ERL编辑优选：全球变暖叠加快速城市化，东亚城市气象灾害正在发生“结构性转变”

文章介绍

Jiacan Yuan（袁嘉灿）, Yuanhao Chen（陈远昊）, Jian Hang（杭建）, Eun-Soon IM, Qiqi Luo（罗淇淇）, Josipa Milovac and Lei Zhao

通讯作者：

• 袁嘉灿，复旦大学大气与海洋科学系

研究背景：

在全球变暖持续加剧的同时，东亚也是过去几十年全球城市化速度最快的地区之一。上海、北京、广州—深圳—香港、首尔、东京等超大城市和城市群，集中了庞大人口、高密度建筑、关键基础设施和高度互联的经济活动。当全球气候变化与快速城市扩张同时发生，城市面临的极端天气风险究竟发生了怎样的变化？

围绕这一问题， 近期发表在Environmental Research Letters上的综述论文“Weather hazards in cities of East Asia: interacting influences of global warming and urbanization”系统梳理了全球变暖与城市化共同作用下东亚城市高温、极端降水和台风相关灾害的变化特征，并进一步分析其对健康、劳动生产率、能源和交通基础设施以及社会不平等的影响。

研究内容：

研究团队系统检索和评估了2019年至2026年初的相关研究，在高温、降水/洪涝和台风三个模块中共筛查了2318篇文献记录，其中高温780篇、降水和洪涝1100篇、台风438篇，从观测、再分析资料和数值模拟等多个角度归纳东亚城市气象灾害正在出现的新变化。

1.气候变化“抬高底座”，城市化“重塑细节”

论文提出，理解未来城市极端天气风险，不能再简单地把“全球变暖”和“城市热岛”看作两个相互独立的影响因素。已有研究显示，二者实际上作用在不同但相互关联的尺度上：全球变暖主要提高极端事件发生的背景概率，而城市化则通过改变地表性质、粗糙度、蒸散发、人为热排放和边界层过程，对极端事件的局地强度、空间分布、持续时间以及一天之内的发生时段进行重新塑造。因此，东亚城市气象灾害的变化已经不能简单概括为“更热”“雨更大”或者“台风更强”而是出现明显的结构性转变：高温呈现出昼夜持续的复合化特征，强降水更加短时化和局地化，而台风风险则越来越表现为风—雨—洪涝—高温之间的多灾种复合。 这意味着，传统依赖日平均或日最高气温、日降水量等指标进行的城市风险评估，可能无法完全捕捉未来真正威胁城市运行和居民健康的极端事件（图1）。主要的新特征包括：

新特征一：热浪不只是“白天更热”，而是“夜晚越来越难降温”

在过去几十年里，东亚主要城市群的热浪频率、持续时间和影响范围均呈明显增加趋势，其中一个尤其稳定而突出的变化，是夜间高温增强速度往往超过白天。部分中国城市区域的观测表明，“热带夜”发生频率每十年增加约1—3天，高温事件类型由单独的日间高温逐渐转变为昼夜持续的高温事件。城市建筑、道路等人工下垫面白天吸收大量热量，并在夜间持续释放，再叠加人为热排放和较弱的通风条件，使城市居民在夜间也难以获得充分的热恢复。现有研究表明，在中国部分城市区域，城市化可能贡献了约25%—50%的热浪强度及热应激增加趋势，而这种影响在夜间高温以及极端高温尾部尤其突出。这也意味着，未来城市高温风险评估不仅要关注白天极端高温的强度，还应重视夜间降温不足及其造成的持续热暴露。这种持续的夜间高温会减少人体恢复时间，对老年人、慢性疾病患者以及缺乏空调条件的人群尤其不利。

新特征二：“湿热”正在成为东亚沿海城市更值得警惕的高温风险

气温升高并不是衡量人体热风险的全部。研究特别强调，在受到季风和海洋水汽持续输送影响的上海、深圳、香港以及首尔、东京等湿润沿海城市，全球变暖不仅提高气温，还增加大气水汽含量，较高温度与丰富水汽会进一步增强湿热风险。因此，未来极端热风险越来越可能表现为高温与高湿同时出现的复合湿热事件。论文同时发现，城市化对湿热的影响存在较大的区域差异。与沿海城市不同，在部分较干燥的内陆城市，城市地表蒸散减少形成“城市干岛”，可能在一定程度上抵消升温造成的湿热风险。所以不同区域的东亚城市面临的热浪风险有鲜明的区别：湿润沿海城市更需要关注“湿热”，而较干燥的内陆城市则可能面临更突出的持续夜间高温。

