沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險識別研究：以黃茅?？绾Ｍǖ罏槔?/h1>
2025-09-02 00:00:00陳進道陳明坤韋瀟旖
項目管理技術(shù) 2025年8期
0 引言
根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次報告，氣候變化將推高海平面與平均氣溫，加劇臺風、風暴潮、極端降雨等極端天氣事件的強度和頻率。依托獨特的地理位置，港口、公路、鐵路、機場等沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施面臨著氣候變化風險[1]。2017年，美國颶風“哈維”引發(fā)大規(guī)模的洪水和風暴潮，導(dǎo)致得克薩斯州沿海地區(qū)的港口設(shè)施嚴重受損，航道受阻，港口停運數(shù)周，直接經(jīng)濟損失逾數(shù)十億美元。與傳統(tǒng)災(zāi)害風險相比，氣候變化風險的時間尺度更長、影響范圍更廣、科學歸因更復(fù)雜、不確定性更大[2]。然而，沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施在規(guī)劃設(shè)計階段往往對氣候變化風險考慮不足，導(dǎo)致建設(shè)與運營，尤其是長周期運營變得愈發(fā)艱難[3]。因此，亟須科學識別并分析沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險。
現(xiàn)有研究多采用文獻分析法，對交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險進行識別。例如，王元豐等4探討了暴雨、大風、暴雪、極值氣溫和驟變等極端氣候事件對橋梁材料和結(jié)構(gòu)的影響，并提出橋梁工程在設(shè)計、施工和運營養(yǎng)護等階段應(yīng)對氣候變化風險的對策和建議。Wang等[5通過文獻分析梳理了氣候變化對道路和鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施的影響，指出降雨會導(dǎo)致路基沖刷、軟化、路面潮濕和交通延誤。Salimi等[6綜述了氣候變化對中東地區(qū)城市交通、通信、電力、水利等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的影響，指出高溫可能使道路、飛機跑道裂縫和坑洞，同時鐵路軌道可能會因熱膨脹而彎曲變形。Palin等[3]從致災(zāi)因子、影響、直接及間接后果等方面梳理了氣候變化對鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的影響，指出氣候變化風險評估面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，如不確定性管理、氣候-影響關(guān)系、價值評估、適應(yīng)的成本收益等。Voskaki等聚焦于機場項目，基于主要氣候因子、風險類型、影響機制、響應(yīng)驅(qū)動力及減緩措施，通過文獻分析對氣候災(zāi)害對機場系統(tǒng)的影響進行剖析。然而，上述研究存在側(cè)重部分類型基礎(chǔ)設(shè)施或氣候因子的局限，尚缺乏對沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險的全面識別和研究。
因此，本文綜合采用文獻分析法和層次分析法，系統(tǒng)梳理沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施特征及氣候變化特征，識別其氣候變化風險，并以黃茅?？绾Ｍǖ罏榈湫桶咐罨L險分析。
1 研究方法和數(shù)據(jù)
1.1 文獻分析法
本文首先采用文獻分析法識別出沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險。為了全面收集沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險相關(guān)文獻，檢索了中國知網(wǎng)、萬方、GoogleScholar、WebofScience等多個權(quán)威數(shù)據(jù)庫，并以滾雪球法追溯核心文獻的引用，持續(xù)擴充沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險文獻庫。
1.2 層次分析法
本文接著采用層次分析法（AHP）對引起黃茅?？绾Ｍǖ罋夂蜃兓L險的氣候災(zāi)害風險進行量化評估，先確立各氣候災(zāi)害的權(quán)重，明確各氣候災(zāi)害的相對重要性，再針對較高權(quán)重災(zāi)害做進一步分析。具體步驟如下。
1.2. 1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型
本文構(gòu)建了簡化的層次結(jié)構(gòu)模型，僅包括目標層和指標層兩個層次。目標層為“黃茅海跨海通道氣候變化風險”。結(jié)合黃茅?？绾Ｍǖ浪巺^(qū)域氣候特征，指標層選取了臺風、極端降雨、極端高溫、海平面上升和風暴潮5項。
1.2.2 構(gòu)建判斷矩陣
專家問卷采用1～9標度法，對5項氣候災(zāi)害進行兩兩比較，判斷其相對重要性?；趯＜覇柧碚{(diào)查結(jié)果，采用幾何平均法綜合專家意見，構(gòu)建判斷矩陣。公式如下
