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全球变暖,中国哪些地方最先不可居住

已有 1604 次阅读 2023-9-21 14:34 |系统分类:科研笔记

全球变暖,中国哪些地方最先不可居住

 今年夏天,大家都感受到了炎热夏季的滋味。随着全球变暖,目前看,即使巴黎协议能够顺利实施,全球平均温度也会提高1.5℃。如果考虑的更加现实一点,即使发达国家减排工作能够顺利完成,发展中国家的碳排放依旧会快速攀升。非洲、印度、拉美大部分人口依旧没有使用空调。本世纪末平均温度应该提升2℃左右。

在平均温度上升 2℃的情景里面,由于海洋热惰性强,温度上升少,陆地温度变化会更大一下。在中国这样的中纬度地区,陆地平均温度应该上升4℃左右。

人们首先想到的是自己的生活会受到哪些影响。猛地一看,似乎上升4℃不是什么大问题。冬天还暖和了呢。今年夏天很多城市的最高温度是38-40℃左右。那么即使最高温度上升到42-44℃. 似乎也没有什么大不了的。因为今天的中东地区,很多城市的最高温度都在50℃以上。似乎那里的人们依旧生活着,至少全球变暖并没有让那些地方uninhabitable(不可居住)。

大众从新闻和天气预报里面可能最关心的是最高温度,也就是空气的干球温度。真正决定一个城市或者地区,未来是否可居住,其实是湿球温度。

众所周知,测量空气的温度分为干球温度和湿球温度。前者是我们常见的气温,后者表达的是空气中的湿度情况。人的体感温度受两个温度的综合影响,同样的干球温度情况下,湿度越高,湿球温度也就越高,人也会感觉更加炎热。

如下图,当干球温度是32℃,相对湿度是40%的时候,人的体感温度也是32℃。 但是如果随着湿度上升,湿球温度提高,人的体感温度也会上升。当空气是100%相对湿度的时候,32℃的环境,人的体感温度是54℃的高温。

相对湿度体感温度
40%32
50%34
60%37
70%40
80%44
90%49
100%54

这个现象最主要的原因是,人是通过汗液蒸发来实现散热的。人在沙漠地带,可以忍受非常高的干球温度环境。即使50℃以上的高温,只要空气足够干燥,湿球温度便足够低。人是可以生存下来的,因为身体会通过出汗,蒸发散热,冷却自己。如果自然对流还不够,那么就可以通过挥动扇子,走动,加速对流。

但是人可以忍受的湿球温度却是有明确的上限。人体的核心温度在37℃左右。皮肤表面温度在35℃左右。所以如果环境空气的湿球温度到达35℃, 那么无论怎么出汗,怎么样挥动扇子,我们都再也无法降低体温。这个时候,暴露在室外空气环境中1-2个小时,就会因为人体核心温度过高,导致中暑或者死亡。

事实上,35℃的湿球温度理论数字。毕竟现代社会没有731那样的实验室,会用死亡的方法,来测量人体到底可以忍受多少度的湿球温度。目前国外做的最逼近的实验,是针对健康的青壮年的实验。在青壮年的实验里,发现当干球温度在36-40℃这个区间的时候。人们可以忍受的极限湿球温度是在 30.55±0.98°C 。注意这是青壮年的实验,如果是老人和病人,这个限值会更低一些。这部分的研究还很粗略,普遍认可的限值应该是在32℃左右。

地球上大部分地区都是可以居住的,是因为很少有地区的湿球温度能够超过35℃。即使是热带的丛林里,湿球温度也很少高于32℃. 根据统计,从1979年到2017年,总共只有两次两个地区的湿球温度超过35℃, 一个是在东南亚地区,一个是美国西南地区。过去39年,在波斯湾地区,湿球温度连续两个小时超过31℃的情景只发生了14次。

随着全球变暖,决定一个地区是否可以居住,最先被突破的短板应该是湿球温度。因为现在的湿球温度,离32℃的限值已经很接近。

比如我所居住的上海,夏季50个小时不保证干球温度是34.4℃,湿球温度在28℃。也就是说一年里面有50个小时空气的温湿度超过这个值。这个设计标准是根据过去30年的气象数据统计出来的。现在每年超过34.4℃的小时数已经不止50个小时了。28℃的湿球温度是安全的,健康人群都可以通过排汗降温。


image.png

图:上海全年温湿度焓湿图分布与50小时不保证图

随着气候变暖,现在最热的时候,上海日干球温度峰值会连续多天达到40℃以上,个别峰值会在44℃以上。此时会加剧江河湖泊自然水体的表面水汽蒸发,自然也会提高空气的湿球温度。根据简单的热力学计算,如果干球温度峰值连续长时间稳定地在40℃以上,那么新的空气湿球温度峰值将是33.4℃左右。接近人体或者超过人体极限。如果干球温度连续被提高到44℃. 那么湿球温度会被提升到35℃以上,直接导致暴露在室外的人员死亡。

有人做了比较完整的全世界各个地区的最高湿球温度分布情况。从这张2023年的图中可以看到,红色的区域是最危险的区域,这些地方目前比较接近人体的极限,但是还可以承受。未来如果湿球温度提高到32℃以上,那么这些地方将变得不可居住。因为夏季暴露在室外几个小时人就会死亡。


image.png

 

放眼我们所熟悉的中国,可以看到最危险的区域是长江中下游地区,武汉到南京一线,因为这里湖泊众多,水面面积比较大,炎热的气温很快会拉升湿球温度。其次是华北和中南地区。沿海地区反而没有那么危险,因为海洋表面温度稳定。在这张图里,你还可以看到四川盆地对湿球温度影响的轮廓。云贵高原,蒙藏地区,西北地区会一直属于适合居住的区域。

image.png

  

对于美国的分析结果也是类似。最危险的地区是密西西比河流域。这本来就是美国最热的地区。也是未来最高干球温度突破125℉(51.6℃)最集中的地区,加上这里河网密布,所以湿球温度也会突破人体极限,让这里最先变得不可居住。

image.png


人类活动导致的全球变暖可能已经变成不可逆的趋势,无论是国家层面的基础设施建设和个人投资都需要考虑这些。美国保险公司在系统地调整佛罗里达州的保险政策,用来应对海平面上涨的风险。商家是最聪明的。30年并不是很遥远。作为普通人也需要考虑这些问题,毕竟投资在不可居住的地方是一件得不偿失的事情。作为政府机构,需要认真仔细地评价这些风险。

 

致谢:感谢金瑞颖和朱奕博士对于湿球温度的计算工作

参考文献:

1. Derivative of "Bleached coral, Acoropora sp." by Vardhan Pantankar/Wikimedia Commons used under CC BY-SA 4.0; USDA; NASA/John Sonntag

2. Probabilistic projections of increased heat stress driven by climate change. Lucas R. Vargas Zeppetello, Adrian E. Raftery & David S. Battisti Communications Earth & Environment volume 3, Article number: 183 (2022) 

3. The emergence of heat and humidity too severe for human tolerance COLIN RAYMOND,TOM MATTHEWS, AND RADLEY M. HORTON. SCIENCE ADVANCES. 8 May 2020. 

4. Evaluating the 35°C wet-bulb temperature adaptability threshold for young, healthy subjects (PSU HEAT Project) Daniel J. Vecellio S. Tony Wolf , Rachel M. Cottle , and W. Larry Kenney 28 JAN . 022








 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 




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