5月3日，北京師范大學(xué)國家安全與應(yīng)急管理學(xué)院劉凱教授在Nature Communications雜志發(fā)表了題為“Global transportation infrastructure exposure to the change of precipitation in a warmer world”的研究成果，揭示了全球變暖引發(fā)的降水變化對全球交通基礎(chǔ)設(shè)施帶來的威脅，并指出應(yīng)做好前瞻性布局，將氣候變化因素納入交通基礎(chǔ)設(shè)施工程規(guī)劃設(shè)計(jì)中。

【資料圖】

受氣候變化的影響，全球極端降水事件頻率和強(qiáng)度都在增加，給關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的安全運(yùn)行帶來極大的威脅?；A(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)壽命通常為幾十年甚至上百年，這意味著當(dāng)前規(guī)劃和修建的基礎(chǔ)設(shè)施在未來長達(dá)幾十年甚至上百年的時(shí)期里，應(yīng)該保持其設(shè)計(jì)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)水平。然而，基礎(chǔ)設(shè)施的防洪排澇設(shè)計(jì)都是以歷史天氣事件作為依據(jù)，確定設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。在全球變暖的背景下，基礎(chǔ)設(shè)施面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)水平會(huì)發(fā)生什么樣的變化？應(yīng)采取什么樣的適應(yīng)措施來減少相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)？這些是需要進(jìn)一步展開研究的問題。

在該研究中，劉凱教授與團(tuán)隊(duì)利用多模式氣候預(yù)估數(shù)據(jù)，全面分析了全球不同降水重現(xiàn)期的變化。結(jié)果顯示，全球大部分地區(qū)極端降水事件的發(fā)生頻率將顯著增加。以“10年一遇”的降水事件為例，在RCP4.5情景下，全球大陸58.7%（21世紀(jì)中期，約1.8度升溫）和73.8%（21世紀(jì)末期，約2.5度升溫）的降水重現(xiàn)期的降幅將超過25%（即，10年一遇的事件將縮短為不到7.5年一遇）。在RCP8.5情景下，21世紀(jì)中期（約2度升溫）和21世紀(jì)末期（約4度升溫），這兩個(gè)比例將分別增加至71.5%和86.6%。格陵蘭島、北美洲東部和西部、南美洲北部、中非、西伯利亞高原東部、印度中部、中國西南部和東南亞是對全球變暖最敏感的地區(qū)。

圖1.未來不同時(shí)期與不同情景下10年一遇降水重現(xiàn)期變化（以1971-2000年為基準(zhǔn)期）(a) RCP4.5情景下21世紀(jì)中期(b) RCP4.5情景下21世紀(jì)末期(c) RCP8.5情景下21世紀(jì)中期(d) RCP8.5情景下21世紀(jì)末期

在RCP 8.5情景下，到21世紀(jì)中期，全球約有43.6%的交通基礎(chǔ)設(shè)施（本研究中包含鐵路和公路）的設(shè)計(jì)降水量重現(xiàn)期降低超過25%，受到嚴(yán)重威脅的交通基礎(chǔ)設(shè)施總長度達(dá)到10.3百萬公里，占全球總長度的43.6%。從絕對暴露量來看，受到威脅的交通基礎(chǔ)設(shè)施主要集中在北美東部、西歐北部、中歐和東亞。而從相對暴露量來看，美國東部和西部、南美洲東南部、中歐和北歐、中國西南部和東南亞面臨的風(fēng)險(xiǎn)更大。

圖2.不同程度降水重現(xiàn)期變化下的全球公路與鐵路基礎(chǔ)設(shè)施分布比例(a) RCP4.5情景下21世紀(jì)中期(b) RCP4.5情景下21世紀(jì)末期(c) RCP8.5情景下21世紀(jì)中期(d) RCP8.5情景下21世紀(jì)末期

圖3.全球設(shè)計(jì)降水量重現(xiàn)期縮短超過25%的公路與鐵路基礎(chǔ)設(shè)施分布(a) RCP4.5情景下21世紀(jì)中期(b) RCP4.5情景下21世紀(jì)末期(c) RCP8.5情景下21世紀(jì)中期(d) RCP8.5情景下21世紀(jì)末期

為了適應(yīng)氣候變化帶來的影響，使基礎(chǔ)設(shè)施在未來保持其設(shè)計(jì)時(shí)考慮的風(fēng)險(xiǎn)水平，研究提出在基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)中應(yīng)納入“適應(yīng)氣候變化安全系數(shù)”，該系數(shù)表達(dá)了當(dāng)前狀態(tài)與未來情景下相同降水重現(xiàn)期對應(yīng)的降雨強(qiáng)度的比值。研究最終給出了全球不同類型不同等級的交通基礎(chǔ)設(shè)施的“適應(yīng)氣候變化安全系數(shù)”分布圖，以指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)。

圖4.全球“適應(yīng)氣候變化安全系數(shù)”分布(a) RCP4.5情景下21世紀(jì)中期(b) RCP4.5情景下21世紀(jì)末期(c) RCP8.5情景下21世紀(jì)中期(d) RCP8.5情景下21世紀(jì)末期

積極適應(yīng)氣候變化，是城市和基礎(chǔ)設(shè)施可持續(xù)發(fā)展的必然要求。聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（SDGs）將建設(shè)更具有韌性、可持續(xù)和可靠的基礎(chǔ)設(shè)施作為關(guān)鍵目標(biāo)之一。2022年，我國發(fā)布了《國家適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略2035》，指出要逐步完善與氣候變化相適應(yīng)的基礎(chǔ)設(shè)施與重大工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。該研究成果為開展基礎(chǔ)設(shè)施氣候適應(yīng)性規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，有助于落實(shí)SDGs目標(biāo)與我國適應(yīng)氣候變化戰(zhàn)略。

北京師范大學(xué)國家安全與應(yīng)急管理學(xué)院劉凱教授為該論文第一兼通訊作者，荷蘭阿姆斯特丹自由大學(xué)Elco Koks為共同通訊作者。北京師范大學(xué)汪明教授、王倩之博士研究生為共同作者。該研究得到國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41771538）資助。（供稿：北京師范大學(xué)國家安全與應(yīng)急管理學(xué)院劉凱教授課題組）

文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38203-3