气候变化背景下医疗气象研究综述

梁晓妮 骆月珍 雷俊

(浙江省气象服务中心，浙江杭州310017)

0 引言

大量研究表明全球气候正在发生变化，而大部分变暖是由人类活动造成的。经济的飞速发展，极大依赖于化石燃料的燃烧，而这将导致温室气体的大量释放。在过去的100年中，中国也和世界其它国家一样，正经历着显著的气候变化。

以气候变暖为主要特征和趋势的全球气候变化正在加剧人类生存环境的恶化。气候事件本身可直接危害人类的健康和生命安全，而由气候变化引起的生态环境变化可能产生更为广泛的适合媒介生物及病原体孳生的环境，引起疾病分布范围的扩大和流行强度的增强，加剧传染病的传播。气候变化也可能引起大范围的极端天气事件，包括台风、洪水、暴风雪、风暴、干旱和山体滑坡。已有数据表明，世界范围内的许多地区，日死亡的增加与极端气候变化有关。WHO(世界卫生组织)估测在最近的30年中有超过15万的死亡病例以及500万疾病而导致的伤残人士都受到气候变化的影响。

在此背景下，本文将近年来，国内外对气候变化对人类疾病的影响的研究进行概括综述，一方面指出气候变化下极端气候事件对疾病的发生和死亡将产生深刻影响;另一方面，在意识到了气候变化对人类健康的负面作用之后，介绍了国际上进行的对人类未来热引起的疾病死亡率的预测计划，提高人们对气候变化以及其对人类疾病的影响的认识，为今后医疗气象的研究提供参考。

1 极端气候事件对疾病的影响研究

对气候均值的偏离都几乎必然影响到热浪和暴雨等极端气候现象的频率，在气候变暖背景下，热浪、风暴、洪水、干旱、极寒天气等极端气候事件会通过各种方式对人类健康造成影响，另外臭氧层破坏、空气污染加剧等间接因素也共同威胁着人类的健康。

1.1 高温热浪与疾病

大量文献表明温度的增加会增加与天气相关疾病的发病率以及死亡率。Knowlton等研究发现，极端气温主要是引起心脑血管和呼吸疾病导致的死亡，尤其是对于老年人［1］。McMichael等人的研究表明，对于那些最热的月份，气温超过30℃的地区，气温每升高1℃，就会增加3%的死亡率。Basu R等的研究指出，在北美，一天内大约每4.7℃的增温，就对应着2.6%的心血管疾病死亡率的增加，对于心脏方面的疾病也有同样的危险［2］。

Rogot E等认为高温能引起生理上深刻的变化，如血液粘性和心输出量的增加，这些将导致脱水、低血压，甚至是内皮细胞的坏死［3］。Ockene等的临床试验表明，在高温下，血液粘性和血清胆固醇水平升高［4］。Tsai等认为高温会加速冠状动脉疾病和脑血管的梗塞［5］。Flynn A的研究表明，在高温期间，导致死亡最可能的原因是血栓栓塞疾病和严重的心律不齐以及热引起的休克等［6］。

总之，未来气候变化只会加剧高温热浪对人类健康的影响，这一点已经获得了普遍的认识，然而在气候变得更加极端之前，需要更多的研究证实高温对疾病的影响途径和机制，以便人们更好的应对。

1.2 极端低温与疾病

寒冷、低温等气候异常对人类健康的影响也越来越引起研究人员的重视。Spencer FA等的研究发现，在冬天，急性心肌衰弱侵害的发生比在夏天增加了53%［7］。Morabito M指出，当日平均气温低于26.2℃，急性冠状病综合征增加30%～70%。如果日平均气温降低，那么每天的心血管疾病病人都会增加(降低10℃，将会在65岁以上人群中增加19%的心血管发病率)［8］。Danet等的研究表明，气温降低10℃，将引起冠状疾病发生率增加13%，伴随症状以及冠状病死亡增加11%，同时增加26%的复发率［9］。

