《Sustainable Cities and Society》：A cumulative perspective reveals urbanization exacerbates compound extreme heat-air pollution events in China
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累积性复合事件（CCEs）框架通过整合时空分离的极端事件，揭示了中国2000-2019年75.23%国土面积受极端高温与空气污染复合影响，暴露770 million人口。研究显示城市尤其是大型城市受影响更显著，热岛效应与人口密集加剧风险，为气候变化下的城市风险管理提供新视角。
李嘉宇|周伟奇|王静|陈凯|马泰·乔治埃斯库
中国科学院区域与城市生态国家重点实验室，生态环境科学研究中心，北京，中国
摘要
复合事件（CEs）是指多种气候驱动因素和/或灾害的组合，这些因素和灾害共同导致社会或环境风险。许多关于复合事件的研究主要集中在同时发生的极端事件上，而忽视了在时间上分离但在空间上重叠的事件的累积影响，可能会低估社会生态风险。为了解决这一问题，我们提出了累积复合事件（CCEs）框架，该框架能够同时捕捉同一地区内同时发生和独立发生的极端事件。我们将这一框架应用于2000年至2019年中国发生的复合极端高温和空气污染事件，这两种事件都是众所周知的健康风险因素。研究结果表明，只有10.88%的中国陆地面积同时经历了这两种事件，而75.23%的地区受到了CCEs的影响，大约有7.7亿人受到影响。在全国范围内，CCEs的总天数从2000年到2013年有所增加，然后从2013年到2019年有所减少，热点地区主要集中在中国东部和北部人口密集的区域。在县级层面，85%的城市（370个城市中的306个）的城市区域比农村地区经历了更多的CCEs天数，全国平均每年多出13天。这种城乡差异因城市规模而异，在北京等大城市中差异最为显著。通过引入累积框架，本研究提供了对复合环境压力时空模式的更全面理解。研究结果强调了在城市地区，特别是大城市中优先采取干预措施的重要性，因为这些地方复合风险最为严重。
引言
复合事件（CEs）是指多种气候驱动因素和/或灾害的组合（Zscheischler等人，2020年）。与单一极端事件相比，多种气候驱动因素和灾害之间的相互作用往往会放大它们的影响，从而导致严重的社会或环境风险（Simpson等人，2021年；Ridder等人，2020年）。随着极端事件的频率、强度和持续时间的增加，复合事件预计将对全球经济（Zhou等人，2024年）、公共卫生（Chen等人，2025年）和生态系统（Schillerberg和Tian，2024年）构成越来越大的风险。例如，仅2024年，美国就经历了270亿美元的气候灾害，包括干旱、洪水、野火和热浪（NCEI，2024年）。同时暴露于这些事件（如野火和热浪）可能导致健康影响的叠加，加剧心血管疾病和精神障碍的风险（Ma等人，2024年）。因此，理解、识别和预测复合事件对于评估其影响和制定应对气候变化的战略至关重要。
复合事件可以分为四类：（1）前提条件复合事件，其中由天气或气候引起的先决条件加剧了后续灾害的影响；（2）时间序列复合事件，涉及随时间发生的连续灾害；（3）空间复合事件，当多个相互关联的地点发生灾害时产生累积影响；（4）多变量复合事件，其特征是多种驱动因素和/或灾害共同导致某种影响（Zscheischler等人，2020年）。由于复合事件的复杂性，许多复合事件属于多个类别。因此，大多数复合事件可以广泛归类为多变量复合事件，这引起了人们对其社会环境影响的高度关注。更好地理解多变量复合事件的影响和机制对于有效评估、准备和缓解其不利影响至关重要（Bevacqua等人，2021年）。然而，目前关于多变量复合事件的研究主要集中在同时发生的情况，而时间序列和空间复合事件的定义则强调影响的顺序或空间分布。这些研究都没有明确量化由多个独立且不同时发生的极端事件所产生的累积压力。例如，如果独立极端事件的频率不同，两个经历类似同时发生极端事件的地区可能会面临不同的累积负担。因此，认识到同时发生的相互作用和独立事件的累积对于描述复合风险和适应能力至关重要。
