地球科學(xué)綜合

論氣候變暖背景下干旱和干旱災(zāi)害風(fēng)險特征與管理策略

張強，韓蘭英，張立陽，等

摘要：干旱是全球影響最廣泛的自然災(zāi)害，給人類生活帶來了巨大的風(fēng)險，近百年氣候顯著變暖使干旱災(zāi)害及其風(fēng)險問題更加突出。氣候變暖不僅使干旱災(zāi)害形成和發(fā)展過程更加復(fù)雜，而且也使干旱災(zāi)害風(fēng)險影響因素變得更加多樣。氣候變暖背景下，干旱災(zāi)害及其風(fēng)險形成過程正表現(xiàn)出一些新的特征，這也引發(fā)了一些令人困惑的新問題。目前，對干旱災(zāi)害形成過程及干旱災(zāi)害風(fēng)險的內(nèi)在特征已經(jīng)開展了一些研究，也取得了一定的研究進(jìn)展，對氣候變暖背景下干旱災(zāi)害及其風(fēng)險問題也有所關(guān)注。但總體而言，對干旱和干旱災(zāi)害風(fēng)險的內(nèi)在規(guī)律理解并不全面，對氣候變暖背景下干旱和干旱災(zāi)害風(fēng)險的表現(xiàn)特征認(rèn)識也比較模糊，這在客觀上影響了目前干旱災(zāi)害防御和風(fēng)險管理水平的提高。本文在系統(tǒng)總結(jié)國內(nèi)外已有干旱和干旱災(zāi)害風(fēng)險研究成果的基礎(chǔ)上，歸納了干旱災(zāi)害傳遞過程的基本規(guī)律及干旱災(zāi)害的本質(zhì)特征。干旱并不是相互獨立的，它們反映的是從干旱發(fā)生到產(chǎn)生災(zāi)害或影響的鏈狀傳遞過程，5類干旱實際上就是干旱傳遞到不同階段的具體表現(xiàn)。綜合性分析了干旱災(zāi)害風(fēng)險關(guān)鍵要素的主要特點及其相互作用關(guān)系。討論了氣候變暖對干旱和干旱災(zāi)害風(fēng)險的影響特點，得出氣候變暖不僅會改變從干旱發(fā)生到災(zāi)害形成的各個環(huán)節(jié)，而且還會影響形成干旱災(zāi)害風(fēng)險的致災(zāi)因子、承災(zāi)體、孕災(zāi)環(huán)境和防災(zāi)能力等多個因素，氣候變暖已經(jīng)成為影響干旱災(zāi)害及其風(fēng)險的新因素。探討了干旱災(zāi)害風(fēng)險管理的基本要求，干旱災(zāi)害風(fēng)險管理目標(biāo)不僅要使干旱災(zāi)害風(fēng)險的總成本對整個國家或大多數(shù)人來說是最小的，而且還應(yīng)該對不同社會角色均具有激勵性，引導(dǎo)全社會采取整體利益最大化和經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化的抗旱措施。在此基礎(chǔ)上，提出了干旱災(zāi)害防御的主要措施及干旱災(zāi)害風(fēng)險管理的重點策略。

來源出版物：地球科學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(1): 84-95

入選年份：2017

京津冀區(qū)域大氣霾污染研究意義、現(xiàn)狀及展望

王躍思，張軍科，王莉莉，等

摘要：霾是大量極細(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；組成霾的粒子極小，不能用肉眼分辨。頻發(fā)的霾污染是目前京津冀最嚴(yán)重的環(huán)境問題。如何協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)合理快速發(fā)展與防止大氣環(huán)境惡化，已經(jīng)成為公眾關(guān)注的焦點，也是各級政府亟待解決的問題之一。對國內(nèi)外典型大氣污染事件的產(chǎn)生及治理歷程進(jìn)行了簡要回顧；結(jié)合我國當(dāng)前霾污染問題產(chǎn)生的特殊性，分析了京津冀區(qū)域霾污染研究對經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展、氣候和環(huán)境變化、人體健康和區(qū)域和諧發(fā)展的現(xiàn)實意義；闡述了京津冀霾污染現(xiàn)象頻發(fā)的主要客觀要素和內(nèi)在原因，由于京津冀區(qū)域高樓林立，地表粗糙度增加，城市冠層抬升，熱島效應(yīng)顯著，局地環(huán)流增強，擴散能力減弱。大氣邊界層結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，跨界輸送、相互污染越來越嚴(yán)重；大、中、小城市并駕齊驅(qū)發(fā)展，缺乏城市群區(qū)域整體規(guī)劃，使城市之間的緩沖帶越變越窄，大氣污染物容量急劇下降，致使城市霧霾加劇。并分析了當(dāng)前研究工作中的不足：① 觀測站點類型單一，缺乏區(qū)域整體布局；② 細(xì)粒子化學(xué)成分解析不完全，研究內(nèi)容缺乏聯(lián)系；③ 缺乏對污染源清單的有效校核及其對“丟失”源的追蹤；④ 天氣狀況、大氣邊界層結(jié)構(gòu)對區(qū)域霾污染形成的作用研究不足；⑤ 缺乏霾污染成因與調(diào)控方向的關(guān)系研究。最后提出要解決京津冀區(qū)域大氣霧霾的關(guān)鍵是要科學(xué)研究和調(diào)控政策的緊密結(jié)合，認(rèn)知污染現(xiàn)狀，明確污染成分，闡明形成機制，確定污染來源。長遠(yuǎn)規(guī)劃，分步實施，源頭治理，監(jiān)管到位，防止反彈?！翱谔柺?、運動式”的短期行為無法有效治理PM2.5的升高和霾污染現(xiàn)象的產(chǎn)生，京津冀區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控勢在必行，經(jīng)過20～30年的不懈努力，才有可能從根本上整體解決區(qū)域環(huán)境污染問題，并保持社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

