地球工程对中国未来降雨时空分异格局的潜在影响(2010-2099)

《巴黎协定》确定的1.5℃和2℃温控目标下,全球减排压力剧增,因此地球工程温控手段被多次讨论。针对地球工程中讨论最多的太阳辐射管理,基于BNU-ESM模式的地球工程(G4实验)和非地球工程(RCP4.5)两种情景,以2010-2099年中国日值降雨量数据对两种情景下的中国降雨量时空分布及其差异进行统计分析。结果表明:(1)在时间序列上,地球工程有利于中国整体降雨量的增加。2010-2099年和2020-2069年两种情景下的中国降雨量呈增加趋势,且2010-2099年地球工程情景下的降雨量增加趋势大于非地球工程,而2020-2069年两种情景下变化趋势的相差幅度不大。2070-2099年,地球工程实施结束后,地球工程情景下的降雨量呈增加趋势,而非地球工程呈减少趋势;七大地理分区的降雨量变化趋势在地球工程情景下高于非地球工程。(2)在空间格局上,不同研究时段在两种情景下的中国降雨量空间分布相似,仅面积分布有所不同。地球工程实施期间多数地区降雨量减少,地球工程结束后的2070-2099年降雨量明显显著。(3)2010-2099年地球工程情景下的降雨量呈增加趋势的面积多于非地球工程,尤其是2070-2099年地球工程实施结束后中国降雨量增加区域明显增多。降雨量波动特征在地球工程情景下相比非地球工程整体有所减小,地球工程情景下的中国降雨年际变化相对稳定。     

气候工程对中国极端降雨强度的影响(2010-2099)

针对气候工程方法中争论最多的太阳辐射管理(Solar Radiation Management),基于BNU-ESM模式的气候工程(G4实验)和非气候工程(RCP4.5)两种情景,以2010-2099年日值降雨量数据的95%和99%分位数值作为强降雨和极端降雨事件的阈值。对超阈值取样(POT)的数据采用韦伯分布(Weibull)进行拟合,诊断10、20、50和100年一遇的强降雨和极端强降雨。结果表明:在两种情景下,强降雨和极端强降雨的强度随年遇型的增加而增强,并表现出东南高-西北低空间分异特征。气候工程整体上有助于中国地区强降雨和极端强降雨的增多,同时具有空间异质性,即表现出抑制部分地区的强降雨和极端强降雨的发生。     

气候变化下中国极端降水的道路暴露度分析

基于国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中5个气候模式的日降水数据,采用广义极值分布对年最大5 d累积降水数据进行拟合,预估了RCP4.5和RCP8.5两种情景下不同重现期极端降水事件的分布及其变化;并结合Meijer等人整合的中国道路里程数据,在0.5°×0.5°栅格尺度上对中国道路系统对极端降水事件暴露度的时空格局进行分析。研究结果表明:(1)中国年最大5 d累积降水呈现明显的上升趋势,且RCP8.5情景下的增速在2040年之后明显高于RCP4.5情景下的增速。(2)2080年之前,各重现期极端降水事件的影响面积在两情景下随时间不断增加,但之后,RCP4.5情景下增加速度趋于缓和甚至开始下降。(3)道路系统对极端降水的高暴露度地区随时间逐步从我国东南沿海地区向西北地区扩张;至2080—2099年,中国极端降水道路系统暴露度在RCP4.5和RCP8.5两种情景下较2020—2039年分别增加了1.31和1.54倍。     

