北师大刘凯【kǎi】教授在Nature Communications发【fā】文，建议【yì】将气候变化因素纳【nà】入基【jī】础设施规划设计中-天天【tiān】观【guān】焦点

9-20，北京师范大学国家安【ān】全与应急管理学院刘凯教授【shòu】在Nature Communications杂志【zhì】发表了【le】题【tí】为“Global transportation infrastructure exposure to the change of precipitation in a warmer world”的研【yán】究成果【guǒ】，揭示了全球【qiú】变暖引发的降【jiàng】水变化对【duì】全球【qiú】交通基【jī】础设施带来的威胁，并指【zhǐ】出应做好前瞻性布局，将气候变化因【yīn】素【sù】纳入交通【tōng】基础设【shè】施工程规划设计中【zhōng】。

【资料图】

受气候变化【huà】的影响，全球极端【duān】降水事件【jiàn】频率和强度都在增加【jiā】，给关键基础设施的安全运行带来极【jí】大【dà】的威胁。基础设施的设计寿命通常为几十【shí】年甚至上百年，这意味着当前【qián】规划和修建【jiàn】的基础设施【shī】在未来【lái】长达几十年甚至上百年【nián】的时【shí】期【qī】里【lǐ】，应该保持其设计【jì】时【shí】的风险水平。然而，基础设施的防洪排涝设【shè】计都是以历史天气事【shì】件作为依【yī】据，确定设防【fáng】标【biāo】准。在【zài】全【quán】球【qiú】变暖的背【bèi】景【jǐng】下，基础设施面临的【de】安全风险【xiǎn】水平会发【fā】生什么样的变化【huà】？应【yīng】采取什么样的适应措施来减少相【xiàng】关风险？这些是【shì】需【xū】要进【jìn】一步展开【kāi】研究的问【wèn】题【tí】。

在该研究中，刘凯【kǎi】教授【shòu】与团队利用多模式气候预估数【shù】据，全面分析了全球不同【tóng】降水重【chóng】现期的变化。结果显【xiǎn】示，全【quán】球大部分地区【qū】极端【duān】降水【shuǐ】事件【jiàn】的发生频率将显【xiǎn】著【zhe】增加。以“10年一遇”的降水事件为例，在RCP4.5情景下，全球大陆58.7%（21世【shì】纪中【zhōng】期，约1.8度【dù】升温【wēn】）和73.8%（21世【shì】纪末期，约2.5度【dù】升温）的降水【shuǐ】重现期的降幅将超过25%（即【jí】，10年一【yī】遇的事件将缩短为【wéi】不到7.5年一遇）。在RCP8.5情景下，21世纪中期（约【yuē】2度升【shēng】温【wēn】）和21世纪末期（约4度升温【wēn】），这两【liǎng】个比例【lì】将分别【bié】增加至71.5%和86.6%。格陵兰岛、北美【měi】洲东部和西部、南美洲【zhōu】北部、中【zhōng】非【fēi】、西伯利亚高原东部、印度中部【bù】、中国西【xī】南部和东【dōng】南亚是对全球变暖最【zuì】敏感的地区。

图【tú】1.未来不【bú】同时【shí】期【qī】与不同【tóng】情景【jǐng】下10年一遇降水【shuǐ】重现期变【biàn】化（以【yǐ】1971-2000年为基准期）(a) RCP4.5情景下21世【shì】纪中期(b) RCP4.5情景下【xià】21世纪末期(c) RCP8.5情景下21世纪中期(d) RCP8.5情景【jǐng】下21世纪末期

在RCP 8.5情景下，到21世纪中【zhōng】期【qī】，全球约有【yǒu】43.6%的交通【tōng】基础设施（本研究中包含铁路和公【gōng】路）的设【shè】计降水量【liàng】重现期降低超【chāo】过【guò】25%，受到严【yán】重威胁的交通基【jī】础【chǔ】设施总长度达到10.3百万公里，占全球总【zǒng】长度的【de】43.6%。从【cóng】绝对暴露量【liàng】来看，受到威【wēi】胁的交通基础设施主要【yào】集【jí】中在北美东部、西欧北部、中欧【ōu】和东亚【yà】。而从相对暴露量来【lái】看，美国东部和西部、南美洲东南部【bù】、中【zhōng】欧和北欧、中国西南部和东南亚面【miàn】临的风险更【gèng】大。

图2.不同【tóng】程度降水重现期变化下的全球公路与【yǔ】铁路基础【chǔ】设施分布比例(a) RCP4.5情景下21世纪【jì】中期(b) RCP4.5情景【jǐng】下21世纪末【mò】期(c) RCP8.5情景【jǐng】下21世纪【jì】中期(d) RCP8.5情【qíng】景下21世纪末【mò】期

图3.全球【qiú】设计降水量重现期缩短超过25%的公路与【yǔ】铁路基【jī】础设施【shī】分布【bù】(a) RCP4.5情景【jǐng】下【xià】21世纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪末期【qī】(c) RCP8.5情景【jǐng】下21世纪【jì】中【zhōng】期(d) RCP8.5情景下21世纪末期

为【wéi】了适应【yīng】气候变化带来的影响，使基础设施【shī】在未来保持【chí】其设计时考虑的风险水平，研究【jiū】提出在基础【chǔ】设施设计中应纳【nà】入【rù】“适【shì】应气候变化安全【quán】系数”，该系【xì】数表达了当前状态与【yǔ】未来情景下【xià】相同降水重现期对应的降【jiàng】雨强度的比值。研究最终给出了全球【qiú】不同【tóng】类型不【bú】同等【děng】级的【de】交通基础设施的“适应【yīng】气候【hòu】变化安【ān】全系数”分【fèn】布图，以指导工程【chéng】设计。

图4.全球【qiú】“适【shì】应气候变化安全系数”分布(a) RCP4.5情景下21世纪中【zhōng】期(b) RCP4.5情景下21世【shì】纪【jì】末期(c) RCP8.5情【qíng】景下21世纪中期【qī】(d) RCP8.5情景下21世纪【jì】末期

积极适应气【qì】候变化，是城市和【hé】基础设【shè】施可【kě】持续发展的【de】必然要求。联合国可持续发展目标（SDGs）将建设更具有【yǒu】韧性、可持续【xù】和可靠的【de】基础设施作【zuò】为关键【jiàn】目标之【zhī】一【yī】。2022年，我国发布了《国家【jiā】适应气候变化战略2035》，指出要逐步完善与【yǔ】气候变化相适应的基础【chǔ】设施与【yǔ】重大【dà】工程技【jì】术标准【zhǔn】体【tǐ】系。该研究成【chéng】果为【wéi】开展基础【chǔ】设施气候适应【yīng】性【xìng】规划【huá】与设计提供了科【kē】学依据，有助于落实SDGs目标与我国适应气候【hòu】变化战略。

北京【jīng】师【shī】范大学【xué】国家【jiā】安【ān】全与应急【jí】管理学院刘凯教授为该论文第一兼通讯作者，荷兰阿姆斯【sī】特【tè】丹自由大学【xué】Elco Koks为共【gòng】同通讯作者。北【běi】京师范大学汪明教【jiāo】授、王【wáng】倩之博士研究生为共同作者。该研究得到【dào】国【guó】家自然科学基【jī】金面上项目（41771538）资助。（供稿【gǎo】：北京师范【fàn】大【dà】学国家安【ān】全【quán】与应【yīng】急管理【lǐ】学【xué】院刘凯教授课题组）

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