來源出版物：地球科學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(3):388-396

入選年份：2017

黑河流域生態(tài)—水文過程集成研究進(jìn)展

程國棟，柳欽火，鄒松兵，等

摘要：陸地表層系統(tǒng)研究作為地球系統(tǒng)中重要的研究領(lǐng)域，受到地球科學(xué)各分支學(xué)科的高度重視。傳統(tǒng)地理學(xué)以還原論的思維方式，對地表環(huán)境要素進(jìn)行分解式研究，力求對單一環(huán)境要素進(jìn)行基于物理機制的精確刻畫，對環(huán)境空間分異予以靜態(tài)的描述，對地理過程研究基于點上表達(dá)。隨著學(xué)科發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)地球表層是一個復(fù)雜系統(tǒng)，環(huán)境要素存在著本質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，人類活動已經(jīng)成為驅(qū)動地理過程不可忽視的重要因素。國家自然科學(xué)基金重大研究計劃“黑河流域生態(tài)—水文過程集成研究”（簡稱黑河計劃）擬通過建立聯(lián)結(jié)觀測、實驗、模擬、情景分析以及決策支持等環(huán)節(jié)的“以水為中心的生態(tài)—水文過程集成研究平臺”，揭示植物個體、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀、流域等尺度的生態(tài)—水文過程相互作用規(guī)律，刻畫氣候變化和人類活動影響下內(nèi)陸河流域生態(tài)—水文過程機理，發(fā)展生態(tài)—水文過程尺度轉(zhuǎn)換方法，建立耦合生態(tài)、水文和社會經(jīng)濟(jì)的流域集成模型，提升對內(nèi)陸河流域水資源形成及其轉(zhuǎn)化機制的認(rèn)知水平和可持續(xù)性的調(diào)控能力，使我國流域生態(tài)水文研究進(jìn)入國際先進(jìn)行列。計劃執(zhí)行4年來，在山區(qū)生態(tài)格局/過程與水文效應(yīng)、人工綠洲結(jié)構(gòu)/功能與水循環(huán)、荒漠綠洲生態(tài)水文效應(yīng)與生態(tài)需水及流域尺度生態(tài)—水文過程與水資源管理形成了四大項目群。建立了遙感—監(jiān)測—實驗一體的流域生態(tài)水文觀測系統(tǒng)及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)平臺；初步揭示了流域冰川、森林、綠洲等重要生態(tài)水文過程耦合機理，認(rèn)識了流域一級生態(tài)水文單元的水系統(tǒng)特征，奠定了流域水循環(huán)、水平衡的科學(xué)基礎(chǔ)；計算了黑河下游生態(tài)需水量，為黑河流域水資源優(yōu)化管理厘定了重要的約束條件。今后幾年將在高精度氣、水、生、經(jīng)時空數(shù)據(jù)的支持下，耦合與集成流域綜合模型，保證我國流域科學(xué)能在世界前沿占一席之地。