新特征三：城市暴雨越来越需要警惕“短、强、集中”

对于降水，相比年降水量或者日降水量的变化，东亚城市的小时甚至更短时间尺度的极端降水增强趋势更加明显，城市面临短时极端降水的问题越来越严峻。综合已有研究，东亚超大城市极端降水对升温的响应可达到约14%/℃，约为经典Clausius–Clapeyron关系所对应速率的两倍；而城市化通过增强地表粗糙度、低层辐合、边界层不稳定以及改变对流移动路径，可进一步改变局地暴雨。部分针对上海和珠三角城市的高分辨率区域模拟显示，城市下垫面能够使特定事件中的极端降水强度增加约20%—50%。这种变化对于城市内涝的防控具有特别重要的意义。过去按照日尺度降水统计设计的排水标准，未必能够有效应对小时甚至更短时间尺度的短时强对流降水。随着城市的不透水下垫面特征使雨水快速汇流，短时极端降水更容易迅速演变成道路积水、地下空间进水和城市内涝。因此，城市暴雨风险除了“大范围持续降雨”的传统形式外，逐渐增加“小范围短时强降水”的新形式。

新特征四：台风对城市的影响正在从“单一强风”走向“多灾种复合”

台风本身就是强风、暴雨和风暴潮共同作用的复合灾害，而城市化又进一步改变了台风登陆后的近地层结构。已有数值模拟表明，高密度建筑增加城市地表粗糙度后，虽然可能降低城市区域平均近地面风速，却能够增强低层水汽辐合；与此同时，高楼和街谷附近仍可能出现显著的局地阵风。更值得注意的是，增强的水汽辐合可能进一步加强台风降水，尤其是小时尺度的强降水。在长三角和珠三角等沿海超大城市群，这种城市效应在台风停留时间较长时更加明显。论文还指出了一个过去较少被关注的复合风险——台风相关高温。台风登陆前外围下沉气流和云量减少可能造成异常高温，而城市热岛效应又会进一步加剧这种热风险。换句话说，未来城市面对台风时需要防范的可能不只是“风有多大”，而是高温、强风、暴雨、内涝在短时间内连续或同时发生。

图1 气候变化和城市化背景下东亚城市热浪、极端强降水和台风等气象灾害的总体变化特征

2. 从“气象灾害”到“系统性城市风险”

这篇综述的另一个重要贡献，是进一步追踪这些变化如何传导到社会经济系统。作者将东亚城市气象灾害带来的风险归纳为四类相互关联的风险：健康风险、经济和劳动生产力风险、交通和能源等基础设施系统风险以及社会不平等风险（图2）。而气候变化和城市化引起的气象灾害变化会进一步加剧这些风险。

图2 健康、经济和生产力、基础设施和社会脆弱性相互联系，共同构成城市气象灾害的系统风险。

2.1 健康风险

论文综合已有研究指出，持续高温和湿热暴露会增加死亡和疾病负担，东亚目前每年约有8万例热相关超额死亡。城市夜间持续高温尤其值得关注，因为它能够延长人体热暴露时间，并减少夜间生理恢复机会。而高温的健康影响也远不止传统意义上的中暑和心血管疾病。越来越多研究发现，极端热暴露还与抑郁、失眠、认知能力下降以及精神和行为健康负担有关。同时，极端降水也可能通过病原传播、医疗基础设施受损和医疗服务中断等渠道影响健康。在针对东亚30个城市的研究显示，5—10年一遇的极端降水与呼吸系统死亡风险明显增加相关。

2.2 经济和劳动生产力风险

对于制造业高度集中的东亚城市而言，极端天气还会直接影响劳动生产效率从而对经济造成影响。 例如，有研究显示，2013年南京一次持续14天的热浪使有效工作时间减少约 2.5%；而日降水超过100毫米的极端降雨冲击相关的年度工业产出降低约达 1.2%、相关的全要素生产率降低约达0.6%。并且，这种影响可能存在持续的滞后效应。这意味着气象灾害的经济影响并不一定在天气状况恢复正常后立即消失，它还可能通过停工、供应链中断、设备损坏和物流受阻继续传导。