式中， ai 是 i 個專家對同一比較項的評分； n 是專家人數(shù)， i=1 ，2，…， n 。
1. 2.3 權(quán)重計算
采用特征值法計算判斷矩陣的權(quán)重。首先計算判斷矩陣的最大特征值 λmax 和對應(yīng)的特征向量，然后對特征向量進行歸一化處理，得到權(quán)重。步驟如下：
（1）對每一列進行歸一化，公式如下
（2）計算每一行的平均值作為權(quán)重，公式如下
1.2.4一致性檢驗
（1）計算最大特征值，公式如下
（2）計算一致性指標，公式如下
（3）查表得隨機一致性指標RI，見表1。
表1隨機一致性指標
（4）計算一致性比率，公式如下
由于 CRlt;0.1 ，表示判斷矩陣具有滿意的一致性，權(quán)重計算結(jié)果可以接受。
1.3 數(shù)據(jù)收集與處理
在選擇檢索關(guān)鍵詞的過程中，先確定關(guān)鍵的檢索詞匯，如“沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施（coastaltransportationinfrastructure）”“氣候變化風險（cli-matechange risk）”“氣候變化影響（climatechangeimpact）”等。為了獲取更細化的文獻，對關(guān)鍵詞進行細分，如將“沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施”進一步細分為“沿海港口（coastal port）”“跨海大橋（coastalbridge）”“沿海公路（coastal road）”“沿海鐵路（coastal railway）”和“沿海機場（coastalairport）”等特定的小類別，將其與其他核心關(guān)鍵詞進行綜合檢索。收集完相關(guān)文獻后，對文獻內(nèi)容進行歸納總結(jié)，提煉研究的共同點和差異點，梳理出沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施類型及其對應(yīng)氣候風險。部分重要參考文獻見表2。
表2部分重要參考文獻
（續(xù)）
通過與黃茅?？绾Ｍǖ拦芾碇行牡那捌陧椖亢献?，本文獲取了《黃茅海跨海通道環(huán)境影響評估報告》。整理出該通道的歷史氣候災(zāi)害資料，作為后續(xù)專家打分和氣候變化風險分析的參考依據(jù)。黃茅?？绾Ｍǖ肋B接珠海市和臺山市，兩地均屬亞熱帶海洋性季風氣候，主要災(zāi)害性天氣為臺風和暴雨，個別年份冬季受寒潮低溫影響。其中，珠海市臺風集中于6～10月，年均約4次，造成嚴重影響的臺風約1次，暴雨年均約5次；臺山市臺風多發(fā)生于7～9月，年均3.1次。
為確保評價數(shù)據(jù)科學客觀，本研究邀請5名專家參與，其中氣候變化領(lǐng)域博士1人（5年經(jīng)驗），橋梁工程博士2人（分別20年、15年經(jīng)驗），風險管理博士1人（8年經(jīng)驗），海洋工程博士1人（3年經(jīng)驗）。經(jīng)式（1）計算并四舍五入，得到最終判斷矩陣，見表3。
表3判斷矩陣
通過式（3）和一致性檢驗，得到氣候災(zāi)害因素權(quán)重，見表4。
表4氣候災(zāi)害因素權(quán)重
通過式（5）和式（6）計算一致性比率，得CR=0.0171/1.12=0.0153 。由于 CR=0.0153lt; 0.1，判斷矩陣具有一致性，權(quán)重計算結(jié)果可以接受。
2 案例選擇
本文以黃茅海跨海通道為典型案例，識別并分析其氣候變化風險。黃茅?？绾Ｍǖ朗歉壑榘拇髽蛭餮泳€，東起珠海市欄港，向西跨越黃茅海水域，終至臺山市，全長 31.26km ，其中跨海段總長 14.5km 。黃茅海地區(qū)的氣候情況比較復(fù)雜，地處亞熱帶季風區(qū)，夏天溫度高且多雨，臺風、暴雨頻發(fā)。疊加海平面上升等長期趨勢，該通道在建設(shè)與運營階段面臨突出的氣候挑戰(zhàn)，具有高度代表性。
3 結(jié)果分析與討論
3.1 沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施特征分析
沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施按功能分為公路、鐵路、港口和機場四大類。每一類都有獨特的組成，不同組成部件在面對氣候變化風險時都有著不同脆弱性。通過系統(tǒng)梳理這些組成部件，旨在幫助更好地識別氣候變化對不同組成部件的影響，為后續(xù)的風險評估提供基礎(chǔ)。沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施組成見表5。
表5沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施組成
（1）公路。在沿海地區(qū)，公路受特殊地質(zhì)和氣候影響，路基需要具備良好的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。常見的路面包括瀝青路面和水泥混凝土路面，但高溫環(huán)境易使瀝青軟化、沉陷和車轍。橋梁是公路跨越河流和海灣的關(guān)鍵設(shè)施，其在設(shè)計和建設(shè)過程中必須充分考慮到沿海地區(qū)可能面臨的強風和海水侵蝕等多方面因素。隧道的主要功能是穿越山脈或水下，特別是在沿海地區(qū)，隧道的防水、防漏和通風都是需要特別關(guān)注的問題。
