全球氣候變化背景下災(zāi)害性天氣變化及對海上風(fēng)電的影響

葛珊珊，張 韌

(解放軍理工大學(xué)氣象學(xué)院，南京 211101)

1 我國災(zāi)害性天氣概況

氣象災(zāi)害一般可分為天氣災(zāi)害和氣候災(zāi)害，天氣災(zāi)害是指某一次具體天氣過程造成的災(zāi)害;氣候災(zāi)害是指氣候異常所造成的災(zāi)害，引起天氣災(zāi)害或氣候災(zāi)害的天氣氣候系統(tǒng)稱為災(zāi)害性天氣氣候［1，2］。

我國位于世界最大大陸——歐亞大陸東南部，西部是全球海拔最高的高原——青藏高原，東臨世界第一大洋——太平洋。幅員遼闊，人口眾多，地形復(fù)雜，生態(tài)環(huán)境脆弱，季風(fēng)氣候明顯，冷暖、干濕變化復(fù)雜多樣，是世界上災(zāi)害性天氣的多發(fā)區(qū)。我國災(zāi)害性天氣氣候包括:臺風(fēng)、雨澇、雷電、干旱、高溫、沙塵暴、寒潮、大風(fēng)、低溫冷害、雪災(zāi)、冰雹、霜凍、霧、霾、酸雨等，具有種類多、范圍廣、頻率高、持續(xù)時間長、群發(fā)性突出、引發(fā)災(zāi)情重等特點。我國災(zāi)害性天氣氣候的區(qū)域分布明顯，東部季風(fēng)區(qū)冬半年多寒潮、大風(fēng)和低溫霜凍以及干旱災(zāi)害;夏半年則多遇雨澇、高溫伏旱和臺風(fēng)災(zāi)害;西北常年氣候干旱，春季大風(fēng)及沙塵暴發(fā)生最為頻繁;青藏高原大風(fēng)和雷暴、冰雹等強(qiáng)對流天氣特別多見;西南地區(qū)地形復(fù)雜，干旱和暴雨是主要災(zāi)害。在各種自然災(zāi)害的直接經(jīng)濟(jì)損失中，氣象災(zāi)害最重，約占70%以上。20世紀(jì)90年代以來，我國平均每年因各種氣象災(zāi)害造成的農(nóng)作物受災(zāi)面積約4 800×104hm2，其中以干旱影響的面積最大，占總受災(zāi)面積的49．8%，其次為雨澇災(zāi)害，占26．1%，風(fēng)雹災(zāi)害占10．4%，低溫冷凍和雪災(zāi)占7．5%，臺風(fēng)占6．2%。氣象災(zāi)害年平均死亡人數(shù)為4 427人;年平均直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)1 810億元。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速增長，財產(chǎn)密度增加，特別是受全球變暖為主要特征的氣候變化的影響，異常天氣氣候造成的損失也呈明顯增加的趨勢，給國家可持續(xù)發(fā)展帶來很大的威脅［3～5］。

1．1 熱帶氣旋

熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶或副熱帶海洋上的氣旋性漩渦，在北半球沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，在南半球沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。氣旋不但形成狂風(fēng)、巨浪，而且往往伴隨發(fā)生暴雨、風(fēng)暴潮，造成嚴(yán)重的災(zāi)害。

影響我國的熱帶氣旋大致有3條主要路徑:一是西北路徑，熱帶氣旋從源地(指菲律賓以東洋面)一直向西北方向移動，大多在臺灣、福建、浙江沿海登陸;二是西移路徑，熱帶氣旋從源地向偏西方向移動，多在廣東、海南一帶登陸;三是近海轉(zhuǎn)向路徑，熱帶氣旋從源地向西北方向移動，靠近我國東部近海時，轉(zhuǎn)向東北方向移動。從熱帶氣旋影響的地區(qū)來看，在我國東部地區(qū)，不同強(qiáng)度熱帶氣旋影響頻數(shù)分布大致由南向北逐漸減少。其中風(fēng)速≥32．7 m/s的臺風(fēng)主要影響地區(qū)是華南和華東地區(qū)，華東地區(qū)受影響的頻數(shù)最多，年均達(dá)5．8次，華北地區(qū)受影響頻數(shù)最少，年均僅0．4次。從登陸地點來看，熱帶氣旋登陸的地區(qū)幾乎遍布我國沿海，大多數(shù)集中在華南沿海、臺灣和海南島，其中在廣東登陸的熱帶氣旋最多，其次是臺灣，海南和福建。

1．2 雷電

雷電是在雷暴天氣下發(fā)生于大氣中的一種長距離放電現(xiàn)象，具有大電流、高電壓、強(qiáng)電磁輻射等特征。我國的雷暴活動多發(fā)區(qū)主要集中在華南、西南南部以及青藏高原中東部地區(qū)，年雷暴日數(shù)在70 d以上，其中云南、海南、廣西3省(自治區(qū))的部分地區(qū)超過100 d。雷暴活動中等發(fā)生區(qū)主要集中在江南、西南東部、西藏、華北北部、西北部分地區(qū)，年雷暴日數(shù)在40～70 d之間。東北、華北、江淮、黃淮、江漢、西北東部及內(nèi)蒙古中部和東部的雷暴活動較少，為20～40 d。西北地區(qū)大部、內(nèi)蒙古西部更少，不足20 d。