2.3 电网、交通等基础设施级联风险

现代超大城市的另一个特征，是能源、交通、通信和供水系统高度互联。而这恰恰使气象灾害的影响具有明显的级联效应。有研究显示，在韩国城市，正常情况下与气温相关的电力需求约占3%，热浪期间却可升至接近12%；约88%的最高用电负荷日发生在极端高温条件下。与此同时，空调大量运行产生的人为热又可能进一步增强城市夜间升温，形成“高温—制冷需求增加—人为热排放增加—城市进一步升温”的正反馈。 强降雨和洪涝则可能造成道路积水、地铁进水、桥梁冲刷和边坡灾害。当关键节点失效时，影响可能迅速扩散至公共交通、货运、急救和城市排水系统。

论文指出气候变化正在改变过去人们熟悉的“极端天气规律”。包括排水系统、防洪工程、电力设施和交通网络在内的许多城市基础设施几乎都是根据历史气候条件设计的。然而，在一个持续变暖的世界里，过去所谓“十年一遇”“百年一遇”的极端事件，其发生概率和影响范围可能正在发生变化，未来可能不再像过去那样“罕见”。这意味着城市规划和风险防范需要从“适应过去的气候”转为“面向未来的不确定风险”的设计方向，通过更新设计标准、完善预警体系、提升基础设施韧性和加强公众防灾意识，降低极端天气带来的社会经济损失。

2.4 气象灾害风险的社会不平等属性

面对同样强度的气象灾害，不同人群承担的风险存在明显的差异。低收入社区往往绿地较少、住房条件和基础设施韧性较弱，而老年人、户外劳动者以及部分儿童群体的生理和社会脆弱性也更加突出。有研究指出，在东亚和太平洋地区，大约85%的贫困人口至少暴露于一种气象灾害。在中国、日本和韩国人口快速老龄化的背景下，气象灾害风险的社会不平等性尤其值得关注：已有研究估计，在高排放的气候变化情景下，老年人口的热相关死亡负担可能增加 2—6倍。因此，未来城市气候适应不能只关注整体效果，还需要识别不同区域和人群的风险差异，综合考虑灾害暴露、社会脆弱性和适应能力，为更加精细和有针对性的适应措施提供依据。

3.未来城市气象灾害的预估需要真正“看见城市”

气候变暖与城市扩张正在共同重塑东亚城市气象灾害。理解这些变化，既需要关注更大尺度的气候背景，也需要真正看见每座城市内部不同的空间、系统和人群。未来城市气候研究需要同步推进模型、观测和风险应用。一方面，需要加强全球、区域和城市尺度模型之间的连接，在长期气候背景中更准确地表示城市地表和建筑差异；另一方面，需要建设更加连续、协调的城市观测网络，为模型提供约束和检验。预测内容也需要从气象变量导向转向实际影响导向。未来研究不仅要回答升温多少、降水增加多少，还应进一步说明：哪些区域夜间热风险更高，哪些交通和能源节点更容易失效，哪些人群承担了更高暴露，以及城市扩张和适应措施会如何改变风险。只有把城市形态、基础设施、人口分布和社会差异纳入预测，气候信息才能更有效地服务城市规划和风险管理。

作者介绍

• 该论文的第一作者和通讯作者为复旦大学大气与海洋科学系袁嘉灿教授，合作者包括中山大学大气科学系杭建教授、罗淇淇博士，香港科技大学水利和环境工程系Eun-Soon IM副教授，西班牙坎塔布里亚物理研究所Josipa Milovac博士，美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校水利和环境工程系Lei Zhao副教授，和复旦大学大气科学与海洋科学系博士研究生陈远昊。

• 2025年影响因子：5.4  Citescore: 9.3
• Environmental Research Letters（ERL）以金色开放获取模式出版，作者可选择将原始数据作为补充资料与文章一起发表。所有研究人员可以免费获取这些研究成果。ERL汇聚了关注环境变化及其应对的研究团体和政策制定团体的意见，涵盖了环境科学的所有方面，出版研究快报、综述文章、观点和社论。ERL顺应了环境科学的跨学科发表的趋势，反映了该领域相关的方法、工具和评估战略，得到了来自不同领域的广泛贡献。