氣候變化背景下的城市暴雨內(nèi)澇問題探析

劉俊 鞠永茂 楊弘

氣候變化背景下的城市暴雨內(nèi)澇問題探析

劉俊 鞠永茂 楊弘

2013年夏季，受氣候變化引發(fā)的大氣環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)異常調(diào)整的影響，先在印度，進(jìn)而在我國四川、陜西和黑龍江等省區(qū)，最后是俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)，出現(xiàn)了一連串的極端降水事件，造成大面積城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害。

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，人口和生產(chǎn)力變得越來越集中，極端降水及其伴生的次生災(zāi)害所造成的損失正被成倍放大。氣候變化引發(fā)的極端降水是造成區(qū)域洪澇和滑坡、泥石流等次生氣象災(zāi)害的主要致災(zāi)因子，關(guān)于極端降水的研究一直備受關(guān)注。

極端降水的成因既有中尺度天氣要素的影響，也有氣候因子制約因素。中尺度環(huán)流是觸發(fā)機(jī)制和外在表現(xiàn)，而氣候因素則是極端降水發(fā)生發(fā)展的主要孕災(zāi)環(huán)境。因此，從氣候變化的角度對(duì)極端降水事件的成因加以分析，對(duì)認(rèn)識(shí)極端降水的形成機(jī)制和深入研討其預(yù)報(bào)著眼點(diǎn)具有重要的意義。

本文以極端降水為媒介，簡(jiǎn)要列舉了近幾年我國主要城市內(nèi)澇災(zāi)害情況，分析了相關(guān)城市內(nèi)澇的主要致災(zāi)因子，探討了城市內(nèi)澇與氣候變化之間的關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，從氣候變化的視角，對(duì)應(yīng)對(duì)城市內(nèi)澇提出了初步建議。

一、城市暴雨內(nèi)澇主要特征

城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害是指由于暴雨急而大，城市排水不暢引起積水成澇，造成市區(qū)嚴(yán)重積水，影響公共安全的氣象災(zāi)害。綜合我國城市內(nèi)澇災(zāi)害情況分析，近年來其主要有以下兩個(gè)基本特點(diǎn)。

一是城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害在全國大中型城市凸現(xiàn)，具有普發(fā)性、群發(fā)性和持續(xù)頻發(fā)性的特征。據(jù)2011年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部調(diào)研結(jié)果顯示：2008—2010年，全國62%的城市發(fā)生過內(nèi)澇災(zāi)害，超過3次以上的城市有137個(gè)。從地域上看，不僅是南方的廣州、深圳、昆明和武漢等城市，北方地區(qū)的濟(jì)南、北京和長(zhǎng)春等城市近幾年都遭受了較為嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害。區(qū)域性極端強(qiáng)降水往往造成點(diǎn)多面廣式的城市暴雨洪澇災(zāi)害。2013年汛期，四川省先后出現(xiàn)5次區(qū)域性強(qiáng)降雨過程，其中7月7—12日的強(qiáng)降水過程，都江堰幸福鎮(zhèn)累計(jì)降雨量達(dá)1151mm，強(qiáng)降水中心分布與汶川地震震區(qū)位置走勢(shì)基本一致。持續(xù)集中強(qiáng)降水的出現(xiàn)，造成了綿陽、德陽、成都、雅安、北川、汶川和蘆山等多個(gè)市縣出現(xiàn)大面積嚴(yán)重洪澇并引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害。城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害還表現(xiàn)出持續(xù)頻發(fā)性的特點(diǎn)，近10年北京先后于2004，2006，2007，2008，2009，2011和2012年發(fā)生了嚴(yán)重的內(nèi)澇災(zāi)害，其中包括2011年6月23日和2012年7月21日的嚴(yán)重內(nèi)澇災(zāi)害。

