气候变化下极端降水对中国洪涝风险的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 黄鹤飞 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 葛全胜 ; 崔惠娟 |
| 关键词 | 气候变化 极端降水 非稳定性 大坝安全 城市暴雨 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 全球变暖已经对全球降水产生了深刻影响，导致了强度更高、更频繁的极端降水事件，进而增加了人类社会面临的洪涝灾害风险。观测数据显示近几十年来全球极端降水的频率和强度均呈显著增加趋势，这一现象改变了人们以往对水文现象的认知，水文学中的稳定性假设受到挑战。中国有大量依赖于稳定性假设建成的水利设施，极端降水的非稳定变化对这些水利设施未来是否能够正常运行构成威胁，极端降水的增加直接造成了更高的洪水风险。同时，日益增强的极端降水也在干扰着中国近几十年来快速的城市化进程，目前关于未来极端降水非稳定变化可能给城市带来的内涝风险的相关研究仍较为缺乏。因此，有必要深入分析未来极端降水可能的变化模态及其区域分布差异，评估未来极端降水变化对中国洪涝风险的影响，包括评估极端降水变化对中国水利设施的可靠性和评估未来中国城市极端降水变化风险。本文的研究思路是首先预估未来极端降水的时空变异性，然后分析其对中国大坝、城市极端降水风险可能造成的影响。本文利用观测降水和模拟的未来降水数据分析了全球未来极端降水在不同气候情景下的强度和频率变化，然后根据极端降水分布特征，通过聚类分析法揭示了中国极端降水特征的空间差异；采用非稳定广义帕累托分布描述了极端降水非稳定变化规律，通过对比中国大坝在稳定性假设和非稳定性假设下的设计暴雨强度差异量化了极端降水变化对中国洪水灾害的潜在影响；构建中国大型城市极端降水变化风险评估体系，基于中国城市脆弱性评估框架，结合未来极端降水变化估计气候变化下城市内涝风险。主要结论如下： 1. 未来全球约46%区域可能出现极端降水显著增加，主要由频率变化主导。高排放情景下（RCP8.5）极端降水增幅显著高于低排放情景（RCP2.6）。全球大部分地区极端降水在RCP2.6情景下增幅较小，RCP8.5情景下出现中或高极端降水变化水平的区域面积是RCP2.6情景下的3倍，这意味着全球变暖导致的极端降水变化非常显著。此外，两种情景下出现极端降水显著增加的地区也有所差异，RCP2.6情景下更多出现在干旱地区，而RCP8.5情景下湿润地区也出现很强的极端降水增加。中国大部分区域都将遭受较为严重的极端降水增加，包括中西部，南部，东北等地区。 2. 基于一日极端降水（五日极端降水）序列的统计分布特征，中国可能存在30（33）个统计分布特征不同的极端降水区域。本文对比了传统气候分区和本文中采用聚类分析得到的极端降水特征空间划分结果对中国极端降水特征的划分效果，结果显示后者能更好的表征中国极端降水的区域特征，相较于传统气候区划图区分极端降水特征的能力提升了约120%，主要反应在中国东北、西南、东南部。同时本文还注意到长历时极端降水特征的区域聚集性要优于短历时极端降水。 3. 采用非稳定广义帕累托分布拟合中国观测极端降水数据的方法预测的未来中国极端降水变化结果显示，未来中国约有15-20%面积将出现极端降水显著增加，中国东南部和南部地区增加最为明显，且随着时间的推移，极端降水非稳定变化速率也在增加，在大多数地区，2060-2100年间的极端降水变化程度约为2020-2060年间的1.2倍。中国约15%大中型大坝（库容1-100亿立方米）可能会受到显著影响，而超大型大坝（库容超过100亿立方米）受影响则不显著。不同降水历时的极端降水的非稳定变化差异很大，空间分布也略有差异，短历时极端降水变化对大坝的影响更显著。采用CMIP6模拟降水数据分析得到的未来极端降水变化对中国超大型大坝影响程度结果显示，在高排放情景下（SSP585），到本世纪末珠江和新安江流域的超大型大坝可能受到显著影响。 4. 基于非稳定假设下广义帕累托分布对观测城市极端降水序列的拟合，预测到本世纪末，上海、合肥、北京、长沙、苏州-无锡-常州、郑州、大连和石家庄8座城市可能遭受极端降水变化的高风险，其中上海、合肥、北京、长沙的高风险出现的更早（2060年）。在本文选取的23座主要城市中，除了杭州、成都和沈阳的极端降水强度增幅较小外，其他城市都将遭受较强甚至极强的极端降水增加。在本文的脆弱性评估框架内，除郑州外所有城市脆弱性都随时间逐渐降低，但到本世纪末，仍将有北京、杭州、郑州、长沙4座城市保持着较高的脆弱性。高风险城市在三个季节的分布非常接近，多数城市面临的高风险只出现在春夏秋之间的某一个季节，而上海在春夏两季，苏州-无锡-常州在三个季节都将面临高风险。多数城市出现高风险的诱因主要是极端降水的显著增加，但郑州、北京、长沙可能同时面临极端降水显著增加和较高的脆弱性，需要加强针对未来极端降水变化的防灾减灾工作。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 136 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199795]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 黄鹤飞. 气候变化下极端降水对中国洪涝风险的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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