氣候變化對旱澇事件影響研究進(jìn)展*

王 剛，肖偉華，路獻(xiàn)品，劉少華

（1.流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100038；2.中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，北京100038；3.中國平煤神馬能源化工集團(tuán)天成實(shí)業(yè)分公司，河南平頂山467000）

氣候變化對旱澇事件影響研究進(jìn)展*

王 剛1，2，肖偉華1，2，路獻(xiàn)品3，劉少華1，2

（1.流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100038；2.中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所，北京100038；3.中國平煤神馬能源化工集團(tuán)天成實(shí)業(yè)分公司，河南平頂山467000）

從氣候變化對水循環(huán)及水資源系統(tǒng)影響的角度剖析了氣候變化對旱澇事件影響的驅(qū)動機(jī)制，從氣候變化對天氣系統(tǒng)、下墊面條件、經(jīng)濟(jì)社會需水量等方面的影響梳理了現(xiàn)階段國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展，并總結(jié)了氣候變化對旱澇事件影響的評估方法。結(jié)果表明：氣候變化導(dǎo)致大尺度的大氣環(huán)流異常，容易引起大范圍的持久性旱澇事件；氣候變化還可以通過影響地表覆被、土壤特性等下墊面條件加劇旱澇事件的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)，氣候變化還將影響經(jīng)濟(jì)社會需水量及過程，加劇水資源供需矛盾。

氣候變化；旱澇事件；驅(qū)動機(jī)制；水循環(huán)；影響評估

以全球變暖為主要特征的氣候變化以及全球范圍內(nèi)旱澇災(zāi)害頻發(fā)、群發(fā)的不利態(tài)勢已經(jīng)成為各國政府和相關(guān)學(xué)者關(guān)心的熱點(diǎn)問題。一般認(rèn)為氣候變化主要包括氣溫升高和降水格局的改變。氣象監(jiān)測證實(shí)了全球變暖的趨勢：自從1990年以來全球平均氣溫增加了0.8℃，從1880年有監(jiān)測數(shù)據(jù)以來記錄到的12個(gè)最暖的年份都發(fā)生在1990－2005年間［1］。氣候模式對21世紀(jì)的模擬結(jié)果一致顯示，降水將在高緯和部分熱帶地區(qū)增加，而在中低緯度和部分亞熱帶地區(qū)減少［2］。降水格局的改變，導(dǎo)致一些地區(qū)洪水發(fā)生強(qiáng)度與頻率增加的同時(shí)，區(qū)域性的重大干旱也在加劇。在許多山區(qū)都觀測到冰線后退、永久性凍土萎縮以及降雪減少等氣候變化事實(shí)，導(dǎo)致河流情勢的顯著改變，在影響到可利用水資源量的同時(shí)，增加了下游地區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)［3］。氣候變化導(dǎo)致更多極端降水事件的發(fā)生，一些流域的研究表明在降水總量減少情況下發(fā)生的局部降水強(qiáng)度加大的現(xiàn)象，這勢必會同時(shí)增加洪澇和干旱的風(fēng)險(xiǎn)［4］。

洪澇災(zāi)害是世界范圍內(nèi)15種對人類產(chǎn)生嚴(yán)重影響的最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，往往會帶來巨大傷亡和財(cái)產(chǎn)損失［5］。而干旱則會在較大范圍內(nèi)發(fā)生并持續(xù)較長時(shí)間，對經(jīng)濟(jì)社會以及生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響［6］。我國因特殊的地理位置、地形和海陸分布特征，旱澇災(zāi)害發(fā)生頻繁，損失嚴(yán)重。1998年我國長江流域、松花江和嫩江流域的特大洪澇災(zāi)害共造成2 600億元的國民經(jīng)濟(jì)損失［7］。我國發(fā)生重特大干旱的頻次從1979年前的25.8%提高到1980年后的48.4%，嚴(yán)重干旱年旱災(zāi)經(jīng)濟(jì)損失約占GDP的2.5%～3.5%［8］。研究氣候變化對旱澇事件影響機(jī)理不僅具有科學(xué)意義，而且對于應(yīng)對氣候變化、減少災(zāi)害損失還具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 氣候變化對旱澇事件影響的驅(qū)動機(jī)制

