氣候變化視角下我國不可移動文物暴雨災害風險變化趨勢研究

郝爽　喬云飛

關鍵詞：氣候變化；不可移動文物；暴雨災害；風險管理；風險評估；預防性保護；CMIP5

2013年，聯合國政府間氣候變化專門委員會第一工作組發布了題為《Climate Change 2013：The Physical Science Basis》的評估報告，表明地球系統正在經歷一次以全球變暖為主要特征的顯著氣候變化。這一變化大約自1950年開始為人們所觀測，全球幾乎所有地區都經歷了升溫過程，產生了地球表面氣溫上升，海洋溫度上升，海平面上升，格陵蘭和南極冰蓋消融、冰川退縮等一系列現象[1]。極端氣候事件的頻發，例如極端高溫、極端低溫、極端干旱、極端降水等，也是全球氣候變化的表現之一。在我國，極端降水事件的發生近年來有明顯的上升趨勢，2020年6月南方各省發生的洪澇災害以及2021年河南省、山西省經歷的特大暴雨均是極端降水事件的典型實例。

在極端降水事件中，除了受災地區居民的生命和財產安全外，同樣遭受嚴重損失的還有分布在受災地區內的各類不可移動文物。據統計，在2021年河南省特大暴雨災害期間受到災害影響的文物（包括文物保護單位、未定級不可移動文物、博物館及部分考古發掘工地）總數達到563處，其中嚴重受損的文物數量達到154處，占受災文物總數的約27%。暴雨災害的強度與受災文物的數量也存在較為明顯的正相關關系：7月21日8點至9點間降水量超過250毫米的區域主要集中在鄭州、焦作、新鄉及安陽四市，而它們也是本次統計中受災文物數量排名前四的城市。在氣候變化趨勢將進一步加劇的未來，如何在更加頻繁的極端降水事件的威脅下，通過采取預防性措施加強對不可移動文物的保護，將成為文物保護領域亟須解決的重要問題。

從2021年我國重大暴雨災害發生的區域來看，河南省、山西省都并非傳統意義上的暴雨災害多發地區，這也一定程度上導致了上述地區的不可移動文物缺少面對暴雨災害的預防和保護手段，擴大了災害帶來的損失。因此，在氣候變化的背景下，需要對未來我國各地區的暴雨災害風險進行重新審視，通過氣候變化預測模型識別出暴雨災害風險較高地區的擴散模式，并結合區域內的不可移動文物分布狀況評估災害風險等級，作為開展區域內不可移動文物預防性保護工作的前提。

一、與暴雨災害空間分布相關的氣候變化趨勢研究綜述

世界氣候研究計劃（WCRP）下屬的耦合建模工作組（WGCM）自成立以來長期進行的項目之一被稱為“耦合模型比對項目（CMIP）”，其主旨在于建立一系列氣候變化的未來預估模型，使得各國的研究者可以依據其研究區域的各種自然和社會環境因素，通過模型之間的橫向對比，選擇適用于研究區域的模型進行未來變化趨勢的研究。如今CMIP項目已經進行到了第六輪（CMIP6），而本文參考的多數文獻都是以開展于2008年的CMIP5為參照的。

在基于CMIP5的模型預測下，國際層面最為重要的研究成果來自Mamalakis等人發表在《Nature – Climate Change》上的文章《氣候變化條件下熱帶降雨帶變遷的區際對比》[2]。該文章主要研究了CMIP5模型下熱帶輻合帶（即熱量、水汽集中，降水概率高的赤道低壓帶）的未來變化趨勢，得出的主要結論為在東半球地區（即東非至西太平洋之間的區域），熱帶輻合帶的位置將向北移動；而在西半球地區（即東太平洋至大西洋之間的區域）熱帶輻合帶將向南移動。我國的位置處于東半球范圍內，故熱帶輻合帶存在向北移動的傾向，這也成為我國降水和暴雨災害分布密集區域存在向北移動趨勢這一結論在全球尺度下的理論基礎。