年閃電密度是指每年每平方千米上發(fā)生的總閃電次數(shù)(云閃和地閃的次數(shù)總和)，我國年閃密度的排序為:華南、西南地區(qū)＞華北、東北、西北中東部、江淮、江南＞西藏和青海大部地區(qū)＞西北地區(qū)西部。從雷暴日數(shù)極大值分布來看，黃淮東部、江淮、江南、華南、西南大部為50～110 d，其中海南、廣東大部、廣西東南部、云南南部、湖南南部等為110～150 d，我國其余地區(qū)一般為30～50 d，西北大部在30 d以下。從各省(市、自治區(qū))年雷電災(zāi)害事故次數(shù)分布來看，廣東、福建、江西、浙江、云南、山東、河北省是雷電災(zāi)害事故多發(fā)地區(qū)，西北地區(qū)相對較少。在華東地區(qū)，雷電災(zāi)害的高發(fā)期為每年的4—8月，其中7月雷電災(zāi)害最多，當(dāng)?shù)氐拈W電頻次在4—8月較多，在8月達(dá)到最高。華南地區(qū)雷電災(zāi)害的高發(fā)期為每年的4—8月，其中7月雷電災(zāi)害最多，當(dāng)?shù)氐拈W電頻次在4—8月較多，呈現(xiàn)出明顯的雙峰型。

1．3 寒潮

高緯地區(qū)強(qiáng)冷空氣爆發(fā)南下，所經(jīng)之地出現(xiàn)劇烈降溫、大風(fēng)、凍害、降雪等天氣，降溫幅度達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)時稱之為寒潮。

我國年寒潮頻次分布呈北多南少。東北、華北西北部和西北、江南、華南的部分地區(qū)以及內(nèi)蒙古每年平均發(fā)生寒潮3次以上，其中北疆北部、內(nèi)蒙古中北部、吉林大部、遼寧北部達(dá)6次以上。1961—2005年我國寒潮(含全國性寒潮、區(qū)域性寒潮)平均每年有6．7次，其中1968年、1976年和1979年各出現(xiàn)11次，為出現(xiàn)寒潮最多的年份。最少的年份有2次，出現(xiàn)在1983年。從我國寒潮頻次極大值分布來看，與年寒潮分布類似，呈現(xiàn)出北多南少的分布特點。東北大部及內(nèi)蒙古中東部大部、陜西北部、新疆北部等地，年最多寒潮次數(shù)在12次以上。其中北疆北部、內(nèi)蒙古北部、內(nèi)蒙古中北部、黑龍江中北部、吉林中南部、遼寧北部出現(xiàn)過15次以上。對于全國和北方而言，寒潮在11月發(fā)生頻次最多。對于南方地區(qū)，寒潮則是3月最多。從寒潮頻次的線性變化趨勢來看，東北、華北大部、黃淮東部、江南東部、江淮東部、西北東北部等地年寒潮頻次呈減少趨勢。

1．4 大風(fēng)

測站出現(xiàn)瞬時風(fēng)速達(dá)到或超過17．0 m/s，或目測風(fēng)力達(dá)到或超過8級的風(fēng)為大風(fēng)，一日中出現(xiàn)過大風(fēng)作為一個大風(fēng)日。

我國有3個大風(fēng)多發(fā)區(qū):一是青藏高原大部，年大風(fēng)日數(shù)多達(dá)75 d以上，是我國范圍最大的大風(fēng)日數(shù)高值區(qū);二是內(nèi)蒙古中北部地區(qū)和新疆西北部地區(qū)，年大風(fēng)日數(shù)在50 d以上;三是東南沿海及其島嶼，年大風(fēng)日數(shù)多達(dá)50 d以上。此外，山地隘口及孤立山峰處也是大風(fēng)日數(shù)多發(fā)區(qū)。從我國年大風(fēng)日數(shù)極大值來看，各站年大風(fēng)日數(shù)極大值分布形勢與年大風(fēng)日數(shù)分布相似，也有3個明顯的高值區(qū)。一是青藏高原，有200 d左右;二是內(nèi)蒙古中北部和新疆西北部，多為80～120 d;三是東南沿海及其島嶼，有80～200 d。此外，受地形影響，局部地區(qū)如新疆的一些風(fēng)口區(qū)和東南地區(qū)的一些孤立山峰，亦可達(dá)120～200 d。此外，我國年大風(fēng)頻次平均值為13 983站日，平均每站年大風(fēng)日數(shù)為20 d。1966年出現(xiàn)大風(fēng)頻次最多，多達(dá)21 377站日，1997年最少，僅為8 715站日。20世紀(jì)90年代以來，我國年大風(fēng)頻次呈明顯減少趨勢。

