北师大刘凯【kǎi】教授在Nature Communications发【fā】文，建【jiàn】议【yì】将气候变化因素【sù】纳入基础设施【shī】规划设【shè】计中-天天观焦点

9-21，北京师范大【dà】学国家安全与应急管理学院【yuàn】刘凯教授在Nature Communications杂志发表了题【tí】为“Global transportation infrastructure exposure to the change of precipitation in a warmer world”的研究成【chéng】果，揭示了全球变【biàn】暖【nuǎn】引发的降水变化对全球交通基础设施带来的威【wēi】胁【xié】，并指出应【yīng】做【zuò】好前瞻性【xìng】布局，将气候【hòu】变化【huà】因【yīn】素【sù】纳入交通基【jī】础设施工程规划设【shè】计中。

【资料图】

受气【qì】候【hòu】变化的影响，全球极端降水事【shì】件频率【lǜ】和强度都在增加，给关键【jiàn】基础设施的【de】安全运行带来极大的【de】威【wēi】胁。基础设施的设计寿命通常【cháng】为【wéi】几十【shí】年甚至上【shàng】百年，这意【yì】味着当前规划【huá】和修建的基础设施【shī】在【zài】未来长达几十【shí】年甚至上百年【nián】的时期【qī】里，应该【gāi】保持其设计时的风险水平。然而【ér】，基础设【shè】施【shī】的防洪排涝设计都是以历史天气事件作【zuò】为【wéi】依据，确定设防标【biāo】准。在全【quán】球【qiú】变暖的【de】背景下，基础设施【shī】面临的安全【quán】风险【xiǎn】水平【píng】会发生什么【me】样的【de】变【biàn】化？应采【cǎi】取什么样的适应措施来减少相关风险？这【zhè】些是需要进一步【bù】展开研究【jiū】的问题。

在该研究中，刘【liú】凯教授与【yǔ】团队利用多模式气【qì】候预估数据，全面分【fèn】析【xī】了全球不同降水重【chóng】现期的变化。结果显示，全球大部分地区极端降【jiàng】水【shuǐ】事件【jiàn】的发生频率将显【xiǎn】著增加。以“10年一【yī】遇”的降水事件【jiàn】为例，在RCP4.5情【qíng】景下，全球大陆58.7%（21世纪中期，约1.8度升温）和73.8%（21世【shì】纪末期【qī】，约2.5度升温）的降水重【chóng】现期的降幅【fú】将超【chāo】过25%（即，10年一遇的事【shì】件将缩短为不【bú】到7.5年一遇）。在RCP8.5情景下，21世纪【jì】中期（约2度升温）和21世纪末【mò】期（约【yuē】4度升温），这【zhè】两【liǎng】个【gè】比例将分别增【zēng】加【jiā】至71.5%和86.6%。格陵兰岛、北美【měi】洲东部和西部、南美洲北部、中非【fēi】、西伯利亚高【gāo】原东部、印度中部【bù】、中国西南部【bù】和东南亚【yà】是对全球变暖最敏感的地区。

图1.未来不同时【shí】期与不【bú】同【tóng】情【qíng】景下【xià】10年【nián】一遇降水重现期变化【huà】（以1971-2000年为基准期）(a) RCP4.5情景下21世纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪【jì】末期(c) RCP8.5情景【jǐng】下21世纪中期(d) RCP8.5情景下21世纪【jì】末期

在RCP 8.5情景【jǐng】下，到21世纪【jì】中期，全球【qiú】约有43.6%的交【jiāo】通基【jī】础设【shè】施（本研究中包含铁路【lù】和【hé】公路【lù】）的【de】设计降【jiàng】水量重【chóng】现期降【jiàng】低超【chāo】过25%，受到严重威胁的交通基础设施总长度达到10.3百万公里，占全【quán】球总长度的【de】43.6%。从绝对暴露量【liàng】来【lái】看，受到威胁的交通基础【chǔ】设施主要集【jí】中在北美【měi】东部、西欧北部、中欧和东亚。而从相对【duì】暴露量来【lái】看，美国东部和西部、南美【měi】洲东南部【bù】、中欧和北【běi】欧、中【zhōng】国西南【nán】部和【hé】东南亚面临的风险更【gèng】大。

图2.不同程【chéng】度【dù】降水重现期【qī】变【biàn】化下的全球公路与铁路基础设【shè】施【shī】分布比例(a) RCP4.5情景下【xià】21世纪【jì】中期(b) RCP4.5情【qíng】景下21世纪末【mò】期(c) RCP8.5情景下21世【shì】纪中期(d) RCP8.5情景下【xià】21世纪末期

图3.全【quán】球设计降水量重现期【qī】缩短超过【guò】25%的公路与铁路基础设施【shī】分【fèn】布(a) RCP4.5情景下21世【shì】纪中期【qī】(b) RCP4.5情景下21世纪末期【qī】(c) RCP8.5情景下【xià】21世纪中期(d) RCP8.5情【qíng】景【jǐng】下21世纪末期

为了适应【yīng】气候变化【huà】带来【lái】的影【yǐng】响，使基础设【shè】施在未【wèi】来保持其【qí】设计【jì】时考虑【lǜ】的风【fēng】险水平，研究提出在基础设施设计【jì】中应纳入“适应【yīng】气候变化安【ān】全系数”，该系数表达了当前状态与未来情景下相同降水重【chóng】现期对【duì】应的降【jiàng】雨强度【dù】的比值。研究最终给出了全球不同类型【xíng】不同等级的交通【tōng】基础设施【shī】的【de】“适应气候变化安【ān】全系数”分【fèn】布图，以【yǐ】指导工程设计【jì】。

图4.全球“适应气【qì】候变【biàn】化安全系数”分布(a) RCP4.5情景下21世纪中期(b) RCP4.5情【qíng】景下21世纪末期(c) RCP8.5情景下【xià】21世【shì】纪【jì】中期(d) RCP8.5情景下21世纪末【mò】期【qī】

积极适【shì】应气候【hòu】变【biàn】化，是城市和基础设【shè】施可持续发【fā】展的必然要求。联合国可持续发展目【mù】标（SDGs）将建设更具有韧性、可持续和可靠的基【jī】础设施作【zuò】为【wéi】关键目【mù】标【biāo】之一。2022年，我国发布了《国家【jiā】适应气【qì】候变化战略【luè】2035》，指【zhǐ】出要【yào】逐步完善与气候变化相适应的基【jī】础设施与【yǔ】重【chóng】大【dà】工程【chéng】技术标【biāo】准体系。该研究成果为开展基础设施气候适应性规【guī】划与【yǔ】设计提供了科学依据【jù】，有助于落实【shí】SDGs目【mù】标与我国适应气候【hòu】变化战略。

北京师范大【dà】学国家安全与应急管理学【xué】院刘凯【kǎi】教授为该论文第一兼【jiān】通讯【xùn】作者【zhě】，荷兰阿【ā】姆斯特丹【dān】自由大学Elco Koks为【wéi】共【gòng】同通讯作者【zhě】。北京师范【fàn】大学汪明教授、王倩之博士研【yán】究生为共同作者。该研究得到【dào】国家自然科【kē】学基金面上项目【mù】（41771538）资助【zhù】。（供稿：北京师范大【dà】学【xué】国家安全与应【yīng】急【jí】管【guǎn】理【lǐ】学院刘凯教授课题组）

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