大量试验试图找出冷应激如何引起人体生理变化，从而认识和预防寒冷、低温对人类健康产生的影响。Argiles A等的研究表明，血液的平均收缩压和舒张压在冬天最高在夏天最低［10］。Keatinge WR发现冷应激会引起血压增加、交感神经活动频繁以及血小板的聚集［11］。冷能引起血压的增加，这归因于心输出量的增加，Cui J为证明这一结论所做的试验表明，冷应激首先是导致肌肉交感神经系统活动的增加，而接下来是人体提升外部抵抗力活动的增加［12］。The Eurowinter Group 针对欧洲人的试验则表明，冷能引起心跳加速，全身血管阻力的增加，血浆肾上腺素、血管收缩神经缩氨酸水平以及血压的增加［13］。Nabel EG等发现，在冷加压试验中，冠状动脉粥样硬化被证明与冷有关的交感神经变化相关，潜在的改变了心肌需氧量和供氧量之间的平衡［14］。激光多普勒血流仪［15］、体积描记器［16］和手指皮肤温度等都证实了冷能引起皮肤组织的血管收缩［17］。

世界范围内，快速积累的温室气体，不仅使平均温度增加，也增加了温度的变化。这一变化迫使人们要更好的认清极端气温对健康的影响，包括热浪和寒冷。

1.3 大气污染与疾病

现有对大气污染的研究主要表现为两方面的认识，有人认为其对温度－死亡率之间的关系有影响，有人却认为是干扰因素。Medina-Ramon等和Ren等的研究认为大气污染是温度和死亡率之间关系的干扰项［18－19］，而Basu等和Zanobetti等的研究则认为没有证据证明其干扰作用，大气污染和温度对死亡率的影响基本相互独立［20－21］。

Jiminez-Conde等的一项针对妇女的研究显示增加粒子浓度会增加心血管疾病的发病率，直径小于2.5μm的粒子每增加10μg/m3，心血管疾病的风险比率将增加1.24［22］。在低空气污染的赫尔辛基地区，也发生同样的影响，这说明极端精细的粒子(直径小于0.1μm)会增加中风死亡的风险［23］。Lin C等考察了中风住院病例与几种污染物之间的关系，发现直径小于10μm的悬浮粒子和二氧化硫各自独立的负面影响。而其它污染物对脑血管和心血管疾病发生的影响，仅有二氧化碳的影响达到了统计学上的意义［24］。

而Qian Z等发现，在因炎热的夏季而被称为“火炉”的武汉，高温会增强PM10对心肺疾病的影响，尽管在高温期PM10浓度比在正常的或低温期更低［25］。而一些空气污染物的浓度则会受到温度的影响，如臭氧的浓度在热天是增加的。Zhang Y等的流行病学研究还证明臭氧危害也与温度增加有关［26］。总而言之，大气污染对人类健康产生不利的影响，但是其中的影响机制还不明确，通过现有的数据还很难得出结论。

由于气候变化，城市的大气污染很可能增加，因此未来城市人口将更多的暴露在高温和大气污染中［27］。大气污染(如臭氧)的增加和极端高温事件经常同时发生，未来因热引起的死亡的原因不仅表现为温度的作用，也很可能是因为间接的原因，如温度升高引起的臭氧的增加，或者是高温和大气污染的协同作用［28］。因此有必要去认识高温和大气污染对死亡的任何可能的共同作用，而不仅仅是温度的作用［29］。

2 气候变化与疾病死亡率预测研究

2.1 预测疾病死亡率的必要性和可能性

IPCC 报告指出炎热的天气在未来可能导致更多的与热有关的死亡率。全球一半以上人口居住的城市，由于城市热岛效应的影响，粗劣的城市设计和规划，以及空气污染和热之间的相互作用，使得城市人口更易受到全球变暖的影响。

各种研究试验方法被用于证明温度对死亡率的影响，包括描述、病例对照、病例交叉，时间序列法，空间和天气图方法。一般而言，时间序列和病例交叉方法对于研究温度－死亡率之间单一的或多重的关系方面较为有效。

许多研究证明了高温和死亡率之间的关系，然而需要更多的对于未来气候变化对死亡率的影响的研究。在未来气候不确的背景下，情景预测作为主要的方法用于政府决策和计划。IPCC在排放情景特别报告中提出一系列的未来气候情景(SRES)［30］。这些情景没有赋予概率值，因而都被认为是未来可能的情景，其区别基于人口、技术、政治、社会和经济发展水平的不同［30］。这些情景不仅用于更好的预测未来，而且能更好的理解气候变化的不确定性，从而帮助决策者在一系列可能的未来情境下得出更好的结论。