在我國，自2014年以來有關氣候變化、降水和極端降水分布的歷史演變與未來發展趨勢研究為數眾多，部分研究針對全國尺度，其余則選取了特定區域作為研究對象。

在針對全國尺度的研究中， 任國玉等（2015）研究了全國尺度降水的現代時空變異規律，通過整理歷史數據得出了強降水事件發生頻數在多數地區出現增加、平均暴雨量和暴雨日數上升、極端強降水事件出現強度增加和歷時性減少等集中化趨勢等結論[3]；史培軍等（2014）認為全球變暖導致的熱帶輻合帶北移則導致我國的暴雨多發區域自東南沿海逐漸向華中、西南、環渤海等區域擴張[4]；謝夢霞等（2021）針對上海合作組織國家的氣候變化進行了區域性的整體研究，結果表明自1901年至2019年的百余年間，整個上合組織區域的年平均降水量有顯著的上升趨勢，同時存在高緯度地區上升速率明顯高于低緯度地區、北部和干旱區降雨量顯著增加的特征[5]；劉凱（2021）對我國自1951年至2018年間的氣溫和降水時空變化特征進行了研究，結論是全國極端降雨事件呈增多趨勢，年降水量近20年內呈現明顯增加，而400毫米、500毫米等降水量線都有不同程度的北移現象[6]；郭淇（2021）通過對水循環特征的分析得出了類似的結論，與濕潤程度具有顯著關聯的蒸散發（ET）指標自1989年來在除內蒙古和四川外的全國大部分區域都有所增加[7]。

根據上述的研究成果，可以認為未來我國降水量和極端降水的變化趨勢將存在如下的特征：

（1）我國整體上具有氣候濕暖化變化的趨勢，全國的年降水量將有所增加，這種現象與全球尺度的氣候變化存在較為直接的聯系；

（2）隨著我國年降水量的增加，極端降水事件（即暴雨）發生的頻次也將增加，同時暴雨將逐漸產生強度增加、歷時性變短的集中化變化趨勢；

（3）由于全球氣候變化的影響，我國的降水分布的重心發生了移動，從歷史上降水量較大、暴雨發生頻次較多的東南沿海地區逐漸向北方和西部擴張，傳統的干旱區域降水量增加速率更快。

表1中所列出的針對國內部分區域未來降水和暴雨變化趨勢的研究也印證了以上的結論。

根據中國氣象局國家氣候中心編制的《中國氣候公報（2021）》，2021年我國中東部地區降水的空間分布存在“北多南少”的趨勢，東北西部、華北大部、內蒙古東部、陜西中南部、四川東北部、重慶北部、西藏西部和中部等區域的年降水量與常年相比偏多20%～100%（圖1）[16]，這一狀況也與前文總結的降水及暴雨空間分布變化趨勢存在一定的契合性，表明這一趨勢如今已經開始發展。

二、暴雨災害對不可移動文物的影響特征

根據《自然災害分類與代碼》（GB/T 28921-2012）國家標準，暴雨災害被定義為“因每小時降雨量16毫米以上，或連續12小時降雨量30毫米以上，或24小時降雨量50毫米以上，對人類生命財產等造成損害的自然災害”。

暴雨災害對于不可移動文物的破壞主要表現包括淹沒和沖刷兩種。古建筑類型中的橋梁較多地受到暴雨引發的洪水沖擊而造成的破壞；位于河谷、平原等地理環境中的古建筑、石窟寺更多受到淹沒或淤積的影響；古遺址則因其主要構成材料以土為主，暴雨災害導致土壤含水量大幅提高、呈現流態，可能導致遺址土體結構的徹底破壞。無論以上哪種暴雨災害對不可移動文物的破壞形式，文物的受災程度都與暴雨的強度存在一定的正相關關系：降雨量的增加將可能導致洪水沖擊作用的增強、文物建筑和石窟寺內淤積水位的升高、遺址土體結構破壞概率增加等現象。

