气候变化引发的“特大干旱”如何危害人类健康

2012 年 7 月 21 日，一场大沙尘暴或 haboob 席卷凤凰市中心。 美联社照片/Ross D. Franklin，档案

1930 年代的沙尘暴是 20 世纪最严重的环境灾难之一。强烈的沙尘暴无情地袭击了美国南部的大平原，造成严重的生态破坏，迫使250 万人离开该地区，并因“沙尘肺炎”夺去了无数人的生命。

研究表明，这场灾难是由严重的干旱和过度开垦的土地共同造成的。今天，由人类行为驱动的气候变化正在加剧全球多个地区干旱的发生。

作为在环境健康、空气污染和气候变化交叉领域工作的研究人员，我们想知道美国西南部日益严重的干旱条件和人口增长会如何影响空气中的尘埃水平和公众健康。

在最近发表的一项研究中，我们估计，如果世界保持目前的温室气体排放路径，上升的细尘水平可能会使该地区因接触细尘而导致的过早死亡人数增加 130%，并使住院人数增加三倍。

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如果全球温室气体排放量没有大幅减少，科学家们预计，美国西南部——已经是美国最热和最干旱的地区——将在未来几十年内经历前所未有的数十年“特大干旱”。

现在众所周知，短期和长期接触包括灰尘在内的空气颗粒物会构成重大健康风险。影响范围从住院人数增加到过早死亡风险增加，主要是由于心血管和呼吸系统疾病。

在我们的研究中，“尘埃”是指由风蚀或人类活动(例如农业作业或在未铺砌的道路上行驶)产生的土壤空气中的颗粒物。任何小于 0.05 毫米的土壤颗粒——大约是人类头发的宽度——都可以被提升到空气中。我们专注于小于 0.0025 毫米(2.5 微米)的颗粒，这些颗粒统称为“细”颗粒物 (PM)。这么小的颗粒在空气中停留的时间更长，对人体健康的危害最大，因为它们可以深入肺部。

数十年的流行病学研究已经牢固地建立了暴露于细颗粒物与不良健康影响之间的联系。虽然需要更多的研究来区分构成细颗粒物的各种材料的效力和影响，其中还包括化石燃料燃烧和其他工业来源的排放，但有证据 表明，灰尘是一个重要的贡献者。

例如，占风吹沙漠尘埃 60% 的二氧化硅会导致慢性肺部炎症、肺癌和自身免疫性疾病。灰尘还可以在大范围内传播土壤传播的病原体和有毒污染物。在美国西南部，沙尘暴与谷热和砷中毒的爆发有关。

细颗粒物比人的头发小得多。 美国环保局

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美国西南部大部分地区由沙漠和旱地组成，是全美空气尘埃含量最高的地区。我们调查的第一个问题是近年来不同水文系统(如地表土壤、河流排放区和地下水储存)中发生的干旱条件如何影响空气中细尘的水平。

通过分析 2000 年至 2015 年间在亚利桑那州、科罗拉多州、新墨西哥州和犹他州的 35 个监测点收集的数据，我们发现在每个监测点观察到的细尘水平的逐年变化往往同步发生。这种模式表明，细尘水平的大规模变化存在一个或多个常见原因。

事实上，我们发现这些变化与北美西南部的土壤水分条件显着相关。在跨越奇瓦瓦沙漠、莫哈韦沙漠和索诺兰沙漠、大平原南部和科罗拉多高原的地区，细尘水平高于正常水平的年份也表现为土壤湿度高于正常水平。

研究表明，这些地区的粉尘排放主要来自沙漠地区、干涸的湖床、先前被烧毁的地区以及受农业活动和化石燃料开发干扰的土地。我们的研究结果与之前的实地研究一致，表明土壤水分可以通过调节植被覆盖和土壤稳定性来控制粉尘排放。

2018 年 6 月上旬，干旱影响了 48 个州中的 27%。 NIDIS广告

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在下一步中，我们量化了政府间气候变化专门委员会第五次评估报告中使用的两种不同气候变化情景下细尘水平和相关公共卫生影响的潜在未来变化。报告中所谓的“最坏情况”情景的特点是温室气体排放量随着时间的推移有增无减。在“最佳情况”下，需要大幅减少排放才能将全球变暖控制在 2 摄氏度以下。

首先，我们使用来自 22 个气候模型集合的 2076-2095 年温度和降水预测，并结合我们推导出的尘土水分关系来量化两种气候情景下干旱条件变化导致的未来尘埃变化。由于气候模型预测之间存在差异，因此使用其中的一大组可以让我们衡量结果的稳健性。

然后，我们通过应用从量化的研究中得出的关系来估计由此产生的公共健康影响，这些研究量化了美国代表性人群因暴露于细颗粒物而导致的过早死亡和住院风险增加。在这些计算中，我们还考虑了对西南地区人口增长和疾病易感性变化的预测。

2017 年 3 月 31 日，厚厚的尘埃从墨西哥北部延伸数百公里，进入德克萨斯州和新墨西哥州。来源似乎主要是墨西哥亚诺斯镇附近的农田。 美国宇航局地球观测站

在最坏的情况下——我们目前正在走的道路——到本世纪末，西南地区的细尘水平可能会比现在的值增加 30%。这将导致过早死亡人数增加 130%，因接触细粉尘而导致住院人数增加 300%。

即使在最好的气候缓解情景下，我们预计该地区的细尘水平也可能增加 10%。与目前的数值相比，这种上升将使因细粉尘暴露而导致的过早死亡和住院人数分别增加 20% 和 60%。

值得注意的是，我们只研究了未来干旱条件的孤立影响。其他因素的变化，例如风速和人类土地利用，可能会增强或削弱我们的结果。

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其他研究人员发现了与我们在世界其他地区的研究相似的结果。例如，研究人员表明，中国和沙特阿拉伯沙尘暴的发生受周边地区的降雨或土壤湿度的调节，包括偏远的沙漠和旱地。

今天，旱地占世界陆地总面积的 41%，居住着大约 21 亿人。按照世界目前的温室气体排放轨迹，南美洲、非洲、澳大利亚和地中海部分地区的干旱将加剧，旱地将扩大。我们的研究结果强调了气候变化可能会加剧世界上许多人口稠密的干旱地区的空气质量问题——这是气候变化对人类健康和福祉构成的众多威胁之一。

这篇文章最初发表在The Conversation 上。