西安市老城区暴雨内涝模拟及其灾害风险评估

城市内涝灾害严重影响城市可持续发展,其灾害风险不仅受内涝积水影响,更与城市地形、人口分布和建成环境紧密相关。通过SWMM模型与GIS工具对西安市老城区10、20、50、100 a这4个重现期下2 h降雨进行暴雨内涝模拟,同时从危险性、暴露性和脆弱性出发构建内涝灾害风险评价体系,叠加运用传统数据与新兴多源数据计算内涝灾害指数。研究表明：西安市老城区在4个重现期下都出现较为严重的积水,排水管网系统尚不足以抵御10 a一遇的暴雨。积水严重区域主要集中在道路交叉口和城墙下穿区域、大面积城市广场和停车场、地势低洼处三类区域,主要原因是这些区域管线交汇且地势低洼,或存在大面积铺装且缺乏快速排水系统,或场地低洼且管网设计标准较低。西安市老城区内涝中、高风险区域主要集中在积水严重的道路交叉口、城墙下穿区域、城市广场和地势低洼处,主要原因是这些区域本身易积水,再加上周边的城市道路、人流车流、敏感设施相对密集,暴雨内涝影响严重。研究结果有助于深入认知城市内涝灾害风险,也有助于政府和相关人员准确绘制内涝风险地图。     

基于NEX-GDDP降尺度数据的山东省夏玉米生育期极端高温时空特征研究

极端高温灾害严重,在未来很有可能会加剧。研究基于NEX-GDDP高时空分辨率降尺度数据及历史观测数据,将35℃作为极端高温阈值,对当前及未来不同情景下夏玉米生育期(6-9月)极端高温时空分布特征进行分析。结果显示:在各个时期、各情景下山东省日最高气温空间上都呈现出东部沿海较低向西部内陆地区逐渐升高的趋势,随时间逐渐增高,在RCP8.5排放情景下增加更显著,且西部地区较东部沿海地区增加幅度大;极端高温日数同样呈现增加的趋势,特别在未来远期RCP8.5排放情景下增加迅速,超过50%地区达到80d以上。NEX-GDDP数据具有较好的应用效果,未来极端高温灾害频发,夏玉米生产将面临严重威胁。     

降雨条件下拟建川藏铁路典型段潜在滑坡三维稳定性动态识别研究∗

拟建川藏铁路是国家中长期规划网中的重要一线,具有重大的国防和经济意义。铁路横穿青藏高原东缘地形急变带,沿线发育崩塌、滑坡等众多山地灾害。以川藏铁路比选线邦达机场至然乌段作为主要研究区段,在对该段已有滑坡灾害进行野外调查和遥感解译的基础上,将降雨入渗斜坡稳定性分析模型(TRIGRS)中的降雨入渗模块和三维斜坡稳定性分析模型(Scoops3D)有机结合起来,对川藏铁路典型段的潜在滑坡进行系统的三维搜索及识别,分析天然状态下潜在滑坡的分布范围和50年一遇极端降雨情景下研究区段斜坡稳定性的动态变化。研究结果表明:(1)在天然状态下,高风险潜在滑坡主要集中分布于拟建怒江大桥附近,低风险潜在滑坡主要分布于冷曲河两岸陡峻斜坡和拟建怒江大桥附近;(2)在50年一遇极端降雨情景下,潜在滑坡区的分布范围较天然状态下均显著增大,高风险和低风险潜在滑坡在拟建怒江大桥附近和沿冷曲河两岸陡峻斜坡均有密集分布;(3)极端降雨情景下模型计算的潜在滑坡分布结果与历史滑坡灾害的分布特征基本是一致的。     

中国极端高温未来情景下的公路暴露度分析

采用国际耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)中20个气候模式的试验数据,以及OpenStreetMap的中国公路数据,采用极值分布对年最高气温进行拟合,预估2030年和2050年RCP4.5和RCP8.5两种情景下不同重现期的极端高温分布及其变化,分析极端高温下中国公路网暴露度的时空格局,并对不同阈值下的暴露度敏感性进行分析。研究表明:①中国极端高温呈明显上升趋势,2050年与2030年的中国极端高温空间分布差异将大于2030年与2015年的差异,且RCP8.5与RCP4.5情景的差异随着时间的增长不断扩大;②相比于基准时间(2015年),中国公路对极端高温的暴露度无论在何种情景都将增长,且增速随着时间增大;③不同高温影响阈值下的公路暴露度具有显著空间分布差异;④公路暴露热点区域范围将由华北向南逐渐扩张,由数个小区域逐渐融合为一个大区域,公路暴露度东部区域较西部区域严重,京津冀地区暴露度尤其高。     