在災害風險的評估中，常用的評估方法是由史培軍（2016）提出的災害風險取決于孕災環境的敏感性、致災因子的危險性和承災體的脆弱性三方面的區域災害系統理論[17]。其中孕災環境敏感性的指標包括地形地貌、地質構造、水文條件等；致災因子危險性指標依照研究的災害類型而有所差別；對于不可移動文物的災害風險管理來說，承災體即是文物本體，因此承災體的脆弱性也即是文物本體在自然災害中產生破壞的可能性和破壞程度，即易損性[18]。

對于暴雨災害來說，影響致災因子危險性的指標主要是暴雨的頻率和強度，如今已有一系列的指標通過上述兩個維度來對暴雨的嚴重程度進行量化，且關于歷史數據分析和未來情景預測的研究均數量較多。文物本體脆弱性的指標主要包括其形制、材料、工藝、殘損現狀和已開展的保護工程等等，由于本研究主要關注宏觀尺度下特定區域內文物整體受暴雨災害的風險隨氣候變化的發展趨勢，因此本文對不同文物個體差異較大的孕災環境敏感性、文物本體脆弱性指標進行了簡化，僅使用研究區域內文物的數量來反映文物本體脆弱性這一構成文物暴雨災害風險的指標。

在這一前提下，未來由于氣候變化的影響，不可移動文物受到暴雨災害風險將會顯著提升的區域應當具有以下三個特征：（1）區域內暴雨發生的頻率會有明顯增加；（2）區域內暴雨的強度會有明顯增加；（3）區域內不可移動文物數量較多。本研究的下一步工作即是篩選出全國范圍內符合上述特征的區域。

三、我國不可移動文物暴雨災害風險發展趨勢研究

（一）暴雨頻率及暴雨強度空間分布特征發展趨勢研究

本文通過引用已有研究的結果，實現了對暴雨頻率及暴雨強度空間分布特征未來變化趨勢的預估。李柔珂（2017）對CMIP5模式下中國未來的氣候災害風險展開了研究，形成了具有多個情景、多個指標的系統預估成果[19]，本文將以該預估成果作為基礎，研究21世紀期間我國暴雨災害高風險地區分布的變化趨勢。在CMIP5模型中，依據空氣中二氧化碳濃度的不同，共有四種不同的情景對未來氣候變化進行模擬。該作者選用了RCP8.5和RCP4.5兩種情景分別研究了到21世紀末期，中國地區未來氣候災害風險的變化趨勢；本文則采用了其中對二氧化碳濃度預估較為保守的RCP4.5情景，在RCP6.0和RCP8.5情景下，溫度上升的速率及暴雨災害發生的頻率將會更高，我國21世紀新增的暴雨災害高風險地區面積也將會更大。在該研究中，作者采用了R20毫米、Rx5day、SDII等指數作為暴雨災害極端性的衡量指標，本文則選取了其中的兩個進行疊加分析：R20毫米，即每年日降水量大于等于20毫米的天數，反映一年內暴雨發生的頻率，對應“ABC”中的“A”值；Rx5day，即每年最大的連續五日降水量，反映暴雨的強度，對應“ABC”中的“B”值。作者分別計算了1961－2005年間兩項指標的全國空間分布情況以及其在21世紀末時的分布情況，二者之間的差值即可認為是21世紀我國新增的暴雨災害嚴重地區。

根據作者的計算，在100年重現期的條件下，1961－2005年間全國R20毫米的平均值約為22d，超過24d的歷史暴雨災害的多發地區的分布情況如圖2（a）所示，主要集中在青藏高原南部、四川省中部，以及東南的江蘇、浙江、福建，中部的安徽、江西、湖北、湖南，南部的廣東、廣西、海南等地。而在CMIP5-RCP4.5情景下，到21世紀末，R20毫米超過24d的區域分布將如圖2（b）所示，覆蓋了除川渝地區東部和云南中部以外的幾乎整個秦嶺－淮河線以南區域，甚至擴展到甘肅、陜西、山西、山東等北方省份的南部地區。從圖2（c）可以看出21世紀內新增的R20毫米大于24d的區域，主要涵蓋了云貴高原、華南南部，以及陜西、河南的多數區域和山東、山西的少數區域，并在青藏高原一帶有明顯向北擴散的趨勢。

