氣候變化背景下城市氣象災(zāi)害特點與防治

陳正洪

陳正洪，中國氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院副研究員，北京師范大學(xué)博士，大氣科學(xué)博士后，2007—2008年在美國加州大學(xué)伯克利分校做訪問學(xué)者。主要研究方向包括科技規(guī)劃、氣象史、氣象災(zāi)害、氣象科學(xué)普及與政策。主持國家自然科學(xué)基金等項目10余項，發(fā)表國內(nèi)外學(xué)術(shù)論文近70篇，出版著作4部，獲得學(xué)術(shù)榮譽(yù)近10項，國家發(fā)明專利3項。

引言

在全球氣候變化不斷加劇背景下，氣象災(zāi)害已經(jīng)成為制約人類生存環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。氣候變化、人類活動和城市化進(jìn)程的加速使得城市氣象災(zāi)害愈加突出。城市人口的迅速聚集和下墊面的快速變化導(dǎo)致城市環(huán)境的脆弱性不斷增加，特大城市的極端氣象事件呈明顯增加態(tài)勢。

城市氣象災(zāi)害背景與現(xiàn)狀

世界上有一半以上的人生活在面積不足國土10%的城市，城市占有一個國家大量的財富和社會資源，同時消耗很多能源和自然資源，城市氣象災(zāi)害會影響到國家可持續(xù)發(fā)展和居民生活質(zhì)量（圖1）。

1.氣候變化與城市氣象災(zāi)害

IPCC（聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會）已經(jīng)完成并發(fā)布了五次評估報告，目前正在進(jìn)行第六次評估工作，歷次評估報告不斷揭示近百年來全球持續(xù)增溫，隨之而來是極端氣候和氣象事件的頻發(fā)，人類活動引發(fā)增溫的信度愈來愈高。氣候變化不確定因素不斷積累醞釀的大背景下，人類面臨氣象方面的不確定性因素也越來越多。城市化的進(jìn)程，正不斷改變下墊面的狀況，對周圍小氣候產(chǎn)生的反饋越來越大，城市的災(zāi)害性氣象條件越來越成熟，城市極端氣象災(zāi)害呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢。

圖1 海地的戈納伊夫地區(qū)被颶風(fēng)托馬斯淹沒

從長期來看，不斷增加的氣候變化可能超出自然系統(tǒng)、人工管理系統(tǒng)和人類生活系統(tǒng)的適應(yīng)能力，產(chǎn)生新的不確定性，這種不確定性可能會導(dǎo)致海平面上升、加劇洪澇、干旱及其他氣象災(zāi)害，引起全球范圍內(nèi)的不確定性變化和對地球系統(tǒng)新的理解。地球內(nèi)部未知物質(zhì)的釋放會加大氣象要素的不確定性變化，這種不確定性的流轉(zhuǎn)會使已知氣象災(zāi)害變成未知氣象災(zāi)害。在氣候變化導(dǎo)致全球環(huán)境不確定性增加背景下，城市氣象災(zāi)害可能導(dǎo)致形成新的災(zāi)害鏈，這表明了城市氣象災(zāi)害的復(fù)雜性，比如可能出現(xiàn)“小災(zāi)大害”和“短災(zāi)長害”的結(jié)果，城市建筑群的“狹管效應(yīng)”加劇了局地氣象災(zāi)害的發(fā)生等等。

城市地區(qū)的極端氣象事件每年造成大量損失，因此很多國家高度重視對城市氣象災(zāi)害的研究與防治，涉及領(lǐng)域包括全球角度的評估、極端天氣的影響、氣候災(zāi)害中城市的脆弱性、洪水災(zāi)害的影響、氣象干旱的影響等方面。

2.城市氣象災(zāi)害與脆弱性

20世紀(jì)80年代，國際災(zāi)害學(xué)界逐步重視人類社會自身存在的脆弱性和其在災(zāi)害形成中所起的作用。城市氣象災(zāi)害引致城市環(huán)境的脆弱性可能是交叉學(xué)科的新興領(lǐng)域。城市環(huán)境具有特殊性，城市的“非均勻性”和地面復(fù)雜性需要對氣象災(zāi)害的時空分布進(jìn)行“定點定量”的研究。國際災(zāi)害脆弱性研究從定性轉(zhuǎn)為綜合性定量評估。目前脆弱性定義比較多元，有學(xué)者把脆弱性定義為“一種狀態(tài)，這種狀態(tài)決定于一系列能夠?qū)е律鐣后w對災(zāi)害影響的敏感性增加的自然、社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素或過程”。聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)定義脆弱性為“由自然、社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素導(dǎo)致的人群受害可能性和受害程度”。學(xué)界對脆弱性的理解和描述越來越寬泛并趨于全面（圖2）。