1．5 高溫

氣象上將日最高氣溫≥35℃定義為高溫日，將日最高氣溫≥38℃稱為酷熱日。每個測站連續(xù)出現(xiàn)3 d以上(包括3 d)≥35℃或者連續(xù)2 d出現(xiàn)≥35℃并有一天≥38℃定義為一次高溫過程，也稱為高溫?zé)崂?。持續(xù)高溫對人們?nèi)粘Ｉ詈徒】涤幸欢ǖ挠绊?，也會加劇水分蒸發(fā)和作物蒸騰，加劇旱情發(fā)展，導(dǎo)致水電需求猛增，造成能源供應(yīng)緊張。

1961—2006年的極端最高氣溫為歷年年極端最高氣溫序列中的最大值，除青藏高原外，我國大部分地區(qū)極端最高氣溫均大于35℃。從海南島到黑龍江均出現(xiàn)40～41℃的極值，新疆吐魯番曾在2006年出現(xiàn)47．7℃的高溫。

1．6 霾

霾是一種大量極細(xì)微的干塵粒等均勻地浮游在空中，使水平能見度小于10 km的空氣普遍混濁的現(xiàn)象。霾發(fā)生時的天氣條件特點是氣團(tuán)穩(wěn)定，較干燥。它不僅影響人們身體健康，還影響心理健康。霾天氣條件下，大氣電導(dǎo)率下降，電力系統(tǒng)的雷擊沖擊耐壓能力降低，易造成供電系統(tǒng)的污閃事故。

我國年霾日數(shù)分布特點是東部多于西部。我國西半部地區(qū)、東北大部及內(nèi)蒙古、海南年霾日數(shù)不到1 d;東半部地區(qū)年霾日數(shù)一般為1～10 d，其中山西中南部、河南中部、江西西北部、廣西東北部、云南南部等地超過20 d，尤以山西臨汾為最多，達(dá)84．6 d。從1961—2005年我國年霾頻次變化特征來看，我國年霾頻次平均值為3 245站日。平均每站年霾日數(shù)為5．3 d;2003—2005年年霾頻次為近45年來最多的3年，其中2004年最多，有6 058站日;1964年最少，僅有713站日。1961—2005年我國年霾頻次呈明顯的增加趨勢。增加趨勢主要出現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和發(fā)展迅速的區(qū)域如華北、長江中下游和華南地區(qū)，東北地區(qū)、西北東部和西部、青藏高原、西南地區(qū)則有明顯的減少趨勢。

1．7 霧

霧是由無數(shù)懸浮于低空的細(xì)小水滴或冰晶組成并使水平能見度小于1 km的天氣現(xiàn)象。霧使能見度降低，易造成水、陸、空交通事故，也會對人們?nèi)粘Ｉ钤斐捎绊憽?/p>

我國年霧日數(shù)分布大致是東部多，西部少。黃淮、江淮、江南及河北、四川、重慶、云南、貴州、福建、廣東等省(市)年霧日數(shù)一般有20 d以上，局部地區(qū)可達(dá)50～70 d;東北地區(qū)東南部和大興安嶺北部霧日數(shù)也較多，有20～30 d;西北地區(qū)因氣候干燥，很少出現(xiàn)霧，但部分地區(qū)霧日數(shù)較多，如陜西和新疆天山山區(qū)年霧日數(shù)一般有10～30 d。

1．8 酸雨

酸雨是指pH值(pH值是反映大氣降水酸堿度的無量綱量，等于氫離子濃度的負(fù)對數(shù))＜5．6的雨、雪、雹等形式的大氣降水。

自華北地區(qū)中東部向西南延伸至陜北—四川中部一線以南，以及東北部分地區(qū)的多年平均降水pH值＜5．6，為酸雨區(qū)。其中，江南、華南大部以及西南部分地區(qū)的多年平均降水pH值＜4．5，為重酸雨區(qū)。此外，不同的季節(jié)降水pH值分布變化也不一樣。春季，華北中部酸雨區(qū)較年狀況有所縮小，西北地區(qū)西部和東北地區(qū)出現(xiàn)小片酸雨區(qū)，分布在長江以南，其范圍較年狀況有所擴(kuò)大。夏季東北地區(qū)的酸雨區(qū)明顯向北增大，東北地區(qū)南部也出現(xiàn)酸雨區(qū)，重酸雨區(qū)主要分布范圍明顯縮小，且分為兩個相對大的區(qū)域;秋季酸雨區(qū)形式與夏季基本一致，重酸雨區(qū)仍主要分布在長江以南，其范圍較年狀況略有擴(kuò)大;冬季華北、東北地區(qū)酸雨范圍比秋季明顯縮小，重酸雨區(qū)主要分布在長江以南，其范圍為各季中最大。

1．9 冰雹

冰雹是從發(fā)展強(qiáng)盛的積雨云中降落到地面的冰球或冰塊，是一種季節(jié)性明顯、局地性強(qiáng)，且來勢猛、持續(xù)時間短、以機(jī)械性傷害為主的天氣災(zāi)害。