來源出版物：地球科學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(4):431-437

入選年份：2017

北美頁巖油氣研究進(jìn)展及對中國陸相頁巖油氣勘探的思考

張林曄，李鉅源，李政，等

摘要：頁巖作為一種細(xì)粒沉積巖，在沉積盆地中分布廣泛，北美已在海相頁巖油氣的勘探開發(fā)中獲得巨大成功。研究表明，海相頁巖油和頁巖氣形成條件和賦存狀態(tài)雖然具有較多的共性，但也存在一定差異，共性為二者均呈“連續(xù)型”分布于沉積盆地的斜坡和中心帶，具有工業(yè)開采價值的頁巖油和頁巖氣均產(chǎn)自有機質(zhì)豐度高、脆性礦物含量高、存在異常高壓的頁巖地層。兩者的差異性表現(xiàn)在頁巖氣的產(chǎn)生具有多源性和多階性，即頁巖氣既可來自 Ⅰ-Ⅱ 型有機質(zhì)，也可來自Ⅲ型有機質(zhì)，但頁巖油主要來自Ⅰ-Ⅱ型有機質(zhì)；頁巖氣可形成于有機質(zhì)成熟作用的任何階段，但頁巖油主要是有機質(zhì)處于成熟階段的產(chǎn)物，即生油窗階段的產(chǎn)物，頁巖油的時空范圍比頁巖氣的時空范圍小得多；兩者更為重要的差異是頁巖氣與頁巖油相比分子量小，化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單，在相同的溫壓條件下頁巖氣比頁巖油具有更多的運移方式和更大的運移活性，這就導(dǎo)致兩者在頁巖中的賦存狀態(tài)和開采機制存在一定差別。研究表明，吸附和解吸是頁巖氣生產(chǎn)的重要機制，吸附態(tài)和游離態(tài)的氣體均可產(chǎn)出；而對油在頁巖中的賦存及流動機制目前研究相對較少，初步研究認(rèn)為，由于油的分子較大，且吸附性強，吸附在有機質(zhì)表面和內(nèi)部的油不易產(chǎn)出，主要產(chǎn)出的是無機與有機質(zhì)孔隙中的游離態(tài)油，而且原油密度越低，流動性越好，越易開采?？碧綄嵺`表明，中國陸相盆地存在著豐富的頁巖氣和頁巖油資源，并已在諸多盆地頁巖層中獲得工業(yè)油氣流，但目前形成產(chǎn)能還較為困難，在該領(lǐng)域我國面臨的主要問題是：要系統(tǒng)分析研究陸相地層和海相地層頁巖油氣形成條件的共性、差異性，針對陸相地層的地質(zhì)特點，建立相應(yīng)的資源評估方法、可動性預(yù)測方法、儲集性能評價方法、可壓性預(yù)測方法，形成針對陸相頁巖油氣勘探開發(fā)的專有技術(shù)，為我國有效開采陸相盆地頁巖油氣提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障。

來源出版物：地球科學(xué)進(jìn)展, 2014, 29(6): 700-711

入選年份：2017

中國西北地區(qū)干旱氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警與減災(zāi)技術(shù)研究進(jìn)展及其展望

張強，姚玉璧，李耀輝，等

摘要：干旱災(zāi)害是制約中國西北地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)文明建設(shè)的重要自然災(zāi)害，而且隨著氣候變暖西北地區(qū)極端干旱事件發(fā)生頻率和強度均呈增加趨勢，影響不斷加重。西北地區(qū)對干旱防災(zāi)減災(zāi)能力的依賴性不斷增加，如何及時、有效地監(jiān)測和預(yù)測干旱的發(fā)生和發(fā)展規(guī)律，如何客觀、準(zhǔn)確地評估干旱影響的程度和范圍，如何科學(xué)、有力地應(yīng)對干旱災(zāi)害的危害等問題已成為擺在我們面前刻不容緩的重要科學(xué)課題?！爸袊鞅备珊禋庀鬄?zāi)害監(jiān)測預(yù)警及減災(zāi)技術(shù)研究冶成果”是在數(shù)十個國家級科研項目的支持下，經(jīng)過過去20年的理論研究和應(yīng)用技術(shù)開發(fā)所取得的一系列創(chuàng)新性成果。該成果對西北干旱形成機理及重大干旱事件發(fā)生、發(fā)展的規(guī)律取得了新認(rèn)識，尤其是發(fā)現(xiàn)了形成西北干旱環(huán)流模態(tài)的4種主要物理途徑；研制了西北干旱預(yù)測的新指標(biāo)、干旱監(jiān)測的新指數(shù)及監(jiān)測農(nóng)田蒸散的新設(shè)備，明顯提高了干旱監(jiān)測準(zhǔn)確性和針對性；提出了山地云物理氣象學(xué)新理論，研發(fā)了水源涵養(yǎng)型國家重點生態(tài)功能區(qū)—祁連山空中云水資源開發(fā)利用技術(shù)；發(fā)現(xiàn)了干旱半干旱區(qū)陸面水分輸送和循環(huán)的新規(guī)律，揭示了綠洲自我維持的物理機制；認(rèn)識了干旱氣候變化對農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)影響的新特征，建立了旱作農(nóng)業(yè)對干旱災(zāi)害的響應(yīng)關(guān)系；開發(fā)了旱區(qū)覆膜保墑、集雨補灌、壟溝栽培、適宜播期等應(yīng)對氣候變化的減災(zāi)技術(shù)，為西北實施種植制度、農(nóng)業(yè)布局及結(jié)構(gòu)調(diào)整和農(nóng)業(yè)氣候資源高效利用提供了科學(xué)方案。該成果的完成提升了中國干旱防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)水平，培養(yǎng)了中國干旱氣象科技隊伍，推進(jìn)了西北地區(qū)干旱氣象業(yè)務(wù)服務(wù)能力，對西北地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化和生態(tài)文明建設(shè)等方面起到了重要的促進(jìn)作用。在此基礎(chǔ)上，展望了西北地區(qū)干旱氣象科學(xué)研究中迫切需要、有可能突破的主要領(lǐng)域。

來源出版物：地球科學(xué)進(jìn)展, 2015, 30(2): 196-211

入選年份：2017