圖2 脆弱性概念內(nèi)涵擴(kuò)展變化圖

城市氣象災(zāi)害不僅造成直接經(jīng)濟(jì)損失，還會帶來一系列社會、環(huán)境問題，不利于和諧社會的建設(shè)，嚴(yán)重時會危及國家安全。如果城市氣象災(zāi)害引致城市環(huán)境的脆弱性處理不當(dāng)，就會放大社會中已存在的不確定因素，導(dǎo)致更大災(zāi)難。特別在人口密集的大城市，氣象及其次生災(zāi)害的“多米諾骨牌效應(yīng)”，已經(jīng)成為嚴(yán)重制約城市健康和持續(xù)發(fā)展的重要因素。

城市尤其是特大城市的環(huán)境脆弱性和全球環(huán)境脆弱性存在某些復(fù)雜的反饋與響應(yīng)，說明氣象災(zāi)害和城市環(huán)境變化以及脆弱性存在耦合關(guān)系。IPCC評估報告中指出氣候變化、城市氣象災(zāi)害、脆弱性等現(xiàn)象之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系（圖3）。多學(xué)科和多方法綜合研究城市氣象災(zāi)害是一個趨勢。對城市氣象災(zāi)害的研究不僅要偏重于從自然事件的角度，更需要從人類本身角度綜合分析，包括對人類行為和整體環(huán)境致災(zāi)因子的研究，特別是分析人類經(jīng)濟(jì)、社會和文化系統(tǒng)對城市氣象災(zāi)害的驅(qū)動力與抑制機(jī)制，以及響應(yīng)能力。

由于各國城市發(fā)展有一定共性，特大城市和城市群的不斷涌現(xiàn)，使人類往往面臨相同的城市氣象災(zāi)害背景，城市氣象災(zāi)害日益加劇，國際合作更加緊密。未來研究需要更清楚地表征和定量識別脆弱性并進(jìn)行量化分析，在一些信息不完備的特殊條件下，氣象災(zāi)害觸發(fā)的脆弱性比較復(fù)雜，需要通過最新的科學(xué)技術(shù)理論進(jìn)行研究。近幾年一些大型國際計劃包括聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略計劃（ISDR）、達(dá)沃斯全球風(fēng)險論壇（GRF）、國際科聯(lián)的綜合災(zāi)害風(fēng)險研究計劃（IRDR）等等，逐漸加大對城市氣象災(zāi)害的國際合作研究。

3.中國城市化與氣象災(zāi)害

中國是世界上氣象災(zāi)害最為嚴(yán)重的國家之一，氣象災(zāi)害損失占所有自然災(zāi)害總損失的70%以上，隨著社會發(fā)展和中國城市化進(jìn)程，城市氣象災(zāi)害成為氣象災(zāi)害中最為頻繁而又嚴(yán)重的災(zāi)害之一。我國城市正經(jīng)歷著世界上規(guī)模最大、最劇烈的人與環(huán)境關(guān)系的演變過程，2017年年底我國城市化水平為58.52%，城市人口超過農(nóng)村人口。

城市化過程一方面為人們積累了大量財富，另一方面也從多方面影響著人們的生命財產(chǎn)安全。城市對自然環(huán)境造成巨大的改變，改變了自然地形，使市區(qū)趨向平坦或起伏更大（如摩天大樓）；城市建設(shè)破壞了自然河網(wǎng)、湖網(wǎng)、水網(wǎng)系統(tǒng)，并造成降水、蒸發(fā)、徑流非自然分配；城市化使氣溫、降水、地溫、風(fēng)、蒸發(fā)、濕度等氣象要素發(fā)生變化，使城市熱島、濕島、干島、渾濁島、雨島等“五島效應(yīng)”明顯。特大城市一方面高度現(xiàn)代化，一方面也同樣面臨各種新型氣象災(zāi)害，北京也不例外。

