劉俊 鞠永茂 楊弘

氣候變化背景下的城市暴雨內澇問題探析

劉俊 鞠永茂 楊弘

2013年夏季，受氣候變化引發(fā)的大氣環(huán)流形勢場異常調整的影響，先在印度，進而在我國四川、陜西和黑龍江等省區(qū)，最后是俄羅斯遠東地區(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澇災害。

隨著我國城市化進程的不斷推進，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害的主要致災因子，關于極端降水的研究一直備受關注。

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)展的主要孕災環(huán)境。因此，從氣候變化的角度對極端降水事件的成因加以分析，對認識極端降水的形成機制和深入研討其預報著眼點具有重要的意義。

本文以極端降水為媒介，簡要列舉了近幾年我國主要城市內澇災害情況，分析了相關城市內澇的主要致災因子，探討了城市內澇與氣候變化之間的關聯(lián)。在此基礎上，從氣候變化的視角，對應對城市內澇提出了初步建議。

一、城市暴雨內澇主要特征

城市暴雨內澇災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)嚴重積水，影響公共安全的氣象災害。綜合我國城市內澇災害情況分析，近年來其主要有以下兩個基本特點。

一是城市暴雨內澇災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)建設部調研結果顯示：2008—2010年，全國62%的城市發(fā)生過內澇災害，超過3次以上的城市有137個。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)的濟南、北京和長春等城市近幾年都遭受了較為嚴重的內澇災害。區(qū)域性極端強降水往往造成點多面廣式的城市暴雨洪澇災害。2013年汛期，四川省先后出現(xiàn)5次區(qū)域性強降雨過程，其中7月7—12日的強降水過程，都江堰幸福鎮(zhèn)累計降雨量達1151mm，強降水中心分布與汶川地震震區(qū)位置走勢基本一致。持續(xù)集中強降水的出現(xiàn)，造成了綿陽、德陽、成都、雅安、北川、汶川和蘆山等多個市縣出現(xiàn)大面積嚴重洪澇并引發(fā)地質災害。城市暴雨內澇災害還表現(xiàn)出持續(xù)頻發(fā)性的特點，近10年北京先后于2004，2006，2007，2008，2009，2011和2012年發(fā)生了嚴重的內澇災害，其中包括2011年6月23日和2012年7月21日的嚴重內澇災害。

二是城市暴雨內澇災害造成的經(jīng)濟損失巨大。據(jù)統(tǒng)計，目前全球各種自然災害所造成的損失，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)模加速擴張，特別是大批基礎設施工程加快建設，城市在暴雨內澇及其衍生災害方面的脆弱性越來越顯著，災害損失也以前所未有的速度增長。城市暴雨內澇災害發(fā)生時，首先是因建筑物和物資破壞帶來的直接經(jīng)濟損失。2010年5月，暴雨3次襲擊廣州市，使羊城飽經(jīng)水患。其次，暴雨內澇引發(fā)的城市交通、網(wǎng)絡、通信、水、電、氣和暖等生命線工程系統(tǒng)癱瘓，社會經(jīng)濟活動中斷，其間接災害損失某種程度上已遠遠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)濟損失近百億；2012年7月21日的突發(fā)極端降水，直接經(jīng)濟損失100多億元。

二、城市暴雨內澇與氣候變化的關聯(lián)性分析

災害風險分析理論認為，風險分析的基本要素包括：孕險環(huán)境分析、致險因子分析、承險體敏感性、脆弱性和風險防范能力分析等基本元素分析，以及在此基礎之上多目標融合的綜合風險評估。以下從致災因子、孕災環(huán)境和承災體的脆弱性三個方面分析城市暴雨內澇與氣候變化的內在關聯(lián)性。

1致災因子分析

城市暴雨內澇災害直接由極端強降水事件所引起，沒有強降水事件就不會發(fā)生內澇災害。在這個意義上，氣候變化帶來的極端降水是城市暴雨內澇災害的主要致災因子。2013年，IPCC第五次評估報告（AR5）第一工作組（WG1）發(fā)布了最新的研究報告，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。自1950年以來，氣候系統(tǒng)觀測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、強度更強。有研究顯示，全球雨季極端降水的線性趨勢比總降水在變化幅度上要大，在對氣候變化的響應上，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，利用趨勢分析和M—K突變檢驗等方法，對北京地區(qū)極端降水演變規(guī)律進行了分析。極端降水的定義采用目前國際上使用較多的百分位法，其是一種對利用固定閾值定義不同區(qū)域極端降水事件方法的改進。該方法可以基于實際研究的需要，綜合考慮時間序列的長短和不同站點的氣候態(tài)差異，確定一個貼近防災減災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個百分位日降水量數(shù)值進行30年平均，計算北京地區(qū)極端日降水事件的閾值。其中，逐日降水量為觀象臺逐日08時至次日08時累積降水。