另一個用于衡量暴雨強度的指標Rx5day在1961－2005年間的全國平均值則為203毫米（100年重現期下）。這一時間段內Rx5day超過225毫米，即最大暴雨雨量明顯超過平均值的區域主要包括青藏高原、云貴高原南部，湖南、江西、浙江、福建、廣東、廣西、海南等南方省份，以及四川北部、陜西、河南、山西、河北等北方省份的小部分區域，如圖3（a）所示。圖3（b）則同樣表達了21世紀末期Rx5day將超過225毫米的區域，通過圖3（c）可以看出新增的區域主要包括云貴高原北部、四川南部、湖北、山東和京津冀地區。Rx5day超過225毫米的現象在青藏高原地區同樣存在向北擴散的趨勢。

將21世紀內新增的R20毫米大于24d和Rx5day大于225毫米的地區進行疊加，可以得到未來數十年間暴雨災害發生頻率提高、且暴雨強度程度增加的區域，即未來暴雨災害嚴重程度顯著提高的區域，如圖4所示。

從圖4可以看出，21世紀內新增的暴雨災害嚴重地區可以劃分為四個較為集中分布的區域：（1）青藏高原地區的日喀則－拉薩一線；（2）云南、四川、貴州三省交界處及重慶東部；（3）陜西、山西、河南三省交界處；（4）河南、安徽、山東、江蘇四省交界處。新增暴雨災害嚴重地區共涉及15個省、直轄市、自治區下的91個地市級行政區，494個縣級行政區，占全國縣級行政區總數的17.03%；新增暴雨災害嚴重地區的總面積達50.1萬平方千米，占國土總面積的5.20%。

與前文整理的全國降水量和暴雨分布變化趨勢相比，可以發現上述四個主要集中區域中兩處（陜晉豫交界區域、豫皖魯蘇交界區域）位于未來降水量和暴雨事件發生頻率將明顯提高的北方地區；2021年間發生特大暴雨災害的河南北部、山西中部等地也與分析得出的暴雨災害嚴重地區存在較為顯著的重合。

與前文梳理的現有全國尺度氣候及降水變化的研究相比，本文得出的未來新增暴雨災害嚴重區域中，陜晉豫三省交界地區和豫皖魯蘇四省交界地區大部處于劉凱等（2020）計算得出的1951－2018年間我國平均800毫米等降水量線以北，可以認為新增暴雨災害嚴重區域與800毫米等降水量線在過去約70年內不斷北移的趨勢保持一致；而滇川渝貴四省交界的區域則位于我國亞熱帶季風氣候區的邊緣，反映了亞熱帶季風氣候區在未來將有向現今高原山地氣候區擴散的趨勢。

（二）未來新增暴雨災害嚴重地區內不可移動文物受災風險等級的分布

通過以上分析計算出的區域是氣候變化影響下我國未來暴雨頻率和強度都將增大，即構成暴雨災害風險的“A值”和“B值”將顯著提高的區域。在這一區域內，決定各個縣域的不可移動文物暴雨災害風險的另一個因素是縣域范圍內不可移動文物的數量。出于方便統計的考慮，本文選取了價值較高、代表性較強的全國重點文物保護單位（以下簡稱“國保”）中受暴雨災害影響較為明顯的古建筑、古遺址、石窟寺及石刻三個國保類型，用縣域這三類的數量來代表縣域的不可移動文物受災數量，即“C值”。

本文將新增暴雨災害嚴重地區與上述三類國保的分布情況進行了疊合。在占國土總面積5.20%的新增暴雨災害嚴重地區涉及的縣域內，共包含了古建筑類國保433處，古遺址類國保259處，石窟寺及石刻類國保63處，分別占該類型國保總數的20.27%、20.08%和20.06%，單位面積各類國保數量是全國平均值的3.9倍左右，可以認為這一區域是國內不可移動文物分布較為密集的地區。