大量的方法被应用于预测未来气候变化下的与热有关的死亡率。尽管每一种方法都存在局限性，却提供了在气候变化情景下预测热引起的死亡率的可能。预测热引起的死亡率要求分析历史的温度－死亡率关系函数，同时需要考虑未来气候、人口和气候适应性的变化。一些研究人员已经在不同的气候变化情境下预测了热引起的死亡率，在不同的排放情景下预测死亡率有很大的不同，表明温室气体减缓政策对保护人类健康有很重要的作用。尽管预测方法仍处于初期且存在局限，基于证据的未来气候变化对人类健康的影响评估显得尤为紧迫。

尽管未来气候变化的程度仍有不确定性，然而，气候模拟实验认为未来的热浪将更经常的发生，且强度更强、持续得更久。考虑到我们对未来人口对热的敏感性的认识仍不明确，因此利用各种方法得到气候变化对健康的最合理的影响就显得很重要。进一步的研究需要提供更强的与热有关的死亡的理论框架，包括对社会经济发展、土地使用情况、空气污染和改善战略的更好的认识。

2.2 预测气候变化下的疾病死亡率需要考虑的问题

2.2.1 温度指标的选择

预测未来死亡率基于历史的温度和死亡率之间的函数关系，其被应用于气候变化模式和排放情景，去评估未来热引起的死亡率。因此，选择哪一个温度量作为预测死亡率的最好的指标是很重要的。

日最高气温和平均气温常被用来衡量热的程度。也有使用复合指数的，这样能够考察外界的温度、湿度和其它气象要素的综合作用。例如，天气学方法就是基于气团的研究方法，用于量化天气和露点温度、风速、云量、气压以及其它要素之间的关系。表观温度和温湿指数就反应了温度和湿度的共同作用。Kalkstein和Greene利用空间天气学方法评估美国的气候－死亡率之间的关系［31］。Hayhoe等认为在加利福尼亚，最高温度的临界值与热引起的死亡率升高有关［32］。Barnett等人试图证明温度的哪一个衡量方法对预测死亡率是最优的。他们比较了7个温度值:最高、平均和最低温;最高、平均和最低表观温度以及温湿指数，资料来源是美国107个城市的1987—2000年的日资料。结果表明没有哪一个指标更优。这些值之间的高相关性表明它们对死亡率的预报能力基本相同。因此，可根据实际需要选择合适的温度衡量方法，如使用平均温度，这在气候模式中比较普遍［33］。

选择研究温度－死亡率的时间段也是很重要的。对于同一个城市而言，温度－死亡率之间的关系在1960年代和2000年代的表现就不一样。原因可能是社会经济的发展、人口统计信息的变化和人类气候适应性的不同。由于日死亡数据在许多城市里没有早于1990年的，因此1996—2005年，以2000年为中心的这一时间段，被认为可用于作为基本的研究时间。

2.2.2 未来气候情景的选择

未来气候状况的模拟也是预测未来疾病死亡率的重要问题之一。IPCC定义的未来温室气体排放的情景主要分为4组:第1组(A1)代表快速的经济增长，全球人口达到顶峰，以及高效的新技术的应用，其中又分为3个分组，分别是很强的燃料排放组(A1FI)、无燃料排放组(A1T)和平衡组(A1B);第2组(A2)代表高速的人口增长，低速的经济和技术发展;第3组(B1)代表的人口状况与第一组一致，而高速发展的是服务和信息经济;第4组(B2)代表了人口和经济增长的中间型，并保持区域性的经济、社会和环境的可持续性。利用不同的大气环流模式，上述情景可以模拟未来的气候。由于不同的大气环流模式有不同的优势和缺点，IPCC认为没有任何一个单一的环流模式是最好的。因此选择合适的气候模式也是很重要的［34］。

气候变化情景将决定预测热引起的死亡率的大小。因此，在影响评估时应考虑不同的排放情景，提供一系列的未来气候和健康之间的可能的影响关系。这些不确定的关系也在英国的气候实验中得到证实，实验使用了高、中和低的排放情景，这也与IPCC所述的第1组的第1分组(A1FI)、第1组的第3分组(A1B)和第3组(B1)情景相对应。

2.2.3 人类气候适应性的变化

气候适应性是人体适应他们所处的环境的生理调节过程。在更暖和的地区，温度的临界值趋向于更高，这反应了气候适应性的作用。Balloux等认为，生活在较寒冷地区的人，线粒体多样性水平较低，同时发现，生活在不同温度下的人们的基因也存在差异［35］。这些研究表明气候决定的自然选择结果导致形成了目前人类线粒体基因组序列的分布。随着经济水平的提高，人们通过增加使用空调、减少运动、改善房屋设计和城市规划，都能够逐渐适应极端高温天气。随着时间推移，人类可能适应日益升高的气温，这也是影响死亡率研究的问题之一。

