陳正洪

陳正洪,中國(guó)氣象局氣象干部培訓(xùn)學(xué)院副研究員,北京師范大學(xué)博士,大氣科學(xué)博士后,2007—2008年在美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校做訪問(wèn)學(xué)者。主要研究方向包括科技規(guī)劃、氣象史、氣象災(zāi)害、氣象科學(xué)普及與政策。主持國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目10余項(xiàng),發(fā)表國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)論文近70篇,出版著作4部,獲得學(xué)術(shù)榮譽(yù)近10項(xiàng),國(guó)家發(fā)明專利3項(xiàng)。
在全球氣候變化不斷加劇背景下,氣象災(zāi)害已經(jīng)成為制約人類生存環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。氣候變化、人類活動(dòng)和城市化進(jìn)程的加速使得城市氣象災(zāi)害愈加突出。城市人口的迅速聚集和下墊面的快速變化導(dǎo)致城市環(huán)境的脆弱性不斷增加,特大城市的極端氣象事件呈明顯增加態(tài)勢(shì)。
世界上有一半以上的人生活在面積不足國(guó)土10%的城市,城市占有一個(gè)國(guó)家大量的財(cái)富和社會(huì)資源,同時(shí)消耗很多能源和自然資源,城市氣象災(zāi)害會(huì)影響到國(guó)家可持續(xù)發(fā)展和居民生活質(zhì)量(圖1)。
1.氣候變化與城市氣象災(zāi)害
IPCC(聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì))已經(jīng)完成并發(fā)布了五次評(píng)估報(bào)告,目前正在進(jìn)行第六次評(píng)估工作,歷次評(píng)估報(bào)告不斷揭示近百年來(lái)全球持續(xù)增溫,隨之而來(lái)是極端氣候和氣象事件的頻發(fā),人類活動(dòng)引發(fā)增溫的信度愈來(lái)愈高。氣候變化不確定因素不斷積累醞釀的大背景下,人類面臨氣象方面的不確定性因素也越來(lái)越多。城市化的進(jìn)程,正不斷改變下墊面的狀況,對(duì)周圍小氣候產(chǎn)生的反饋越來(lái)越大,城市的災(zāi)害性氣象條件越來(lái)越成熟,城市極端氣象災(zāi)害呈現(xiàn)加速發(fā)展態(tài)勢(shì)。

圖1 海地的戈納伊夫地區(qū)被颶風(fēng)托馬斯淹沒(méi)
從長(zhǎng)期來(lái)看,不斷增加的氣候變化可能超出自然系統(tǒng)、人工管理系統(tǒng)和人類生活系統(tǒng)的適應(yīng)能力,產(chǎn)生新的不確定性,這種不確定性可能會(huì)導(dǎo)致海平面上升、加劇洪澇、干旱及其他氣象災(zāi)害,引起全球范圍內(nèi)的不確定性變化和對(duì)地球系統(tǒng)新的理解。地球內(nèi)部未知物質(zhì)的釋放會(huì)加大氣象要素的不確定性變化,這種不確定性的流轉(zhuǎn)會(huì)使已知?dú)庀鬄?zāi)害變成未知?dú)庀鬄?zāi)害。在氣候變化導(dǎo)致全球環(huán)境不確定性增加背景下,城市氣象災(zāi)害可能導(dǎo)致形成新的災(zāi)害鏈,這表明了城市氣象災(zāi)害的復(fù)雜性,比如可能出現(xiàn)“小災(zāi)大害”和“短災(zāi)長(zhǎng)害”的結(jié)果,城市建筑群的“狹管效應(yīng)”加劇了局地氣象災(zāi)害的發(fā)生等等。
城市地區(qū)的極端氣象事件每年造成大量損失,因此很多國(guó)家高度重視對(duì)城市氣象災(zāi)害的研究與防治,涉及領(lǐng)域包括全球角度的評(píng)估、極端天氣的影響、氣候?yàn)?zāi)害中城市的脆弱性、洪水災(zāi)害的影響、氣象干旱的影響等方面。