古建筑、古遺址、石窟寺及石刻三類國保縣域空間分布情況與新增暴雨災害嚴重地區的疊加如圖5－7：

山西省南部、河南省北部是我國古建筑國保分布最為密集的區域之一，而這一區域與陜、晉、豫三省交界處的新增暴雨災害嚴重地區存在一定的重合。在全國古建筑類國保數量不少于10處的20個縣域中，山西省平遙縣、平順縣、長子縣及陜西省韓城市4個縣級行政區處于新增暴雨災害嚴重地區內；此外，陜西省西安市區、西藏自治區拉薩市區、四川省蓬溪縣等古建筑類國保分布較為密集的縣域同樣將在未來受到暴雨災害風險的較大影響。

我國古遺址類不可移動文物分布的密集區包括華北、東北地區的內蒙古－河北－遼寧交界區，中原地區的陜西南部與河南北部，長江下游的江蘇－浙江交界區，以及西北的新疆－甘肅交界區等區域。如圖6所示，新增暴雨災害嚴重地區中的陜、晉、豫交界區與陜西－河南這一古遺址集中分布區域有較大的重合，同時山西西南部、山東南部地區也均是古遺址分布較為集中的區域。古遺址類國保數量超過5處的14個縣域中，河南省駐馬店市區、汝州市，山西省芮城縣均在未來的暴雨災害嚴重區域內。

石窟寺及石刻集中分布的區域包括新疆、甘肅的絲綢之路沿線地帶，河南省北部以及四川省東部地區。其中，四川東部的巴中、資陽一帶作為石窟寺及石刻的重要集中分布區，位于未來暴雨災害的嚴重地區內；此外江蘇省連云港市區、山東省東平縣、河北省大名縣、云南省曲靖市區及安寧市均是新增暴雨災害嚴重地區內石窟寺及石刻類國保分布較多的縣域。

為衡量新增暴雨災害嚴重地區內各縣域文物資源的總體豐富程度，從而確定各縣域文物受災的風險級別，現對各縣域各級文物保護單位的數量進行加權求和以作為評定依據。按照全國重點文物保護單位、省級文物保護單位、市級文物保護單位和縣級文物保護單位之間3：2：1：1的權重關系，將三個級別文物保護單位的權重值確定如表5。

根據加權求和結果，新增暴雨災害嚴重的區域內文物資源較為豐富的縣域如表6。

依據新增暴雨災害嚴重地區內各縣域的國保數量，計算出區域內各縣文物受災風險級別，加權求和后的縣域國保總共量與風險等級的對應關系如表7：

將各縣域的文物受災風險等級在圖中表示如下：

從圖8以及表6中可以看出，我國21世紀新增暴雨災害嚴重地區的四個主要片區的文物受災風險存在較大差異：青藏高原的日喀則－拉薩線區域僅在拉薩、日喀則等地市級行政區的個別縣域有較高的文物受災風險，其余大部分區域文物受災風險較低；滇、貴、川、渝交界區內各縣的文物受災風險普遍相對較高，在四川東部和重慶一帶最為明顯，四川東北部的巴中市是該片區內風險最高點；豫、皖、魯、蘇交界區的中高風險縣域分布更為密集，尤其集中在河南省南陽市，山東省南部的棗莊市、日照市等地；陜、晉、豫交界區則整體風險較高，特別是山西南部，在臨汾市、長治市、晉城市都有較多高風險的縣域，運城市更是因國保密集分布而具有為數眾多的高風險縣域。

四、結論與展望

根據CMIP5-RCP4.5情景的模擬，到21世紀末，我國大部地區存在降水量增加和降水量集中化變化的趨勢。據相關研究成果，降水量增加的地區內暴雨和洪澇災害強度同樣將有所提升[20]，而降水量的集中度可以直接反映暴雨發生的頻率。因此，可以認為我國大部地區暴雨災害發生的頻率和強度都將有所上升，這也將導致不可移動文物受到的暴雨災害威脅日益嚴重。

根據R20毫米和Rx5day兩個常用的衡量暴雨嚴重程度的指標空間分布情況的未來變化趨勢預測，我國21世紀內暴雨發生頻率較高且強度較大（即暴雨災害嚴重）的區域將發生擴散，主要新增的暴雨災害嚴重地區包括四個片區：（1）青藏高原地區的日喀則－拉薩一線；（2）云南、四川、貴州三省交界處及重慶東部；（3）陜西、山西、河南三省交界處；（4）河南、安徽、山東、江蘇四省交界處。