圖3 城市氣象災(zāi)害與其他因素的相互關(guān)系

中國城市氣象災(zāi)害的特點及影響

盡管中國與其他國家城市氣象災(zāi)害存在某些共性，但是由于局地環(huán)境的差異，特別是經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展方式和城市化進(jìn)程的差異，中國城市氣象災(zāi)害有自己特點和影響。

（一）中國城市氣象災(zāi)害特點

目前存在如下幾種突出的城市氣象災(zāi)害。

1．城市暴雨災(zāi)害

城市暴雨災(zāi)害是比較常見的一種。由于城市地表基本硬化，所以暴雨容易造成城市低洼地區(qū)積水，排泄不及時就會造成內(nèi)澇，進(jìn)而導(dǎo)致城市部分路面交通癱瘓、相關(guān)企業(yè)停產(chǎn)、大量物資浸泡受損，如果浸泡時間過久，還可能導(dǎo)致城市道路、輸電線路等基礎(chǔ)設(shè)施毀壞、城市物流及水電中斷等。如2007年7月17日，重慶特大暴雨，打破115年氣象記錄，近萬名群眾被洪水圍困，35人死亡，11人失蹤。2012年7月21日，北京持續(xù)降暴雨4小時，平均降水量達(dá)117毫米，城區(qū)多處積水嚴(yán)重，機(jī)場和市內(nèi)交通全面癱瘓，大量汽車浸泡，79人因災(zāi)死亡。城市暴雨災(zāi)害在中國各大城市中都有出現(xiàn)，其發(fā)生頻率似乎在增加（圖4）。

2．城市低溫冰凍災(zāi)害

隨著全球氣候變化，近年來城市低溫冰凍災(zāi)害逐漸增多，危害也在加大。比如城市降雪可造成某些區(qū)段交通癱瘓，嚴(yán)重時導(dǎo)致部分電信中斷，積雪壓塌房屋、樹木受損，此外會導(dǎo)致市民摔倒跌傷事故猛增。低溫冰凍會造成居民用電量突增，影響電網(wǎng)系統(tǒng)運行安全，同時連帶著供暖、供熱、供氣等生命線鏈條的緊張。比如2006年1月12日，北京地區(qū)一場不足1毫米小雪，造成道路迅速結(jié)冰，事故報警達(dá)4030起，全城交通大癱瘓，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

3.城市高溫?zé)崂藶?zāi)害

全球氣候變化導(dǎo)致極端氣象事件頻發(fā)，與城市低溫冰凍災(zāi)害對應(yīng)，城市高溫?zé)崂藶?zāi)害出現(xiàn)頻率增加，造成的損失也在擴(kuò)大。持續(xù)高溫天氣下城市居民大量使用制冷設(shè)備，城市供電系統(tǒng)往往長時間超負(fù)荷運行，極易造成城市供電緊張，停電事故增加，同時引發(fā)火災(zāi)隱患。此外，高溫天氣還會威脅到城市居民的身體健康和生產(chǎn)生活。對于駕駛員是一種潛在危害，容易導(dǎo)致疲勞駕駛和爆胎而引發(fā)事故。比如在1988年7月4日到7月22日，南京市區(qū)持續(xù)高溫，中暑病人達(dá)到4500人。2012年7月13日鄭州高溫引發(fā)的大面積停電波及數(shù)十萬居民，不少市民被迫全家找賓館避暑。

4．城市霧霾和沙塵災(zāi)害

城市霧霾和沙塵天氣都會影響能見度，在高度依賴路面交通的現(xiàn)代城市，極易造成連鎖反應(yīng)，形成城市氣象災(zāi)害。霧霾天氣能見度差，對交通出行的影響最大，一旦發(fā)生霧霾和沙塵天氣，將會導(dǎo)致城市交通擁堵，交通事故頻發(fā)，特別是航班延誤，甚至引起人們情緒焦慮和社會恐慌。濃霧還可能在輸變電設(shè)備表層結(jié)露，致使線路絕緣能力迅速下降，造成“霧閃”和“污閃”而引發(fā)停電、斷電故障，造成大面積的城市功能失效或不穩(wěn)定，導(dǎo)致重大災(zāi)害。2012年6月11日，武漢發(fā)生大范圍霧霾天氣，整個城市被黃色煙霧籠罩，彌漫著刺鼻的氣味，能見度不足500米，一時間流言四起，造成了極大的社會恐慌。