我國冰雹分布的特點是山地多于平原，內(nèi)陸多于沿海。青藏高原為冰雹高發(fā)區(qū)，年冰雹日數(shù)一般有3～15 d;云貴高原、華北中北部至東北地區(qū)及新疆西部和北部山區(qū)為較多雹區(qū)，有1～3 d;秦嶺至黃河下游及其以南大部地區(qū)、四川盆地、新疆南部為冰雹少發(fā)區(qū)，在1 d以下。從冰雹頻次變化來看，1961—2005年我國冰雹高發(fā)期出現(xiàn)在20世紀(jì)60—80年代，90年代以來明顯減少。年冰雹發(fā)生頻次平均值為1 270站日，平均每站2．1 d;1976年最多，為1 611站日，平均每站2．6 d;2000年最少，為744站日，平均每站僅1．2 d。

2 全球氣候變化趨勢

2．1 全球氣候變化

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)是由世界氣象組織(WMO)及聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)于1988年聯(lián)合建立的政府間機(jī)構(gòu)。其主要任務(wù)是對氣候變化科學(xué)知識的現(xiàn)狀和氣候變化對社會、經(jīng)濟(jì)的潛在影響，以及適應(yīng)和減緩氣候變化的可能對策進(jìn)行評估。不同國家科學(xué)家對本國的氣候做出觀測分析之后，把觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)一提交到IPCC，由世界各地的專家對觀測結(jié)果進(jìn)行研討，保留共同認(rèn)可的結(jié)論，經(jīng)過政府和專家反復(fù)評審之后，才對外公布，所以IPCC報告和結(jié)論具有國際權(quán)威性。

自1990年以來的17年間，IPCC主要通過4次評估報告不斷加深對人類活動引起近百年氣候變化的認(rèn)識。這是通過提供3個方面的證據(jù)實現(xiàn)的:a．溫室氣體自工業(yè)化時代以來(1750年以后)迅速增加;b．近百年地表和對流層溫度以及海洋溫度明顯增加的觀測事實;c．根據(jù)氣候模式進(jìn)行的過去100年氣候變化的模擬證明，近百年氣候變暖由自然的氣候波動和人類活動共同造成，但最近50年大部分氣候變化主要由人類活動造成。IPCC第四次評估報告得出的結(jié)論:全球氣候變暖是不爭的事實。近百年(1906—2005年)全球地表平均溫度上升0．74 ℃，1956—2005 年升溫 0．65 ℃，1995—2006年中有11年位列有儀器觀測以來的最暖的12年中。20世紀(jì)全球海平面上升約為0．17 m，其間1961—2003 年平均上升速率約為1．8 mm/a，1993—2003年的平均上升速率約為3．1 mm/a。全球大部分地區(qū)積雪退縮，特別是春季和夏季。近40年北半球積雪逐月退縮(除11月和12月外)，在20世紀(jì)80年代尤為明顯。并且北半球增溫高于南半球，冬半年增溫高于夏半年［6］。

2．2 全球氣候變化驅(qū)動因子

人類活動導(dǎo)致4種長生命期溫室氣體的排放:二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)和鹵烴(一組含F(xiàn)、Cl或Br的氣體)。當(dāng)排放大于清除過程時，大氣中溫室氣體濃度則增加。全球大氣中的CO2濃度已由工業(yè)化前時代的約280 ppm(體積分?jǐn)?shù)，以下同，1 ppm=10－6)，增加到 2005年的 379 ppm。1995—2005年CO2濃度年增長率平均值是每年1．9 ppm，大于 1960—2005年的平均值即每年1．4 ppm。全球大氣CH4濃度值從工業(yè)化前時代的約715 ppb(1 ppb=10－9)增至20世紀(jì)90年代初的1 732 ppb，2005年增至1 774 ppb。自20世紀(jì)90年代初以來，增長率已有所下降，這與在此期間甲烷總排放量(人為和自然排放源之和)幾乎趨于穩(wěn)定一致。全球大氣中N2O濃度值已從工業(yè)化前時代的約270 ppb增至2005年的319 ppb。主要由于人類活動，許多鹵烴(包括氫氟碳化物)從工業(yè)化前時代接近零的本底濃度上已呈現(xiàn)增加的趨勢。