2.城市氣象災(zāi)害與脆弱性
20世紀(jì)80年代,國(guó)際災(zāi)害學(xué)界逐步重視人類社會(huì)自身存在的脆弱性和其在災(zāi)害形成中所起的作用。城市氣象災(zāi)害引致城市環(huán)境的脆弱性可能是交叉學(xué)科的新興領(lǐng)域。城市環(huán)境具有特殊性,城市的“非均勻性”和地面復(fù)雜性需要對(duì)氣象災(zāi)害的時(shí)空分布進(jìn)行“定點(diǎn)定量”的研究。國(guó)際災(zāi)害脆弱性研究從定性轉(zhuǎn)為綜合性定量評(píng)估。目前脆弱性定義比較多元,有學(xué)者把脆弱性定義為“一種狀態(tài),這種狀態(tài)決定于一系列能夠?qū)е律鐣?huì)群體對(duì)災(zāi)害影響的敏感性增加的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境因素或過(guò)程”。聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署(UNDP)定義脆弱性為“由自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境等因素導(dǎo)致的人群受害可能性和受害程度”。學(xué)界對(duì)脆弱性的理解和描述越來(lái)越寬泛并趨于全面(圖2)。

圖2 脆弱性概念內(nèi)涵擴(kuò)展變化圖
城市氣象災(zāi)害不僅造成直接經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)帶來(lái)一系列社會(huì)、環(huán)境問(wèn)題,不利于和諧社會(huì)的建設(shè),嚴(yán)重時(shí)會(huì)危及國(guó)家安全。如果城市氣象災(zāi)害引致城市環(huán)境的脆弱性處理不當(dāng),就會(huì)放大社會(huì)中已存在的不確定因素,導(dǎo)致更大災(zāi)難。特別在人口密集的大城市,氣象及其次生災(zāi)害的“多米諾骨牌效應(yīng)”,已經(jīng)成為嚴(yán)重制約城市健康和持續(xù)發(fā)展的重要因素。
城市尤其是特大城市的環(huán)境脆弱性和全球環(huán)境脆弱性存在某些復(fù)雜的反饋與響應(yīng),說(shuō)明氣象災(zāi)害和城市環(huán)境變化以及脆弱性存在耦合關(guān)系。IPCC評(píng)估報(bào)告中指出氣候變化、城市氣象災(zāi)害、脆弱性等現(xiàn)象之間存在復(fù)雜的相互關(guān)系(圖3)。多學(xué)科和多方法綜合研究城市氣象災(zāi)害是一個(gè)趨勢(shì)。對(duì)城市氣象災(zāi)害的研究不僅要偏重于從自然事件的角度,更需要從人類本身角度綜合分析,包括對(duì)人類行為和整體環(huán)境致災(zāi)因子的研究,特別是分析人類經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化系統(tǒng)對(duì)城市氣象災(zāi)害的驅(qū)動(dòng)力與抑制機(jī)制,以及響應(yīng)能力。
由于各國(guó)城市發(fā)展有一定共性,特大城市和城市群的不斷涌現(xiàn),使人類往往面臨相同的城市氣象災(zāi)害背景,城市氣象災(zāi)害日益加劇,國(guó)際合作更加緊密。未來(lái)研究需要更清楚地表征和定量識(shí)別脆弱性并進(jìn)行量化分析,在一些信息不完備的特殊條件下,氣象災(zāi)害觸發(fā)的脆弱性比較復(fù)雜,需要通過(guò)最新的科學(xué)技術(shù)理論進(jìn)行研究。近幾年一些大型國(guó)際計(jì)劃包括聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)戰(zhàn)略計(jì)劃(ISDR)、達(dá)沃斯全球風(fēng)險(xiǎn)論壇(GRF)、國(guó)際科聯(lián)的綜合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究計(jì)劃(IRDR)等等,逐漸加大對(duì)城市氣象災(zāi)害的國(guó)際合作研究。