5．城市雷擊災(zāi)害

現(xiàn)代城市由于功能不斷深化，所以其對各種閾值變化敏感性大大增加，使得雷擊成為城市現(xiàn)代化建設(shè)的一大災(zāi)害。雷電災(zāi)害直接影響著通信、網(wǎng)絡(luò)、供電、航空運行安全，隨著城市高層建筑和現(xiàn)代化通信設(shè)備的增多，城市因雷擊造成的災(zāi)害越來越多。同時伴隨城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度增大，城市對流性天氣增多，雷暴日數(shù)增多，由于城市運行對信息技術(shù)的依賴性愈來愈大，強(qiáng)雷電的電磁波感應(yīng)容易造成計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等城市基礎(chǔ)通信系統(tǒng)受損，特別容易造成銀行、稅收等系統(tǒng)的同城結(jié)算計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等癱瘓，一旦發(fā)生，會造成難以想象的經(jīng)濟(jì)損失與社會負(fù)面反應(yīng)。

6．城市大風(fēng)災(zāi)害

不同于野外，城市高層建筑和突出物不斷增加，一些公共設(shè)施特別是高離地面的扁平物，成為城市大風(fēng)的新災(zāi)源，造成諸如廣告牌下墜、簡易房倒塌、輸變電路刮斷、溫室大棚頂蓋吹翻、大樹折斷、信號燈和交通指示牌翻倒等，導(dǎo)致砸死、壓傷行人，有時會延伸出現(xiàn)大面積停電斷水，部分交通受阻等等。這類災(zāi)害正在成為城市新的氣象災(zāi)害。如2012年3月23日，北京遭遇強(qiáng)風(fēng)，城區(qū)最大陣風(fēng)達(dá)到8級，郊區(qū)部分地區(qū)達(dá)到9～10級，刮倒不少樹木、臨時建筑和戶外設(shè)施，一天內(nèi)共造成1人死亡、41人受傷。

圖4 武漢城區(qū)遭受強(qiáng)暴雨襲擊

（二）中國城市氣象災(zāi)害的主要危害影響

由于我國城市化速度很快，在城市建設(shè)過程中，對于氣象災(zāi)害的估計不足，使得發(fā)生氣象災(zāi)害時往往實際損失情況會遠(yuǎn)超預(yù)期。城市氣象災(zāi)害的影響是多方面的，概況起來主要危害影響可以從經(jīng)濟(jì)和社會角度闡述。

1.經(jīng)濟(jì)影響

由于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高、人口密度高，城市氣象災(zāi)害最直接的危害就是經(jīng)濟(jì)損失，分為直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失，其結(jié)果往往都是巨量的經(jīng)濟(jì)損失。支撐城市運行的交通、電力、通信、供水、排水、供氣等系統(tǒng)，都對氣象條件具有高度依存性，這些系統(tǒng)都可能受到城市氣象災(zāi)害威脅。城市越發(fā)展，城市氣象災(zāi)害的經(jīng)濟(jì)影響就會越大。

2.社會影響

氣象災(zāi)害不僅可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失和經(jīng)濟(jì)影響，更可能引起人們的心理恐慌、社會混亂，某些極端情況甚至造成政治危機(jī),因為城市人口密集、輿論傳播迅速、災(zāi)害謠言也極易傳播，政府行為表現(xiàn)稍有不力，就會受到社會輿論批評。城市運行系統(tǒng)具有高度的相關(guān)性，如果一個系統(tǒng)受到氣象災(zāi)害的影響，就會馬上擴(kuò)散影響另外一個相關(guān)的系統(tǒng)，使更大范圍、更多系統(tǒng)受到?jīng)_擊，繼而引發(fā)社會不穩(wěn)定，造成較大社會影響。比如城市交通因氣象災(zāi)害中斷，那么就可能影響城市的物流供應(yīng)系統(tǒng)，物流運行受到?jīng)_擊就馬上影響到人們的正常工作和生活秩序，城市運行就會出現(xiàn)混亂，甚至引起囤積居奇，造成不良社會影響。

城市氣象災(zāi)害的防治

中國正處于城市化加速和社會轉(zhuǎn)型矛盾多發(fā)期，針對城市氣象災(zāi)害的原因、現(xiàn)狀、特點及危害，需要進(jìn)行綜合性的防治。包括從人文科學(xué)、社會科學(xué)角度進(jìn)行城市氣象災(zāi)害綜合防治，對減少城市氣象災(zāi)害損失意義重大。