2．3 全球氣候變化趨勢

在不同的碳排放情景下，預(yù)估未來20年將以每10年增加大約0．2℃的速率變暖。即使所有溫室氣體和氣溶膠的濃度穩(wěn)定在2000年的水平不變，預(yù)估也會以每10年大約0．1℃的速率進(jìn)一步變暖。之后的溫度預(yù)估越來越取決于具體的排放情景，如圖1所示，其中(a)圖表示在SRES(聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會排放情景特別報告)中A2，A1B和B1情景下多模式地表增溫的全球平均值(相對于1980年至1999年平均值)，并作為20世紀(jì)模擬結(jié)果的延續(xù)。位于中部的條塊(b)圖表示最佳估值(每個條塊中的實線)以及與1980—1999年相比，2090—2999年期間在6個SRES標(biāo)志情景下評估的可能性范圍。對各豎條中的最佳估值和可能性范圍的評估包括(a)圖中的大氣－海洋環(huán)流模式(AOGCM)和一系列獨立模式的模擬結(jié)果以及觀測限制因素。(c)圖和(d)圖是相對于1980—1999年的21世紀(jì)初期和后期預(yù)估的地表溫度變化。該組圖表示根據(jù)2020—2019年((c)圖)和2090—2099年((d)圖)兩個10年進(jìn)行平均而得出A2，A1B和B1這3個SRES情景的多個AOGCM平均預(yù)估值。

圖1 大氣－海洋環(huán)流模式地表增溫預(yù)估Fig．1 Surface tem perature estimation based on AOGCM

3 氣候變化背景下我國的極端天氣響應(yīng)

近百年來，我國年平均氣溫升高了1．1℃，比全球平均海溫(0．74℃)要高。對于降水而言，我國年均降水量變化趨勢不明顯，但區(qū)域降水變化波動較大。近50年間各月降水量變化也具有明顯區(qū)域特征，其變化趨勢的主要特征為:a．西部地區(qū)降水變化趨勢較小，大多數(shù)月份表現(xiàn)為增加趨勢;b．東部地區(qū)，特別是江南地區(qū)，降水變化趨勢差異較大，如長江中下游地區(qū)5月降水表現(xiàn)為顯著減少，而7月則表現(xiàn)為顯著增加，華北地區(qū)正好相反，5月顯著增加，7月顯著減少;c．8—12月間，除東北北部地區(qū)外，東部的其他大部分地區(qū)降水普遍表現(xiàn)為減少趨勢，個別地區(qū)有增加趨勢;d．1—3月東南地區(qū)降水呈現(xiàn)增加趨勢。

近50年，我國極端天氣氣候事件的頻率和強(qiáng)度發(fā)生了明顯變化，嚴(yán)重影響經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展。

1)華北干旱長期變化明顯。華北地區(qū)是我國東部最容易發(fā)生干旱的地區(qū)，也是水資源短缺日趨嚴(yán)重的地區(qū)，干旱給經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活造成極大損失。自20世紀(jì)60年代中后期開始，華北地區(qū)降水持續(xù)偏少，特別是80年代和90年代尤為顯著。華東地區(qū)最嚴(yán)重的干旱年份大都與梅雨期特別短，梅雨量特別少有關(guān)。高溫干旱使晚稻生育期縮短產(chǎn)量下降，多種樹木病蟲害加重，危害果樹生長并導(dǎo)致產(chǎn)量下降，森林火險的潛在危機(jī)明顯增加。

2)南方暴雨洪澇趨于增加。作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的核心地區(qū)，長江流域有近1/3的地區(qū)是洪澇災(zāi)害高脆弱地區(qū)，頻繁發(fā)生的暴雨洪澇嚴(yán)重制約了區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展，經(jīng)濟(jì)損失呈明顯上升趨勢。嚴(yán)重的洪澇災(zāi)害給工業(yè)、交通、通信和水利設(shè)施以及人民生活帶來嚴(yán)重影響。在繼續(xù)變暖的21世紀(jì)，氣溫升高造成水循環(huán)加快，降水分布更加不均勻，極端降水事件頻率增大，發(fā)生百年一遇旱澇的概率也會隨之增大。

3)強(qiáng)臺風(fēng)增多、影響加劇。我國臺風(fēng)登陸地點有向東南沿海等人口密集、經(jīng)濟(jì)總量大、戰(zhàn)略設(shè)施多、國防敏感地區(qū)域集中的趨勢。研究表明，我國70%以上的大城市、50% 以上的人口和近60%經(jīng)濟(jì)總量都處于臺風(fēng)的直接影響之下。1949—2006年登陸我國南部和東部沿海的臺風(fēng)約占全國登陸總數(shù)的90% ，其中登陸最多的是廣東，其次是臺灣、海南、福建、浙江。而這一區(qū)域正是我國經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)，人口密度最大以及港口、核電站、石油儲備基地等戰(zhàn)略設(shè)施相對集中的區(qū)域。浙江、廣東、福建、廣西、海南等省(自治區(qū))近20多年來因臺風(fēng)造成的總經(jīng)濟(jì)損失均超過300億元，是損失最嚴(yán)重的地區(qū)。隨著全球氣候變暖，臺風(fēng)登陸我國后移動路徑更加復(fù)雜，受影響的區(qū)域呈擴(kuò)大趨勢。

4)霾和霧等環(huán)境災(zāi)害的影響更加復(fù)雜和嚴(yán)峻。2003—2006年，連續(xù)4年為1961年有觀測記錄以來霾日發(fā)生頻率最高的時期。霾已成為氣候變暖形勢下我國工業(yè)化階段頻率增長最快的災(zāi)害性天氣。