3.中國(guó)城市化與氣象災(zāi)害
中國(guó)是世界上氣象災(zāi)害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一,氣象災(zāi)害損失占所有自然災(zāi)害總損失的70%以上,隨著社會(huì)發(fā)展和中國(guó)城市化進(jìn)程,城市氣象災(zāi)害成為氣象災(zāi)害中最為頻繁而又嚴(yán)重的災(zāi)害之一。我國(guó)城市正經(jīng)歷著世界上規(guī)模最大、最劇烈的人與環(huán)境關(guān)系的演變過(guò)程,2017年年底我國(guó)城市化水平為58.52%,城市人口超過(guò)農(nóng)村人口。
城市化過(guò)程一方面為人們積累了大量財(cái)富,另一方面也從多方面影響著人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。城市對(duì)自然環(huán)境造成巨大的改變,改變了自然地形,使市區(qū)趨向平坦或起伏更大(如摩天大樓);城市建設(shè)破壞了自然河網(wǎng)、湖網(wǎng)、水網(wǎng)系統(tǒng),并造成降水、蒸發(fā)、徑流非自然分配;城市化使氣溫、降水、地溫、風(fēng)、蒸發(fā)、濕度等氣象要素發(fā)生變化,使城市熱島、濕島、干島、渾濁島、雨島等“五島效應(yīng)”明顯。特大城市一方面高度現(xiàn)代化,一方面也同樣面臨各種新型氣象災(zāi)害,北京也不例外。

圖3 城市氣象災(zāi)害與其他因素的相互關(guān)系
盡管中國(guó)與其他國(guó)家城市氣象災(zāi)害存在某些共性,但是由于局地環(huán)境的差異,特別是經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展方式和城市化進(jìn)程的差異,中國(guó)城市氣象災(zāi)害有自己特點(diǎn)和影響。
目前存在如下幾種突出的城市氣象災(zāi)害。
1.城市暴雨災(zāi)害
城市暴雨災(zāi)害是比較常見(jiàn)的一種。由于城市地表基本硬化,所以暴雨容易造成城市低洼地區(qū)積水,排泄不及時(shí)就會(huì)造成內(nèi)澇,進(jìn)而導(dǎo)致城市部分路面交通癱瘓、相關(guān)企業(yè)停產(chǎn)、大量物資浸泡受損,如果浸泡時(shí)間過(guò)久,還可能導(dǎo)致城市道路、輸電線路等基礎(chǔ)設(shè)施毀壞、城市物流及水電中斷等。如2007年7月17日,重慶特大暴雨,打破115年氣象記錄,近萬(wàn)名群眾被洪水圍困,35人死亡,11人失蹤。2012年7月21日,北京持續(xù)降暴雨4小時(shí),平均降水量達(dá)117毫米,城區(qū)多處積水嚴(yán)重,機(jī)場(chǎng)和市內(nèi)交通全面癱瘓,大量汽車浸泡,79人因?yàn)?zāi)死亡。城市暴雨災(zāi)害在中國(guó)各大城市中都有出現(xiàn),其發(fā)生頻率似乎在增加(圖4)。
2.城市低溫冰凍災(zāi)害
隨著全球氣候變化,近年來(lái)城市低溫冰凍災(zāi)害逐漸增多,危害也在加大。比如城市降雪可造成某些區(qū)段交通癱瘓,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致部分電信中斷,積雪壓塌房屋、樹木受損,此外會(huì)導(dǎo)致市民摔倒跌傷事故猛增。低溫冰凍會(huì)造成居民用電量突增,影響電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行安全,同時(shí)連帶著供暖、供熱、供氣等生命線鏈條的緊張。比如2006年1月12日,北京地區(qū)一場(chǎng)不足1毫米小雪,造成道路迅速結(jié)冰,事故報(bào)警達(dá)4030起,全城交通大癱瘓,造成較大經(jīng)濟(jì)損失。