20世紀(jì)的觀測事實(shí)表明，在過去的幾十年里，全球氣候變化在水文循環(huán)改變中扮演著越來越重要的角色。水文系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)關(guān)系是由一系列的物理機(jī)制引起，最終導(dǎo)致總的大氣濕度的增加并伴隨著蒸發(fā)、水循環(huán)以及其它過程要素的變化［13］。首先，旱澇的發(fā)生源于降水異常，直接原因是天氣系統(tǒng)的異常。全球變暖背景下，大氣層中溫室氣體的輻射強(qiáng)迫增加，大氣持水能力增強(qiáng)，改變了大氣的動力過程和熱力過程，引起大氣環(huán)流異常，從而導(dǎo)致區(qū)域降水特征發(fā)生變化，極端降水事件增加，從而引發(fā)洪澇災(zāi)害。短時(shí)高強(qiáng)度的暴雨或雨強(qiáng)不大但歷時(shí)較長的降雨過程均可能引發(fā)洪澇災(zāi)害?；\罩面積較小降雨產(chǎn)生局部洪澇，而大范圍的降雨可能引發(fā)流域性洪水。氣候變化也會引起植被、土壤等下墊面條件的改變。植被的分布、類型、規(guī)模、質(zhì)量以及土壤濕度、結(jié)構(gòu)上的變化都會導(dǎo)致下墊面對徑流的調(diào)蓄能力、地表粗糙度等特征的顯著變化，從而影響產(chǎn)匯流過程。降水特征與產(chǎn)匯流過程的改變，可能使水資源的時(shí)空分布更加不均勻，水資源調(diào)配難度增大，可利用水資源量減少，水資源系統(tǒng)穩(wěn)定性降低，從而增加干旱和洪水發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。由地面反射率等下墊面特性改變引起的地表潛熱增加，會導(dǎo)致蒸散發(fā)增強(qiáng)，從而加劇區(qū)域干旱。同時(shí)，大氣持水能力的增強(qiáng)意味著大氣對地面形成強(qiáng)烈的水分需求，同樣會加劇土壤蒸散，導(dǎo)致土壤含水量持續(xù)下降。而在水資源系統(tǒng)的需水側(cè)，氣候變暖在一定程度上可能會改變經(jīng)濟(jì)社會經(jīng)濟(jì)需水量和需水過程（比如作物物候期的變化、生長季延長等），可進(jìn)一步改變水資源的供需關(guān)系，加劇水資源的供需矛盾，缺水率不斷增加必然會導(dǎo)致干旱事件發(fā)生。此外，值得注意的是，氣候變暖會導(dǎo)致土壤碳庫的源、匯功能轉(zhuǎn)化，增加向大氣中的CO2排放，對氣候變化形成正反饋。下墊面與天氣系統(tǒng)之間的互相作用機(jī)制又會增加天氣系統(tǒng)變異的不確定性［14］。圖1是氣候變化對旱澇事件驅(qū)動機(jī)制的概念模式圖。

2 現(xiàn)階段相關(guān)研究內(nèi)容及進(jìn)展

旱澇災(zāi)害的產(chǎn)生是在氣候變化和人類活動共同影響下，由極端降水過程、下墊面的調(diào)節(jié)（土地利用格局變化、水利工程調(diào)節(jié)等）、承載體的脆弱性（經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)應(yīng)對洪澇事件的能力）等一系列因素綜合作用的結(jié)果。本文基于氣候變化對洪澇事件的驅(qū)動機(jī)制，主要從氣候變化影響的角度分析，不考慮人類活動的影響；關(guān)注旱澇事件現(xiàn)象，而弱化旱澇災(zāi)害損失。

2.1 氣候變化對天氣系統(tǒng)的影響

圖1 氣候變化對旱澇事件的驅(qū)動機(jī)制

大范圍的持久性旱澇與氣候變化導(dǎo)致的大氣環(huán)流持續(xù)性異常存在必然的聯(lián)系。一般而言，降水特性被認(rèn)為是控制洪水等級及發(fā)生頻率的關(guān)鍵因子［15］。而區(qū)域尺度上的降水變化往往與相應(yīng)的大尺度的天氣系統(tǒng)相關(guān)。大氣環(huán)流特征與洪水頻率的這種相關(guān)關(guān)系在中歐地區(qū)冬季洪水的研究中也得到證實(shí)［16］。因此，大尺度大氣環(huán)流特性的改變是洪水頻率波動的決定性因素［17］。大氣中的水汽和熱量的增加，意味著暴雨將產(chǎn)生更大的峰值降水率，從而使得許多地區(qū)的洪澇加?。?8－19］。大氣環(huán)流的異常，不僅引起降水總量的變化，還可以改變降水的格局［20］。環(huán)地中海地區(qū)以及歐洲、中南美洲和南亞的部分地區(qū)降水減少，加劇水資源危機(jī)；東亞地區(qū)雖然降水有所增加，但一般都發(fā)生在汛期，并不能增加旱季的可利用水資源量［21］。

李躍清［22］分析了青藏高原上空100 hPa高度場與其東側(cè)地區(qū)夏季降水場的空間結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系，表明前期10－12月、1－4月高度場大氣環(huán)流的變化引起后期南亞高壓狀況異常，最終導(dǎo)致東側(cè)地區(qū)旱澇災(zāi)害。張瓊和吳國雄［23］分析了1958－1999年長江流域大范圍旱澇的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)南亞高壓強(qiáng)度指數(shù)與長江流域降水有顯著相關(guān)關(guān)系，二者的年代際變化趨勢非常一致。黃榮輝等［10］人的研究成果也表明我國旱澇氣候?yàn)?zāi)害年代際變化與東亞氣候系統(tǒng)的環(huán)流異常分布的年代際變化密切相關(guān)。吳志偉等［24］分析了大尺度大氣環(huán)流異常與長江中下游夏季長周期旱澇急轉(zhuǎn)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了異常年的同期和早期大尺度大氣環(huán)流異常特征。符淙斌［25］分析了干旱化形成的大尺度氣候背景，深化了對干旱化機(jī)理的認(rèn)識。李長順等［26］通過對我國西南地區(qū)氣流三維軌跡的模擬，研究了我國西南地區(qū)水汽輸送機(jī)理，發(fā)現(xiàn)干旱期間氣團(tuán)位勢降低不利于降水形成的基本特征。在降水總量變化趨勢不明顯的情況下，降水日數(shù)顯著減少，降水過程存在強(qiáng)化趨勢，長江及長江以南地區(qū)極端降水事件和洪澇災(zāi)害趨于頻繁［27－28］。