气候暖化对中国洪旱极端事件演变趋势影响研究

针对气候暖化加剧区域水循环、增加洪旱灾害风险这一科学问题,利用1960-2005年全国588个气象台站资料,对基于标准化降雨蒸散指数的气象洪旱时空演变特征作了深入分析,并通过Copula函数与气温构建了二维联合分布函数,揭示了气温上升对中国气象洪旱极端事件发生的可能影响。研究发现,在不同的气温上升情景下,不同重现期的极端气象洪旱事件有着不同的响应。希望该研究对气候暖化背景下的中国防洪抗旱减灾及流域水资源管理能作出积极贡献。     

全球暴雨洪水灾害风险评估与制图

全球洪水灾害风险评估是洪水综合风险管理的基础,对在宏观上把握洪水灾害风险的空间格局,识别全球洪水灾害的高风险区,为国际社会采取措施减轻洪水损失有重要意义。然而受数据和模型的限制,全球尺度的洪水风险评估工作十分有限。基于灾害系统理论,从洪水可能造成损失的评估以及洪水致灾因子危险性、孕灾环境稳定性、承灾体脆弱性综合分析的角度出发,利用全球范围内的降水、径流量、数字高程、土地利用、人口、GDP等数据,评估了国家、网格、流域3个单元上全球洪水灾害经济和人口风险。最后利用历史洪水损失及前人研究结果,对本研究评估结果进行了比较验证,其一致性较好,准确地反映了全球洪水灾害风险的空间分布。评估结果表明,受自然因素及人口经济分布的影响,亚洲地区(尤其是东亚、南亚及东南亚地区),美国中南部和欧洲西部洪水灾害风险最高。此外,由于社会经济发展和政府管理水平的落后,非洲地区洪水灾害人口风险也十分严峻。     

基于GIS多准则评价与BP神经网络的暴雨洪涝灾害风险辨识--以闽三角地区为例

灾害风险辨识是灾害有效防控的重要环节之一,辨识体系与风险水平之间的非线性复杂关系使研究方法向精细化、智能化转型。闽三角地区是我国重要的沿海经济开放区,独特的“山-海”自然地理格局、起伏破碎的地形、高发的台风暴潮和极端短时降雨特征使其常遭受洪涝灾害侵扰。以闽三角为例,将生态服务价值纳入风险评价体系,构建基于GIS多准则评价与BP神经网络模型的风险辨识方法,旨在完善评价体系的同时,弥补传统评价方法存在的非线性缺陷和主观依赖,并以此为基础,进一步探究该地区风险空间分布规律和空间格局,为灾害风险防控提供思路。结果表明:①基于GIS多准则评价与BP神经网络模型的风险辨识方法能够系统准确的认知暴雨洪涝灾害风险水平与空间分布;②高风险区主要分布在河流沿岸、河口处、湾区,且人口、经济活动较活跃地区,城市化发展快速区与缓慢区相比,更容易遭受洪涝灾害威胁;③洪涝风险以高-高和低-低集聚为主,风险根据空间自相关性特征分为“整体随机”“局部随机-邻域集聚”和“整体集聚”三种类型。最后根据风险特征将闽三角地区高风险分为“厦门集美版块”“泉州湾区版块”“漳州县区版块”,分别提出灾害治理建议。     

基于心理距离的灾害可接受风险研究

公众对灾害风险的可接受程度既受客观灾害事件的影响,又受主观风险认知的影响,因此可接受风险研究必须将主观与客观风险结合起来。公众对灾害风险的主观判断,主要受心理距离的影响。在现有时间距离、空间距离、概率距离研究的基础上,增加了人际距离、信息距离、情绪距离三个维度,共同组成心理距离体系。公众离心理距离原点越远,灾害风险认知越弱。心理距离影响着灾害风险传输到公众的过程,会使公众感知的主观风险增大或减小,其与公众个体属性、灾害风险情景都会影响公众的可接受风险,但是公众个体属性与可接受风险之间的关系并不十分明确。因此,可以通过心理距离和灾害风险情景的分析来评价公众灾害风险接受性,接受性越小,公众越不能接受灾害风险。     

