渐降低。

（2）运用主成分分析法针对敏感性和适应性相关指标计算社会脆弱性得分。研究结果表明，武汉市社会脆弱性由城市中心向城市外围呈四层环状分布，第2环社会脆弱性最低，第1环与第3环社会脆弱性一般，第4环社会脆弱性最高。

（3）以人口密度表征武汉市人口暴露度，结果表明武汉市人口暴露度呈现由城市中心向四周降低的趋势，江汉区、江岸区和硚口区位于高人口暴露区的街道数较多，江夏区和蔡甸区位于低人口暴露区的街道数较多。

（4）运用乘法原则计算武汉市高温灾害人群健康风险得分并确定分区。研究结果表明，灾害风险呈现由城市中心向城市边缘降低的趋势，其中与长江以南区域相比，长江以北区域风险较大，江岸区、江汉区和硚口区位于高风险区的街道数较多。从分区结果来看，城市中心区域的大部分街道表现高灾害危险性、高人口暴露度和低社会脆弱性；城市三环线以外的大部分街道表现低灾害危险性、低人口暴露度和高社会脆弱性。

关键词：高温灾害；人群健康；风险评估；通用热气候指数；社会脆弱性

Abstract

In the past decade, high-temperature disasters have occurred frequently, seriously affecting human life safety and regional sustainable development. Therefore, under the background of global warming, the threat of high-temperature disasters on human health can not be ignored. It has guiding significance for disaster warning and disaster prevention and mitigation. Based on "hazard - social vulnerability - population exposure", this study built a risk assessment system of high-temperature disasters on population health, then identified risk partitions based on the assessment results and analyzed typical streets. The main research contents and results are as follows:

(1) The hazard is characterized by calculating the universal thermal climate index (UTCI). The results of the study show that the hazard in Wuhan presents a downward trend from the inside to the outside. High-hazard areas are mainly distributed in urban centers. Low-hazard areas are mainly distributed on the north and south sides of Wuhan City. UTCI values reduce gradually from where the two rivers meet to the upstream of the Han River, the upstream of the Yangtze River and the downstream of the Yangtze River.

(2) Based on the relevant indexes of sensitivity and adaptability, we used the principal component analysis method to calculate the social vulnerability scores. The results of the study indicate that the social vulnerability of Wuhan City is distributed in four layers from the urban center to the periphery of the city. The social vulnerability of the second ring is the lowest, the social vulnerability of the first ring and the third ring is general, and the social vulnerability of the fourth ring is the highest.

(3) The population density is used to characterize the population exposure of Wuhan City. The results show that the population exposure of Wuhan City is decreasing from the urban center to the periphery of the city, and the number of streets in Jianghan District, Jiang’an District, and Qiaokou District is high in the population exposed area. The number of streets in Jiangxia and Caidian districts that are located in low-exposure areas is relatively high.

(4) Using multiplication principle to calculate the risk scores of the high-temperature disaster on population health in Wuhan and identifying risk partitions. The results of the study show that the disaster risk presents a downward trend from the urban center to the urban periphery. Compared with the area south of the Yangtze River, the risk is higher in the area north of the Yangtze River, and the number of streets in Jiangyan, Jianghan, and Qiaokou districts located in high-risk areas is large. From the results of the partition, most of the streets in the urban center area display high hazard, high population exposure, and low social vulnerability; most streets outside the city's Third Ring Road show low hazard, low population exposure, and high society vulnerability.

Key Words：high-temperature disaster; people's health; risk assessment; Universal Thermal Climate Index; social vulnerability

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与研究意义 1

1.2 国内外研究进展 1

1.3 研究区概况 2

1.4 主要数据来源 2

1.5 研究内容与技术路线 3

第2章 高温灾害人群健康风险评价指标体系构建 4

2.1 体系框架 4

2.2 评价指标体系的构建 4

2.3 评价模型 6

第3章 高温灾害人群健康风险分层评价 7

3.1 灾害危险性 7

3.1.1 通用热气候指数 7

3.1.2 数据预处理 8

3.1.3 灾害危险性分析 8

3.2 社会脆弱性 11

3.2.1 GDP空间化 11

3.2.2 到达医疗救助机构便捷度计算 12

3.2.3 社会脆弱性分析 15

3.3 人口暴露度 19

第4章 高温灾害人群健康风险综合评价 21

4.1 评价结果 21

4.2 风险分区 22

4.3 典型街道分析 24

第5章 结果与讨论 26

5.1 主要结论 26

5.2 问题讨论 26

5.3 研究展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

在全球气候变暖的背景下，高温热浪、大气污染、洪水泛滥等城市自然灾害频发，严重威胁到城市发展和人民生活，其中，由高温引发的灾害事件已多年上榜国内外十大自然灾害事件^[1][2]。政府间气候变化专门委员会（IPCC）指出，全球平均温度在2003-2012年间比 1850-1900 年间上升了 0.78°C^[3]，局部地区极端气候灾害频发，因此高温灾害也逐渐引发许多研究者的关注。