2.2 氣候變化對下墊面條件的影響

2.2.1 地表覆被條件

所有患者都給予人工假體置換治療，患者手術(shù)均采用全麻，采用膝關(guān)節(jié)前正中切口，分離腫塊包膜。一端離斷膝關(guān)節(jié)，注意保護(hù)軟組織，另一離斷端距離腫瘤邊界5 cm以上，假體置換后原位髕韌帶重建。假體表面有足夠的軟組織覆蓋和伸膝裝置的完整性，確定截骨端及周圍軟組織無腫瘤殘留，保證關(guān)節(jié)周圍動力的完整和穩(wěn)定。選擇自體骨滅活后結(jié)合人工關(guān)節(jié)重建腫瘤切除后的骨缺損，假體根據(jù)截骨長度定制，術(shù)畢予放置引流管。

植被尤其是森林植被可以通過改變粗糙度、土壤濕度、土壤結(jié)構(gòu)等下墊面條件影響產(chǎn)匯流過程，在蓄水保土減蝕中發(fā)揮重要作用。氣候變化引發(fā)的造林與砍伐將會影響水量平衡、洪水的發(fā)生以及由加劇或降低的侵蝕帶來的產(chǎn)沙量的變化［3，15］。作為全球變化的一部分，氣候變化帶來的氣溫與降水的變化將會改變能量、水和營養(yǎng)物的時(shí)空分布，增加自然擾動，改變自然過程以及生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，并改變植被的分布格局。由于樹木具有較長的生命周期，不允許其對氣候變化做出迅速的適應(yīng)，因此森林系統(tǒng)對氣候變化尤其敏感［29］。相對平均氣候狀況漸進(jìn)式變化，極端事件（如大范圍的干旱和熱脅迫）往往會有對樹木的生長和存活產(chǎn)生更加顯著的影響［30－31］。

水資源、營養(yǎng)物質(zhì)、光、熱資源和CO2的良好匹配性是決定森林生態(tài)系統(tǒng)健康和持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵性因素。CO2濃度的增加和氣候變暖在短－中期時(shí)間尺度上會對林木的生長和木材生產(chǎn)產(chǎn)生積極的效應(yīng)。但另一方面，增加的干旱和擾動風(fēng)險(xiǎn)將導(dǎo)致負(fù)面效應(yīng)的發(fā)生，在東歐和南歐地區(qū)這些負(fù)面影響很可能會超過其正面效應(yīng)。這樣，由于受到其它限制性因素比如可獲取營養(yǎng)物等的影響，樹木生長速度并不會隨著光合作用的增強(qiáng)而相應(yīng)增加［32］。氣候變化也會帶來生物的（蟲害、疾病爆發(fā)）或非生物的擾動（火災(zāi)、風(fēng)暴發(fā)生頻率及強(qiáng)度的改變等），增加森林的病死率，降低其恢復(fù)能力，從而顯著影響著森林系統(tǒng)［29，33－34］。氣候變暖情景下增溫加劇了土壤干旱化，降水和土壤含水量成為制約草原植被生長的決定性因素［35］。降水變率的增加比總量的變化對高草草原的影響更為嚴(yán)重，例如，旱季延長50%將降低10%的凈初級生產(chǎn)力［36］。

然而，一般認(rèn)為，土地利用類型的變化，尤其是森林覆被的變化，對于小洪水的影響更加顯著［37］。而大江大河的洪水受天氣系統(tǒng)因素的影響要比受上游山區(qū)流域土地利用改變的影響更為明顯。Bioschl等［38］認(rèn)為土地利用類型對洪水的影響主要是尺度效應(yīng)。在小流域尺度上，土地利用類型變化會顯著改變徑流過程，從而影響洪水強(qiáng)度和發(fā)生頻率，而隨著流域尺度增大，這種效應(yīng)會逐漸減?。?9］。

2.2.2 土壤的水文地質(zhì)特性

土壤濕度是陸面過程研究中影響水文循環(huán)的一個(gè)重要參量，積累了地表水文過程的大部分信息［40］，控制著徑流、蒸散發(fā)和深層滲漏之間的降水分配。通過改變土壤熱容量和地表反射率以及向大氣輸送的潛熱及感熱通量分配，土壤濕度對于氣候過程有一些其它方面的影響，尤其是對土壤溫度、邊界層穩(wěn)定性以及一些局地的降水的影響等［41］。氣候變化與土壤濕度兩者之間是相互作用，相互影響的，但在年代際時(shí)間尺度上，土壤濕度則更多地受到氣候變化的影響［42］。干燥的土壤環(huán)境會產(chǎn)生一些負(fù)面的反饋效應(yīng)，比如加劇高溫?zé)崂说挠绊懞统掷m(xù)時(shí)間［43］，延長氣候干旱的影響等［44］。