（2）鐵路。鐵路的軌道是列車行駛的核心，包括鋼軌、軌枕和道床等部分。為了滿足列車高速行駛的要求，鋼軌必須具備很好的強度和出色的耐磨特性，軌枕的主要功能是給鋼軌提供支撐，將列車的荷載傳給道床，而道床則負責分散荷載、排放水分并確保軌道的穩(wěn)定性。在沿海地區(qū)，面對軟土地基和海水侵蝕等挑戰(zhàn)，通常會選擇加固地基和安裝排水系統(tǒng)來降低風險，確保道路基礎(chǔ)的穩(wěn)固性。沿海鐵路橋梁面臨著和沿海公路橋梁相似的海洋環(huán)境問題，而鐵路隧道則更需要滿足鐵路運營的特定需求，如凈空尺寸、通風條件等。
（3）港口。港口包括碼頭、防波堤和航道，港口的碼頭主要負責貨物的裝卸及旅客的上下船。根據(jù)功能，碼頭可分為集裝箱碼頭、散貨碼頭和客運碼頭等幾種。碼頭的結(jié)構(gòu)也有多種，如重力式、板樁式和高樁式等，選擇時需要考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)和水文情況。防波堤的設(shè)計是為了抵御風浪對港口水域的沖擊，確保碼頭及港內(nèi)船只的安全，構(gòu)造方式有斜坡式和直立式等多種。航道作為船只進入和離開港口的主要通道，必須擁有充分的水深、寬度及彎曲半徑，以適應(yīng)各種不同類型船舶的通行需求。
（4）機場。沿海機場的結(jié)構(gòu)組成包括停機坪、跑道、航站綜合體等。在建設(shè)跑道時，必須考慮到地基的沉降、海風的侵蝕等多種因素，并經(jīng)常使用特定的地基處理方法和路面材料?；械赖闹饕δ苁沁B接跑道、停機坪和航站樓等關(guān)鍵設(shè)施，確保飛機在機場內(nèi)能夠安全滑行。飛機停機坪是一個用于停放、加油和檢修飛機的特定區(qū)域，其設(shè)計和布局必須滿足機場的日常運營要求。航站樓作為機場的中心設(shè)施，負責旅客的等待、登機和行李托運等任務(wù)，其設(shè)計必須充分考慮到旅客流量、流程的便利性及與其他設(shè)施的連接。
3.2 沿海地區(qū)氣候變化特征分析
厘清氣候因子、氣候變化趨勢及潛在氣候災(zāi)害等氣候變化特征，是識別沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險的基礎(chǔ)。氣候變化主要是溫度、降雨、風、海平面等氣候因子的變化。氣候變化趨勢通常是基于氣候模型，在不同碳排放情景下，模擬未來的溫度、降雨、風、海平面。常見的氣候模型有全球氣候模型（GCM）和區(qū)域氣候模型（RCM）兩種。它們通常具有較低空間分辨率。為了提高空間分辨率，相關(guān)研究往往使用統(tǒng)計降尺度方法，即利用大尺度大氣變量與本地或區(qū)域氣候變量的關(guān)系，按比例獲取小尺度氣候數(shù)據(jù)。
氣候因子、變化趨勢及氣候災(zāi)害特征見表6。根據(jù)IPCC第六次評估報告，對于海平面，其將面臨海平面上升的變化趨勢，將造成平均海平面上升、極端海平面、波能/方向變化等氣候災(zāi)害。據(jù)估計，到2100年，平均海平面相對1986—2005年的平均水平將上升 0.29～1.10m 。極端降雨頻率和強度將呈現(xiàn)出增加趨勢，引發(fā)極端降雨氣候災(zāi)害。全球平均溫度將持續(xù)上升且熱浪發(fā)生頻率和強度上升，導(dǎo)致極端高溫、干旱、季節(jié)溫差大等氣候災(zāi)害。極端風速頻率和強度增加，導(dǎo)致臺風和風暴潮等氣候災(zāi)害。
表6氣候因子、變化趨勢及氣候災(zāi)害
注：變化趨勢具體數(shù)值可參照IPCC第六次評估報告的預(yù)測，且實際區(qū)域變化存在空間異質(zhì)性。
3.3沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險識別
通過對文獻進行分析，識別出沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險，見表7。各風險因素具體分析如下：
（1）海平面上升。隨著海平面上升，沿海的公路、鐵路、港口、機場將面臨淹沒的風險，同時港口碼頭也會受到潮水的侵襲，這對設(shè)施的正常運行和結(jié)構(gòu)安全性都將產(chǎn)生不利影響。據(jù)《2023年中國海平面公報》，2023年中國沿海海平面較歷史平均水平（1993—2011年平均值）高 72ml ，預(yù)計未來30年，中國沿海海平面將上升 70～176ml 。海平面上升會引發(fā)海岸侵蝕、海水入侵和土壤鹽漬化等，通過鹽水入侵與周期性淹沒，直接侵蝕低海拔交通設(shè)施的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由于海平面上升，在新的海岸動力條件與泥沙淤積環(huán)境下，海岸將發(fā)生新的物質(zhì)平衡調(diào)整，加大海岸侵蝕[17]
（2）極端降雨。部分沿海地區(qū)的降水總量出現(xiàn)了波動，同時降水的強度和頻率也發(fā)生了變化。隨著暴雨天數(shù)的增加和降雨強度的提升，沿海公路、鐵路和機場的排水系統(tǒng)承受很大的壓力，路基、橋梁面臨被沖毀的風險，隧道存在被淹的風險。極端降雨引發(fā)的山體滑坡和泥石流也會導(dǎo)致公路和鐵路受損。例如，強降雨是“5·1”梅大高速路面塌方災(zāi)害的重要原因之一。極端降雨可能引發(fā)港口航道淤積、導(dǎo)航設(shè)備失效，以及設(shè)施受損等風險；也可能導(dǎo)致機場跑道、滑行道被淹，使得機場中斷正常運營。例如，2021年7月20日，鄭州新鄭國際機場遭遇千年一遇大暴雨，跑道積水，多架航班備降，7000余名旅客滯留。
