热浪来袭，我们是否已做好准备？| 图源：pixabay.com

 

导 读

 

2020东京奥运昨日闭幕，其高温湿热天气导致多位奥运选手退赛，令人印象深刻。全球热浪频发的警铃已经按响，我们需要直面这一问题：热浪来袭，人类是否已做好准备？

 

撰文 | 刘琛瑞

 

责编 | 冯灏

 

历史上最热的一次奥运会

 

2020东京奥运会，自开赛就被高温、潮湿的天气所笼罩。

 

2021年8月5日中午，东京的气温达到34℃ [1]，在湿度达到了64%的情况下，体感温度接近43℃ [33]，预计将成为奥运会有记录以来温度最高的一次 [2]。此前，最热的夏季奥运会在雅典，日间最高气温为34.2˚C [2]。

东京奥运会可能是有记录以来温度最高的一次奥运会 | 图源:qz.com

 

而这样的天气，对参赛运动员，特别是室外项目的运动选手无疑是一次极大的考验，不少运动员中暑、脱水 [3]。7月23日，俄罗斯射箭选手斯维特拉娜·贡博耶娃（Svetlana Gomboeva）在完成资格赛后因高温晕倒，被担架抬离现场；28日举行的网球比赛中，西班牙网球选手保拉·巴多萨（Paula Badosa）因中暑中途退赛，坐轮椅离开赛场；同样因为高温，俄罗斯奥运队选手梅德维德夫不得不两次申请医疗暂停 [4]。

 

特别是女子个人公路赛，67名参赛选手中只有48名完成了比赛，近三分之一的车手未能完赛 [5]。赛道坡度大之外，天气湿热也是重要原因。

 

人体对于高温的承受度是有临界点的。人体核心温度的最佳水平为37℃，超过此温度，人体功能就会快速受损。研究表明，核心温度升高0.2℃，会损害多任务能力；升高0.9℃，损害神经肌肉协调能力；升高3℃，可引起中暑；升高5℃，即有可能致死 [6]。

 

在 “温度” 之外，“湿度” 因素对人体的影响同样很大。

 

当空气湿度过大，人体中松果腺体分泌出的松果激素量增加，甲状腺素及肾上腺素的浓度相对降低，细胞就会 “偷懒”，人就会无精打采、萎靡不振 [7]。高温高湿直接影响运动员的竞技水平。研究表明，在长时间的运动过程中，为防止核心体温过度升高，机体会将代谢产生的热量从正在工作的肌肉中转移到皮肤上，然后散发到环境中。而在炎热与潮湿叠加的条件下，皮肤就不再能轻易将代谢热散发到周围的环境。这种较低的散热能力导致心血管过度紧张，运动员容易产生主观疲惫，进一步影响绝对运动能力，如降低运动速度 [8]。

 

既然空气湿度和温度会共同作用于人体健康，那么，是否有指标可以同时衡量二者呢？答案是肯定的，它就是湿球温度（Wet-bulb temperature，简称TW）。

 

湿球温度通过在相关传感器或温度计上包裹湿布来测量，因为水的蒸发可以冷却温度计，如同人体通过汗水蒸发来保持内部的温度平衡。这与我们在夏季干燥的空气中会更凉爽的感受一致——干燥的空气会加速水的蒸发速度，让皮肤冷却得更快 [9]。

 

研究发现，湿球温度在21℃以下，是较为安全的温度，人体不会出现不适感 [32]。但当湿球温度达到32℃，人们将无法进行体力劳动；而35℃的湿球温度，是人体能够承受的极限阈值，处于阴凉处的健康人类也会在数小时内死亡 [30]。

 

另一个测量热度和湿度的指标，还有湿球黑球温度（Wet-bulb globe temperature，简称WBGT）。一般户外比赛期间，环境条件通常使用湿球黑球温度指数确定，由干球温度（标准温度计）、湿球温度（根据空气的相对湿度和风速来表示空气中水分蒸发的真实容量）和太阳辐射（全球温度）计算得出 [10]。

湿球黑球温度（WBGT）的单位与气温的单位（ºC）相同，但它指的不仅仅是气温，湿度是一个重要指标，占WBGT值的7成 | 图源：wbgt.env.go.jp/

 

湿球黑球温度在东京奥运会上也被称作是暑热指数。在2020年东京奥运会、残奥会预防中暑信息网站上，可以查询到暑热指数指南 [31]。

图源：wbgt.env.go.jp/

 

