气候变暖、城市热岛与高温热浪及其健康影响研究

论文摘要

气候变暖、城市热岛加之城市人口老龄化,城市高温热浪及其健康问题得到越来越多的关注。本论文重点通过卫生统计学和流行病学研究方法,结合数值模拟,揭示全国主要省会城市高温热浪的时空分布特征,并以上海作为典型城市研究城市热岛、高温热浪及其人体健康的影响,开发和完善高温热浪与人体健康影响的预警技术。研究表明:（1）长江流域地区是我国连续5天以上长时间的热浪过程频发区。全国主要省会城市历年高温日数变化趋势,自东南向西北呈现出的这种“增-减-增”的趋势,但近年来绝大多数城市呈现增温趋势。不同地域的高温呈现不同的季节内分布特征,高温出现的早晚和强度有明显差别。（2）上海夏季平均、极端最高温度和热日城区和郊区各站点均表现出增加趋势,城区站点增加趋势明显大于郊区站点。城市热岛效应引起的增温已经超过了区域气候变暖幅度,城市热岛效应使中心城区比近郊区和远郊区具有更多的热日天数、更高的极端最高气温、更长的高温持续时间,但是大范围的高温比例并没增加。（3）人体与环境的热量平衡模型,全面考虑人体和环境之间的热物理和热生理过程,由热平衡模型导出的体感温度从理论上来说更能够衡量人体在环境中的热舒适状况。体感温度和人群超额死亡率有着密切联系,人体在“很热”环境下时间越长,经历的热胁迫程度越高,人体越易遭受热浪的侵袭而导致超额死亡。（4）超额死亡的高低与热浪期间的最高温度、最低温度和热浪过程的持续时间有关,还与热浪发生的季节早晚有联系。热浪期间死因序位发生了变化,各死因别超额死亡数和超额死亡率都有增加。循环系统疾病、呼吸系统疾病、中风、心脏病和慢性肺病等被普遍认为是与热有关的疾病。热浪期间市区超额死亡率要远大于郊区,超额死亡率的地区分布特征和城市热岛强度指数有着密切的联系。1998年和2003年两次超强热浪过程的比较发现,高温仍是夏季死亡增加的主要影响因素,热浪期间污染水平比非热浪过程期间只有轻微的增加。生活条件的改善,如空调的使用、居住条件的改善,有助于降低人群易感程度,减少死亡。（5）最高温度、热指数、体感温度和不适指数各种指数与超额死亡率均表现为显著相关性,可以用作研究热浪与健康关系的热指标。考虑了人体对于热环境长期和短期适应性,引入的相对界限温度和有效累积温度可以更好地衡量热环境与健康的关系。新开发的几种热浪与健康预警方法（ReTmax,RePET,SSC New）的预警效果都比最早使用的天气气候分类方法有了非常明显的改进。（6）建立一个精细的三维城市边界层数值模式,利用高分辨率TM地表分类遥感数据计算不同下垫面的动力热力参数,对城市边界层气象要素（特别是城市热岛）进行精细化数值模拟,并计算相应的体感温度分布,可以为城市高温热浪分片预警提供技术基础。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 概论
• 1.1 高温热浪及其健康影响研究的意义和必要性
• 1.2 高温热浪及其健康影响研究进展
• 1.2.1 高温热浪对人体健康的影响
• 1.2.2 高温热浪及其健康影响研究方法
• 1.2.3 热浪与健康监测预警系统
• 1.2.4 国内研究现状
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本论文研究目标与研究内容
• 1.4.1 研究目标
• 1.4.2 研究内容
• 第二章 资料与方法
• 2.1 资料及来源
• 2.2 研究方法
• 2.2.1 高温日数和热浪过程
• 2.2.2 高温的相对变率
• 2.2.3 高温增加趋势系数
• 2.2.4 百分位数
• 2.2.5 热岛强度指数（UHI）的计算
• 2.2.6 热指数
• 2.2.7 不适指数
