北师大【dà】刘凯【kǎi】教授在Nature Communications发文，建议将【jiāng】气候变化因素纳入基【jī】础设施规划设计中【zhōng】-天天观【guān】焦点

9-21，北京师范大学国家安全【quán】与【yǔ】应急管【guǎn】理学院刘【liú】凯【kǎi】教授在Nature Communications杂志发表了题为“Global transportation infrastructure exposure to the change of precipitation in a warmer world”的研究成果，揭示了全【quán】球变暖引【yǐn】发的降水变化对全球交通基础【chǔ】设【shè】施带来的威【wēi】胁，并指出【chū】应做好前瞻【zhān】性布【bù】局，将气候变化因素纳入交通基础设施工程规划设计【jì】中。

【资料图】

受气候变化的影响，全球极【jí】端降水事【shì】件频率和【hé】强度都在增加，给【gěi】关键基础设【shè】施的安全【quán】运【yùn】行带来极大的【de】威胁。基础设施的设计寿命通常为几十【shí】年【nián】甚至上百【bǎi】年，这意味【wèi】着【zhe】当前规划【huá】和【hé】修【xiū】建【jiàn】的基础设施在未来长达几十年【nián】甚至上百年的时【shí】期里【lǐ】，应该保持其设计时【shí】的风险【xiǎn】水平【píng】。然而，基础设施的防洪【hóng】排涝设计都【dōu】是以【yǐ】历【lì】史天气事件作【zuò】为依据，确【què】定设防标准【zhǔn】。在全【quán】球变暖的【de】背景下，基础设施面临的【de】安全风险水平会发生什么【me】样的变化？应采取什么样的适应措施来减少【shǎo】相关风险？这些【xiē】是【shì】需要进一步展开研究的问【wèn】题。

在【zài】该【gāi】研【yán】究中，刘凯教授与团队利【lì】用多【duō】模式气候预【yù】估数据【jù】，全面【miàn】分析了全球不同【tóng】降水重现期【qī】的【de】变化。结果显示，全球大部分地【dì】区极端降水事件的发【fā】生频率将【jiāng】显【xiǎn】著增加。以“10年一遇”的降水事【shì】件为【wéi】例，在RCP4.5情景下，全球大陆58.7%（21世纪中期，约1.8度升温）和【hé】73.8%（21世纪末期，约2.5度升【shēng】温）的降水重现期【qī】的降幅将超过25%（即，10年一遇的【de】事【shì】件将【jiāng】缩短【duǎn】为不到7.5年一遇【yù】）。在RCP8.5情【qíng】景下，21世纪中【zhōng】期（约2度升温）和21世纪末期（约4度升温），这【zhè】两个比【bǐ】例将分别【bié】增加至71.5%和【hé】86.6%。格陵【líng】兰岛【dǎo】、北美洲东部和西部、南美洲北部、中非、西【xī】伯利亚高【gāo】原东部、印度中【zhōng】部【bù】、中国西南部和东南亚【yà】是【shì】对全【quán】球变【biàn】暖最【zuì】敏感【gǎn】的【de】地区。

图1.未来【lái】不同时期与不同【tóng】情景下【xià】10年【nián】一遇降水【shuǐ】重现期变化（以1971-2000年为【wéi】基准期）(a) RCP4.5情【qíng】景【jǐng】下21世【shì】纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪末期【qī】(c) RCP8.5情【qíng】景下21世纪中期(d) RCP8.5情景下21世纪末期

在RCP 8.5情【qíng】景下，到21世纪【jì】中期，全【quán】球约有【yǒu】43.6%的交通基础设施（本研【yán】究中包含铁【tiě】路和公路）的设计降水量重现期降低超过25%，受到严重威胁的交通基础设施【shī】总长度达【dá】到10.3百万公里，占全球总长度的43.6%。从绝对暴露量【liàng】来看，受到威胁的【de】交通基础【chǔ】设施主【zhǔ】要集中在北美东部【bù】、西【xī】欧【ōu】北部、中欧和【hé】东亚。而【ér】从相对暴露量【liàng】来看，美国东部【bù】和西部【bù】、南美洲【zhōu】东【dōng】南【nán】部、中【zhōng】欧和北【běi】欧【ōu】、中国西南部和东南亚面临的风险更大。

图2.不同【tóng】程【chéng】度降水重现期变【biàn】化下的全球公【gōng】路与铁路【lù】基础设施【shī】分布比例(a) RCP4.5情景下21世纪中期(b) RCP4.5情景下【xià】21世纪【jì】末期(c) RCP8.5情景【jǐng】下21世纪中期(d) RCP8.5情景下【xià】21世纪末期

图3.全球设计降水量重【chóng】现期缩短超过【guò】25%的公路【lù】与铁路【lù】基础【chǔ】设施分布(a) RCP4.5情景下21世【shì】纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪末期(c) RCP8.5情景下21世纪中期【qī】(d) RCP8.5情景下21世纪末【mò】期

为了适应气候变化【huà】带来的影响【xiǎng】，使基础【chǔ】设施在未来保持其设计时考【kǎo】虑的风险【xiǎn】水平，研【yán】究提出在基础设施设计中应纳【nà】入“适应气候【hòu】变化安【ān】全系【xì】数”，该系数表达【dá】了当前状【zhuàng】态与未来情景下相同降水【shuǐ】重【chóng】现期对应的降【jiàng】雨强度的【de】比值【zhí】。研究最终给出了【le】全球不【bú】同【tóng】类型不【bú】同等级的交通【tōng】基础【chǔ】设施的【de】“适应气候变化安全系【xì】数【shù】”分【fèn】布图，以指导工程设计。

图4.全球“适应气候【hòu】变化安全【quán】系数【shù】”分布(a) RCP4.5情景下【xià】21世纪【jì】中期【qī】(b) RCP4.5情景【jǐng】下21世纪末期(c) RCP8.5情景下21世纪中期(d) RCP8.5情【qíng】景下21世【shì】纪末期

积极【jí】适应气【qì】候变化，是城市和基【jī】础设施可持续发展的必【bì】然要求。联【lián】合国可持【chí】续【xù】发展目标【biāo】（SDGs）将建设【shè】更具有韧性、可持续【xù】和【hé】可靠的基础设施作为关键目标之一。2022年，我国发布了《国家适应气候【hòu】变化【huà】战【zhàn】略【luè】2035》，指出要逐步完善【shàn】与气候变化相适应【yīng】的基础设施与【yǔ】重大工程技术【shù】标【biāo】准体【tǐ】系。该研究成果为【wéi】开展基础设施【shī】气候适【shì】应性规划与设计提供了科学依据【jù】，有助于落实SDGs目标与【yǔ】我国【guó】适应气【qì】候变化战【zhàn】略。

北京师范大学【xué】国【guó】家安【ān】全与应急【jí】管【guǎn】理学【xué】院刘凯教授为该【gāi】论文【wén】第【dì】一兼通讯作【zuò】者，荷兰阿姆斯特丹【dān】自由大学Elco Koks为共同通讯作者。北京师范大学汪明教授、王倩之【zhī】博士【shì】研究生为共同作者。该研究【jiū】得到国家自然科【kē】学基金面上项目（41771538）资助【zhù】。（供稿：北【běi】京师【shī】范大学国【guó】家【jiā】安全与应急管理学院【yuàn】刘凯教授课题组）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38203-3