(2024年2月1日)
研究方法
提出人-小时（即超过极端高温阈值的小时数乘以暴露于极端高温条件下的总人口）这一指标来对热暴露风险进行比较与评估。将天气研究与预测（WRF）区域气候建模模拟与城市扩张、温室气体排放和人口迁移预测相结合，并在美国国家气候评估（NCA）尺度和单个城市地区的范围内计算本世纪末人小时数的减少量，以确定不同的减少热负担策略的效果。使用WRF模拟研究了当代十年（2000-2009 年）的气候，并据此对未来进行了预测（2090-2099 年）。通过动态降尺度处理了一对从耦合模型比较计划第五阶段（CMIP5）中获取的全球气候模型（GCMs），这些模型对温室气体排放的敏感性各不相同，以此来确定区域气候建模模拟对GCM的依赖程度。
1.WRF模拟。我们使用10年的WRF模拟来计算与孤立使用和联合使用适应和缓解相关的美国城市相对于本世纪初(2000-2009年)的末(2090-2099年)人小时热暴露的减少。该文的分析基于WRF(3.6版)模拟，该模拟分别或同时考虑了城市扩张和温室气体排放。
2. 代表当代和未来城市环境方面的方法。我们使用环境保护局的综合气候和土地利用情景(ICLUS) 1.3.2版本来代表本世纪初和世纪末的CONUS美国大陆城市类别，其中包含住房密度变化的情景，以计算本世纪末美国周边地区的不透水地表覆盖。使用2090年A2 ICLUS情景来代表本世纪末的城市扩张和密度化，并使用2010年ICLUS来代表当代城市类别。
3.动态降尺度处理。我们使用欧洲中期天气预报中心(ERA)中期再分析初始化并强制进行了当代气候(2000-2009)模拟。基线(即对照)模拟(2000-2009年)与未来预估进行了比较，并与一系列城市、区域和国家气候区尺度的温度和降水观测产品进行了广泛评估。为了反映世纪末的气候，WRF模拟动态地缩小了来自CESM CMIP5在rcp 4.5和8.5下的偏校正GCM输出。该CMIP5产品用于探讨热暴露影响的区域和日变化对全球气候预估的敏感性。
我们强调，虽然我们的分析是基于对CMIP5（而不是CMIP6）数据的检查，但我们预计，将CMIP6 GCM作为我们区域气候模式实验的驱动因素重复进行这些模拟不会改变我们结果的整体意义。
4.评估与基于基础设施的城市改造相关的最大可能影响。包括以下改变:(1)部署降温屋顶，使其光谱综合反照率达到0.88的最大值，(2)在假设水不是限制条件的情况下，采用绿色屋顶或最大限度地蒸发屋顶，(3)种植城市峡谷平均叶面积指数为2.0 m2 m−2的行道树，其高度分布在城市各类街道的2.5 m ~ 7.5 m之间。
研究结果
与美国其他地区的城市相比，东北部城市本世纪末人口热暴露绝对值的预计增幅更大。除西北NCA地区的城市外，预计所有NCA地区的人-小时数都将大幅增加。这一结果在白天和夜间都很明显，突出了大陆性（即大陆对气候的影响）在描述这种变化的空间异质性方面的重要性（图1）。
这些预测是通过WRF 模型对两个独立的全球气候模型GCM（Community Earth System Model（CESM）和Geophysical Fluid Dynamics Laboratory（GFDL））进行动态降尺度计算得出的。
注：Community Earth System Model（CESM）：CESM GCM由美国国家大气研究中心（NCAR）及其合作伙伴共同开发。它集成了大气、海洋、陆地、海冰等多个子系统的模型，可以模拟和预测气候变化、气候系统的内部变异性及其对人类活动的响应。CESM被广泛用于气候变化的科学研究和政策决策支持；Geophysical Fluid Dynamics Laboratory（GFDL）：GFDL是美国国家海洋和大气管理局（NOAA）下属的一个研究实验室，专门从事地球物理流体动力学的研究。这个实验室开发了一系列复杂的气候模型，用于研究大气、海洋以及它们之间的相互作用。GFDL的模型在全球变暖、飓风活动、海洋生态系统等领域的研究中具有重要作用。
图2 表示21世纪在CESM和GFDL下，分别和同时使用减缓和适应措施导致的人口年暴露热量的相对变化。a-f，21 世纪 CESM（a, c, e）和 GFDL（b, d, f）；其中，分别表示了当地适应措施作用下（a, b）、全球温室气体减缓措施作用下（从代表性浓度途径（RCP）8.5 到 RCP 4.5 的转变；c, d）及适应和减缓同时作用下（e, f）的人口暴露热量的相对变化。人-小时数根据当地定义的15:00空气温度（当地时间）的起始百分位数第99百分位数计算。
美国全国47个城市因适应和减缓而减少的人-小时数。以GFDL GCM为驱动力的WRF预测表明，适应与减缓战略所避免的人-小时数几乎一一对应。然而，并非所有城市都遵循这种广泛的线性最佳拟合概括。例如，科罗拉多州丹佛市因减缓战略而减少的人-小时数多于适应战略。相反，使用CESM GCM作为驱动力的 WRF 预测表明，减缓努力通常更有效（与GFDL GCM相比，突出了对温室气体强迫的更大敏感性），这与我们在整个 NCA 区域范围内对城市地区的评估一致（图3）。
图3 上图为单个城市最坏情况下的年度末世纪人时热暴露度避免量。相对于最坏情况（RCP 8.5 温室气体排放和密集城市发展）的年度末世纪人-小时数（当地时间下午三点气温的99百分位数）减少量，适应（x轴）策略与减缓（y轴）策略而得，分别对应CESM（蓝色）和GFDL（橙色）。需要注意的是，轴线是非线性的。
个人评价
容纳了超过世界一半人口的城市地区，受持续增加的热浪时间、频率和强度的影响尤为严重。在这项研究中，作者将十年尺度的区域气候模拟模型与城市扩张、温室气体排放和人口迁移预测相结合，以研究适应和减缓策略在单独使用和联合使用时，能在多大程度减少美国城市人口在世纪末的热暴露。相较于世纪初的基线水平，单独采取适应或减缓策略时，东北部和中西部城市人口热暴露的减少幅度最为显著。此外，同时采用适应和减缓策略时，它们之间会产生协同效应。这种效应导致了世纪末人口热暴露的减少，对于最低极端热阈值而言，这种减少超过了各自策略效果的总和，但对于最高极端热阈值而言，减少量则小于这些策略单独效果的总和。
Title:
Quantifying the decrease in heat exposure through adaptation and mitigation in twenty-first-century US cities
Abstract：
Citation：
Georgescu, M., Broadbent, A. M., & Krayenhoff, E. S. (2024). Quantifying the decrease in heat exposure through adaptation and mitigation in twenty-first-century US cities. Nature Cities, 1(1), Article 1. https://doi.org/10.1038/s44284-023-00001-9
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