中国大陆高温与干旱指数的关系及典型城市高温天气对人群健康的影响

摘要

中国位于亚洲东部、太平洋西岸，由于气候变暖和城市化进程加速使得高温出现的频率和强度增加，然而土壤干湿条件对高温的影响研究十分匮乏。同时，城市老龄化日益严重，人们越来越关注高温及其带来的健康问题。本文基于中国756个台站1960-2012年的日降水量和最高气温的资料，利用线性趋势和Mann-Kendall方法给出全国及不同气候区和典型城市南京的降水量、最高气温和夏季的3-month SPI(Standardized Precipitation Index)、6-month SPI和％HD(The percentage of hot days)三个指数的时空分布特征，并对其进行突变检验。利用分位数回归和相关分析方法分别分析全国及不同气候区和南京市土壤干湿条件对高温的影响。并利用2004-2010年南京市死亡病例和同期气象资料，统计南京市各死因类别所占比重和循环系统、肿瘤及呼吸系统这三大类疾病的分布特征，以及南京市高温热浪频次，挑选出两次高温热浪过程利用第二代再分析资料进行环流分析。使用滑动平均法等方法研究高温热浪的健康效应，并采用GAM(generalized additive model)模型，定量研究高温热浪对循环系统疾病死亡的影响。主要研究结果如下：
　　(1)近53年中国大陆降水量和最高气温均呈现出明显的周期性。降水主要集中在夏季，春秋次之，冬季偏少。中国大陆平均降水量的变化趋势具有区域差异性，降水分布呈现出东部多西部少，南方多北方少，从东南沿海向西北内陆逐渐减少的空间分布规律。中国大陆及5个气候区的降水量在不同年份都发生了突变，降水有增有减。然而，近53年中国大陆最高气温整体上呈上升趋势，夏季最高气温普遍偏高，春秋温和，冬季普遍偏低，南北最高气温温差大。中国大陆及5个气候区在1996年前后发生一次由低温转为高温的突变，2006年后上升趋势显著。
　　(2)中国大陆和南京市夏季%HD和3-month SPI、6-month SPI的关系基本一致，SPI越大，%HD越小。夏季%HD的高值百分位数比其他低值百分位数对前期土壤表面湿度变化响应更强烈。即当土壤条件变干燥时，%HD值范围更大。中国大陆和南京市%HD的分位数较高一端(上尾)和SPI的关系在3个月时间尺度较为显著。就地理区域而言，中国大陆夏季SPI与%HD的分位数回归线斜率和相关系数的绝对值大值主要集中在季风区-非季风区分界线的右侧一定范围。在中国大陆5个气候区中，半干旱区和亚湿润干旱区的夏季SPI和%HD的关系最显著。说明在干旱-湿润过渡区，前期干燥的土壤状况预示着随后夏季极端高温事件发生的可能性很大。
　　(3)南京市近53年最高气温的年内变化呈倒“V”型，夏季炎热，冬季寒冷，四季最高气温依次为夏＞秋＞春＞冬。南京市最高气温总体呈上升趋势，春季最明显。在20世纪60年代到21世纪初期南京市最高气温的年代际变化呈“√”型，最高气温在整个时间域上具有大、中、小多种尺度嵌套的变化周期。南京市全年、春季、秋季、冬季的最高气温在20世纪90年代均发生一次由低温转为高温的突变。
　　(4)循环系统、肿瘤和呼吸系统疾病是南京市居民的主要健康风险，每年大量市民死于这三类疾病。呼吸和循环系统疾病死亡率冬半年高于夏半年，两类疾病死亡率均在冬季达到峰值，8、9月份呼吸和循环系统疾病是夏半年的小波峰，肿瘤死亡率没有一定的变化规律可循。气候变暖可能导致循环系统疾病多发，死亡率呈上升趋势，呼吸系统疾病呈下降趋势。肿瘤相对于其他两类疾病而言，对气温变化不敏感。三种疾病中除肿瘤以外都与气象要素息息相关。最低气温在18℃以下时，每降低1℃，循环系统疾病总死亡人数增加2.65%；平均气温在12.5℃以下时，每降低1℃时，全人群循环系统疾病死亡人数增加2.80%；最高气温在24℃以下时，每降低1℃时，全人群循环系统疾病死亡人数增加2.33%。低温-高湿是南京市不同人群循环系统疾病的致命因素。
　　(5)2004-2010年南京市高温日总数为123d，共出现15次热浪，高温热浪给不同年龄层、不同性别层的循环系统疾病人群带来不同程度的影响。在南京市日最高气温超过其90th分位数时即发生高温天气，当天及之后几天的循环系统疾病、肿瘤、总死亡人数骤增，同时，当每日循环系统疾病、肿瘤、总死亡人数远超过其夏季平均值，也可以发现当天或者之前几天的日最高气温超过其90th，可以将日最高气温的90th分位数和疾病死亡人数的平均值互相评估。夏季最高气温每增加1℃时，全人群循环系统疾病死亡人数增加0.981%。高温热浪期间最高气温每增加1℃，对全人群循环系统疾病死亡人数的OR值为12.179。循环系统疾病人群对高温热浪天气十分敏感。高温热浪期间的最高气温对不同人群循环系统疾病死亡人数起危害作用，并有一定的滞后性。高温热浪的最高气温对循环系统疾病死亡人数的影响：女性大于男性；60岁以上大于60岁以下；多因素模型大于单因素模型。夏季高温时期，最高气温的主效应是南京市循环系统疾病的致命因素。
　　本文的研究结果可以提高高温的可预测性，为高温的预警和预测提供一定的参考，同时，探明了天气变化敏感疾病及易感人群，有助于采取相应有效预防措施减少高温造成的健康危害。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究目标和内容

第二章 资料与方法

2.1 研究区域

2.2 指标定义

2.3 资料

2.4 研究方法

第三章 中国降水量和最高气温的基本特征

3.1 中国降水量和最高气温的时间序列分布

3.2 中国降水量和最高气温的时空特征

3.3 本章小结

第四章 中国夏季干旱指数与高温的关系

4.1 中国最高气温月平均极大值出现月份的空间分布

4.2 中国夏季标准化降水指数(SPI)和高温日百分比(%HD)时间序列分布

4.3 中国夏季标准化降水指数(SPI)和高温日百分比(%HD)时空特征

4.4 中国夏季干旱指数与高温的关系

4.5 典型城市南京市夏季干旱指数与高温的关系

4.6 本章小结

第五章 南京市近53年最高气温变化分析

5.1 南京市最高气温逐月变化

5.2 南京市最高气温季节变化

5.3 南京市最高气温年际变化

5.4 南京市最高气温年代际变化

5.5 南京市最高气温小波分析

5.6 南京市最高气温突变检验

5.7 本章小结

第六章 南京市气象要素对人群死亡的影响

6.1 南京市人群死亡率的变化特征

6.2 南京市气象要素与主要疾病死亡人数的相关性分析

6.3 南京市气象要素对循环系统疾病死亡人数的影响

6.4 本章小结

第七章 南京市高温对人群健康的影响

7.1 南京市高温对人群健康的描述性研究

7.2 南京市高温对循环系统疾病死亡人数的时间序列分析

7.3 南京市高温对循环系统疾病死亡人数的病例交叉设计

7.4 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 特色与创新点

8.3 存在不足与下一步工作计划

参考文献

在学期间的研究成果

致谢