土壤水庫可有效調(diào)節(jié)徑流，對于防洪抗旱減災(zāi)意義重大［45］。土層深厚、土壤質(zhì)地與孔隙結(jié)構(gòu)良好的土壤，具有較大的有效庫容和較強(qiáng)的調(diào)節(jié)功能。氣候變化尤其是大范圍長時(shí)間的高溫少雨環(huán)境會破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低其持水能力，導(dǎo)致干旱發(fā)生。而旱澇交替致使水土流失加劇則會嚴(yán)重?fù)p失土壤的有效庫容，導(dǎo)致在豐水期地表集流快，徑流模數(shù)大，產(chǎn)洪量高；而在枯水期水量減少，地表缺水時(shí)間延長，最終使水旱災(zāi)害交替演進(jìn)，極大地增加成災(zāi)率和災(zāi)害損失［46］。

2.2.3 土壤有機(jī)碳庫

由于溫室氣體濃度增加引起的全球氣候變化已經(jīng)在全世界達(dá)成廣泛共識。土壤有機(jī)碳（SOC）是一個(gè)很重要的碳庫。作為碳循環(huán)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它可以緩解大氣中CO2濃度的增加。據(jù)估計(jì)，世界上地下一米深土壤范圍內(nèi)的碳庫有機(jī)碳儲量達(dá)到1 000～3 000 Gt，這分別是大氣碳庫和生物碳庫儲量的大約3倍和4.5倍［47］。

氣候變化也是土地利用類型變化的驅(qū)動力之一，進(jìn)而影響到陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳通量變化［48］。已經(jīng)有證據(jù)表明，氣溫的升高和降水量變化已經(jīng)影響到土壤碳循環(huán)過程，并顯著地增加土壤向大氣中的溫室氣體排放［47，49］。如果土壤碳庫沒有其它碳輸入，SOC下降的趨勢將會進(jìn)一步增加。由于土壤碳庫的巨大容量，它們對氣候變化的積極反饋效應(yīng)也是不容低估的。因?yàn)榇髿庵蠧O2濃度的增加將會顯著加劇氣候變化［50－51］。另外，在高緯度地區(qū)，緯度和氣候變化對土壤碳儲量的影響占據(jù)主導(dǎo)地位，而在低緯度地區(qū)，植被（耕種，森林等）和地形的影響超過氣候變化對土壤碳庫的影響［52］。

2.3 氣候變化對經(jīng)濟(jì)社會需水量的影響

氣候變化在改變水資源的時(shí)空分布、增加水源供水隨機(jī)特性的同時(shí)，也會增大需水的不確定性，使社會經(jīng)濟(jì)用水需求發(fā)生變化，進(jìn)一步降低整個(gè)水資源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性［53］。

農(nóng)業(yè)是最大的用水部門，而溫度是影響作物蒸散發(fā)、進(jìn)而影響灌溉需水量的最為重要的氣象因素；氣候變暖導(dǎo)致蒸散發(fā)的增加，加之降水格局的改變，未來如果不采取積極的減緩措施，灌溉需水量的增加將會進(jìn)一步加劇水資源短缺［54－56］。同時(shí)，我國學(xué)者假定參照作物蒸散量是影響作物需水量的關(guān)鍵因子，設(shè)定氣候要素變化情景或基于不同排放情景，對我國糧食主產(chǎn)區(qū)主要農(nóng)作物需水規(guī)律的研究結(jié)果表明，氣候變暖對冬小麥、夏玉米、棉花等作物生育期需水產(chǎn)生不同程度的影響，在一定程度上增加作物需水量［57－58］。而曹紅霞等［59］對于關(guān)中地區(qū)主要作物需水量與相應(yīng)生育期內(nèi)氣候因子的變化趨勢的探討發(fā)現(xiàn)，氣候變化對農(nóng)作物需水量的影響是氣溫、降水、風(fēng)速、日照時(shí)數(shù)等氣象因子變化共同作用的結(jié)果，風(fēng)速和日照時(shí)數(shù)的降低趨勢在很大程度上抵消了由氣溫升高引起的冬小麥需水量的升高趨勢，冬小麥生育期內(nèi)降水量減少是導(dǎo)致凈灌溉水量增加的主要原因。這表明研究成果的區(qū)域差異性和氣候變化對農(nóng)業(yè)需水影響的復(fù)雜性。區(qū)域性的變暖延長了作物潛在生長期，導(dǎo)致作物耕作制度的變化（播種提前、收獲延遲等）以及水稻種植邊界的北移［60］，比如我國西北地區(qū)棉花生長期在1983－2004年間相對于1970年代延長了9 d；水稻在黑龍江省的種植邊界上限從48°N北移至52°N，種植面積大幅增加［61］。作物種植制度的變化必然導(dǎo)致作物需水規(guī)律的變化。

另外，據(jù)相關(guān)研究的初步分析［62］，在相對氣溫升高1℃、降水增加3%的前提下，我國農(nóng)業(yè)用水將增加2.7%；氣溫每升高1℃將導(dǎo)致工業(yè)冷卻用水增加1%～2%，生活用水量增加1%左右。同時(shí)，隨著水面蒸發(fā)增大，生態(tài)需水量也將在一定程度上增加。

