Science: 气候极端事件暴露中的代际不平等

摘要：在持续的全球变暖背景下，极端事件（如热浪）将在未来几十年内在频率、强度、持续时间和空间范围上持续增加。因此，年轻一代预计在其一生中将面临比老一代更多的此类事件。这引发了代际团结与公平的重要问题，并推动了近年来由年轻人主导的气候抗议浪潮，这些问题也成为最近气候诉讼中提出的代际公平问题的核心。然而，标准的科学范式通常是在离散的时间窗口或特定的升温水平下评估气候变化，这种“时段”方法阻碍了量化特定世代在其一生中经历的极端事件数量相较于另一代的增加。通过开发“世代”视角，量化代际间气候极端事件暴露的变化，我们估计，2020年出生的儿童在其一生中经历极端事件（尤其是热浪）的次数将是1960年出生者的两到七倍，前提是当前的气候政策承诺得以维持。我们的研究结果凸显了年轻一代的安全面临的严重威胁，并呼吁采取大幅减少排放的措施，以保障他们的未来。

研究总述

气象极端事件、灾害或气候变化的影响大多是在不同的排放情景和社会经济路径下，随着时间推移而研究的。例如，应用一个热浪指标对四个经过偏差调整的全球气候模型进行分析，表明每年受热浪影响的陆地面积将从2020年左右的约15%增加到在2100年1.5°C升温限制情景下的约22%，并在符合当前减排承诺的情景下增加到约46%。最近的研究扩展了这一方法，研究了气候变化与全球平均气温增加之间的关系，突出了多个极端事件指标的情景独立性，但本质上仍是对时间窗口的比较。相比之下，我们通过结合多模型的极端事件预测、国家级预期寿命信息、网格化人口数据以及政府间气候变化专门委员会全球变暖1.5°C特别报告中的未来全球气温轨迹，进行了出生队列分析。通过整合一个国家或地区的普通人在其一生中对极端事件的暴露，我们概括了气候灾害、人口密度、队列规模和预期寿命的时空变化。

极端事件暴露

我们的研究结果显示，可以全球范围内比较不同出生世代在其一生中对气候极端事件的暴露情况。例如，按照我们的极端热浪定义（图1），1960年出生的人一生中平均经历约4次热浪，而2020年出生的儿童在当前气候政策下，将经历多达30次热浪。如果全球升温限制在2°C或1.5°C，2020年出生儿童的热浪暴露将减少至22次或18次。整体而言，2020年出生的儿童将比1960年出生的人多经历4至7倍的热浪。对1960年至2020年出生的所有世代进行的重复分析突显了全球范围内老一代与年轻一代在终身热浪暴露方面的显著差异（图1）。不同未来温度轨迹对终身暴露倍增效应的影响在2020年40岁以下的世代中变得明显，且越年轻的世代差异越大。

上述例子仅使用了一个灾害指标和部分未来温度路径。我们扩展了这一方法，考虑了六类极端事件：野火、农作物减产、干旱、河流洪水、热浪和热带气旋，并在涵盖从保持当前温度水平到2100年升温至3.5°C的广泛温度路径下进行了分析（见材料和方法以及图S1）。为此，我们生成了总计273个全球尺度预测，使用了15个由四个偏差调整的全球气候模型驱动的影响模型（见表S2）。

受 IPCC“关注原因框架”（图 2 和图 S2）的启发，我们将相对于假设的生活在前工业气候条件下的参考人的暴露倍增因子进行了可视化，作为 2100 年全球平均温度异常和世代的函数。参考人的预期寿命与 1960 年出生的世代相同。我们的研究结果显示，对于每种极端事件，年轻世代在更高的升温水平下的终身暴露将持续增加。对于 2020 年 55 岁以上的世代，极端事件频率变化对其终身暴露影响较小，但对于更年轻的世代，未来几年和几十年内暴露将显著增加（见图 2 和图 S2）。在全球升温 3°C 情景下，2020 年 6 岁的儿童将经历相对于参考人的两倍野火、三倍河流洪水、五倍干旱和 36 倍热浪等极端事件。