二是城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前全球各種自然災(zāi)害所造成的損失，洪澇占40%，熱帶氣旋占20%，干旱占15%，地震占15%，其余占10%。近年來，隨著城市規(guī)模加速擴(kuò)張，特別是大批基礎(chǔ)設(shè)施工程加快建設(shè)，城市在暴雨內(nèi)澇及其衍生災(zāi)害方面的脆弱性越來越顯著，災(zāi)害損失也以前所未有的速度增長(zhǎng)。城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害發(fā)生時(shí)，首先是因建筑物和物資破壞帶來的直接經(jīng)濟(jì)損失。2010年5月，暴雨3次襲擊廣州市，使羊城飽經(jīng)水患。其次，暴雨內(nèi)澇引發(fā)的城市交通、網(wǎng)絡(luò)、通信、水、電、氣和暖等生命線工程系統(tǒng)癱瘓，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中斷，其間接災(zāi)害損失某種程度上已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過因建筑物和物資破壞所造成的損失。2011年6月23日，北京市突降暴雨，經(jīng)濟(jì)損失近百億；2012年7月21日的突發(fā)極端降水，直接經(jīng)濟(jì)損失100多億元。

二、城市暴雨內(nèi)澇與氣候變化的關(guān)聯(lián)性分析

災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析理論認(rèn)為，風(fēng)險(xiǎn)分析的基本要素包括：孕險(xiǎn)環(huán)境分析、致險(xiǎn)因子分析、承險(xiǎn)體敏感性、脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)防范能力分析等基本元素分析，以及在此基礎(chǔ)之上多目標(biāo)融合的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。以下從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和承災(zāi)體的脆弱性三個(gè)方面分析城市暴雨內(nèi)澇與氣候變化的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性。

1致災(zāi)因子分析

城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害直接由極端強(qiáng)降水事件所引起，沒有強(qiáng)降水事件就不會(huì)發(fā)生內(nèi)澇災(zāi)害。在這個(gè)意義上，氣候變化帶來的極端降水是城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的主要致災(zāi)因子。2013年，IPCC第五次評(píng)估報(bào)告（AR5）第一工作組（WG1）發(fā)布了最新的研究報(bào)告，依據(jù)新資料更加全面闡述了氣候系統(tǒng)變暖是毋庸置疑的事實(shí)。自1950年以來，氣候系統(tǒng)觀測(cè)到的許多變化是過去幾十年甚至近千年以來史無前例的。隨著氣候變暖，在中緯度大陸塊和多雨的熱帶地區(qū)，極端降水事件將變得更加頻繁、強(qiáng)度更強(qiáng)。有研究顯示，全球雨季極端降水的線性趨勢(shì)比總降水在變化幅度上要大，在對(duì)氣候變化的響應(yīng)上，極端降水事件表現(xiàn)得更加明顯。

我們采用1951—2012年的逐日降水資料，利用趨勢(shì)分析和M—K突變檢驗(yàn)等方法，對(duì)北京地區(qū)極端降水演變規(guī)律進(jìn)行了分析。極端降水的定義采用目前國際上使用較多的百分位法，其是一種對(duì)利用固定閾值定義不同區(qū)域極端降水事件方法的改進(jìn)。該方法可以基于實(shí)際研究的需要，綜合考慮時(shí)間序列的長(zhǎng)短和不同站點(diǎn)的氣候態(tài)差異，確定一個(gè)貼近防災(zāi)減災(zāi)需求的閾值來界定極端天氣氣候事件。具體為，將北京觀象臺(tái)1981—2010年逐年6—8月的日降水量按照從大到小予以排序，取每年各序列第95個(gè)百分位日降水量數(shù)值進(jìn)行30年平均，計(jì)算北京地區(qū)極端日降水事件的閾值。其中，逐日降水量為觀象臺(tái)逐日08時(shí)至次日08時(shí)累積降水。