2.4 氣候變化對旱澇事件影響的評估方法

氣候變化對洪澇事件影響的評估一般采用設(shè)置氣候情景驅(qū)動水文模型的方法，即基于IPCC提供的氣候變化情景，以“離線”（off-line）的方式使用氣候模型的輸出結(jié)果，作為水文模型的輸入模擬計(jì)算流域的徑流過程。氣候變化對干旱事件的影響評估，往往還需結(jié)合一定的干旱指數(shù)進(jìn)行，而水文模型的輸出項(xiàng)可為干旱指數(shù)的計(jì)算提供相應(yīng)的參數(shù)；如果僅采用基于降水異常變化的干旱指數(shù)（如標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI），則可以直接使用氣候模型對降水的模擬結(jié)果，而不必再應(yīng)用水文模型。

Das等［63］通過16個(gè)氣候模式和VIC模型分析高溫室氣體排放情景下（SRES－A2）內(nèi)華達(dá)山區(qū)2～50年重現(xiàn)期洪水的變化，模擬結(jié)果表明在內(nèi)華達(dá)北部山區(qū)50年一遇洪水將比歷史情景增加30%～90%；而在南部山區(qū)將增加50%～100%。Veijalainen等［64］應(yīng)用一種概念性水文模型和基于全球及區(qū)域氣候模型的20種氣候情景，對芬蘭全國尺度上67個(gè)研究站點(diǎn)的百年一遇洪水變化特征進(jìn)行了模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在融雪性洪水控制的地區(qū)洪水事件的發(fā)生頻率因積雪減少而降低或保持不變，而在中部湖泊區(qū)洪水事件則因降水增加而增多。這表明氣候變化對洪水的影響結(jié)果不是唯一的，而是隨著流域位置、流域特性和設(shè)置的氣候情景而有所差異。Sen等［65］應(yīng)用區(qū)域氣候模型ICTPRegCM3，模擬IPCC-A2情景下土耳其在21世紀(jì)的的降水變化特征，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)SPI對區(qū)域干旱演變特征進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果表明，土耳其西南地區(qū)降水將減少40%，同時(shí)在這些地區(qū)干旱發(fā)生的頻次、強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間都將顯著增加。Jung和Chang［66］基于大氣環(huán)流模型GCMs的模擬結(jié)果，運(yùn)用一種具有物理機(jī)制的、半分布式水文模型PRMS，并結(jié)合相對標(biāo)準(zhǔn)化降水指數(shù)rSPI和相對標(biāo)準(zhǔn)化徑流指數(shù)rSRI，對美國俄勒岡州未來干旱風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估，結(jié)果表明，短期干旱的發(fā)生頻率因夏季降水和融雪的減少而增大，而長期干旱的發(fā)生頻率則因冬季降水和徑流的增加而未出現(xiàn)顯著變化。

受氣候模式本身、情景的設(shè)置、降尺度技術(shù)的不確定性以及水文系統(tǒng)的復(fù)雜性等因素的影響，利用氣候模式驅(qū)動水文模型的方法評估未來氣候變化對水資源的影響仍存在很大的不確定性［67－68］。因此，也有學(xué)者基于已有的氣象、水文要素資料，通過建立統(tǒng)計(jì)評估模型的方法研究氣候變化對旱澇事件的影響。如孫力等［69］應(yīng)用NCEP／NCAR（美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心／美國國家大氣研究中心）長系列再分析資料，建立了我國東北地區(qū)水資源各分量（地表徑流量、淺層土壤含水量、深層土壤含水量等）與氣溫和（或）降水線性統(tǒng)計(jì)評估模型，結(jié)果表明，1℃和10%的氣溫和降水變化所導(dǎo)致徑流量的增減可以達(dá)到25%～30%，因此，這種氣候上的“小擾動”引起的地表水資源的變化是不可低估的。

3 結(jié)論與研究展望

在全球氣候變化背景下，極端氣候事件有增多增強(qiáng)趨勢。同時(shí)，大規(guī)模經(jīng)濟(jì)社會活動的持續(xù)增強(qiáng)，形成了復(fù)雜的人類活動影響鏈，加劇了災(zāi)變過程預(yù)測和防治的復(fù)雜性。研究氣候變化對旱澇災(zāi)害的驅(qū)動機(jī)制和致災(zāi)機(jī)理研究，降低旱澇災(zāi)害對自然和社會的影響，是滿足國家防災(zāi)減災(zāi)需求的重大需求的基礎(chǔ)性工作。

當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者就氣候變化對旱澇事件影響的某一過程要素（如大氣環(huán)流特征、下墊面條件改變等）開展了大量研究。但從水循環(huán)的角度系統(tǒng)研究氣候變化對旱澇事件影響機(jī)理的成果較少。氣候變化改變了水循環(huán)現(xiàn)狀，影響到降水、蒸發(fā)、徑流、土壤濕度、地下水等水循環(huán)要素的時(shí)空分布及動力耦合機(jī)制，最終導(dǎo)致旱澇事件的發(fā)生。未來應(yīng)加強(qiáng)氣候變化對水循環(huán)的影響，發(fā)展基于水循環(huán)要素動力耦合過程的理論方法，揭示氣候變化流域水循環(huán)關(guān)鍵過程及其時(shí)空變化的影響機(jī)制、程度和趨勢，為氣候變化對旱澇事件影響研究提供理論與技術(shù)支撐。另外，在氣候變化對旱澇事件影響評估方面，雖然目前可通過氣候模型與水文模型的松散“耦合”，刻畫氣候變化對水資源之間的定量關(guān)系，但未來氣候變化情景的不確定性很大，模型本身也有較大不確定性，并且目前的研究僅針對平均氣候變化情景，對極端氣候變化尚還沒有理想的表征方法。因此，尋求合理的定量評估方法、增強(qiáng)對極端天氣事件的模擬能力也是未來需要關(guān)注的關(guān)鍵問題之一。