5)高溫?zé)崂祟l發(fā)生。近年來，嚴(yán)重高溫?zé)崂艘差l襲我國，華北、西北地區(qū)東部、長江以南大部地區(qū)都已成為極端高溫災(zāi)害的脆弱區(qū)，極端高溫事件發(fā)生頻率越來越高。近年來，高溫事件的發(fā)生頻率較過去大大提高，較強(qiáng)的高溫?zé)崂艘话?～4年出現(xiàn)一次，部分地區(qū)甚至年年都遭受襲擊。從1999年至今，華北、長江流域及其以南地區(qū)和西北地區(qū)東部幾乎每年都會出現(xiàn)持續(xù)10 d以上強(qiáng)度大、范圍廣的極端高溫天氣。極端高溫?zé)崂藦?qiáng)度越來越強(qiáng)。20世紀(jì)40年代、60年代和1999年以來為近百年熱浪的3個高發(fā)期，特別是1999年至今，我國幾乎每年都會有持續(xù)10 d以上的強(qiáng)度大和范圍廣的高溫?zé)崂顺霈F(xiàn)。隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，人口、生產(chǎn)、交通集中，在工業(yè)生產(chǎn)、家庭爐灶、內(nèi)燃機(jī)燃燒、機(jī)動車行駛等方面消耗能源的同時，都有一定的廢熱排放，使城市區(qū)域增加許多額外的熱量收入。同時，城市規(guī)劃建設(shè)使得土地利用發(fā)生變化，植被減少等城市化造成的熱島效應(yīng)也加劇了極端高溫的酷熱程度。

6)冰凍圈變化加速。在氣候變暖背景下，冰凍圈災(zāi)害的頻率、強(qiáng)度和影響范圍都將增加。冰凍圈變化將會對我國氣候、水資源、生態(tài)和環(huán)境產(chǎn)生深刻而長遠(yuǎn)的影響。冰川融水是西北干旱區(qū)綠洲穩(wěn)定發(fā)展的必要條件，冰川退縮，人類活動加劇破壞了這種冰川綠洲系統(tǒng)的天然平衡，導(dǎo)致內(nèi)陸河流尾閭萎縮，生態(tài)惡化。凍土退化對水文循環(huán)、沼澤濕地、碳循環(huán)、生物多樣性以及重大工程建設(shè)項目等有較大影響。冰凍圈變化影響高原的能量、熱量平衡，導(dǎo)致海陸溫差變化，進(jìn)而影響我國東部季風(fēng)氣候，是提高我國短期氣候預(yù)測能力需要考慮的關(guān)鍵因素之一。另外，雪災(zāi)、雪崩、冰湖潰決、凌汛等災(zāi)害影響交通、通信、農(nóng)牧業(yè)、旅游等行業(yè)和人民生命財產(chǎn)的安全。

氣候系統(tǒng)模式模擬結(jié)果顯示，21世紀(jì)我國氣候還將持續(xù)變暖，尤以我國冬半年氣候和北方氣候變暖明顯。與1961—1990年的30年平均相比，到2020年我國年平均地表氣溫將可能增暖1．5～2．1 ℃，2050 年增暖2．3～3．3 ℃，2100 年增暖3．9～6．0℃。相應(yīng)地，2100年我國年平均降水量可能增加10%～12%，而降水量的地區(qū)差異將變得更大。東亞冬季風(fēng)可能減弱，夏季風(fēng)可能加強(qiáng)。極端天氣和氣候事件的發(fā)生頻率和強(qiáng)度也可能發(fā)生變化。

4 氣象水文環(huán)境對海上風(fēng)電建設(shè)的影響

海上有豐富的風(fēng)能資源和廣闊平坦的區(qū)域，海上風(fēng)場的風(fēng)力大且穩(wěn)定，對環(huán)境的影響和受人為因素的影響很小，可裝配的發(fā)電機(jī)容量更大，但電力傳輸和接入電網(wǎng)的技術(shù)難度大，建設(shè)和維護(hù)成本高，受海洋水文環(huán)境和海洋天氣系統(tǒng)的影響更為顯著。

4．1 海上風(fēng)場的氣象影響因素

1)熱帶氣旋:熱帶氣旋(臺風(fēng))是最具威脅性和破壞力的海洋天氣系統(tǒng)，對海上風(fēng)電場設(shè)備具極大的威脅性和破壞性。在氣候變化背景下，熱帶氣象的發(fā)生頻數(shù)雖無顯著變化，但氣旋的強(qiáng)度卻表現(xiàn)出了增強(qiáng)的趨勢，諸如“桑美”、“納爾吉斯”等超強(qiáng)臺風(fēng)和超級熱帶風(fēng)暴對于海上風(fēng)電的安全構(gòu)成了極大的威脅。海上風(fēng)電項目設(shè)計、選址和規(guī)劃時需進(jìn)行充分的科學(xué)論證。

