研究：50年后，数十亿人将生活在不适合人类的酷热中

撰稿Marten Scheffer，2019年10月27日(2019年6月12日发送供审阅；Victor Galaz和Luke Kemp审阅)。

所有物种都有自己的环境生态位，尽管技术进步，人类也不太可能是例外。在这里，我们证明，几千年来，人类一直居住在全球可用气候包络的同一狭窄部分，其主要特征是年平均气温(MAT)在∼11°C至15°C左右。支持这一温度生态位的基本性质的是，目前的农作物和畜牧业生产在很大程度上局限于相同的条件，通过年际变化分析，各国的农业和非农经济产出也找到了同样的最佳值。我们表明，在一切照常的气候变化情景中，这个温度生态位的地理位置预计在未来50年内的变化比它自6000年前以来的变化更大。人口不会简单地跟踪不断变化的气候，因为就地适应可能会解决一些挑战，而且许多其他因素会影响迁移决定。然而，在没有移民的情况下，预计全球人口的三分之一将经历29°C的高温，目前只有0.8%的地球陆地表面存在这样的温度，其中大部分集中在撒哈拉沙漠。由于潜在的受影响最严重的地区是世界上最贫穷的地区之一，那里的适应能力很低，因此加强这些地区的人类发展应该是缓解气候变化的优先事项。

全球变暖将在许多方面影响生态系统以及人类健康、生计、粮食安全、供水和经济增长(1，2)。预计影响将随着变暖的程度而急剧增加。例如，据估计，到2050年，全球变暖至2摄氏度，而不是1.5摄氏度，将使面临气候相关风险和贫困的人数增加数亿人。然而，仍然很难预见由气候变暖驱动的复杂相互作用机制对人类的影响(1，3)。对人类福祉的大部分影响将取决于社会反应。如果有足够的资源，经常有当地适应的选择可以改善效果(4)。同时，虽然一些地区可能面临人类繁荣昌盛条件的下降，但其他地区的条件将有所改善。因此，尽管移民面临巨大的心理、社会和政治障碍，但人口地理分布和农业生产的变化可能是人类对气候变化自发或有管理的适应性反应的另一个可能部分(5)。显然，有必要了解人类繁荣昌盛所需的气候条件。尽管关于气候和整个环境在地理和其他方面对社会的作用的研究有一个漫长而动荡的历史(6)，但考虑到所讨论的关系的复杂性，因果联系仍然很难建立，确定性的说法在很大程度上被驳斥了(7)。与其重新进入环境决定论的浑浊水域(8，9)，这里我们重新审视这个复杂而有争议的问题。我们挖掘近年来可用的大量人口、土地使用和气候信息，以询问过去数千年来人类生活的气候条件，然后研究这些条件预计在未来发生的地方。

我们的结果显示，今天，人类以及农作物和牲畜的生产(图1A、D和E)集中在总可用气候空间中极其狭窄的部分(图1G)。对于年平均温度(MAT)尤其如此，其中主模出现在∼11°C至15°C左右(SI附录，图.。S1)。相比之下，在该温度附近可获得的大部分降水范围(图1G和SI附录，图1)。S1)，但最干燥的一端除外。土壤肥力似乎不是人类分布的主要驱动力(图1H)，潜在生产力也不可能是主导因素，因为净初级生产力显示出相当不同的地理分布(图1I)，热带雨林达到顶峰，而热带雨林并不是人类居住的主要焦点。

引人注目的是，从全新世中期到现在，人类繁荣昌盛的表面条件基本保持不变(图1A-C)。在过去的几个世纪里，人类分布和气候的重建是相对可靠的，但随着时间的推移，不确定性不可避免地增加。尽管如此，我们分析的两组独立的可用重建图表明，早在公元前6000年，人类就集中在大致相同的全球可用温度条件的子集(图1C和2A)中，尽管当时的人们生活与今天截然不同，主要是在农业的早期阶段或作为狩猎采集者。希斯特

另一种量化变化的方法是通过跟踪人类温度生态位地理位置的移动(图4和SI附录，图3)。S8和S9)。对于RCP8.5气候变化情景(2)，预计未来50年有利条件的地理转移是巨大的(图4)。事实上，全球地图上生态位的移动比6000年以来的任何时候都要大(SI附录，图1)。S8和S9)。这些结果对于过去气候的不同重建，对未来气候预测的不同方法是稳健的(SI附录，图1)。S9)，以及不同版本的ArchaeoGlobe土地利用重建。添加降水量作为额外的气候维度改进了模式，主要是通过排除沙漠，但总体情况保持不变(SI附录，图1)。S10)。底线是，在接下来的几十年里，人类气候生态位预计将以前所未有的方式向更高的纬度移动(SI附录，图1)。S11)。同时，预计种群将主要在低纬度地区扩张(SI附录，图2)。S5)，放大了预期的人类分布与气候之间的不匹配。