非常规突发极端洪水灾害风险应急金融服务供应链构建与优化

非常规突发极端洪水灾害的频繁发生已经严重影响我国社会经济的可持续发展。该文提出政府主导下的经营性政府、保险市场和公众合作的我国极端洪水灾害风险管理模式,从服务供应链的角度,提出非常规突发极端洪水灾害风险应急金融保险服务供应链的基本结构,建立经营性政府主导下的Stackelberg博弈协调优化模型及其数值仿真,有效地解决非常规突发极端洪水灾害风险应急金融服务供应链的协调与优化问题。     

北京市极端降水事件和应对策略分析

随着北京城市化进程的不断发展,极端降水造成的灾害性损失也越来越严重,有针对性的制定极端降水应急管理对策是降低灾害性损失的有效办法。基于1981-2014年北京地区20个常规气象站逐日降水资料,采用百分位法确定20个站点各自极端降水阈值,定义4个极端降水指数,对北京地区极端降水事件进行分析。结果表明:极端降水阈值的分布和极端降水量、极端降水强度、年最大日降水量的分布十分接近,大值区都分布在北京市城区(海淀、朝阳、丰台)和城区东北部(顺义、怀柔、密云、平谷),这些地区因极端降水强度大,面临的灾害性风险最高,是灾害应急管理重点关注的地区;北京市西部(斋堂、霞云岭)和西北部山区(佛爷顶、汤河口)虽然是极端降水日数的大值区,但由于北京地区特殊的地形和人口分布规律,这些地区并没有因为极端降水出现概率高而导致过大的灾害性损失。结合北京市极端降水灾害应急管理现状,提出从提高预报预警能力、加强城市基础设施建设、提高全民应急避险能力几个方面应对极端降水灾害的策略。     

神农架灾害规律与防治路径选择

神农架森林资源丰富,旅游经济特征突出。本文采取实地调研与数据定量分析相结合的方法,分析神农架1978年至2016年人口、农作物、房屋、直接经济灾害损失的年际趋势,及区域内各乡镇人口、农作物、经济的暴露度和脆弱性。研究发现,该区灾害损失呈现逐步平稳、降低趋势,极端气候导致多灾并发、交替呈现,承载主体暴露度与脆弱性具有一定关联性,但乡镇之间存在灾损差异、不均衡状态。当地政府应加强监测分析预警;结合长期成本效益,降低易灾区域人口暴露度;结合神农架退耕还草、还林工程,在风险隐患较大的区域进一步增加植被覆盖度;发展旅游经济、拓展碳汇存储经济价值,增加灾害应对和恢复能力。     

中国沿海地区海洋灾情评价及空间格局分析

选择海洋灾害受灾最为严重的受灾人口、死亡(含失踪)人口、海水养殖受灾面积、船只损毁数量和直接经济损失等5个因子作为评估指标,利用灾情综合指数法构建了海洋灾情绝对指数和相对指数,从海区和省级沿海区域两个尺度评估了海洋灾情强度和空间分布格局。结果表明：南海区受灾程度最大,海洋灾害影响程度最深。按照绝对指数和相对指数的对应关系,将我国沿海各省级单元受海洋灾害影响程度分为4类,其中广东遭受灾害影响程度最高,海南、浙江和福建次之。     

基于透镜效应的灾害风险感知理论框架研究

风险感知研究一直是灾害研究的热点之一，但是其理论研究在风险社会放大框架被提出之后便乏善可陈，急需引入新的理论全面解读风险感知过程。该文借鉴物理学上的透镜成像规律，提出风险感知透镜效应框架。灾害风险感知就是灾害情景信息经过风险驿站接收、处理和传递，形成风险映像的过程。在风险感知的形成过程中，灾害情景和距离是影响风险映像大小的两大关键因素。灾害情景后果越严重，风险驿站感知的风险越大。在同一灾害情景下，随着灾害情景与风险驿站距离的变化，风险映像分别呈现实像与虚像，且距离焦点越近，风险映像越大。受灾者和旁观者视角的风险感知是有区别的，风险感知结果通过风险映像大小来评价。基于透镜效应的灾害风险感知研究，是多学科交叉融合的产物，也是对风险感知研究的理论贡献。     