不同极端事件的暴露倍增幅度有所不同，热浪暴露在全球升温 3.5°C 情景下增加最多，2020 年出生世代将经历多达 44 倍的增加。综合六类事件的暴露倍增因子显示，全球变暖限制在 1.5°C 情景下，2020 年 10 岁以下的儿童的极端事件暴露将增加约四倍，全球升温达到 3.5°C 时，8 岁以下儿童的暴露增加近五倍（见图 S3A）。随后计算得出，前工业气候条件下的终身暴露概率低于 0.01%的生命被归类为“前所未有”。2020 年 55 岁以上世代仅在热浪和农作物减产方面会经历“前所未有”的暴露，而 2020 年 0 到 40 岁之间的世代还将面临 1.5°C 以上升温情景下的干旱和洪水“前所未有”暴露（见图 2）。综合所有事件类别，所有温度水平下的终身极端事件暴露均为“前所未有”（见图 S3A）。

区域模式

在这一全球平均图景背后，存在显著的空间差异。对世界各地区的选定区域重复分析显示了区域之间的明显差异），而国家层面的评估则进一步突显了更为显著的空间不均（图S7及S8）。

我们发现在中东和北非地区，所有2020年25岁以下的世代的终身暴露将显著增加，在当前的减排承诺下，这一暴露增加至少为七倍（见图S9A）。在撒哈拉以南非洲，2020年出生的这一代人相比生活在前工业气候下的参考人，终身将平均经历5.9倍的极端事件，而在其他地区，这一世代平均将经历3.7至5.3倍的极端事件。如果将全球变暖限制在1.5°C，这一负担将大大减少：中东和北非（–39%）、欧洲和中亚（–28%）以及北美（–26%）的暴露减少最为显著，而撒哈拉以南非洲、东亚和太平洋地区的减负大致与全球平均水平相当（–24%）。如果按收入类别而不是地区对国家进行分类，结果表明，低收入国家的年轻一代将面临最强烈的终身暴露增加，在当前承诺下，2020 年出生的这一代人将面临超过五倍的增加（见图 S9B）。

高收入国家的年轻一代面临的增加最小，代际之间的差异也最小。2020年，全球60岁人口中有22%生活在高收入国家，而只有5%生活在低收入国家。相比之下，全球新生儿中只有10%生活在高收入国家，而18%生活在低收入国家。因此，现在和未来出生的儿童更有可能出生在那些面临终身极端事件暴露大幅增加的地区。例如，2015年至2020年间在欧洲和中亚出生的6400万儿童将在当前承诺下经历3.8至4.0倍的极端事件暴露，而撒哈拉以南非洲的2.05亿同龄儿童将面临5.4至5.9倍的终身极端事件暴露增加，其中包括终身热浪暴露增加49至54倍（见图S10和S11）。这一代际规模增长和极端事件暴露的结合（见图S10至S13）突显了全球南方年轻一代所承受的气候变化负担不成比例。

预期寿命的提高（见图一和图S14）是一个影响个人终身极端事件暴露信号的混杂因素。然而，我们发现，在全球范围内，气候变化解释了当前承诺情景下2020年出生世代98%的暴露增加（见图S15和材料与方法）。在高收入国家，这一世代的暴露增加几乎完全归因于气候变化（99%），而在低收入、中低收入和中高收入国家，气候变化则贡献了98%的总暴露变化（见图S15和S16）。

讨论

尽管我们在模型中全面考虑了灾害和暴露的情况，并注意了国家内部人口密度的差异，但我们的方法可能低估了代际暴露差异。比如，我们将一年内的多个极端事件视为一个事件，忽略了复合事件和极端事件的持续时间和强度变化。此外，我们选取了对变暖有即时响应的六类极端事件进行分析，未包括慢发性事件如沿海洪水等。未来的研究可考虑将更多人口统计维度和脆弱性因素纳入分析，以更全面评估极端事件对各世代的终身影响。

极端事件的脆弱性取决于一系列社会经济和人口因素，并可能随着时间推移发生变化。年轻人在热浪中可能较少受到健康影响，但热带气旋毁坏的学校基础设施可能对他们的教育造成持久影响。虽然社区的适应能力可能随着时间的推移增强，但在 21 世纪中叶之后，适应能力的极限仍存在。未来的分析可以通过引入气候风险评估和人口动态，更好地理解极端气候事件的长期影响，并为气候变化适应策略的发展提供参考。