因为一些地区的情况会恶化，但其他地区的情况会有所改善(图4C和SI附录，图4)。如上文所述(见S9和S10)，描述预计气候变化引起的潜在紧张的一种逻辑方式是计算如果我们要保持相对于温度的相同分布，理论上未来人口将如何在地理上重新分布(方法和详细结果见SI附录，材料)。这样的计算表明，对于RCP8.5一切照常的气候情景，并考虑到预期的人口发展(SSP3情景[15])，∼预计将有35亿人(约占预计全球人口的30%；SI附录，图1)。如果全球人口要像过去数千年一样保持相对于温度的分布(SI附录，图2)，则必须迁移到其他地区(SI附录，图2)。S13)。减贫战略文件2.6情景之后强有力的气候缓解将大大减少人类生态位的地理转移，并将减少理论上所需的人口迁移至∼15亿人(∼占预计全球人口的13%；SI附录，图5)。S12和S13)。显然，不同的人口增长情景对潜在移民的绝对估计也有很大影响(SI附录，表S3)。这样的利基运动估计可以用非货币术语来量化全球变暖的影响。例如，考虑到SSP3情景中预测的人口增长，气温上升比当前基线高出每一度，大致相当于10亿人留在温度生态位之外，没有迁移(SI附录，图2)。第14节)。

我们方法的透明性很吸引人，但不可避免地意味着失去了一些细微差别。例如，温度只捕获了相关气候的一部分(16)，人类繁荣昌盛的潜在重要驱动力与气候以复杂的方式联系在一起(13)。重要的是，虽然我们对温度生态位地理位置变化的预测是说明性的，但它不能被解释为对移民的预测，因为气候以外的许多因素都会影响迁移决定，而且大部分移民需求可能会通过气候适应来解决(5、17、18)。这些复杂性引发了人们对两个关键问题的思考：第一，如何解释狭窄的已实现温度生态位？第二，温度生态位的地理位移对未来潜在的移民有什么影响？

为什么人类一直集中在潜在气候空间的同一小部分？对这些模式负责的全部复杂机制显然很难解开。几千年来，面对不断积累的创新，人类的核心分布保持不变，这表明人类与温度有根本联系。然而，有人可能会争辩说，实现的生态位可能只是反映了古代农业生产的需要。也许，即使相应的气候条件已经变得无关紧要，但那些地方的人留了下来，人口不断扩大？有三条证据表明，这是不可能的，相反，出于因果原因，人类的繁荣昌盛在很大程度上仍然受到观测到的实现温度生态位的限制。

首先，全球估计有50%的人口依赖于小农耕作(19)，这种系统中的大部分能源投入来自农民进行的体力劳动，这可能会受到极端温度的强烈影响(20)。其次，高温有很强的影响(21⇓-23)，不仅影响体力，而且通过中暑影响情绪、行为和精神健康，并影响认知和心理表现。

因此，我们似乎有理由认为，至少可以通过不同形式的迁徙来减少人类温度生态位中预测的地理位置变化造成的部分差异。然而，在这一点上，仍然不可能预见气候驱动的人口重新分布的程度。影响适应选择的技术经济情景、政治发展、体制变化和社会经济条件可能会深刻地影响结果，其方式将值得在利用SSP背后的不同假设进行进一步情景分析时加以探讨。此外，热浪对印度等本已炎热地区的人口密度造成的死亡率上升的影响也引发了进一步的审查(44)。需要后续工作来寻找有效适应的综合途径，并在现有资源的情况下界定可能的基本限制。

总而言之，我们的结果表明，预期的未来人口分布和气候条件的未来位置之间存在着强烈的紧张关系，这些气候条件在过去数千年来一直很好地服务于人类。到目前为止，地方适应的范围一直是分析可能对气候变化作出反应的主要焦点(4)，尽管大多数区域明显缺乏已实现的适应(12，13)。现在减缓气候变化和提高适应能力还不算太晚，特别是在促进全球南方的人类发展方面(45，46)。然而，我们的方法自然提出了人口再分配可能发挥什么作用的问题。移民可以对社会产生有益影响，包括促进研究和创新(47)。然而，在更大的范围内，移民不可避免地造成紧张，即使是现在，∼2.5亿人中相对较少的人生活在出生国以外(48人)。从避免潜在流离失所的角度看气候缓解的好处，可能是对经济收益和损失估计的有益补充。

我们使用全球人口网格数据集以及一系列社会和环境变量来表征人类气候生态位。我们使用了全球环境历史数据库(Hyde3.1)提供的当前人口数据和重建的人口数据(49)。在早期，这些人口数据是来自多个来源的后播。因此，对于全新世中期，我们对海德数据进行了补充。

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