上海交大李俊祥团队发文揭示极端高温与臭氧复合暴露的协同致死风险与脆弱人群

近日，设计学院风景园林系城市生态与人居环境健康实验室李俊祥教授团队与国际团队合作，在气候变化与大气污染复合暴露的健康效应方面取得重要进展，研究成果以“Mortality Risks of Co-Exposure to Extreme Heat and Ozone in Urban Populations: Synergy, Vulnerability, and Implications for Public Health”为题，发表于《Sustainable Cities and Society》（影响因子13.3，JCR/Q1）。

论文基于上海市2013-2018年114万多例死亡登记数据（其中259026例发生在复合暴露期间，剩余数据作为参照），揭示了上海城市人群面对极端高温与臭氧污染“复合暴露”的死亡率风险和脆弱群体。研究发现，极端高温与臭氧的复合暴露显著增加了全因、心血管及呼吸系统疾病的死亡风险，且复合暴露的死亡风险存在显著的协同效应（即1+1>2，复合暴露风险高于单因子暴露之和），老年人、女性及低教育水平人群面临更高的健康风险，是复合暴露的脆弱人群。本研究成果可为超大城市的公共卫生防护、风险早期预警以及气候变化健康韧性提升提供有力证据。

研究背景

随着全球气候变化加剧，极端高温事件频发，同时城市化带来的光化学污染导致全球近地面臭氧浓度呈不降反增趋势。这两种环境健康风险因素往往在夏季同时出现，形成“复合暴露”。以往的研究多关注单一因素的健康效应，或仅探讨一种因素对另一种因素效应的修饰作用，缺乏对高温、臭氧“协同效应”的量化评估，特别是针对东亚特大城市背景下的不同社会人口学群体的复合暴露脆弱性及其差异的研究相对匮乏。本研究旨在填补上述空白。

主要研究结果

1.极端高温和极端臭氧单独及复合暴露均存在显著的致死风险

研究结果表明，极端高温、极端臭氧污染单独及复合暴露均会显著增加人群的非意外总死亡、心血管及呼吸系统疾病的死亡风险，且风险随暴露强度的增加而呈上升趋势（图1）。复合暴露导致的健康危害最为严重。数据清晰显示，在相同的暴露强度下（即百分位数水平），复合暴露的相对死亡风险（RR）始终高于单一高温或单一臭氧的暴露。这证实了极端高温与极端臭氧的复合并非简单的风险累加（即加性效应），而是形成了风险更为严峻的复合型环境健康威胁。呼吸系统疾病复合暴露的死亡风险高于心血管疾病，例如呼吸系统疾病的复合暴露最高风险可达28%（RR=1.280，95% CI [1.161-1.412], 第97.5百分位阈值浓度，滞后2天），而心血管疾病的复合暴露最高死亡风险则达18%（RR=1.180, 95% CI [1.138-1.223], 第90百分位阈值，滞后0天）。

图1. 极端高温、极端O3及其复合暴露对非意外总死亡（TND）、心血管疾病（CVD）和呼吸系统疾病（RD）的死亡风险。95%置信水平下具有统计学显著性的关联以红色高亮显示。

2. 极端温度和极端臭氧单一或复合暴露存在脆弱人群

研究发现，60岁以上老年人（图2）、女性（图3）以及低中等受教育程度（图4）人群是复合暴露的高风险群体，相对其他同类群体，脆弱性更高。这一发现提示，社会经济地位和生理适应能力在决定人群环境健康风险中起着关键作用。

图2. 极端高温、极端O3及其复合暴露对非意外总死亡（TND）不同年龄组的死亡风险。

图3. 极端高温、极端O3及其复合暴露对非意外总死亡（TND）不同性别的死亡风险。

图4. 极端高温、极端O3及其复合暴露对非意外总死亡（TND）不同教育水平人群的死亡风险。

3. 极端高温和臭氧的复合暴露存在显著的协同致死效应

研究证实，极端高温与极端臭氧污染的复合暴露对人群死亡率存在显著的协同效应（Synergistic Effect）。无论是全死因、心血管疾病、呼吸系统疾病（图5），还是女性、60岁以上老年人、低收入人群（图6），复合暴露的风险均高于单一暴露，且在第90和92.5分位数值的复合暴露表现出显著协同效应。其中，在第90百分位数水平下，复合暴露导致的全因死亡风险（RR=1.112）远高于高温单独暴露（RR=1.047）与臭氧单独暴露（RR=1.010）的简单相加，复合暴露导致显著的超额相对风险（RERI=0.055，95% CI [0.021-0.089]）。

图5. 极端高温与O3复合暴露因交互作用对非意外总死亡（TND）、心血管疾病（CVD）和呼吸系统疾病（RD）导致的超额相对风险。

图6. 极端高温与O3复合暴露因交互作用对非意外总死亡（TND）不同社会人口学亚组导致的超额相对风险。

4. 复合暴露降低了人群健康风险的触发阈值

出乎意料的是，无论是疾病类型还是脆弱人群，显著的协同效应出现在第90和92.5百分位数的暴露水平，而非最极端的第97.5百分位数。这表明，复合暴露降低了人群健康风险的触发阈值，即那些在单一要素视角下尚未达到预警阈值的暴露水平，看似“安全”，可一旦形成复合暴露，便足以引发额外死亡风险，从而导致了风险的“隐形化”而被忽略，应予以警惕。这种阈值的降低意味着暴露在致死风险中的人群基数扩大，将进一步加重公共卫生负担。

研究意义与政策启示

基于上述发现，本研究提出了针对可持续城市治理的三层级策略：第一，决策管理层面，改进预警机制：建议完善和升级现有的高温健康预警系统，纳入臭氧污染指标，增加“复合灾害”警报内容和等级，实行单一和复合暴露预警同步监测和预警预报，并明确告知公众复合暴露的风险及其影响的疾病类型和脆弱人群。第二，城市规划层面，优化和改善基础设施：倡导基于自然的解决方案（Nature-based Solutions），如增加城市绿地、使用高反射率冷却材料等。这些措施不仅能通过蒸腾作用降低局部温度，还能辅助吸收空气污染物，实现气候适应与空气质量改善的双赢。第三，公共卫生层面，实施人群干预的精准防护：建议公共卫生资源应优先向脆弱群体倾斜，特别是独居老人、女性及低收入人群较多的社区。建议在高温期间为这些群体提供针对性的防护建议信息和避难场所，医院和公共卫生系统方面也需要充分准备急救应对措施。

作者信息

上海交通大学设计学院博士毕业生毕星为论文第一作者，李俊祥教授（上海交通大学）和夏天主任医师（上海市疾病预防控制中心）为论文共同通讯作者。论文共同作者还包括上海理工大学陈筱佳博士、中国科学技术大学附属第一医院王勇主任医师、耶鲁大学Michelle L. Bell教授、北卡罗莱纳大学教堂山分校Conghe Song（宋从和）教授、洪堡大学Dagmar Haase教授、华威大学Feng Mao（毛丰）副教授等。本研究获得了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目、上海市扬帆计划、上海市公共卫生三年行动计划第四期、上海市2022“科技创新行动计划国际科技合作项目”的共同资助。

《Sustainable Cities and Society》在土木与结构工程434种期刊排名第二，地理、规划与发展876种期刊中排名第六，新锐期刊分区表一区Top。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221067072600569X

作者： 设计学院 供稿单位： 设计学院