可以看出，在湿球黑球温度高于28℃时，中暑风险显著增高，应当停止剧烈运动。今年的东京奥运会网球比赛期间，奥委会就出台了防暑政策，当暑热指数高于30.1ºC时，将允许运动员使用叫暂停的规则 [11]。

暑热指数指南，日本体育协会《体育活动中预防中暑指南》（2019年）| 图源：wbgt.env.go.jp/

 

全球面临热浪挑战

 

值得注意的是，热浪已经不是第一次在日本出现，2018年夏季，日本遭遇过一次更为严重的致命热浪。由于雨后紧接着热浪，几个主要城市的湿球温度达到了30.9–31.5°C。短短11天之内，超过70000人住院，34147人因高温引发了相关疾病（其中47%的发病人群为65岁以上），1032人死亡 [12]。

 

回看历史上的致命热浪，高温高湿的极端天气带来的挑战是全球性的。

 

1995年，美国芝加哥发生热浪天气，短短五天之内造成739人死亡，其中大多数都是老人和穷人，也再一次让人们看到弱势群体在灾难来临时的脆弱性。那次的热浪期间，湿球温度达到29.4°C，湿球黑球温度达到31°C [13]。

 

在2015年印度热浪中，安得拉邦的湿球温度达到了30°C。尽管当地的人们已经适应了高温，但这场热浪还是造成了大约2500人死亡。对空调需求的增加还导致一些城市停电，室内降温的要求更加难以满足 [14]。同时还伴随着很高的牲畜死亡率，仅在2015年5月，印度就有1700万只鸡死亡 [15]。不久之后，另一场湿球温度为 30-33°C的热浪在巴基斯坦造成2000人死亡 [14]。

 

有研究表明，2001-2010年间，全球中暑死亡人数增加了2300% 以上 [16]。在前工业化时代的气候条件下，每年有约9.9亿人经历着31°C的湿球温度（1995年芝加哥致命热浪的峰值），9700万人暴露于33°C或以上的湿球黑球温度；到2020年，则有12.8亿人暴露于31°C的湿球温度，2.75亿人暴露于33°C的湿球黑球温度 [17]。

 

在全球气温上升2°C的情景下，每年更频繁暴露于31°C湿球温度的人数将增加到 22.8 亿（不考虑人口增长）；而如果全球气温上升3°C，这一人数将增至32.5亿；若升温至4.5°C，这一数目将达到47.1亿 [17]。

 

同一项研究预测，即使在控制二氧化碳排放的低排放情景下，到2100年，假设人口分布与今天相同，全球约有48%的人口，每年至少有20天在经历致命的高温潮湿天气，影响将波及印度尼西亚和中国东部的部分地区 [18]。

 

热浪来袭，带给人类的挑战也是全方位的。极端高温和潮湿的环境，会损害劳动生产率和户外工作时长。从全球尺度来看，如果湿球黑球温度升高2℃，全球劳动力能力可能会从80%下降到70%左右；而如果升高4℃，则会下降到60%以下 [19]。

 

此外，如果二氧化碳继续增加、气候变暖继续加速，在热带和亚热带的大部分地区，牲畜将遭受终年高湿球温度带来的极端压力。即使在高纬度地区，牲畜也将会有几个月的时间无法在户外饲养，这意味着乳制品、鸡蛋和肉类产量的整体下降。

 

其他恒温动物，如哺乳动物和鸟类，也会受到高湿球温度的影响。因为鸟类需要更多能量来降温，相较于大型哺乳动物，它们面对极端湿热天气更为脆弱 [19]。在2010年的热浪中，俄罗斯就发生了大量鸟类的死亡事件 [20]。

 

全球气温若持续升高，中国将不再宜居？

 

气候变化显著增加致命热浪的发生概率，也将对我国不少地区的宜居性和宜业性构成挑战，尤其是我国有26%的农业劳动人口和28%的工业劳动人口需要从事某种程度的户外工作 [21]，这意味着一半以上的劳动人口在气候变化面前更为脆弱。

 

根据麦肯锡全球研究院估计，因极端高温和潮湿，中国每年受损的户外工作时长平均占比将从目前的4%增至2030年的6.5%，到2050年，这一比例将达到9% [22]。这意味着到2050年，中国因此损失的GDP将比现在增加一倍（从1.5%增至2~3%），相当于平均每年有1~1.5万亿美元的GDP面临风险 [23]。

气温升高将导致工作时间损失 | 图源：麦肯锡报告《引领全球应对气候变化：中国对策》

 