［1］ Hansen J，Ruedy R，Sato M，et al.GISS surface temperature analysis［R］／／Global Temperature Trends：2005 Summation. Technical report.New York：NASA Goddard Institute for Space Studies and Columbia University Earth Institute，2006.

［2］ IPCC.Climate change and water［M］.Cambridge，UK and New York，USA：Cambridge University Press，2008.

［3］ Beniston M.Impacts of climatic change on water and associated economic activities in the Swiss Alps［J］.Journal of Hydrology，2012，412：291－296.

［4］ Allan R P，Soden B J.Atmospheric warming and the amplification of precipitation extremes［J］.Science，2008，321：1481－1484.

［5］ Zhou Y，Ma Z，Wang L.Chaotic dynamics of the flood series in the Huaihe River Basin for the last500 years［J］.Journal of Hydrology，2002，258（1）：100－110.

［6］ Dai A.Drought under globalwarming：a review［J］.Wiley Interdisciplinary Reviews：Climate Change，2011，2（1）：45－65.

［7］ 黃榮輝.我國重大氣候?yàn)?zāi)害的形成機(jī)理和預(yù)測理論研究綜述［J］.中國基礎(chǔ)科學(xué)，2004（4）：6－16.

［8］ 倪深海，顧穎.我國抗旱面臨的形勢和抗旱工作的戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變［J］.中國水利，2011（13）：25－26，34.

［9］ Rossi G，Cancelliere A.Managing drought risk in water supply systems in europe：a review［J］.International Journal of Water Resources Development，2013，29（2）：272－289.

［10］黃榮輝，蔡榕碩，陳際龍，等.我國旱澇氣候?yàn)?zāi)害的年代際變化及其與東亞氣候系統(tǒng)變化的關(guān)系［J］.大氣科學(xué)，2006，30（5）：730－743.

［11］吳志偉，李建平，何金海，等.大尺度大氣環(huán)流異常與長江中下游夏季長周期旱澇急轉(zhuǎn)［J］.科學(xué)通報(bào)，2006，51（14）：1717－1724.

［12］Yan D H，Wu D，Huang R，et al.Drought evolution characteristics and precipitation intensity changes during alternating dry-wet changes in the Huang-Huai-Hai River basin［J］.Hydrology and Earth System Sciences Discussions，2013，10（3）：2665－2696.

［13］Khon V C，Mokhov I I，Roeckner E，et al.Regional changes of precipitation characteristics in Northern Eurasia from simulations with global climate model［J］.Global and Planetary Change，2007，57（1）：118－123.

［14］Seneviratne S I，LüthiD，LitschiM，et al.Land-atmosphere cou-pling and climate change in Europe［J］.Nature，2006，443：205－209.

［15］Tu M，Hall M J，de Laat P JM，et al.Extreme floods in the Meuse river over the past century：aggravated by land-use changes？［J］.Physics and Chemistry of the Earth，Parts A／B／C，2005，30（4）：267－276.

［16］Jacobeit J，Wanner H，Luterbacher J，etal.Atmospheric circulation variability in the North-Atlantic-European area since themidseventeenth century［J］.Climate Dynamics，2003，20（4）：341－352.

［17］Schmocker-Fackel P，Naef F.More frequent flooding？Changes in flood frequency in Switzerland since 1850［J］.Journal of Hydrology，2010，381（1）：1－8.

［18］Maurer E P，Wood AW，Adam JC，etal.A long-term hydrologically based dataset of land surface fluxes and states for the Conterminous United States［J］.Journal of Climate，2002，15（22）：3237－3251.

［19］Kunkel K E，Karl TR，Easterling D R，etal.Probablemaximum precipitation and climate change［J］.Geophysical Research Letters，2013，40（7）：1402－1408.

［20］Dore M H I.Climate change and changes in global precipitation patterns：What do we know？［J］.Environment international，2005，31（8）：1167－1181.

［21］Arnell NW.Climate change and globalwater resources：SRES emissions and socio-economic scenarios［J］.Global environmental change，2004，14（1）：31－52.

［22］李躍清.青藏高原上空環(huán)流變化與其東側(cè)旱澇異常分析［J］.大氣科學(xué)，2000，24（4）：470－476.

［23］張瓊，吳國雄.長江流域大范圍旱澇與南亞高壓的關(guān)系［J］.氣象學(xué)報(bào)，2001，59（5）：569－577.

［24］吳志偉，李建平，何金海，等.大尺度大氣環(huán)流異常與長江中下游夏季長周期旱澇急轉(zhuǎn)［J］.科學(xué)通報(bào)，2006，51（14）：1717－1724.

