沿海重大交通基礎設施氣候變化風險識別研究：以黃茅海跨海通道為例

0 引言

根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第六次報告，氣候變化將推高海平面與平均氣溫，加劇臺風、風暴潮、極端降雨等極端天氣事件的強度和頻率。依托獨特的地理位置，港口、公路、鐵路、機場等沿海重大交通基礎設施面臨著氣候變化風險[1]。2017年，美國颶風“哈維”引發大規模的洪水和風暴潮，導致得克薩斯州沿海地區的港口設施嚴重受損，航道受阻，港口停運數周，直接經濟損失逾數十億美元。與傳統災害風險相比，氣候變化風險的時間尺度更長、影響范圍更廣、科學歸因更復雜、不確定性更大[2]。然而，沿海重大交通基礎設施在規劃設計階段往往對氣候變化風險考慮不足，導致建設與運營，尤其是長周期運營變得愈發艱難[3]。因此，亟須科學識別并分析沿海重大交通基礎設施氣候變化風險。

現有研究多采用文獻分析法，對交通基礎設施氣候變化風險進行識別。例如，王元豐等4探討了暴雨、大風、暴雪、極值氣溫和驟變等極端氣候事件對橋梁材料和結構的影響，并提出橋梁工程在設計、施工和運營養護等階段應對氣候變化風險的對策和建議。Wang等[5通過文獻分析梳理了氣候變化對道路和鐵路等交通基礎設施的影響，指出降雨會導致路基沖刷、軟化、路面潮濕和交通延誤。Salimi等[6綜述了氣候變化對中東地區城市交通、通信、電力、水利等關鍵基礎設施的影響，指出高溫可能使道路、飛機跑道裂縫和坑洞，同時鐵路軌道可能會因熱膨脹而彎曲變形。Palin等[3]從致災因子、影響、直接及間接后果等方面梳理了氣候變化對鐵路基礎設施的影響，指出氣候變化風險評估面臨的關鍵挑戰，如不確定性管理、氣候-影響關系、價值評估、適應的成本收益等。Voskaki等聚焦于機場項目，基于主要氣候因子、風險類型、影響機制、響應驅動力及減緩措施，通過文獻分析對氣候災害對機場系統的影響進行剖析。然而，上述研究存在側重部分類型基礎設施或氣候因子的局限，尚缺乏對沿海重大交通基礎設施氣候變化風險的全面識別和研究。

因此，本文綜合采用文獻分析法和層次分析法，系統梳理沿海重大交通基礎設施特征及氣候變化特征，識別其氣候變化風險，并以黃茅海跨海通道為典型案例，深化風險分析。

1 研究方法和數據

1.1 文獻分析法

本文首先采用文獻分析法識別出沿海重大交通基礎設施氣候變化風險。為了全面收集沿海重大交通基礎設施氣候變化風險相關文獻，檢索了中國知網、萬方、GoogleScholar、WebofScience等多個權威數據庫，并以滾雪球法追溯核心文獻的引用，持續擴充沿海重大交通基礎設施氣候變化風險文獻庫。

1.2 層次分析法

本文接著采用層次分析法（AHP）對引起黃茅海跨海通道氣候變化風險的氣候災害風險進行量化評估，先確立各氣候災害的權重，明確各氣候災害的相對重要性，再針對較高權重災害做進一步分析。具體步驟如下。

1.2. 1 構建層次結構模型

本文構建了簡化的層次結構模型，僅包括目標層和指標層兩個層次。目標層為“黃茅海跨海通道氣候變化風險”。結合黃茅海跨海通道所處區域氣候特征，指標層選取了臺風、極端降雨、極端高溫、海平面上升和風暴潮5項。