2020年刊发在《气候杂志》（Journal of Climate）的一篇研究显示，过去半个世纪，中国西部的夏季平均湿球温度增加了1.17°C，东部增加了0.70°C [26]。有关极端湿球温度的研究发现，其在中国南方的出现频率最高，在中国东部的持续时间比在中国西北部更长 [24]。相较于高温，极度潮湿的天气更容易让人产生中暑等不良反应 [25]。

 

如果全球温升的态势依然延续，到21世纪40年代，无论中国的西部还是东部地区，夏季的平均气温都将达到1961-2015年间的最热极值；到21世纪60年代，上述地区半数以上的夏季将比1961-2015年间的年均气温高约3.0°C [26]。

1961-2012年期间，中国几乎所有地区的夏季湿球温度都经历了显著上升，整体而言，华北甚于华南、西部快于东部。图源：https://doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0492.1

 

特别是我国华北地区，根据《自然-通讯》（Nature Communications ）2018年发表的研究，受气候变化和农业灌溉的共同影响，如果不加速减排的步伐，2070年至2100年，华北平原气温将多次迈过35°C湿球温度的门槛，因为极端热浪而不再宜居 [27]。

 

研究强调了华北平原农田灌溉对热浪侵袭的作用。研究人员解释说，尽管空气中额外的水分会在近地面产生一定的局部冷却效应，但农田灌溉会加强蒸散作用，增加空气湿度，而且额外的水蒸气本身也是温室气体，从而导致以湿球温度为指标的热浪出现明显上升。这一作用将达到惊人的0.5°C [28]。

 

“尤其令人担忧的是，夜间高温正成为日益严重的威胁，这意味着白天需要应对灼热天气的人们晚上依然无法喘息，从而导致致命的中暑”，英国雷丁大学气候科学家 Buwen Dong 说，我们需要减缓热浪侵袭的步伐，而不仅仅是试图适应它们，这对于拯救生命至关重要 [29]。

 

 

参考资料

 

[1] https://www.timeanddate.com/weather/japan/tokyo/historic

 

[2] How Tokyo’s temperatures compare with past summer Olympics

 

https://qz.com/2040947/how-tokyos-temperatures-compare-with-past-summer-olympics/

 

[3]CNN. July 24 Tokyo 2020 Olympics news and results

 

https://edition.cnn.com/world/live-news/tokyo-2020-olympics-07-24-21-spt/h_4a916ece85e458bcabb6ae78765fcb71

 

[4] The Tokyo Games Could End Up Being The Hottest Summer Olympics Ever

 

https://www.npr.org/sections/tokyo-olympics-live-updates/2021/07/27/1019807529/the-tokyo-games-could-end-up-being-the-hottest-summer-olympics-ever?t=1627833140253

 

[5] Cycling at the 2020 Summer Olympics – Women's individual road race

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Cycling_at_the_2020_Summer_Olympics_%E2%80%93_Women%27s_individual_road_race

 

[6] Li, C., Sun, Y., Zwiers, F., Wang, D., Zhang, X., Chen, G., & Wu, H. (2020). Rapid warming in summer wet bulb globe temperature in China with human-induced climate change. Journal of Climate, 33(13), 5697-5711.

 

[7]湿度大危害健康，夏季养生当除湿

 

https://www.sohu.com/a/105144242_349491

 

[8]东京奥运会防暑抗热科学指南

 

https://m.k.sohu.com/d/546319770?channelId=247&page=45

 

[9] Wet-bulb temperature from Wikipedia

 

https://en.wikipedia.org/wiki/Wet-bulb_temperature

 

[10]WBGT指数简介 | 安全职场

 

http://oshaservice.com/wbgt-index/

 

[11] TOKYO 2020: WHAT IS THE EXTREME WEATHER POLICY?

 

https://www.itftennis.com/en/news-and-media/articles/tokyo-2020-what-is-the-extreme-weather-policy/#:~:text=WBGT%20temperatures%20are%20taken%20each,Weather%20Policy%20comes%20into%20effect.

 

[12]Imada, Y., Watanabe, M., Kawase, H., Shiogama, H., & Arai, M. (2019). The July 2018 high temperature event in Japan could not have happened without human-induced global warming. SOLA, 15A-002.