頻次和強(qiáng)度是衡量極端降水的兩個(gè)主要指標(biāo)，頻次是指一段時(shí)間內(nèi)極端降水的次數(shù)，強(qiáng)度則為對(duì)應(yīng)時(shí)間段內(nèi)極端降水總量與頻次的比值。第二次《氣候變化國家評(píng)估報(bào)告》指出：1951年以來，全國范圍的極端降水事件的頻率和強(qiáng)度變化趨勢(shì)不明顯，而華北和東北地區(qū)氣象干旱面積呈增加趨勢(shì)。分析北京地區(qū)夏季極端日降水頻次變化規(guī)律，極端降水頻次出現(xiàn)較多的時(shí)段集中于20世紀(jì)50—70年代，以1999年為界，北京地區(qū)夏季極端日降水頻次出現(xiàn)了突變，由前期的正常偏多轉(zhuǎn)變?yōu)槠伲▓D略）。與評(píng)估報(bào)告的結(jié)論相一致，北京地區(qū)及其所處的華北實(shí)際上處于降水偏少、年代際偏旱的大趨勢(shì)背景中。

進(jìn)一步分析北京地區(qū)夏季極端日降水的強(qiáng)度（圖1a），發(fā)現(xiàn)其最明顯的特征是20世紀(jì)后期至2012年，極端日降水強(qiáng)度呈現(xiàn)先減弱后迅速增強(qiáng)的趨勢(shì)。其中，2011年和2012年夏季極端日降水強(qiáng)度超過70mm。多項(xiàng)式線性擬合結(jié)果顯示，近十年來，北京地區(qū)夏季極端日降水強(qiáng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。盡管對(duì)1951—2012年北京地區(qū)夏季極端日降水的強(qiáng)度M—K突變檢驗(yàn)顯示，1960年以后極端降水強(qiáng)度發(fā)生了由偏強(qiáng)向偏弱的突變，此后沒有出現(xiàn)突變點(diǎn)（圖略）。但是，對(duì)1991年以來的極端日降水強(qiáng)度進(jìn)行M—K突變檢驗(yàn)分析，可以看出，自2011年起，北京地區(qū)夏季極端日降水的強(qiáng)度出現(xiàn)了由偏弱向偏強(qiáng)的突變（圖1b）。因此，盡管處于年代際偏旱的氣候背景中，北京暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的頻繁發(fā)生與強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)的極端強(qiáng)降水事件有一定的聯(lián)系。

2孕災(zāi)環(huán)境分析

城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害并不是孤立事件，而是全球洪澇災(zāi)害的組成部分，發(fā)生在極端氣候事件頻發(fā)的孕災(zāi)環(huán)境中。以2013年夏季為例，圖2給出了NCEP再分析資料2013年7月歐亞地區(qū)700hPa流場(chǎng)距平分布，可以看出，印度北部、貝加爾湖以東和日本東南部出現(xiàn)異常的氣旋環(huán)流，印度南部、東海東部和白令海峽出現(xiàn)異常的反氣旋環(huán)流；尤其是東海東部的異常反氣旋環(huán)流，導(dǎo)致了西太副熱帶高壓異常增強(qiáng)。2013年夏季，氣候變化導(dǎo)致的大氣環(huán)流形勢(shì)場(chǎng)的異常調(diào)整結(jié)果，使歐亞中高緯的大氣環(huán)流呈西低東高異常分布型，冷空氣頻繁南下活動(dòng)；同時(shí)，西太平洋副熱帶高壓持續(xù)穩(wěn)定且偏西偏北；印度夏季風(fēng)和東亞夏季風(fēng)持續(xù)偏強(qiáng)。受該大氣環(huán)流異常調(diào)整影響，先在印度，進(jìn)而在我國四川、陜西和黑龍江等省區(qū)，最后是俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)，出現(xiàn)了一連串的極端降水事件，造成大面積城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害。相關(guān)新聞報(bào)道顯示，2013年6月中旬開始，印度北阿坎德邦遭洪水襲擊，造成近6000人失蹤；7月上旬，5次強(qiáng)降雨過程接連襲擊四川，部分地方暴雨到大暴雨，成都、綿陽、汶川和雅安等地受災(zāi)嚴(yán)重，145萬余人受災(zāi)；7月份，陜西延安市出現(xiàn)暴雨32站次，為歷年同期的8倍，造成延安鳳凰山、寶塔山和名人故居等百余處文物舊址嚴(yán)重受損；8月初，東北地區(qū)連續(xù)遭受4次強(qiáng)降水襲擊，暴雨致使松花江黑龍江干流出現(xiàn)1999年以來最大洪澇災(zāi)害，長(zhǎng)春和哈爾濱等城市遭受嚴(yán)重城市內(nèi)澇；8月上中旬，俄羅斯遠(yuǎn)東地區(qū)遭遇嚴(yán)重洪災(zāi)，直接經(jīng)濟(jì)損失超過1000億盧布，近10萬人受災(zāi)。正是由于大氣環(huán)流的異常調(diào)整，造成了區(qū)域氣候變化和極端降水事件的發(fā)生，進(jìn)而為城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害營(yíng)造了重要的孕災(zāi)環(huán)境。