2)雷電:海上風(fēng)電場易遭受雷電的襲擊，風(fēng)機(jī)元器件易受到電擊與損壞，海上風(fēng)機(jī)安裝和運(yùn)行應(yīng)考慮防雷。氣候變化背景下，伴隨著龍卷、颮線、冰雹等中小尺度極端天氣的雷電事件災(zāi)害將出現(xiàn)更為頻發(fā)和增強(qiáng)的趨勢，進(jìn)而需要制定更嚴(yán)格的海上風(fēng)電設(shè)備的防雷設(shè)計和海上風(fēng)電運(yùn)行與施工的防雷措施。

3)寒潮:一方面寒潮大風(fēng)可以提供更充分的發(fā)電量，另一方面也可帶來強(qiáng)烈的風(fēng)浪，甚至風(fēng)暴潮，進(jìn)而影響或危及海上風(fēng)機(jī)設(shè)施和維護(hù)運(yùn)行。

4)高溫:高溫會使得海水蒸發(fā)加強(qiáng)，風(fēng)機(jī)儀器設(shè)備易老化、被腐蝕。

5)霾、霧、酸雨:它們會對風(fēng)機(jī)的外殼、葉片和輸變電設(shè)備造成腐蝕，因此，海上風(fēng)電建設(shè)應(yīng)充分考慮風(fēng)電設(shè)備的防腐問題。分析表明，長江三角洲和珠江三角洲地區(qū)均為酸雨和霧霾高發(fā)與濃密的區(qū)域，而這些地區(qū)也正是我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)和人口稠密的地區(qū)，是海上風(fēng)電規(guī)劃與重點發(fā)展的地區(qū)。因此，上述地區(qū)及東南沿海地區(qū)風(fēng)電制造和建設(shè)更需充分考慮防御大氣中腐蝕性氣體和酸雨的侵襲。

4．2 海上風(fēng)場的水文影響因素

1)海流與海浪:它們會對風(fēng)機(jī)底座和海底電纜造成沖刷，影響其穩(wěn)定性，長期的沖刷將會削弱風(fēng)機(jī)的固定基礎(chǔ)。同時，大的海浪和飛沫會卷挾鹽分顆粒對風(fēng)機(jī)電路和元器件腐蝕，因此風(fēng)機(jī)安裝時應(yīng)根據(jù)該海域的海浪的氣候狀況合理確定風(fēng)機(jī)機(jī)艙和葉片的安裝高度，避免海浪卷夾鹽份造成的腐蝕。此外，它們對海上風(fēng)機(jī)的運(yùn)送與吊裝、海底電纜鋪設(shè)和機(jī)電維護(hù)均有影響。

2)潮汐與潮流:潮汐的漲落時間、地點、潮位以及潮流強(qiáng)度、方向及其與地形的共同效應(yīng)都在很大程度上影響著海上風(fēng)場選址、海上工程施工。同時，潮流的直接沖擊影響風(fēng)機(jī)底座的牢固性，因此風(fēng)機(jī)安裝時應(yīng)考慮基座的受力。

3)風(fēng)暴潮:風(fēng)暴潮是來自海上的一種巨大的自然災(zāi)害，它是由強(qiáng)烈的大氣擾動—如強(qiáng)風(fēng)暴(寒潮、臺風(fēng))和氣壓驟變所導(dǎo)致的海面異常升高的現(xiàn)象。它若結(jié)合通常的天文潮，特別是若恰好趕上高潮階段時往往會使其影響范圍海域水位暴漲，沖毀港口堤壩乃至浸溢內(nèi)陸、釀成巨災(zāi)。因此，風(fēng)暴潮會產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)浪，不僅使風(fēng)機(jī)艙受到侵襲，還會使葉片受到?jīng)_擊。此外，風(fēng)暴潮引起的增水、漫灘，對岸邊配套設(shè)施有很大的影響。因此，在風(fēng)暴潮多發(fā)海域，應(yīng)制定防范風(fēng)暴潮襲擊的應(yīng)急響應(yīng)措施。

4．3 海上風(fēng)電場的防臺風(fēng)問題

熱帶氣旋之所以會成為海上風(fēng)場的危險影響因素，有以下幾個原因:首先，是對熱帶氣旋的危害性缺乏充分的估計，例如“納爾吉斯”超強(qiáng)臺風(fēng)登陸時間在5月初，登陸時間較早，加之近幾年孟加拉灣熱帶風(fēng)暴登陸緬甸的情況有所減少，因此緬甸政府和公眾對臺風(fēng)登陸后的嚴(yán)重后果估計不足，缺少準(zhǔn)備;美國國家颶風(fēng)中心對“卡特里娜”颶風(fēng)作出了準(zhǔn)確預(yù)報，但對災(zāi)害嚴(yán)重性缺少認(rèn)識，救援人員、物資明顯滯后。其次，心存僥幸心理，美國新奧爾良市是風(fēng)災(zāi)多發(fā)區(qū)，經(jīng)常發(fā)布颶風(fēng)警報，但嚴(yán)重的災(zāi)難長時間以來沒有發(fā)生，居民對此習(xí)以為常，產(chǎn)生了麻痹心理?！翱ㄌ乩锬取憋Z風(fēng)警報發(fā)布后，不少民眾心存僥幸，政府組織轉(zhuǎn)移疏散也不力，致使10多萬人因交通工具不足滯留災(zāi)區(qū)。