在我国，日最高气温达到或超过35°C即为高温天气，当高温天气过程连续3天以上即为高温热浪^[4]，当高温天气对社会经济发展和人类生命安全构成威胁时，即有可能发生高温灾害。1998 年夏季上海多次出现高温热浪，该期间总死亡人数增加1至2倍^[5]。2003年8月，西欧平均气温比1961-1990年平均值高出约3°C，持续高温热浪造成约70000人死亡^[6]。2013年4-5月，印度遭遇高温热浪袭击，部分地区最高温度达45°C，因高温致死人数达531人^[7]。另外，高温灾害还会影响生产活动、危害生态安全、诱发火灾等，威胁区域的可持续发展^[8]。

一旦高温灾害发生，就无法避免其对人群健康造成一定程度的威胁，因此对高温灾害人群健康风险的评价是十分必要的。另外，高温灾害的发生除了受到气温上升的直接影响，还会很大程度上受到空气湿度、风速、地表反照率等其他气候要素的间接影响。同时，不同特征人群对于高温灾害的反应不同，各区域人群面临的风险也存在差异。因此，对灾害发生环境的多气候要素考量以及对灾害脆弱人群的识别是高温灾害人群健康风险评估的重要过程，能够为科学合理地防灾减灾提供指导性建议。

1.2 国内外研究进展

自然灾害风险作为自然灾害研究的重要组成部分，不同学者提出了不同的自然灾害风险概念。1991年联合国提出，自然灾害风险受到致灾因子、风险要素和脆弱性共同作用，其表现为灾害引发人们生命健康和财产经济的期望损失值。Wisner（2000）认为，自然灾害风险不仅受到致灾因子和脆弱性的正向影响，还应减去能够减缓灾害措施产生的作用^[9]。我国学者史培军于1990年、1996年、2002年、2005年和2009年五论灾害系统研究，并强调灾害由致灾因子的风险性、承载体的脆弱性和孕灾环境的稳定性共同作用^[10]。

高温灾害作为重要城市自然灾害之一，其与人群健康关系的研究早有开展，主要有以下两个方面：（1）基于流行病学理论，主要探究不同高温灾害强度与发病率、死亡率的关系^[11][12]。另外有学者研究高温灾害与不同类型人群（如性别、收入差异、年龄结构等）发病率、死亡率的关系^[13][14]。（2）将高温灾害对人群健康的影响纳入到脆弱性和风险评价中。高温灾害脆弱性由潜在影响和适应能力两部分组成，其中潜在影响强调灾害暴露的危险性和个人社会的敏感性^[15][16]。Johnson等（2012）基于社会经济数据和环境数据提出高温环境下的脆弱性指数^[17]。宋晨阳等（2016）应用犹豫层次分析法从危险性、脆弱性和区域综合防范能力三个层面分析高温热浪风险^[18]。谢盼等（2015）以高温胁迫与社会脆弱性评价高温灾害脆弱性，以高温灾害脆弱性与人口暴露构建风险评估框架^[19]。

1.3 研究区概况

武汉市位于长江中下游，南北范围29°58′N-31°22′N、东西范围113°41′E-115°05′E之间，地势东高西低、南高北地，长江与汉江交汇于此。武汉市作为湖北省省会，是全国重要的科教基地和综合交通枢纽。2016年武汉市成功获得国家中心城市建设支持。其具体地理位置和高程如图1.1所示。

本次研究对象为武汉市域内177个街道（风景区、工业区和经济开发区）。研究时间为2015年8月1日至8月4日，根据气象预报数据显示，武汉市在该期间气温均超过35°C，已形成高温热浪，故以该时间段作为研究期是具有代表意义的。