3.城市高溫?zé)崂藶?zāi)害
全球氣候變化導(dǎo)致極端氣象事件頻發(fā),與城市低溫冰凍災(zāi)害對(duì)應(yīng),城市高溫?zé)崂藶?zāi)害出現(xiàn)頻率增加,造成的損失也在擴(kuò)大。持續(xù)高溫天氣下城市居民大量使用制冷設(shè)備,城市供電系統(tǒng)往往長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)行,極易造成城市供電緊張,停電事故增加,同時(shí)引發(fā)火災(zāi)隱患。此外,高溫天氣還會(huì)威脅到城市居民的身體健康和生產(chǎn)生活。對(duì)于駕駛員是一種潛在危害,容易導(dǎo)致疲勞駕駛和爆胎而引發(fā)事故。比如在1988年7月4日到7月22日,南京市區(qū)持續(xù)高溫,中暑病人達(dá)到4500人。2012年7月13日鄭州高溫引發(fā)的大面積停電波及數(shù)十萬(wàn)居民,不少市民被迫全家找賓館避暑。
4.城市霧霾和沙塵災(zāi)害
城市霧霾和沙塵天氣都會(huì)影響能見(jiàn)度,在高度依賴路面交通的現(xiàn)代城市,極易造成連鎖反應(yīng),形成城市氣象災(zāi)害。霧霾天氣能見(jiàn)度差,對(duì)交通出行的影響最大,一旦發(fā)生霧霾和沙塵天氣,將會(huì)導(dǎo)致城市交通擁堵,交通事故頻發(fā),特別是航班延誤,甚至引起人們情緒焦慮和社會(huì)恐慌。濃霧還可能在輸變電設(shè)備表層結(jié)露,致使線路絕緣能力迅速下降,造成“霧閃”和“污閃”而引發(fā)停電、斷電故障,造成大面積的城市功能失效或不穩(wěn)定,導(dǎo)致重大災(zāi)害。2012年6月11日,武漢發(fā)生大范圍霧霾天氣,整個(gè)城市被黃色煙霧籠罩,彌漫著刺鼻的氣味,能見(jiàn)度不足500米,一時(shí)間流言四起,造成了極大的社會(huì)恐慌。
5.城市雷擊災(zāi)害
現(xiàn)代城市由于功能不斷深化,所以其對(duì)各種閾值變化敏感性大大增加,使得雷擊成為城市現(xiàn)代化建設(shè)的一大災(zāi)害。雷電災(zāi)害直接影響著通信、網(wǎng)絡(luò)、供電、航空運(yùn)行安全,隨著城市高層建筑和現(xiàn)代化通信設(shè)備的增多,城市因雷擊造成的災(zāi)害越來(lái)越多。同時(shí)伴隨城市熱島效應(yīng)強(qiáng)度增大,城市對(duì)流性天氣增多,雷暴日數(shù)增多,由于城市運(yùn)行對(duì)信息技術(shù)的依賴性愈來(lái)愈大,強(qiáng)雷電的電磁波感應(yīng)容易造成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等城市基礎(chǔ)通信系統(tǒng)受損,特別容易造成銀行、稅收等系統(tǒng)的同城結(jié)算計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等癱瘓,一旦發(fā)生,會(huì)造成難以想象的經(jīng)濟(jì)損失與社會(huì)負(fù)面反應(yīng)。
6.城市大風(fēng)災(zāi)害
不同于野外,城市高層建筑和突出物不斷增加,一些公共設(shè)施特別是高離地面的扁平物,成為城市大風(fēng)的新災(zāi)源,造成諸如廣告牌下墜、簡(jiǎn)易房倒塌、輸變電路刮斷、溫室大棚頂蓋吹翻、大樹折斷、信號(hào)燈和交通指示牌翻倒等,導(dǎo)致砸死、壓傷行人,有時(shí)會(huì)延伸出現(xiàn)大面積停電斷水,部分交通受阻等等。這類災(zāi)害正在成為城市新的氣象災(zāi)害。如2012年3月23日,北京遭遇強(qiáng)風(fēng),城區(qū)最大陣風(fēng)達(dá)到8級(jí),郊區(qū)部分地區(qū)達(dá)到9~10級(jí),刮倒不少樹木、臨時(shí)建筑和戶外設(shè)施,一天內(nèi)共造成1人死亡、41人受傷。