（3）極端高溫。氣候變化導(dǎo)致的極端高溫不僅會影響交通設(shè)施材料的性能，還可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞，影響交通設(shè)施的正常運行。具體而言，極端高溫可能導(dǎo)致公路瀝青路面車轍、橋梁熱損壞、設(shè)施壽命減少，引發(fā)鐵路軌道彎曲、設(shè)施故障、信號問題，以及港口導(dǎo)航設(shè)備受損、路面劣化彎曲、起重機無法操作等問題，對機場設(shè)備、跑道等造成影響。
（4）臺風。在沿海地帶，由于海洋和陸地的熱力差異，風能資源相當豐富。在氣候變化的背景下，極端風速事件呈現(xiàn)上升態(tài)勢。強風給沿海橋梁、港口的設(shè)備，以及機場的建筑帶來了巨大風險。例如，在沿海地區(qū)，臺風是一種常見的強風天氣現(xiàn)象，它產(chǎn)生的強風和巨浪對港口碼頭和防波堤等關(guān)鍵設(shè)施造成了巨大的破壞。
表7沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險
注：表中所列氣候變化風險僅為部分風險。
（5）風暴潮。臺風引發(fā)的風暴潮與極端降雨往往形成疊加沖擊。例如，2018年9月，臺風“飛燕”導(dǎo)致日本關(guān)西國際機場跑道和部分航站樓被淹沒，日本關(guān)西國際機場完全癱瘓；2018年“山竹”臺風風速達到 205km/h ，重創(chuàng)了中國香港和廣東沿海地區(qū)的多個港口設(shè)施，防波堤和航道設(shè)備遭受巨浪沖毀，港口的裝卸設(shè)施也遭遇了重大的結(jié)構(gòu)損傷。
3.4黃茅?？绾Ｍǖ罋夂蜃兓L險分析
從黃茅?？绾Ｍǖ罋夂驗?zāi)害權(quán)重計算結(jié)果可以看出，在5個氣候災(zāi)害中，臺風的權(quán)重最高（0.4126），隨后是風暴潮（0.2750）和極端降雨（0.1531），海平面上升（0.0988）和極端高溫（0.0605）的權(quán)重相對較低。
臺風屬于權(quán)重最高的氣候災(zāi)害，其對黃茅海跨海通道的影響主要表現(xiàn)在以下三個方面：一是臺風帶來的強風可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)振動顯著加劇，影響結(jié)構(gòu)及通行的安全；二是臺風一般伴隨暴雨和風暴潮，進一步增加了風險；三是臺風可能造成海上航行條件惡化，增加了船舶與橋墩碰撞的風險。
風暴潮作為第二重要的氣候災(zāi)害，其影響主要表現(xiàn)為：風暴潮可能引起海水位異常升高，增加對橋墩的沖擊力；風暴潮與波浪共同作用，可能導(dǎo)致橋墩基礎(chǔ)被沖刷；極端情況下，風暴潮甚至會影響通航凈空高度。隨著全球海平面上升，黃茅海海域的海平面也呈上升趨勢，加大了被海水淹沒的風險，加劇了海水對橋梁下部結(jié)構(gòu)侵蝕的風險，可能使基礎(chǔ)的承載能力下降，影響通道的整體穩(wěn)定性。
極端降雨主要對黃茅海跨海通道的排水系統(tǒng)和行車安全影響較明顯，可能會造成排水系統(tǒng)負荷加重、路面積水和能見度降低，影響通行安全。
盡管海平面上升過程較長，但對通道的長期安全也有一定影響，主要表現(xiàn)為增加橋墩基礎(chǔ)的水壓力，可能導(dǎo)致橋墩基礎(chǔ)周圍土壤性質(zhì)變化。
極端高溫主要對材料性能和結(jié)構(gòu)變形造成影響，可能出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮、混凝土開裂和瀝青路面軟化的現(xiàn)象。
4結(jié)語
本文分析了沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施的組成特征，從氣候因子、變化趨勢和氣候災(zāi)害三個維度分析了沿海地區(qū)氣候變化特征，識別了公路、鐵路、港口、機場沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險，并以黃茅?？绾Ｍǖ罏榘咐M行了實證分析。
研究發(fā)現(xiàn)，沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施可分為公路、鐵路、港口和機場四大類，每一類基礎(chǔ)設(shè)施均具有獨特的組成部件，不同組成部件在面對氣候變化的脆弱性時存在差異。氣候變化具有“氣候因子一變化趨勢一氣候災(zāi)害”的表現(xiàn)特征，從而對沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生影響。公路、鐵路、港口、機場均面臨海平面上升帶來的淹沒風險，以及臺風和暴雨等極端天氣事件引發(fā)的設(shè)施損毀和被淹等風險。氣候變化導(dǎo)致臺風的發(fā)生頻率和強度增加，將對黃茅海跨海通道的運營帶來嚴重影響。
本研究具有以下兩方面局限性：一方面，本研究僅識別了沿海重大基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險，未對氣候變化風險進行定量評估，未來可以利用影響鏈分析法開展氣候變化風險評估研究；另一方面，本研究僅考慮了單一氣候災(zāi)害導(dǎo)致的氣候變化風險，未考慮氣候災(zāi)害間的相互作用，如臺風一般伴隨著極端降雨和風暴潮，三者共同作用可能產(chǎn)生疊加效應(yīng)，顯著增加風險，未來可以考慮復(fù)合災(zāi)害導(dǎo)致的氣候變化風險。
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收稿日期：2025-06-10
作者簡介：