3脆弱性分析

氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)源自天氣或氣候事件與承載體脆弱性的相互作用。也就是說，城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的損失程度不但與極端降水事件有關(guān)，還取決于城市這一承載體的脆弱性。城市經(jīng)濟(jì)類型的多元化及資產(chǎn)的高密集性，致使城市本身就具有綜合承災(zāi)能力的脆弱性。城市承災(zāi)體在暴雨內(nèi)澇災(zāi)害中的脆弱性還受許多因素制約，比如：2013年7月四川地震受災(zāi)城市的脆弱性就與前期地震形成震裂山體，改變了地質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)；武漢暴雨內(nèi)澇災(zāi)害上的脆弱性與其填湖造田，城區(qū)擴(kuò)張有關(guān)。但是，城市承災(zāi)體在暴雨內(nèi)澇災(zāi)害上的脆弱性更重要的是受人類活動(dòng)與氣候變化相互作用影響。IPCC AR5報(bào)告指出，20世紀(jì)中期以來，全球氣候變化95%以上的可能與人類活動(dòng)有關(guān)。如圖3所示，人類活動(dòng)通過基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、排放溫室氣體影響著氣候環(huán)境。城市化效應(yīng)對(duì)城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的影響，也是人類活動(dòng)影響氣候的有力證據(jù)。在既有經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式和缺乏有效風(fēng)險(xiǎn)管理情況下，快速城市化和超大城市發(fā)展，已經(jīng)導(dǎo)致出現(xiàn)高度脆弱的城市社區(qū)。當(dāng)然，人類為減緩和適應(yīng)氣候變化而采取的措施，如用可再生能源替代原有能源以減少碳排放、采取積極的措施有效地管理城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)等，也可以有效地減小城市承災(zāi)體的脆弱性。因此，人類活動(dòng)與氣候變化的相互作用左右著城市承災(zāi)體在暴雨內(nèi)澇災(zāi)害中的脆弱性。

三、應(yīng)對(duì)措施

城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害的管理工作需要做的有很多，其中包括合理化城市規(guī)劃和排水管網(wǎng)建設(shè)、興修水利工程、引進(jìn)先進(jìn)暴雨管理和城市暴雨洪澇風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)等諸多方面。但是，從氣候變化與防災(zāi)減災(zāi)的視角來分析，主要應(yīng)重視以下幾個(gè)方面：一是站在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的戰(zhàn)略高度，積極減緩和適應(yīng)氣候變化；二是建立合理的城市暴雨內(nèi)澇評(píng)估模型，為政府合理決策提供依據(jù)；三是提高氣候預(yù)測(cè)和天氣預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率，做好城市暴雨內(nèi)澇的早期預(yù)報(bào)警報(bào)；四是積極宣傳開展防災(zāi)減災(zāi)工作，促進(jìn)城市暴雨內(nèi)澇災(zāi)害防御配套機(jī)制建設(shè)。

（作者單位：劉俊，總參氣象水文局；鞠永茂，楊弘，解放軍61741部隊(duì)）