［25］符淙斌，馬柱國.全球變化與區(qū)域干旱化［J］.大氣科學(xué)，2008，32（4）：752－760.

［26］李長順，唐德才，宋平.水汽輸送異常對中國西南地區(qū)的影響研究［J］.災(zāi)害學(xué)，2012，27（4）：28－33.

［27］翟盤茂，章國材.氣候變化與氣象災(zāi)害［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2004（7）：11－14.

［28］白瑩瑩，高陽華，張焱，等.氣候變化對重慶高溫和旱澇災(zāi)害的影響［J］.氣象，2010，36（9）：47－54.

［29］Lindner M，Maroschek M，Netherer S，et al.Climate change impacts，adaptive capacity，and vulnerability of European forestecosystems［J］.Forest Ecology and Management，2010，259（4）：698－709.

［30］Fuhrer J，Beniston M，F(xiàn)ischlin A，et al.Climate risks and their impact on agriculture and forests in Switzerland［M］／／Climate Variability，Predictability and Climate Risks.Springer Netherlands，2006：79－102.

［31］Allen CD，Macalady A K，Chenchouni H，et al.A global overview of drought and heat-induced tree mortality reveals emerging climate change risks for forests［J］.Forest Ecology and Management，2010，259（4）：660－684.

［32］Hungate B A，Dukes JS，Shaw M R，et al.Nitrogen and climate change［J］.Science，2003，302（5650）：1512－1513.

［33］Vucetich JA，Reed D D，Breymeyer A，et al.Carbon pools and ecosystem properties along a latitudinal gradient in northern Scots pine（Pinus sylvestris）forests［J］.Forest Ecology and Management，2000，136（1）：135－145.

［34］Desprez-Loustau M L，Marc，ais B，Nageleisen LM，etal.Interactive effects of drought and pathogens in forest trees［J］.Annals of Forest Science，2006，63（6）：597－612.

［35］李曉兵，陳云浩，張?jiān)葡迹?氣候變化對中國北方荒漠草原植被的影響［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2002，17（2）：254－261.

［36］吳紹洪，趙宗慈.氣候變化和水的最新科學(xué)認(rèn)識［J］.氣候變化研究進(jìn)展，2009，5（3）：125－133.

［37］Brooks K N，F(xiàn)olliott P F，Gregersen H M，et al.Hydrology and the ManagementofWatersheds（second ed.）［M］.Iowa State U-niversity Press，1997.

［38］Bl?schl G，Ardoin-Bardin S，Bonell M，et al.Atwhat scales do climate variability and land cover change impact on flooding and low flows？［J］.Hydrological Processes，2007，21（9）：1241－1247.

［39］Petrow T，Merz B.Trends in flood magnitude，frequency and seasonality in Germany in the period 1951－2002［J］.Journal of Hydrology，2009，371（1）：129－141.

［40］馬柱國，符淙斌，謝力，等.土壤濕度和氣候變化關(guān)系研究中的某些問題［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2001，16（4）：563－568.

［41］Seneviratne S I，Corti T，Davin E L，etal.Investigating soilmoisture-climate interactions in a changing climate：a review［J］. Earth-Science Reviews，2010，99（3）：125－161.

［42］趙國強(qiáng).我國北方典型生態(tài)區(qū)氣候變化對農(nóng)田、森林和草地生態(tài)的影響研究［D］.南京：南京信息工程大學(xué)，2008.

［43］Brabson B B，Lister D H，Jones PD，etal.Soilmoisture and predicted spells of extreme temperatures in Britain［J］.Journal of Geophysical Research：Atmospheres（1984－2012），2005，110（D5）.

［44］Nicholson S.Land surface processes and Sahel climate［J］.Reviews of Geophysics，2000，38（1）：117－139.

［45］何福紅，黃明斌，李景保.土壤水庫和森林植被對水資源的調(diào)節(jié)作用［J］.土壤與環(huán)境，2001，10（1）：42－44.

［46］李景保，謝炳庚.論湖南水土流失對水旱致災(zāi)能力的放大效應(yīng)［J］.水利學(xué)報(bào)，2000（8）：46－50.

［47］Wan Y，Lin E，Xiong W，et al.Modeling the impact of climate change on soil organic carbon stock in upland soils in the21st century in China［J］.Agriculture，Ecosystems＆Environment，2011，141（1）：23－31.

［48］Falloon P，Jones C D，Cerri C E，et al.Climate change and its impact on soil and vegetation carbon storage in Kenya，Jordan，India and Brazil［J］.Agriculture，ecosystems＆environment，2007，122（1）：114－124.

［49］Lu X，Cheng G.Climate change effects on soil carbon dynamics and greenhouse gas emissions in Abies fabri forest of subalpine，southwest China［J］.Soil Biology and Biochemistry，2009，41（5）：1015－1021.

［50］Cox P M，Betts R A，Jones C D，et al.Acceleration of global warming due to carbon-cycle feedbacks in a coupled climatemodel［J］.Nature，2000，408（6809）：184－187.

［51］Friedlingstein P，Bopp L，Ciais P，et al.Positive feedback between future climate change and the carbon cycle［J］.GeophysicalResearch Letters，2001，28（4）：1543－1546.