根據(jù)IPCC-4評估報告，全球變化背景下，我國的臺風(fēng)登陸地點有向東南沿海等人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、基礎(chǔ)設(shè)施多的區(qū)域集中的趨勢，且我國臺風(fēng)防御體系仍然存在一些薄弱環(huán)節(jié)。主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

1)工程體系不完善，防御能力偏低。美國新奧爾良市堤防按照防御4級颶風(fēng)(風(fēng)速為57．7～68．8 m/s)的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，但“卡特里娜”颶風(fēng)仍然造成4處大的決口并導(dǎo)致新奧爾良市進(jìn)水受淹，20萬人無家可歸。我國重點海堤是按照防御12級臺風(fēng)(風(fēng)速32．6 m/s)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的，如果“卡特里娜”這樣的超強(qiáng)颶風(fēng)登陸我國，海上風(fēng)電場與其他設(shè)施將產(chǎn)生難以預(yù)料的嚴(yán)重后果。

2)防風(fēng)體系不完善，構(gòu)筑物防御標(biāo)準(zhǔn)低。2004年14號“云娜”臺風(fēng)登陸時風(fēng)力12級、風(fēng)速45 m/s，造成6．43萬間房屋倒塌。另外，我國綜合防風(fēng)體系尚不完善，電力、通信、交通、港口、避難場所等基礎(chǔ)設(shè)施抗風(fēng)能力設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低，大量的電力塔架、通信基站、施工吊裝設(shè)備、港口裝卸機(jī)械等構(gòu)筑物防風(fēng)抗災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)偏低，防風(fēng)措施不夠健全。海上風(fēng)電場多建離岸一定距離的海上，周圍基本無屏障，直接面對臺風(fēng)的襲擊，所承受的風(fēng)力和破壞遠(yuǎn)大于陸岸。因此，海上風(fēng)電場需要制定更高要求的防風(fēng)體系和防御標(biāo)準(zhǔn)。

3)監(jiān)測體系不完善，預(yù)報精度不高。颶風(fēng)是美國常見災(zāi)害，美國建有完備的颶風(fēng)監(jiān)測、預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)警預(yù)報水平居世界前列。“卡特里娜”颶風(fēng)災(zāi)害發(fā)生前，美國國家颶風(fēng)中心(NHC)對“卡特里娜”颶風(fēng)的量級、登陸時間和地點等事先作出了準(zhǔn)確的預(yù)報，并通過媒體滾動發(fā)出預(yù)警，提醒民眾做好防范工作，預(yù)警預(yù)報工作比較成功。相較而言，我國在臺風(fēng)監(jiān)測和預(yù)報方面還存在監(jiān)測體系不夠完善，預(yù)報預(yù)測精度不高，對臺風(fēng)的結(jié)構(gòu)特征和活動規(guī)律的認(rèn)識水平仍有待進(jìn)一步提高和發(fā)展完善。目前，臺風(fēng)異常路徑(如滯留、打轉(zhuǎn)、蛇形路徑等)的預(yù)報以及臺風(fēng)登陸路線和登陸地點的預(yù)報仍是一個世界性的科學(xué)難題，短期內(nèi)難以得到實質(zhì)性的提高，臺風(fēng)大風(fēng)、暴雨、巨浪等關(guān)聯(lián)因素預(yù)報尚不能完全滿足海上風(fēng)電場防御要求。

4)預(yù)警體系不完善，次生災(zāi)害防御能力低。與發(fā)達(dá)國家相對完備的預(yù)警體系相比，我國防臺預(yù)警體系仍不完善，突出表現(xiàn)在預(yù)警信息發(fā)布手段落后，導(dǎo)致我國臺風(fēng)次生災(zāi)害防御能力偏低，次生災(zāi)害傷亡率偏高，成為制約防臺風(fēng)工作發(fā)展的一大瓶頸。在海上風(fēng)電場發(fā)展中，這是一個急待解決的瓶頸問題。

［1］ 葛全勝．中國自然災(zāi)害風(fēng)險綜合評估初步研究［M］．北京:科學(xué)出版社，2008．

［2］ 氣候變化國家評估報告編寫委員會．氣候變化國家評估報告［M］．北京:科學(xué)出版社，2007．

［3］ 秦大河．氣候系統(tǒng)的演變及其預(yù)測［M］．北京:氣象出版社，2003．

［4］ 殷永元．全球氣候變化評估方法及其應(yīng)用［M］．北京:高等教育出版社，2004．

［5］ 王偉光．應(yīng)對氣候變化報告［M］．北京:社會科學(xué)文獻(xiàn)出版社，2009．

［6］ IPCC專家組．氣候變化2007綜合報告(IPCC－4全球氣候變化評估報告)［R］．政府間氣候變化專門委員會，2007．