圖4 武漢城區(qū)遭受強(qiáng)暴雨襲擊
由于我國(guó)城市化速度很快,在城市建設(shè)過(guò)程中,對(duì)于氣象災(zāi)害的估計(jì)不足,使得發(fā)生氣象災(zāi)害時(shí)往往實(shí)際損失情況會(huì)遠(yuǎn)超預(yù)期。城市氣象災(zāi)害的影響是多方面的,概況起來(lái)主要危害影響可以從經(jīng)濟(jì)和社會(huì)角度闡述。
1.經(jīng)濟(jì)影響
由于城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度高、人口密度高,城市氣象災(zāi)害最直接的危害就是經(jīng)濟(jì)損失,分為直接經(jīng)濟(jì)損失和間接經(jīng)濟(jì)損失,其結(jié)果往往都是巨量的經(jīng)濟(jì)損失。支撐城市運(yùn)行的交通、電力、通信、供水、排水、供氣等系統(tǒng),都對(duì)氣象條件具有高度依存性,這些系統(tǒng)都可能受到城市氣象災(zāi)害威脅。城市越發(fā)展,城市氣象災(zāi)害的經(jīng)濟(jì)影響就會(huì)越大。
2.社會(huì)影響
氣象災(zāi)害不僅可能造成重大經(jīng)濟(jì)損失和經(jīng)濟(jì)影響,更可能引起人們的心理恐慌、社會(huì)混亂,某些極端情況甚至造成政治危機(jī),因?yàn)槌鞘腥丝诿芗⑤浾搨鞑パ杆佟?zāi)害謠言也極易傳播,政府行為表現(xiàn)稍有不力,就會(huì)受到社會(huì)輿論批評(píng)。城市運(yùn)行系統(tǒng)具有高度的相關(guān)性,如果一個(gè)系統(tǒng)受到氣象災(zāi)害的影響,就會(huì)馬上擴(kuò)散影響另外一個(gè)相關(guān)的系統(tǒng),使更大范圍、更多系統(tǒng)受到?jīng)_擊,繼而引發(fā)社會(huì)不穩(wěn)定,造成較大社會(huì)影響。比如城市交通因氣象災(zāi)害中斷,那么就可能影響城市的物流供應(yīng)系統(tǒng),物流運(yùn)行受到?jīng)_擊就馬上影響到人們的正常工作和生活秩序,城市運(yùn)行就會(huì)出現(xiàn)混亂,甚至引起囤積居奇,造成不良社會(huì)影響。
中國(guó)正處于城市化加速和社會(huì)轉(zhuǎn)型矛盾多發(fā)期,針對(duì)城市氣象災(zāi)害的原因、現(xiàn)狀、特點(diǎn)及危害,需要進(jìn)行綜合性的防治。包括從人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)角度進(jìn)行城市氣象災(zāi)害綜合防治,對(duì)減少城市氣象災(zāi)害損失意義重大。
1.合理進(jìn)行城市布局、規(guī)劃及工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工
中國(guó)內(nèi)陸大城市較多,多數(shù)存在排澇困難。比如排水不通暢,下水道易被淹沒(méi)。城市排洪標(biāo)準(zhǔn)低,每遇暴雨極易形成內(nèi)澇災(zāi)害,時(shí)常小(陣)雨小災(zāi),大雨大災(zāi)。需要結(jié)合城市發(fā)展的實(shí)際情況,借鑒國(guó)際“城市氣候設(shè)計(jì)”理念,從防災(zāi)減災(zāi)整體出發(fā),進(jìn)行氣象、城建、地質(zhì)、地震等方面的綜合評(píng)估和論證,強(qiáng)化城市的自然災(zāi)害防御問(wèn)題。