陳進道（ 1991-） ，男，博士，講師，研究方向：重大工程管理、基礎(chǔ)設(shè)施韌性。
陳明坤（2003—），男，研究方向：重大工程管理、基礎(chǔ)設(shè)施韌性。
韋瀟旖（通信作者）（1989—），女，博士，講師，研究方向：重大工程管理、基礎(chǔ)設(shè)施韌性。
0 引言
根據(jù)聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次報告，氣候變化將推高海平面與平均氣溫，加劇臺風、風暴潮、極端降雨等極端天氣事件的強度和頻率。依托獨特的地理位置，港口、公路、鐵路、機場等沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施面臨著氣候變化風險[1]。2017年，美國颶風“哈維”引發(fā)大規(guī)模的洪水和風暴潮，導(dǎo)致得克薩斯州沿海地區(qū)的港口設(shè)施嚴重受損，航道受阻，港口停運數(shù)周，直接經(jīng)濟損失逾數(shù)十億美元。與傳統(tǒng)災(zāi)害風險相比，氣候變化風險的時間尺度更長、影響范圍更廣、科學歸因更復(fù)雜、不確定性更大[2]。然而，沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施在規(guī)劃設(shè)計階段往往對氣候變化風險考慮不足，導(dǎo)致建設(shè)與運營，尤其是長周期運營變得愈發(fā)艱難[3]。因此，亟須科學識別并分析沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險。
現(xiàn)有研究多采用文獻分析法，對交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險進行識別。例如，王元豐等4探討了暴雨、大風、暴雪、極值氣溫和驟變等極端氣候事件對橋梁材料和結(jié)構(gòu)的影響，并提出橋梁工程在設(shè)計、施工和運營養(yǎng)護等階段應(yīng)對氣候變化風險的對策和建議。Wang等[5通過文獻分析梳理了氣候變化對道路和鐵路等交通基礎(chǔ)設(shè)施的影響，指出降雨會導(dǎo)致路基沖刷、軟化、路面潮濕和交通延誤。Salimi等[6綜述了氣候變化對中東地區(qū)城市交通、通信、電力、水利等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的影響，指出高溫可能使道路、飛機跑道裂縫和坑洞，同時鐵路軌道可能會因熱膨脹而彎曲變形。Palin等[3]從致災(zāi)因子、影響、直接及間接后果等方面梳理了氣候變化對鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的影響，指出氣候變化風險評估面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，如不確定性管理、氣候-影響關(guān)系、價值評估、適應(yīng)的成本收益等。Voskaki等聚焦于機場項目，基于主要氣候因子、風險類型、影響機制、響應(yīng)驅(qū)動力及減緩措施，通過文獻分析對氣候災(zāi)害對機場系統(tǒng)的影響進行剖析。然而，上述研究存在側(cè)重部分類型基礎(chǔ)設(shè)施或氣候因子的局限，尚缺乏對沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險的全面識別和研究。
因此，本文綜合采用文獻分析法和層次分析法，系統(tǒng)梳理沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施特征及氣候變化特征，識別其氣候變化風險，并以黃茅?？绾Ｍǖ罏榈湫桶咐罨L險分析。
1 研究方法和數(shù)據(jù)
1.1 文獻分析法
本文首先采用文獻分析法識別出沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險。為了全面收集沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險相關(guān)文獻，檢索了中國知網(wǎng)、萬方、GoogleScholar、WebofScience等多個權(quán)威數(shù)據(jù)庫，并以滾雪球法追溯核心文獻的引用，持續(xù)擴充沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險文獻庫。
1.2 層次分析法
本文接著采用層次分析法（AHP）對引起黃茅?？绾Ｍǖ罋夂蜃兓L險的氣候災(zāi)害風險進行量化評估，先確立各氣候災(zāi)害的權(quán)重，明確各氣候災(zāi)害的相對重要性，再針對較高權(quán)重災(zāi)害做進一步分析。具體步驟如下。
1.2. 1 構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型
本文構(gòu)建了簡化的層次結(jié)構(gòu)模型，僅包括目標層和指標層兩個層次。目標層為“黃茅海跨海通道氣候變化風險”。結(jié)合黃茅?？绾Ｍǖ浪巺^(qū)域氣候特征，指標層選取了臺風、極端降雨、極端高溫、海平面上升和風暴潮5項。
1.2.2 構(gòu)建判斷矩陣
專家問卷采用1～9標度法，對5項氣候災(zāi)害進行兩兩比較，判斷其相對重要性?；趯＜覇柧碚{(diào)查結(jié)果，采用幾何平均法綜合專家意見，構(gòu)建判斷矩陣。公式如下
式中， ai 是 i 個專家對同一比較項的評分； n 是專家人數(shù)， i=1 ，2，…， n 。