上述地區內各縣域不可移動文物的數量決定了縣域文物受到暴雨災害影響的風險等級。依據四個片區內各縣級行政區古建筑、古遺址、石窟寺及石刻三類國保的相對數量，估算了各縣的文物資源豐富度，并以此為基礎對各縣域的不可移動文物暴雨災害風險進行了等級的劃分。分級結果表明，未來境內不可移動文物受暴雨災害風險等級最高的地區主要包括西藏的日喀則、拉薩，云南的昆明、曲靖，四川的巴中、資陽，重慶的奉節，湖北的恩施，陜西的西安、渭南，山西的運城、長治、晉中，河南的許昌、開封，山東的泰安、濟寧等地。

根據上述分析結果，本文對未來我國不可移動文物暴雨災害風險管理提出以下建議：

（1）21世紀內我國新增的暴雨災害嚴重地區與不可移動文物的密集分布區存在較為顯著的重合情況：占國土總面積約5%的新增暴雨災害嚴重地區內，古建筑、古遺址、石窟寺及石刻三類國保的數量都占了全國總數的20%左右；四個片區中，滇貴川渝交界區涵蓋了四川省東部和重慶市這一石窟寺集中分布的區域，陜晉豫交界區則大量分布了古建筑、古遺址。因此，建立完善的不可移動文物暴雨洪澇災害風險管理體系、開展預防性保護工作刻不容緩。

（2）新增的四個暴雨災害嚴重片區中，有兩個（陜晉豫交界區、豫皖魯蘇交界區）都位于秦嶺－淮河線以北、傳統上的半濕潤區。這一區域由于以往降水量較小、暴雨洪澇災害發生頻率較低，相關決策部門可能未將暴雨和洪澇災害作為當地不可移動文物潛在的自然災害風險加以識別。上述地區的文物保護管理機構應開展災害風險的識別與評估工作，充分考慮暴雨洪澇災害可能引發的文物及周邊環境的損失，加強對文物保護單位應對暴雨災害的薄弱點的勘察。

（3）上述地區的文物保護管理機構應依據文物的類型、價值、保存狀況等情況，在全面評估暴雨洪澇災害影響的前提下，加強相應的預防性保護工作力度以降低災害損失，具體措施可包括石窟寺在山體頂部進行防水處理避免滲水，古建筑、古遺址類文物在關鍵易受損位置提前加固處理以降低坍塌風險，通過環境整治和保護性設施改造來確保排水路徑、避免積水等；同時也需要在災害發生前準備完善的暴雨災害應急響應計劃，并定期進行演練，確保災害發生時能夠按照計劃開展救援工作。

除本文分析得出的未來暴雨災害嚴重程度加劇的區域之外，我國大部地區，無論是否為傳統的暴雨災害多發地區，在氣候變化的大環境下同樣存在著暴雨災害風險增大的趨勢，各地也大多存在著針對文物采取的災害預防和響應措施與不斷增大的災害風險之間不匹配的現象。因此，結合對暴雨災害風險的預測和評估，建立全面覆蓋的、常態化的不可移動文物預防性保護措施體系和應急處置機制，應成為各地文物主管部門和文物保護管理機構未來的階段性工作重點。

此外，本文作為氣候變化影響下我國不可移動文物暴雨災害風險變化趨勢的初步研究，仍以宏觀層面的分析為主，尚未具體到微觀區域或文物保護單位范圍的尺度。此后，還應利用文物保護單位尺度的孕災環境敏感性、文物本體脆弱性等災害風險評估指標，更加具體地刻畫小尺度下的文物暴雨災害風險變化趨勢；同時，氣候變化預測模型也在不斷地更新之中，CMIP6如今已廣泛應用于氣候變化相關的研究之中。今后也應依據新的模型繼續深化對暴雨災害分布變化趨勢的預測，并采取多種衡量暴雨嚴重程度的指標以增加預測的可信度。