因此，气候变化导致基因多态性的变化以及因此导致的人类对气候的适应性的改变，从而对人类疾病发生率和死亡率产生影响，它们之间如何发生联系以及会产生多大的影响，目前还没有定论，还有待进一步的研究。

有研究者综合考虑气候适应性的变化进行温度－死亡关系的研究。其中的一个方法是，在相似的城市中使用暴露－反应曲线进行试验，利用所选择的相似的城市现在的气候状况，能够最接近的反映和模拟出目标城市未来的气候状况。例如，Knowlon等模拟纽约的气候适应性，则是利用由华盛顿、亚特兰大和佐治亚州1973—1994年的平均夏季气温推导的温度－死亡率反应公式来反映纽约2050年代的温度和疾病状况［36］。另一个方法是在目标城市中选择相似的夏季来模拟气候适应性，Hayhoe等研究未来气候适应性依据历史上记录的最热的夏季中的温度－死亡率关系来进行［37］。

3 结语

总之，有足够的证据表明气候变化威胁着人类的健康。未来的研究应该提供适应气候变化的方法，改善气候－健康关系特征。基于国内外大量的对气候变化下医疗气象研究的结论，我们发现气候均值的偏离必然导致极端气候事件的增加，在气候变化和更大的气温的极端变化下，这种影响只会加强而不是减弱。研究气候变化对人类健康的影响，更重要的是研究极端气候事件对人类疾病的影响途径和机制，同时，大量研究表明，气候变化对亚人群(如老人和小孩)的影响更大，不过也有研究指出城市热岛效应和空气污染的加剧，使得城市人口成为气候变化下的易感人群和脆弱人群，针对不同人群特征(如年龄、性别、是否有疾病史等)展开研究可以更精确的确定气候变化对人类的影响，另外，大气污染与气候变化，尤其是高温之间的关系越来越引起人们的重视，它们对疾病的影响究竟是相互独立还是协同的作用是未来研究的课题之一，而大气环流模式的发展和未来气候情景的确定为医疗气象的研究提供了有利的工具。

在气候变化与人体健康科研和业务方面，目前我国尚存在很大的不足，如基本数据获得困难，卫生信息系统不健全，防治措施滞后等等。此外，我国现有的相关研究中，大多是气象条件对疾病影响方面的，极少是严格意义上的气候变化对人体健康的影响研究。今后在开展气候变化与人类健康的研究可以考虑以下几方面的问题:

1)确认温度对疾病影响的临界点。热对健康的影响可利用温度的临界值和曲线的斜率表示。温度－死亡率常常表现为非线性的U、V或J型，即当气温低于或高于某一临界温度时，随着温度的降低或升高，某一类疾病的发病率和死亡率逐渐升高［38－39］。确定某一疾病的温度临界值，即热的危害开始出现的温度，对疾病预防可以起到积极的作用。

2)研究不同人群适应气候变化的比较研究。开展针对亚人群(如老年人和儿童)以及易感人群和脆弱人群的研究，为特定人群制订有针对性的预防措施提供依据。

3)建立健全健康疾病登记或数据收集系统。在许多发达国家，疾病发病和死亡的登记系统较为健全，为疾病的发生、变化研究提供可靠的资料保障。收集和加强监控可能影响健康的数据，如极端气温导致的死亡率、极端天气事件影响的媒介传播疾病、空气质量、花粉和霉菌数量、经食物和水传染的疾病和精神疾病等是未来开展疾病研究的基础。

4)开发建立气候变化与人体健康早期预警系统和应急预案等相应的适应技术。如果人们想要有效的减少因气候变化导致的死亡，那么这些研究对于能够在更极端的气候变化到来之前制定计划和采取有效措施是很重要的。

5)加强大气污染与气候变化之间关系的研究。环境和大气污染问题日益突出，而其与气候变化，尤其是高温热浪之间可能存在相互作用，并且可能共同的对人类健康产生影响。在加速城市化和气候变暖的大背景下，大气污染和城市热岛效应将使城市人口受到更大的威胁，因此，有必要加强大气污染与气候变化以及它们对疾病的影响研究。

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