［52］Martin D，Lal T，Sachdev C B，et al.Soil organic carbon storage changeswith climate change，landform and land use conditions in Garhwal hillsof the Indian Himalayanmountains［J］.Agriculture，ecosystems＆environment，2010，138（1）：64－73.

［53］V?r?smarty C J，Green P，Salisbury J，et al.Global water resources：vulnerability from climate change and population growth［J］.Science，2000，289：284－288.

［54］D?ll P.Impact of climate change and variability on irrigation requirements：a global perspective［J］.Climatic Change，2002，54（3）：269－293.

［55］Fischer G，Tubiello F N，Van Velthuizen H，et al.Climate change impacts on irrigation water requirements：effects ofmitigation，1990－2080［J］.Technological Forecasting and Social Change，2007，74（7）：1083－1107.

［56］Díaz JA R，Weatherhead E K，Knox JW，et al.Climate change impacts on irrigation water requirements in the Guadalquivir river basin in Spain［J］.Regional Environmental Change，2007，7（3）：149－159.

［57］劉曉英，林而達(dá).氣候變化對華北地區(qū)主要作物需水量的影響［J］.水利學(xué)報(bào)，2004（2）：77－82，87.

［58］張建平，王春乙，楊曉光，等.未來氣候變化對中國東北三省玉米需水量的影響預(yù)測［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2009，25（7）：50－55.

［59］曹紅霞，栗曉玲，康紹忠，等.關(guān)中地區(qū)氣候變化對主要作物需水量影響的研究［J］.灌溉排水學(xué)報(bào)，2008，27（4）：6－9.

［60］Piao S L，F(xiàn)ang JY，Zhou L M，et al.Variations in satellite-derived phenology in China′s temperate vegetation［J］.Global Change Biology，2006，12（4）：672－685.

［61］Piao S，Ciais P，Huang Y，et al.The impacts of climate change on water resources and agriculture in China［J］.Nature，2010，467：43－51.

［62］張建云.氣候變化與中國水安全［J］.閱江學(xué)刊，2010，2（4）：15－19.

［63］Das T，Maurer E P，Pierce DW，et al.Increases in floodmagnitudes in California underwarming climates［J］.Journal of Hydrology，2013，501：101－110.

［64］Veijalainen N，Lotsari E，Alho P，etal.National scale assessment of climate change impacts on flooding in Finland［J］.Journal of Hydrology，2010，391（3）：333－350.

［65］Sen B，Topcu S，M，et al.Projecting climate change，drought conditions and crop productivity in Turkey［J］.Climate Research，2012，52：175－191.

［66］Jung IW，Chang H.Climate change impacts on spatial patterns in drought risk in the Willamette River Basin，Oregon，USA［J］. Theoretical and Applied Climatology，2012，108（3／4）：355－371.

［67］賀瑞敏，劉九夫，王國慶，等.氣候變化影響評價(jià)中的不確定性問題［J］.中國水利，2008（2）：62－64.

［68］Wilby R L.Evaluating climatemodel outputs for hydrological applications［J］.Hydrological Sciences Journal-Journal des Sciences Hydrologiques，2010，55（7）：1090－1093.

［69］孫力，安剛，高樅亭，等.中國東北地區(qū)地表水資源與氣候變化關(guān)系的研究［J］.地理科學(xué)，2004，24（1）：42－49.

Advances in the Research on the Im pact of Climate Change on Drought and Flood Events

Wang Gang1，2，Xiao Weihua1，2，Lu Xianpin3and Liu Shaohua1，2
（1．State Key Laboratory of Simulation and Regulation ofWater Cycle in River Basin，Beijing 100038，China；2．Water Resources Department，China Institute ofWater Resources and Hydropower Research，Beijing 100038，China；3．Tiancheng Industrial Cooperation Branch，China Pingmei Shenma Group，Pingdingshan 467000，China）

The drivingmechanism of climate change on droughtand flood events is analyzed from the perspective ofwater circulation and water resources system.Related domestic and foreign research progress at present are summarized in the study of the impact of climate change on theweather systems，ground conditions，social-economic water demand aswell as relevant evaluationmethods.It can be concluded that climate change has lead to largescale atmospheric circulation anomalies，resulting in awide range of persistent droughts and floods.Climate change can also increase the risk of droughts and floods through changing the ground conditions including land cover and soil characteristics.Meanwhile，an increase in social-economic water demand in the context of climate change will exacerbate the water shortage crisis.

climate change；drought and flood；drivingmechanism；water circulation；impact evaluation

P42；X43

A

1000－811X（2014）02－0142－07

10.3969／j.issn.1000－811X.2014.02.027

王剛，肖偉華，路獻(xiàn)品，等.氣候變化對旱澇事件影響研究進(jìn)展［J］.災(zāi)害學(xué)，2014，29（2）：142－148.［Wang Gang，Xiao Weihua，Lu Xianpin，etal.Advances in the Research on the Impactof Climate Change on Droughtand Flood Events［J］.Journal of Catastrophology，2014，29（2）：142－148.］

2013－10－08

2013－11－30

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目（2010CB951102）；國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51279207）

王剛（1985－），男，河南平頂山人，博士研究生，主要從事氣候變化下水資源綜合應(yīng)對研究.E-mail：Gangwnan＠163.com