基于TRMM降雨数据的四川省地质灾害降雨阈值分析

降雨与地震是引发地质灾害的两个主要原因,尤其在地震区,地震导致了大量的滑坡松散堆积物与不稳定斜坡,在后续降雨条件下极易产生新的地质灾害。另一方面,高精度降雨数据的缺乏一直是由降雨导致的地质灾害预测预报的瓶颈。因此,该文尝试应用业内评价较好,精度较高的TRMM降雨数据来获取地质灾害发生前期降雨量。应用2000-2012年间的3h分辨率的TRMM3B42数据,结合2000-2012年间四川发生的重大滑坡泥石流灾害,提取出每次地质气象灾害发生前30d,15d,3d和当天的降雨数据。在此基础上,结合收集来的历次地质气象灾害的临界降雨过程雨量和历时数据,应用主成分分析法,将五组数据划分为两大主成分,并进行分析;绘制四川省地质气象灾害的降雨强度—历时阈值曲线,并以汶川地震为分界点,比较分析了地震前后的阈值变化情况。结果表明,在四川地区,滑坡泥石流灾害的发生同时受到降雨和汶川地震的影响。以灾害发生前30d,前15d,前3d有效降雨量因子组成的前期降雨这一主成分在滑坡泥石流灾害中贡献率较高,其次是以当天降雨和临界降雨过程组成的短历时降雨;通过对比地震前后的阈值曲线变化发现地震后的阈值更低,表明强地震后坡面稳定性降低,引发地质灾害的降雨条件降低。     

基于遥感数据的区域洪涝风险评估改进模型

灾害风险评估是最简单有效的防灾减灾措施之一。以松花江流域为研究区域,提出了一种基于遥感实时监测数据和历史洪涝灾害数据的洪涝风险评估改进模型。选取中国气象科学数据共享服务网的降雨数据、NASA的SRTM90mDEM地形数据、河网数据以及对2007年全国统计年鉴进行空间化所得的人口和GDP数据作为因子,应用层次分析法计算了各因子的权重,基于洪涝灾害形成机制计算了初始的松花江洪涝风险指数。在此基础上,获取历史洪涝灾情频次数据和HJ-1实时遥感影像提取的水体淹没范围数据,利用地图代数法来对初始的风险指数进行改进。考虑历史洪涝风险的规律性和风险评测时的具体水体范围信息,使得所得结果能够反映松花江流域洪涝灾害的综合风险,具有一定的现势性,为防灾减灾提供了依据。     

中国洪水灾害风险区划及其成因分析

洪水灾害风险区划是洪水风险管理的基本依据.长期以来,受数据收集以及分辨率的影响,中国一直缺乏可以指导相关部门进行洪水风险控制及洪水保险的洪灾风险区划.本文利用地理信息系统软件的空间分析模块,基于高分辨率（90m）的全国降雨、地形坡度、河流湖泊缓冲区、人均GDP、人口密度、道路密度和耕地密度等影响水灾发生的风险因子图,采用水灾成因分析法和经验系数法,得到洪水的潜在危险区和经济易损区,进而得到中国洪水灾害风险区划.在此基础上,采用逐步回归法,逐步剔除各影响因子后,对引发洪灾的主要外在驱动力进行了分析.     

近30年我国自然灾害灾情时间分布特征分析

利用民政部统计核定的1978-2009年全国年度灾情数据,以及国家统计局发布的社会经济统计数据,从灾情指标的绝对量、相对量及其变异系数入手,分析了我国自然灾害的年际、年代际趋势变化和波动变化特征。结果表明:近30年来,我国自然灾害灾情年际和年代际变化趋势明显。总体上,死亡人口下降趋势明显,人口受灾情况、农作物受灾情况和直接经济损失上升趋势明显,但相对直接经济损失下降趋势明显,房屋倒塌比例也有所下降;1990年代,灾害造成的各项损失较之1980年代增大趋势明显。我国自然灾害的影响范围趋于相对稳定,而灾害强度波动性较大,且有增大趋势。灾情的趋势和波动变化特征,反映了全球气候变化下极端事件更加频发,强度有所增加的趋势。灾情指标的大小与年度主要灾害类型以及重灾年份有关。