我们的研究强调了与《巴黎协定》保持一致的政策对保护年轻一代未来的重要性。随着全球变暖的加剧，尤其是在低收入国家，年轻世代对极端事件的终身暴露急剧增加。如果全球升温限制在 1.5°C，将显著减少新生儿对热浪、野火、农作物减产、干旱、热带气旋和洪水的暴露，但仍无法避免年轻世代面临前所未有的极端事件暴露。这些发现对气候诉讼和推动更具雄心的减排措施具有重要意义，有助于促进代际和国际正义。

材料与方法

研究目标

• 量化年轻一代在全球及区域尺度上气候极端事件暴露的增加。
• 整合各出生世代成员在其一生中对极端事件的暴露情况，并比较不同世代和地区的结果。

数据来源与模型

1. 生物物理影响预测数据库

• 数据来自跨部门影响模型比较项目（ISIMIP2b），使用了15个影响模型，涵盖野火、农作物减产、干旱、河流洪水、热浪和热带气旋六类极端事件。
• 模型提供包括径流、作物产量和土壤湿度等生物物理影响变量，时间跨度为每日到年度，空间分辨率为0.5°×0.5°。
• 使用了四个全球气候模型（GCMs）：GFDL-ESM2M、HadGEM2-ES、IPSL-CM5A-LR 和 MIROC5，覆盖前工业、历史以及未来情景（RCP 2.6、6.0 和 8.5）。

2. 预期寿命和人口数据

• 预期寿命数据来源于联合国《世界人口展望》，涵盖1950年至2020年按5年周期的预期寿命。
• 网格化人口数据来源于HYDE3.2，未来投影基于SSP2情景，考虑了人口增长、城市化水平和空间城市化模式。

3. 全球平均温度轨迹

• 轨迹数据来源于支持IPCC《全球升温1.5°C特别报告》的情景，涵盖1.5°C、2.0°C 和当前承诺（NDCs）情景，使用“MESSAGE-GLOBIOM”和“IMAGE”模型生成。

4. 世代规模数据

• 数据来自Wittgenstein Centre，涵盖2020年的世代规模，并通过线性插值转换为年数据。

极端事件定义与暴露计算

1. 极端事件定义

• 选定六类极端事件：野火、农作物减产、干旱、河流洪水、热浪和热带气旋，基于其在气候变化下的频率、强度和/或持续时间的增加。
• 各类别的极端事件定义基于前工业时代的百分位数阈值，如热浪基于“热浪强度指数”（HWMId）超过99百分位数的年份。
• 还分析了终身寒冷期暴露，作为热浪的对立面。

2. 暴露计算

• 计算各国年度陆地面积暴露的空间平均值，依据人口总量进行加权。
• 使用“时间偏移法”将时间序列映射到1.5°C、2°C 和 NDCs情景下，并对1960年至2020年间的出生世代进行极端事件暴露的累积计算。

暴露倍增因子（EMF）与全球平均温度的比例关系

1. 暴露倍增因子（EMF）

• 定义为：EMF=EnewEref，其中Eref为1960年出生者的终身暴露，Enew为之后出生者的终身暴露。
• 提供三种跨事件类别聚合信息的方法：几何平均、终身暴露的几何平均和EMF的调和平均。

2. 暴露与全球平均温度的关系

• 通过构建28条温度轨迹，涵盖0.87°C至3.5°C的温度异常范围，计算每条轨迹下的终身暴露。
• 进一步通过计算EMF，分析不同温度路径下的暴露变化。

概率分析与生命周期对暴露的影响

1. 极端事件暴露的概率分析

• 通过前工业控制模拟计算暴露百分位数，并定义“前所未有的生活”情景，即极端事件暴露超过前工业时期99.99百分位数的情景。

2. 生命周期与气候变化

• 为隔离生命周期变化对终身暴露变化的贡献，将生命周期暴露计算应用于前工业控制模拟，得出气候变化对终身暴露的具体影响。