頻次和強度是衡量極端降水的兩個主要指標，頻次是指一段時間內極端降水的次數(shù)，強度則為對應時間段內極端降水總量與頻次的比值。第二次《氣候變化國家評估報告》指出：1951年以來，全國范圍的極端降水事件的頻率和強度變化趨勢不明顯，而華北和東北地區(qū)氣象干旱面積呈增加趨勢。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)較多的時段集中于20世紀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變?yōu)槠伲▓D略）。與評估報告的結論相一致，北京地區(qū)及其所處的華北實際上處于降水偏少、年代際偏旱的大趨勢背景中。

進一步分析北京地區(qū)夏季極端日降水的強度（圖1a），發(fā)現(xiàn)其最明顯的特征是20世紀后期至2012年，極端日降水強度呈現(xiàn)先減弱后迅速增強的趨勢。其中，2011年和2012年夏季極端日降水強度超過70mm。多項式線性擬合結果顯示，近十年來，北京地區(qū)夏季極端日降水強度呈現(xiàn)上升趨勢。盡管對1951—2012年北京地區(qū)夏季極端日降水的強度M—K突變檢驗顯示，1960年以后極端降水強度發(fā)生了由偏強向偏弱的突變，此后沒有出現(xiàn)突變點（圖略）。但是，對1991年以來的極端日降水強度進行M—K突變檢驗分析，可以看出，自2011年起，北京地區(qū)夏季極端日降水的強度出現(xiàn)了由偏弱向偏強的突變（圖1b）。因此，盡管處于年代際偏旱的氣候背景中，北京暴雨內澇災害的頻繁發(fā)生與強度逐漸增強的極端強降水事件有一定的聯(lián)系。

2孕災環(huán)境分析

城市暴雨內澇災害并不是孤立事件，而是全球洪澇災害的組成部分，發(fā)生在極端氣候事件頻發(fā)的孕災環(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，導致了西太副熱帶高壓異常增強。2013年夏季，氣候變化導致的大氣環(huán)流形勢場的異常調整結果，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；同時，西太平洋副熱帶高壓持續(xù)穩(wěn)定且偏西偏北；印度夏季風和東亞夏季風持續(xù)偏強。受該大氣環(huán)流異常調整影響，先在印度，進而在我國四川、陜西和黑龍江等省區(qū)，最后是俄羅斯遠東地區(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澇災害。相關新聞報道顯示，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嚴重，145萬余人受災；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重受損；8月初，東北地區(qū)連續(xù)遭受4次強降水襲擊，暴雨致使松花江黑龍江干流出現(xiàn)1999年以來最大洪澇災害，長春和哈爾濱等城市遭受嚴重城市內澇；8月上中旬，俄羅斯遠東地區(qū)遭遇嚴重洪災，直接經(jīng)濟損失超過1000億盧布，近10萬人受災。正是由于大氣環(huán)流的異常調整，造成了區(qū)域氣候變化和極端降水事件的發(fā)生，進而為城市暴雨內澇災害營造了重要的孕災環(huán)境。

3脆弱性分析

氣象災害的風險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，城市暴雨內澇災害的損失程度不但與極端降水事件有關，還取決于城市這一承載體的脆弱性。城市經(jīng)濟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能力的脆弱性。城市承災體在暴雨內澇災害中的脆弱性還受許多因素制約，比如：2013年7月四川地震受災城市的脆弱性就與前期地震形成震裂山體，改變了地質結構有關；武漢暴雨內澇災害上的脆弱性與其填湖造田，城區(qū)擴張有關。但是，城市承災體在暴雨內澇災害上的脆弱性更重要的是受人類活動與氣候變化相互作用影響。IPCC AR5報告指出，20世紀中期以來，全球氣候變化95%以上的可能與人類活動有關。如圖3所示，人類活動通過基礎設施建設、排放溫室氣體影響著氣候環(huán)境。城市化效應對城市暴雨內澇災害的影響，也是人類活動影響氣候的有力證據(jù)。在既有經(jīng)濟發(fā)展模式和缺乏有效風險管理情況下，快速城市化和超大城市發(fā)展，已經(jīng)導致出現(xiàn)高度脆弱的城市社區(qū)。當然，人類為減緩和適應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澇災害風險等，也可以有效地減小城市承災體的脆弱性。因此，人類活動與氣候變化的相互作用左右著城市承災體在暴雨內澇災害中的脆弱性。

三、應對措施

城市暴雨內澇災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、興修水利工程、引進先進暴雨管理和城市暴雨洪澇風險管理技術等諸多方面。但是，從氣候變化與防災減災的視角來分析，主要應重視以下幾個方面：一是站在應對全球氣候變化的戰(zhàn)略高度，積極減緩和適應氣候變化；二是建立合理的城市暴雨內澇評估模型，為政府合理決策提供依據(jù)；三是提高氣候預測和天氣預報準確率，做好城市暴雨內澇的早期預報警報；四是積極宣傳開展防災減災工作，促進城市暴雨內澇災害防御配套機制建設。

（作者單位：劉俊，總參氣象水文局；鞠永茂，楊弘，解放軍61741部隊）