图1.1 研究区地理位置与高程

1.4 主要数据来源

（1）ERA-Interim再分析数据资料：该数据由欧洲天气预报中心(ECMWF)提供（http://apps.ecmwf.int/datasets/data/interim-full-daily/levtype=sfc/）。该数据每天包括4个观测时刻，分别是北京时间的2:00、8:00、14:00和20:00。本研究取2015年8月1日至8月4日14:00时刻每日数据的平均值为基础数据，水平分辨率0.125°×0.125°，具体数据类型包括：2-m气温（Ta，°C）、2-m露点温度（Td，°C）、10-m的U分量风速（Vu，m/s）、10-m的V分量风速（Vv，m/s）和总云量（N，%）；

（2）MODIS-LST 8天合成产品：该产品由美国国家航空航天管理局（NASA）提供（https://modis.gsfc.nasa.gov/），本研究取2015年7月30日至8月6日的8天合成产品，空间分辨率1km×1km，卫星过境时间基本为10:00-11:30，行列号为H27V05和H27V06；

（3）VIIRS夜间灯光数据和DMSP/OLS夜间灯光数据：该数据由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）提供（https://ngdc.noaa.gov/eog/），VIIRS夜间灯光数据取2015年每月平均产品、DMSP/OLS夜间灯光数据取2013年全年平均产品；

（4）社会经济数据：来源包括2016年武汉市年鉴、2016年武汉市统计年鉴、2016年武汉市各区年鉴；2010年武汉市第六次人口普查；武汉市政府网站等；

（5）辅助数据：包括武汉市矢量边界数据、武汉市道路网数据、武汉市电子地图等。

1.5 研究内容与技术路线

本研究首先基于“灾害危险性-社会脆弱性-人口暴露度”建立武汉市高温灾害人群健康风险评价体系框架，然后基于主成分分析法进行分层评价、运用乘法原则进行综合评价，最后划定不同的风险分区并选取典型街道进行分析。本研究技术路线如图1.2所示。

图1.2 研究技术路线

第2章 高温灾害人群健康风险评价指标体系构建

2.1 体系框架

根据IPCC第五次评估第二工作组报告内容，气候变化评估应以风险管理作为切入点，气候变化风险是由自然气候条件和社会经济要素共同驱动的。为此IPCC提出了以气候变化的危险、脆弱性和暴露为核心要素的气候变化风险评估框架。基于此框架，并考虑本研究旨在评估高温灾害对人群身体健康的影响，因此提出以灾害危险性、社会脆弱性和人口暴露度为核心要素的高温灾害人群健康风险评估框架。

灾害危险性指灾害对暴露要素的影响程度，强调灾害自身性质，相应的表征指标一般分为三类：一是基于气象站点提供的气温监测数据，通过分析气温强度或超过某一阈值的气温频率来表征灾害危险程度^[19]；二是基于遥感卫星数据反演得到的地表温度，有研究表明，地表温度与气温存在较强的正相关关系，同时地表温度反映了土地覆被变化带来的城市热环境的变化，因此可以较好表征灾害自身性质^[20]；三是基于气候模型计算得到的人体舒适度指标，温度-湿度指数（Temperature-Humidity Index, THI）、湿球黑球温度指数（Wet Bulb Globe Temperature, WBGT）、人体热舒适度指数（Human Thermal Comfort Index, HTCI）、通用热气候指数（Universal Thermal Climate Index, UTCI）等越来越多评估人体舒适度的指标被提出^[21][22][23]，但应用于高温灾害风险评价的还较少。

社会脆弱性指暴露要素受到灾害影响的程度，强调暴露要素的内在性质，分为敏感性与适应性两个方面。敏感性指向较容易受到高温危害的人群，其与人的生理状态、认知能力和经济条件相关，如不同年龄的人群身体健康程度有所差异，小孩和老年人面对高温灾害更为敏感；不同受教育水平的人群认知高温灾害的程度有所差异，受教育水平较低的群体易受到危害；不同收入的人群对灾害应急和灾后恢复的经济支持有所差异，收入较低的群体面对高温灾害更为敏感^[24]。适应性指向应对灾害发生及后果的能力，其与区域经济发展、基础设施建设等有关。

人口暴露度指人口暴露于灾害环境的程度，通常以人口密度或人口数量作为表征指标。

2.2 评价指标体系的构建

根据已经提出的高温灾害人群健康风险评价体系框架，分别选取灾害危险性、社会脆弱性和人口暴露度指标，构建如图2.1所示评价体系。

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