 

https://www.jstage.jst.go.jp/article/sola/15A/0/15A_15A-002/_pdf/-char/en

 

[13] 1995 Chicago heat wave

 

https://en.wikipedia.org/wiki/1995_Chicago_heat_wave

 

[14]Wehner, M. F., Stone, D. A., Krishnan, H., Achuta Rao, K., & Castillo, F. (2016). The deadly combination of heat and humidity in India and Pakistan in summer 2015, B. Am. Meteorol. Soc., 97, S81–S86. http://climate.web.runbox.net/pub/WehnerM_StoneD_etalii_2016.pdf

 

[15] By Rajendra Jadhav, June 1,2015. Indian chicken prices surge to record as heat wave kills millions of birds

 

https://www.reuters.com/article/india-heatwave-chicken-idUSL3N0YM0B920150601

 

[16]World Meteorological Organization (2013). The Global Climate 2001–2010, a Decade of Climate Extremes. Geneva, Switzerland: World Meteorological Organization; https://library.wmo.int/index.php?lvl=notice_display&id=15112#.YMiUgpMzb8s

 

[17]Li, D., Yuan, J., & Kopp, R. E. (2020). Escalating global exposure to compound heat-humidity extremes with warming. Environmental Research Letters, 15(6), 064003.

 

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ab7d04

 

[18]Mora, C., Dousset, B., Caldwell, I. R., Powell, F. E., Geronimo, R. C., Bielecki, C. R., … Trauernicht, C. (2017). Global risk of deadly heat. Nature Climate Change, 7(7), 501–506. doi:10.1038/nclimate3322 https://www.nature.com/articles/nclimate3322?dom=prime&src=syn

 

[19]Buzan, J. R., & Huber, M. (2020). Moist Heat Stress on a Hotter Earth. Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 48(1).doi:10.1146/annurev-earth-053018-060100 https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-earth-053018-060100

 

[20] 2010 Northern Hemisphere heat waves

 

https://en.wikipedia.org/wiki/2010_Northern_Hemisphere_heat_waves

 

[21]MOHRSS, “Distribution of The Workforce across Economic Sectors in China from 2008 to 2018,” Statista, https://www.statista.com/statistics/270327/ distribution-of-the-workforce-across-economic-sectors-in-china/

 

[22]损失工时根据John P. Dunne等人的计算方式得出(“Reductions in labour capacity from heat stress under climate warming,” 自然气候变迁, 2013年2月, 第3卷)，并使 用Josh Foster等人的数据(”A new paradigm to quantify the reduction of physical work capacity in the heat,” Medicine and Science in Sports and Exercise, 2019年6 月,第51卷, 第6册); 存在风险暴露的行业仅包括农业、采矿和采石业等户外行业，以及 空调普及率较低的室内行业，包括制造业、酒店业和交通运输业

 

[23]麦肯锡报告，引领全球应对气候变化：中国对策，2020年6月

 

https://www.mckinsey.com/~/media/mckinsey/business%20functions/sustainability/our%20insights/leading%20the%20battle%20against%20climate%20change%20actions%20for%20china%20new/leading-the-battle-against-climate-change-actions-for-china-vfnew-cn.pdf

 

[24] Wang, P., Leung, L. R., Lu, J., Song, F., & Tang, J. (2019). Extreme Wet Bulb Temperatures in China: The Significant Role of Moisture. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 124(22), 11944-11960.

 

[25]Yang, S., Li, S., Chen, B., Xie, Z., & Peng, J. (2021). Responses of heat stress to temperature and humidity changes due to anthropogenic heating and urban expansion in south and north China. Frontiers in Earth Science, 9, 322.

 

[26] Li, C., Sun, Y., Zwiers, F., Wang, D., Zhang, X., Chen, G., & Wu, H. (2020). Rapid warming in summer wet bulb globe temperature in China with human-induced climate change. Journal of Climate, 33(13), 5697-5711.

 

[27]澎湃，未来“致命高温热浪”使华北平原不再宜居？气候专家有话说，2018-08-10

 

https://news.sina.cn/gn/2018-08-10/detail-ihhnunsq9847116.d.html?vt=4

 

[28] China could face deadly heat waves due to climate change

 

https://news.mit.edu/2018/china-could-face-deadly-heat-waves-due-climate-change-0731

 

[29] China health threats likely to increase due to heatwaves https://www.eurekalert.org/news-releases/880981

 

[30] https://indianpsu.com/heat-humidity-causing-wet-bulb-temperature-due-to-climate-change-can-be-fatal/

 

[31] 暑热指数（WBGT）指南

 

https://www.wbgt.env.go.jp/zh-cn/wbgt.php

 

[32] Passive Cooling and Human Comfort - FSEC Energy Research Center

 

http://www.fsec.ucf.edu/en/publications/pdf/fsec-dn-5-81.pdf

 

[33] https://www.wpc.ncep.noaa.gov/html/heatindex.shtml