1．合理進(jìn)行城市布局、規(guī)劃及工程項目的設(shè)計施工

中國內(nèi)陸大城市較多，多數(shù)存在排澇困難。比如排水不通暢，下水道易被淹沒。城市排洪標(biāo)準(zhǔn)低，每遇暴雨極易形成內(nèi)澇災(zāi)害，時常?。嚕┯晷?zāi)，大雨大災(zāi)。需要結(jié)合城市發(fā)展的實際情況，借鑒國際“城市氣候設(shè)計”理念，從防災(zāi)減災(zāi)整體出發(fā)，進(jìn)行氣象、城建、地質(zhì)、地震等方面的綜合評估和論證，強(qiáng)化城市的自然災(zāi)害防御問題。

貫徹雨水系統(tǒng)的“滲、蓄、排、管”的綜合原則，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和改造排水管道、泵站等設(shè)施，綜合進(jìn)行源頭滯蓄、地區(qū)調(diào)蓄、排水通道等設(shè)施建設(shè)。對于城市重要基礎(chǔ)設(shè)施（比如供水廠、供電廠）和公共服務(wù)設(shè)施（比如地鐵、地下商場、地下停車場），通過工程措施保障其基本防澇能力。按歷史極值測算，預(yù)估水情、災(zāi)情的可能程度，做到提早采取預(yù)防措施，確保安全。

2.加大城市綠化蓄儲工作

增大城市樹木、花草、水面等公共面積，以起到改善城市局地小氣候功能。在城市周邊要加大林草植被建設(shè)，建立完善的防風(fēng)固沙護(hù)林體系，特別是應(yīng)結(jié)合退耕還林草工作，搞好產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，盡可能增加地表植被覆蓋度，消減直接裸露的沙塵源，以減少沙塵暴的發(fā)生頻率、強(qiáng)度和范圍。

最大限度地實現(xiàn)城市對洪水的有效利用，形成“海綿城市”。利用合適的排洪、分洪、蓄水等方法，比如在低洼地區(qū)修建儲水池、建筑設(shè)置雨洪調(diào)蓄池，收集屋頂雨水，鋪設(shè)透水路面等。

3.加強(qiáng)城市氣象災(zāi)害應(yīng)急建設(shè)和部門聯(lián)動機(jī)制

促進(jìn)城市氣象災(zāi)害預(yù)報能力提高，積極探索從氣象預(yù)警向災(zāi)害預(yù)警的轉(zhuǎn)變，政府部門不斷暢通氣象災(zāi)害預(yù)報預(yù)警信息的發(fā)布渠道,切實制定對應(yīng)預(yù)案，并負(fù)責(zé)災(zāi)害對應(yīng)的組織和實施工作。進(jìn)一步完善重大氣象災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。

發(fā)揮和強(qiáng)化重大城市氣象災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案和專項應(yīng)急預(yù)案作用，構(gòu)建城市氣象災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)社會聯(lián)動機(jī)制。充分利用和整合社會公共媒體、有關(guān)部門和行業(yè)內(nèi)部信息發(fā)布渠道。完善重大氣象災(zāi)害各部門信息共享機(jī)制，加快并完善城市公共突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)警信息平臺建設(shè)。

4.進(jìn)一步加強(qiáng)城市氣象災(zāi)害防御科普

城市氣象災(zāi)害防治主體是政府，落實基礎(chǔ)是個體。很多城市氣象災(zāi)害的人員傷亡，與缺乏起碼的防災(zāi)減災(zāi)知識有極大關(guān)系。應(yīng)切實提高社會民眾的防災(zāi)救災(zāi)意識和素質(zhì)，以減少不必要的傷害和損失。

進(jìn)一步深入研究城市的環(huán)境脆弱性，并重視氣象災(zāi)害防御科普與氣象防災(zāi)科技創(chuàng)新。各國氣象防災(zāi)戰(zhàn)略中，特別注重加強(qiáng)城市災(zāi)害防御科普知識宣傳。每年“3·23”中國氣象部門都會舉辦開放日活動，這是進(jìn)行氣象災(zāi)害防御的較好科普活動。還要重點加強(qiáng)對中小學(xué)生、留守人員等的氣象災(zāi)害防御科普，增強(qiáng)公眾抗御各類氣象災(zāi)害的信心。