1. 2.3 權(quán)重計算
采用特征值法計算判斷矩陣的權(quán)重。首先計算判斷矩陣的最大特征值 λmax 和對應(yīng)的特征向量，然后對特征向量進行歸一化處理，得到權(quán)重。步驟如下：
（1）對每一列進行歸一化，公式如下
（2）計算每一行的平均值作為權(quán)重，公式如下
1.2.4一致性檢驗
（1）計算最大特征值，公式如下
（2）計算一致性指標，公式如下
（3）查表得隨機一致性指標RI，見表1。
表1隨機一致性指標
（4）計算一致性比率，公式如下
由于 CRlt;0.1 ，表示判斷矩陣具有滿意的一致性，權(quán)重計算結(jié)果可以接受。
1.3 數(shù)據(jù)收集與處理
在選擇檢索關(guān)鍵詞的過程中，先確定關(guān)鍵的檢索詞匯，如“沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施（coastaltransportationinfrastructure）”“氣候變化風險（cli-matechange risk）”“氣候變化影響（climatechangeimpact）”等。為了獲取更細化的文獻，對關(guān)鍵詞進行細分，如將“沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施”進一步細分為“沿海港口（coastal port）”“跨海大橋（coastalbridge）”“沿海公路（coastal road）”“沿海鐵路（coastal railway）”和“沿海機場（coastalairport）”等特定的小類別，將其與其他核心關(guān)鍵詞進行綜合檢索。收集完相關(guān)文獻后，對文獻內(nèi)容進行歸納總結(jié)，提煉研究的共同點和差異點，梳理出沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施類型及其對應(yīng)氣候風險。部分重要參考文獻見表2。
表2部分重要參考文獻
（續(xù)）
通過與黃茅?？绾Ｍǖ拦芾碇行牡那捌陧椖亢献?，本文獲取了《黃茅海跨海通道環(huán)境影響評估報告》。整理出該通道的歷史氣候災(zāi)害資料，作為后續(xù)專家打分和氣候變化風險分析的參考依據(jù)。黃茅?？绾Ｍǖ肋B接珠海市和臺山市，兩地均屬亞熱帶海洋性季風氣候，主要災(zāi)害性天氣為臺風和暴雨，個別年份冬季受寒潮低溫影響。其中，珠海市臺風集中于6～10月，年均約4次，造成嚴重影響的臺風約1次，暴雨年均約5次；臺山市臺風多發(fā)生于7～9月，年均3.1次。
為確保評價數(shù)據(jù)科學客觀，本研究邀請5名專家參與，其中氣候變化領(lǐng)域博士1人（5年經(jīng)驗），橋梁工程博士2人（分別20年、15年經(jīng)驗），風險管理博士1人（8年經(jīng)驗），海洋工程博士1人（3年經(jīng)驗）。經(jīng)式（1）計算并四舍五入，得到最終判斷矩陣，見表3。
表3判斷矩陣
通過式（3）和一致性檢驗，得到氣候災(zāi)害因素權(quán)重，見表4。
表4氣候災(zāi)害因素權(quán)重
通過式（5）和式（6）計算一致性比率，得CR=0.0171/1.12=0.0153 。由于 CR=0.0153lt; 0.1，判斷矩陣具有一致性，權(quán)重計算結(jié)果可以接受。
2 案例選擇
本文以黃茅海跨海通道為典型案例，識別并分析其氣候變化風險。黃茅?？绾Ｍǖ朗歉壑榘拇髽蛭餮泳€，東起珠海市欄港，向西跨越黃茅海水域，終至臺山市，全長 31.26km ，其中跨海段總長 14.5km 。黃茅海地區(qū)的氣候情況比較復(fù)雜，地處亞熱帶季風區(qū)，夏天溫度高且多雨，臺風、暴雨頻發(fā)。疊加海平面上升等長期趨勢，該通道在建設(shè)與運營階段面臨突出的氣候挑戰(zhàn)，具有高度代表性。
3 結(jié)果分析與討論
3.1 沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施特征分析
沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施按功能分為公路、鐵路、港口和機場四大類。每一類都有獨特的組成，不同組成部件在面對氣候變化風險時都有著不同脆弱性。通過系統(tǒng)梳理這些組成部件，旨在幫助更好地識別氣候變化對不同組成部件的影響，為后續(xù)的風險評估提供基礎(chǔ)。沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施組成見表5。
表5沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施組成
（1）公路。在沿海地區(qū)，公路受特殊地質(zhì)和氣候影響，路基需要具備良好的穩(wěn)定性和抗沖刷能力。常見的路面包括瀝青路面和水泥混凝土路面，但高溫環(huán)境易使瀝青軟化、沉陷和車轍。橋梁是公路跨越河流和海灣的關(guān)鍵設(shè)施，其在設(shè)計和建設(shè)過程中必須充分考慮到沿海地區(qū)可能面臨的強風和海水侵蝕等多方面因素。隧道的主要功能是穿越山脈或水下，特別是在沿海地區(qū)，隧道的防水、防漏和通風都是需要特別關(guān)注的問題。