貫徹雨水系統(tǒng)的“滲、蓄、排、管”的綜合原則,進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和改造排水管道、泵站等設(shè)施,綜合進(jìn)行源頭滯蓄、地區(qū)調(diào)蓄、排水通道等設(shè)施建設(shè)。對(duì)于城市重要基礎(chǔ)設(shè)施(比如供水廠、供電廠)和公共服務(wù)設(shè)施(比如地鐵、地下商場(chǎng)、地下停車場(chǎng)),通過(guò)工程措施保障其基本防澇能力。按歷史極值測(cè)算,預(yù)估水情、災(zāi)情的可能程度,做到提早采取預(yù)防措施,確保安全。
2.加大城市綠化蓄儲(chǔ)工作
增大城市樹木、花草、水面等公共面積,以起到改善城市局地小氣候功能。在城市周邊要加大林草植被建設(shè),建立完善的防風(fēng)固沙護(hù)林體系,特別是應(yīng)結(jié)合退耕還林草工作,搞好產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,盡可能增加地表植被覆蓋度,消減直接裸露的沙塵源,以減少沙塵暴的發(fā)生頻率、強(qiáng)度和范圍。
最大限度地實(shí)現(xiàn)城市對(duì)洪水的有效利用,形成“海綿城市”。利用合適的排洪、分洪、蓄水等方法,比如在低洼地區(qū)修建儲(chǔ)水池、建筑設(shè)置雨洪調(diào)蓄池,收集屋頂雨水,鋪設(shè)透水路面等。
3.加強(qiáng)城市氣象災(zāi)害應(yīng)急建設(shè)和部門聯(lián)動(dòng)機(jī)制
促進(jìn)城市氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)能力提高,積極探索從氣象預(yù)警向?yàn)?zāi)害預(yù)警的轉(zhuǎn)變,政府部門不斷暢通氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警信息的發(fā)布渠道,切實(shí)制定對(duì)應(yīng)預(yù)案,并負(fù)責(zé)災(zāi)害對(duì)應(yīng)的組織和實(shí)施工作。進(jìn)一步完善重大氣象災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制。
發(fā)揮和強(qiáng)化重大城市氣象災(zāi)害應(yīng)急預(yù)案和專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案作用,構(gòu)建城市氣象災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)社會(huì)聯(lián)動(dòng)機(jī)制。充分利用和整合社會(huì)公共媒體、有關(guān)部門和行業(yè)內(nèi)部信息發(fā)布渠道。完善重大氣象災(zāi)害各部門信息共享機(jī)制,加快并完善城市公共突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)警信息平臺(tái)建設(shè)。
4.進(jìn)一步加強(qiáng)城市氣象災(zāi)害防御科普
城市氣象災(zāi)害防治主體是政府,落實(shí)基礎(chǔ)是個(gè)體。很多城市氣象災(zāi)害的人員傷亡,與缺乏起碼的防災(zāi)減災(zāi)知識(shí)有極大關(guān)系。應(yīng)切實(shí)提高社會(huì)民眾的防災(zāi)救災(zāi)意識(shí)和素質(zhì),以減少不必要的傷害和損失。
進(jìn)一步深入研究城市的環(huán)境脆弱性,并重視氣象災(zāi)害防御科普與氣象防災(zāi)科技創(chuàng)新。各國(guó)氣象防災(zāi)戰(zhàn)略中,特別注重加強(qiáng)城市災(zāi)害防御科普知識(shí)宣傳。每年“3·23”中國(guó)氣象部門都會(huì)舉辦開(kāi)放日活動(dòng),這是進(jìn)行氣象災(zāi)害防御的較好科普活動(dòng)。還要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)中小學(xué)生、留守人員等的氣象災(zāi)害防御科普,增強(qiáng)公眾抗御各類氣象災(zāi)害的信心。