• 2.2.8 天气气候分类（SSC分类）
• 2.2.9 人体与环境热平衡模型
• 2.2.10 城市边界层模型
• 第三章 我国主要省会城市高温热浪时空分布特征
• 3.1 引言
• 3.2 50年来高温日数的时空分布
• 3.2.1 年平均高温日数和热浪过程的空间分布
• 3.2.2 年高温日数的相对变率
• 3.2.3 年高温日数时间演变特征
• 3.3 高温出现频率的季节内分布特征
• 3.3.1 高温的季节分布特征
• 3.3.2 高温形成的天气成因分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 夏季城市热岛演变特征及其健康影响
• 4.1 引言
• 4.2 资料与方法
• 4.3 夏季城市热岛特征分析
• 4.3.1 高温日的空间分布及其一致性
• 4.3.2 城区、近郊、远郊增温趋势
• 4.3.3 热岛强度指数的年月变化特征
• 4.3.4 夏季热岛强度指数日变化
• 4.4 城市热岛与超额死亡分布
• 4.4.1 超额死亡地区分布
• 4.4.2 超额死亡率与热岛强度指数
• 4.4.3 超额死亡率与高温范围
• 4.5 本章小结
• 第五章 人体热量平衡模型与体感温度
• 5.1 引言
• 5.2 人体与热环境
• 5.2.1 人体代谢产热
• 5.2.2 对流热交换
• 5.2.3 辐射热交换
• 5.2.4 人体蒸发热损失
• 5.2.5 外围血管舒缩过程
• 5.2.6 颤栗产热
• 5.2.7 热量平衡方程
• 5.3 热量平衡模型及舒适度指标
• 5.3.1 Fanger的舒适方程与PMV值
• 5.3.2 MEMI模型与PET
• 5.3.3 平均辐射温度计算
• 5.3.4 舒适状况分级
• 5.4 上海夏季热舒适状况
• 5.4.1 热舒适状况的年际变化特征
• 5.4.2 热舒适状况的月变化特征
• 5.4.3 热舒适状况的日变化特征
• 5.5 体感温度与超额死亡率
• 5.6 本章小结
• 第六章 城市热岛及体感温度的数值模拟
• 6.1 引言
• 6.2 城市边界层模式介绍
• 6.3 地表类型反演
• 6.4 数值模拟
• 6.5 本章小结
• 第七章 高温热浪对人体健康的影响
• 7.1 引言
• 7.2 资料与方法
• 7.2.1 资料
• 7.2.2 方法
• 7.3 热浪过程超额死亡率的变化
• 7.4 热浪死亡的年龄和性别分布特征
• 7.5 高温热浪期间死因的分布特征
• 7.5.1 热浪期间死因序位的变化
• 7.5.2 热浪期间死因别超额死亡率和超额死亡数的变化
• 7.6 两次超强热浪过程的比较
• 7.7 本章结论与讨论
• 7.7.1 主要结论
• 7.7.2 讨论
• 第八章 热浪与健康预警方法及其适用性
• 8.1 引言
• 8.2 资料与方法
• 8.2.1 超额死亡数的计算
• 8.2.2 热浪等级划分
• 8.2.3 适用性评价方法
• 8.3 几种热指标及其热浪健康效应评价
• 8.3.1 最高温度
• 8.3.2 热指数
• 8.3.3 不适指数
• 8.3.4 几种热指标的比较
• 8.4 热浪与健康预警方法适用性分析
• 8.4.1 基于最高温度的热浪与健康预警方法（ReTmax）
• 8.4.2 基于体感温度的热浪与健康预警方法（RePET）
• 8.4.3 基于SSC天气分类热浪与健康预警方法（SSC）
• 8.4.4 高温热浪预警方法总体评价
• 8.5 本章结论与讨论
• 8.5.1 结论
• 8.5.2 讨论
• 第九章 结论与展望
• 9.1 主要结论
• 9.2 主要创新点
• 9.3 问题与展望
• 附录
• 个人简介
• 致谢
• 附图