（2）鐵路。鐵路的軌道是列車行駛的核心，包括鋼軌、軌枕和道床等部分。為了滿足列車高速行駛的要求，鋼軌必須具備很好的強度和出色的耐磨特性，軌枕的主要功能是給鋼軌提供支撐，將列車的荷載傳給道床，而道床則負責分散荷載、排放水分并確保軌道的穩(wěn)定性。在沿海地區(qū)，面對軟土地基和海水侵蝕等挑戰(zhàn)，通常會選擇加固地基和安裝排水系統(tǒng)來降低風險，確保道路基礎(chǔ)的穩(wěn)固性。沿海鐵路橋梁面臨著和沿海公路橋梁相似的海洋環(huán)境問題，而鐵路隧道則更需要滿足鐵路運營的特定需求，如凈空尺寸、通風條件等。
（3）港口。港口包括碼頭、防波堤和航道，港口的碼頭主要負責貨物的裝卸及旅客的上下船。根據(jù)功能，碼頭可分為集裝箱碼頭、散貨碼頭和客運碼頭等幾種。碼頭的結(jié)構(gòu)也有多種，如重力式、板樁式和高樁式等，選擇時需要考慮當?shù)氐牡刭|(zhì)和水文情況。防波堤的設(shè)計是為了抵御風浪對港口水域的沖擊，確保碼頭及港內(nèi)船只的安全，構(gòu)造方式有斜坡式和直立式等多種。航道作為船只進入和離開港口的主要通道，必須擁有充分的水深、寬度及彎曲半徑，以適應(yīng)各種不同類型船舶的通行需求。
（4）機場。沿海機場的結(jié)構(gòu)組成包括停機坪、跑道、航站綜合體等。在建設(shè)跑道時，必須考慮到地基的沉降、海風的侵蝕等多種因素，并經(jīng)常使用特定的地基處理方法和路面材料?；械赖闹饕δ苁沁B接跑道、停機坪和航站樓等關(guān)鍵設(shè)施，確保飛機在機場內(nèi)能夠安全滑行。飛機停機坪是一個用于停放、加油和檢修飛機的特定區(qū)域，其設(shè)計和布局必須滿足機場的日常運營要求。航站樓作為機場的中心設(shè)施，負責旅客的等待、登機和行李托運等任務(wù)，其設(shè)計必須充分考慮到旅客流量、流程的便利性及與其他設(shè)施的連接。
3.2 沿海地區(qū)氣候變化特征分析
厘清氣候因子、氣候變化趨勢及潛在氣候災(zāi)害等氣候變化特征，是識別沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險的基礎(chǔ)。氣候變化主要是溫度、降雨、風、海平面等氣候因子的變化。氣候變化趨勢通常是基于氣候模型，在不同碳排放情景下，模擬未來的溫度、降雨、風、海平面。常見的氣候模型有全球氣候模型（GCM）和區(qū)域氣候模型（RCM）兩種。它們通常具有較低空間分辨率。為了提高空間分辨率，相關(guān)研究往往使用統(tǒng)計降尺度方法，即利用大尺度大氣變量與本地或區(qū)域氣候變量的關(guān)系，按比例獲取小尺度氣候數(shù)據(jù)。
氣候因子、變化趨勢及氣候災(zāi)害特征見表6。根據(jù)IPCC第六次評估報告，對于海平面，其將面臨海平面上升的變化趨勢，將造成平均海平面上升、極端海平面、波能/方向變化等氣候災(zāi)害。據(jù)估計，到2100年，平均海平面相對1986—2005年的平均水平將上升 0.29～1.10m 。極端降雨頻率和強度將呈現(xiàn)出增加趨勢，引發(fā)極端降雨氣候災(zāi)害。全球平均溫度將持續(xù)上升且熱浪發(fā)生頻率和強度上升，導(dǎo)致極端高溫、干旱、季節(jié)溫差大等氣候災(zāi)害。極端風速頻率和強度增加，導(dǎo)致臺風和風暴潮等氣候災(zāi)害。
表6氣候因子、變化趨勢及氣候災(zāi)害
注：變化趨勢具體數(shù)值可參照IPCC第六次評估報告的預(yù)測，且實際區(qū)域變化存在空間異質(zhì)性。
3.3沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險識別
通過對文獻進行分析，識別出沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險，見表7。各風險因素具體分析如下：
（1）海平面上升。隨著海平面上升，沿海的公路、鐵路、港口、機場將面臨淹沒的風險，同時港口碼頭也會受到潮水的侵襲，這對設(shè)施的正常運行和結(jié)構(gòu)安全性都將產(chǎn)生不利影響。據(jù)《2023年中國海平面公報》，2023年中國沿海海平面較歷史平均水平（1993—2011年平均值）高 72ml ，預(yù)計未來30年，中國沿海海平面將上升 70～176ml 。海平面上升會引發(fā)海岸侵蝕、海水入侵和土壤鹽漬化等，通過鹽水入侵與周期性淹沒，直接侵蝕低海拔交通設(shè)施的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。由于海平面上升，在新的海岸動力條件與泥沙淤積環(huán)境下，海岸將發(fā)生新的物質(zhì)平衡調(diào)整，加大海岸侵蝕[17]
（2）極端降雨。部分沿海地區(qū)的降水總量出現(xiàn)了波動，同時降水的強度和頻率也發(fā)生了變化。隨著暴雨天數(shù)的增加和降雨強度的提升，沿海公路、鐵路和機場的排水系統(tǒng)承受很大的壓力，路基、橋梁面臨被沖毀的風險，隧道存在被淹的風險。極端降雨引發(fā)的山體滑坡和泥石流也會導(dǎo)致公路和鐵路受損。例如，強降雨是“5·1”梅大高速路面塌方災(zāi)害的重要原因之一。極端降雨可能引發(fā)港口航道淤積、導(dǎo)航設(shè)備失效，以及設(shè)施受損等風險；也可能導(dǎo)致機場跑道、滑行道被淹，使得機場中斷正常運營。例如，2021年7月20日，鄭州新鄭國際機場遭遇千年一遇大暴雨，跑道積水，多架航班備降，7000余名旅客滯留。
（3）極端高溫。氣候變化導(dǎo)致的極端高溫不僅會影響交通設(shè)施材料的性能，還可能導(dǎo)致設(shè)備的損壞，影響交通設(shè)施的正常運行。具體而言，極端高溫可能導(dǎo)致公路瀝青路面車轍、橋梁熱損壞、設(shè)施壽命減少，引發(fā)鐵路軌道彎曲、設(shè)施故障、信號問題，以及港口導(dǎo)航設(shè)備受損、路面劣化彎曲、起重機無法操作等問題，對機場設(shè)備、跑道等造成影響。