先前的研究表明，城市地区是复合事件的热点（Yang等人，2022年；Wang等人，2021年）。证据表明，2003年至2020年间，中国城市中的极端高温和臭氧污染复合事件数量增加了180%，尤其是在2015年后增长尤为明显（Su等人，2025年）。此外，城市化被认为是加剧复合事件的关键人为因素（Wang等人，2021年；Li等人，2023年）。例如，城市扩张显著增加了中国湘江流域的复合高温事件的频率、持续时间和强度（Wu等人，2023年），并且更大的人口基数使得人们更频繁地经历强烈的一天中和夜间高温事件（Yuan等人，2023年）。此外，高人口密度以及基础设施和经济活动的集中可能会进一步放大城市中复合事件的影响，这突显了分析城市地区复合事件时空动态的重要性。
为了解决这些挑战，我们提出了累积复合事件（CCEs）框架，通过整合同年内同时发生和时间上分离的事件来量化复合事件。我们选择复合极端高温和空气污染事件作为案例研究，因为每种灾害本身都对人类健康构成重大风险，而且越来越多的流行病学证据表明，当人们同时暴露于这两种灾害时，会产生协同效应（Wu等人，2025年；Chu等人，2024年）。预计这两种灾害的频率、强度和持续时间都将会增加（Masselot等人，2023年；Chen等人，2018年），特别是在人为排放和热岛效应显著的城市环境中（Zhao等人，2025年；Zhou等人，2022年）。此外，城市中的社会经济不平等加剧了脆弱性，导致人口暴露的显著空间差异（Samoli等人，2019年；Dennis等人，2020年）。在这里，我们应用所提出的框架来识别2000年至2019年中国发生的复合极端高温和空气污染事件，量化它们的时空动态，并进一步研究城市内部的空间异质性，以及城市化如何促进CCEs的发生。
数据
中国的日最高气温数据的空间分辨率为1公里，来自HRLT数据集（Qin和Zhang，2022年）。该数据集具有高空间分辨率，覆盖了较长的时间范围（1961年至2019年），并且准确性可靠，因此适用于环境分析，特别是极端天气的影响分析。日地面细颗粒物（PM2.5）浓度的数据也以1公里的分辨率来自ChinaHighAirPollutant数据集。
识别CCEs
我们的研究结果表明，在过去二十年里，中国75.23%（722万平方公里）的陆地面积经历了CCEs，而只有10.88%（104万平方公里）被归类为CEs（图3(a)）。这种差异是因为剩余的64.38%的地区在同一年份内同时经历了极端高温和空气污染，但不是同时发生的，因此按照传统定义不被归类为CEs区域。值得注意的是，这些地区中包括许多人口密集的区域。
比较CCEs和CEs：见解与启示
单个极端事件会对社会生态系统产生深远影响。具有共同气象驱动因素的极端事件（如干旱和极端高温）经常同时发生（Zscheischler和Seneviratne，2017年）。它们对社会生态系统的复合负面影响比单独发生任一事件的影响更为严重（Tabari和Willems，2023年）。然而，传统的共现复合事件框架主要关注
结论
本研究提出了累积复合事件（CCEs）这一新框架，用于全面评估多种气候极端事件的累积影响，并将其具体应用于2000年至2019年中国发生的复合极端高温和空气污染事件。我们的研究结果表明，累积影响影响的区域和人口规模显著大于基于传统共现定义所识别的范围。我们发现，城市地区，尤其是大型和人口密集的城市，
代码可用性
所有自定义代码都是标准方法和技术的首次实现，详细方法在“方法”部分有所描述。
贡献
J.L.和W.Z.参与了研究的构思。J.L.和J.W.分析和解释了数据。J.L.撰写了手稿。W.Z.和J.W.协助编辑了手稿。K.C.和M.G.提供了修改建议。所有作者在提交前都审阅并编辑了手稿。CRediT作者贡献声明
李嘉宇：撰写——初稿、可视化、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。周伟奇：撰写——审阅与编辑、资金获取、概念化。王静：撰写——审阅与编辑、方法论、概念化。陈凯：撰写——审阅与编辑。马泰·乔治埃斯库：撰写——审阅与编辑、方法论。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：U21A2010、42225104）和国家重点研发计划（项目编号：2022YFF1301104）的资助。