（4）臺風。在沿海地帶，由于海洋和陸地的熱力差異，風能資源相當豐富。在氣候變化的背景下，極端風速事件呈現(xiàn)上升態(tài)勢。強風給沿海橋梁、港口的設(shè)備，以及機場的建筑帶來了巨大風險。例如，在沿海地區(qū)，臺風是一種常見的強風天氣現(xiàn)象，它產(chǎn)生的強風和巨浪對港口碼頭和防波堤等關(guān)鍵設(shè)施造成了巨大的破壞。
表7沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險
注：表中所列氣候變化風險僅為部分風險。
（5）風暴潮。臺風引發(fā)的風暴潮與極端降雨往往形成疊加沖擊。例如，2018年9月，臺風“飛燕”導(dǎo)致日本關(guān)西國際機場跑道和部分航站樓被淹沒，日本關(guān)西國際機場完全癱瘓；2018年“山竹”臺風風速達到 205km/h ，重創(chuàng)了中國香港和廣東沿海地區(qū)的多個港口設(shè)施，防波堤和航道設(shè)備遭受巨浪沖毀，港口的裝卸設(shè)施也遭遇了重大的結(jié)構(gòu)損傷。
3.4黃茅?？绾Ｍǖ罋夂蜃兓L險分析
從黃茅?？绾Ｍǖ罋夂驗?zāi)害權(quán)重計算結(jié)果可以看出，在5個氣候災(zāi)害中，臺風的權(quán)重最高（0.4126），隨后是風暴潮（0.2750）和極端降雨（0.1531），海平面上升（0.0988）和極端高溫（0.0605）的權(quán)重相對較低。
臺風屬于權(quán)重最高的氣候災(zāi)害，其對黃茅海跨海通道的影響主要表現(xiàn)在以下三個方面：一是臺風帶來的強風可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)振動顯著加劇，影響結(jié)構(gòu)及通行的安全；二是臺風一般伴隨暴雨和風暴潮，進一步增加了風險；三是臺風可能造成海上航行條件惡化，增加了船舶與橋墩碰撞的風險。
風暴潮作為第二重要的氣候災(zāi)害，其影響主要表現(xiàn)為：風暴潮可能引起海水位異常升高，增加對橋墩的沖擊力；風暴潮與波浪共同作用，可能導(dǎo)致橋墩基礎(chǔ)被沖刷；極端情況下，風暴潮甚至會影響通航凈空高度。隨著全球海平面上升，黃茅海海域的海平面也呈上升趨勢，加大了被海水淹沒的風險，加劇了海水對橋梁下部結(jié)構(gòu)侵蝕的風險，可能使基礎(chǔ)的承載能力下降，影響通道的整體穩(wěn)定性。
極端降雨主要對黃茅海跨海通道的排水系統(tǒng)和行車安全影響較明顯，可能會造成排水系統(tǒng)負荷加重、路面積水和能見度降低，影響通行安全。
盡管海平面上升過程較長，但對通道的長期安全也有一定影響，主要表現(xiàn)為增加橋墩基礎(chǔ)的水壓力，可能導(dǎo)致橋墩基礎(chǔ)周圍土壤性質(zhì)變化。
極端高溫主要對材料性能和結(jié)構(gòu)變形造成影響，可能出現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)熱脹冷縮、混凝土開裂和瀝青路面軟化的現(xiàn)象。
4結(jié)語
本文分析了沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施的組成特征，從氣候因子、變化趨勢和氣候災(zāi)害三個維度分析了沿海地區(qū)氣候變化特征，識別了公路、鐵路、港口、機場沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險，并以黃茅?？绾Ｍǖ罏榘咐M行了實證分析。
研究發(fā)現(xiàn)，沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施可分為公路、鐵路、港口和機場四大類，每一類基礎(chǔ)設(shè)施均具有獨特的組成部件，不同組成部件在面對氣候變化的脆弱性時存在差異。氣候變化具有“氣候因子一變化趨勢一氣候災(zāi)害”的表現(xiàn)特征，從而對沿海重大交通基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生影響。公路、鐵路、港口、機場均面臨海平面上升帶來的淹沒風險，以及臺風和暴雨等極端天氣事件引發(fā)的設(shè)施損毀和被淹等風險。氣候變化導(dǎo)致臺風的發(fā)生頻率和強度增加，將對黃茅海跨海通道的運營帶來嚴重影響。
本研究具有以下兩方面局限性：一方面，本研究僅識別了沿海重大基礎(chǔ)設(shè)施氣候變化風險，未對氣候變化風險進行定量評估，未來可以利用影響鏈分析法開展氣候變化風險評估研究；另一方面，本研究僅考慮了單一氣候災(zāi)害導(dǎo)致的氣候變化風險，未考慮氣候災(zāi)害間的相互作用，如臺風一般伴隨著極端降雨和風暴潮，三者共同作用可能產(chǎn)生疊加效應(yīng)，顯著增加風險，未來可以考慮復(fù)合災(zāi)害導(dǎo)致的氣候變化風險。
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收稿日期：2025-06-10
作者簡介：
陳進道（ 1991-） ，男，博士，講師，研究方向：重大工程管理、基礎(chǔ)設(shè)施韌性。
陳明坤（2003—），男，研究方向：重大工程管理、基礎(chǔ)設(shè)施韌性。
韋瀟旖（通信作者）（1989—），女，博士，講師，研究方向：重大工程管理、基礎(chǔ)設(shè)施韌性。