1.2.2 構建判斷矩陣

專家問卷采用1～9標度法，對5項氣候災害進行兩兩比較，判斷其相對重要性。基于專家問卷調查結果，采用幾何平均法綜合專家意見，構建判斷矩陣。公式如下

式中， a_i 是 i 個專家對同一比較項的評分； n 是專家人數， i=1 ，2，…， n 。

1. 2.3 權重計算

采用特征值法計算判斷矩陣的權重。首先計算判斷矩陣的最大特征值 λ_max 和對應的特征向量，然后對特征向量進行歸一化處理，得到權重。步驟如下：

（1）對每一列進行歸一化，公式如下

（2）計算每一行的平均值作為權重，公式如下

1.2.4一致性檢驗

（1）計算最大特征值，公式如下

（2）計算一致性指標，公式如下

（3）查表得隨機一致性指標RI，見表1。

表1隨機一致性指標

（4）計算一致性比率，公式如下

由于 CRlt;0.1 ，表示判斷矩陣具有滿意的一致性，權重計算結果可以接受。

1.3 數據收集與處理

在選擇檢索關鍵詞的過程中，先確定關鍵的檢索詞匯，如“沿海重大交通基礎設施（coastaltransportationinfrastructure）”“氣候變化風險（cli-matechange risk）”“氣候變化影響（climatechangeimpact）”等。為了獲取更細化的文獻，對關鍵詞進行細分，如將“沿海重大交通基礎設施”進一步細分為“沿海港口（coastal port）”“跨海大橋（coastalbridge）”“沿海公路（coastal road）”“沿海鐵路（coastal railway）”和“沿海機場（coastalairport）”等特定的小類別，將其與其他核心關鍵詞進行綜合檢索。收集完相關文獻后，對文獻內容進行歸納總結，提煉研究的共同點和差異點，梳理出沿海重大交通基礎設施類型及其對應氣候風險。部分重要參考文獻見表2。

表2部分重要參考文獻

（續）

通過與黃茅海跨海通道管理中心的前期項目合作，本文獲取了《黃茅海跨海通道環境影響評估報告》。整理出該通道的歷史氣候災害資料，作為后續專家打分和氣候變化風險分析的參考依據。黃茅海跨海通道連接珠海市和臺山市，兩地均屬亞熱帶海洋性季風氣候，主要災害性天氣為臺風和暴雨，個別年份冬季受寒潮低溫影響。其中，珠海市臺風集中于6～10月，年均約4次，造成嚴重影響的臺風約1次，暴雨年均約5次；臺山市臺風多發生于7～9月，年均3.1次。

為確保評價數據科學客觀，本研究邀請5名專家參與，其中氣候變化領域博士1人（5年經驗），橋梁工程博士2人（分別20年、15年經驗），風險管理博士1人（8年經驗），海洋工程博士1人（3年經驗）。經式（1）計算并四舍五入，得到最終判斷矩陣，見表3。

表3判斷矩陣

通過式（3）和一致性檢驗，得到氣候災害因素權重，見表4。

表4氣候災害因素權重

通過式（5）和式（6）計算一致性比率，得CR=0.0171/1.12=0.0153 。由于 CR=0.0153lt; 0.1，判斷矩陣具有一致性，權重計算結果可以接受。

2 案例選擇

本文以黃茅海跨海通道為典型案例，識別并分析其氣候變化風險。黃茅海跨海通道是港珠澳大橋西延線，東起珠海市欄港，向西跨越黃茅海水域，終至臺山市，全長 31.26km ，其中跨海段總長 14.5km 。黃茅海地區的氣候情況比較復雜，地處亞熱帶季風區，夏天溫度高且多雨，臺風、暴雨頻發。疊加海平面上升等長期趨勢，該通道在建設與運營階段面臨突出的氣候挑戰，具有高度代表性。

3 結果分析與討論

3.1 沿海重大交通基礎設施特征分析

沿海重大交通基礎設施按功能分為公路、鐵路、港口和機場四大類。每一類都有獨特的組成，不同組成部件在面對氣候變化風險時都有著不同脆弱性。通過系統梳理這些組成部件，旨在幫助更好地識別氣候變化對不同組成部件的影響，為后續的風險評估提供基礎。沿海重大交通基礎設施組成見表5。

表5沿海重大交通基礎設施組成

（1）公路。在沿海地區，公路受特殊地質和氣候影響，路基需要具備良好的穩定性和抗沖刷能力。常見的路面包括瀝青路面和水泥混凝土路面，但高溫環境易使瀝青軟化、沉陷和車轍。橋梁是公路跨越河流和海灣的關鍵設施，其在設計和建設過程中必須充分考慮到沿海地區可能面臨的強風和海水侵蝕等多方面因素。隧道的主要功能是穿越山脈或水下，特別是在沿海地區，隧道的防水、防漏和通風都是需要特別關注的問題。

（2）鐵路。鐵路的軌道是列車行駛的核心，包括鋼軌、軌枕和道床等部分。為了滿足列車高速行駛的要求，鋼軌必須具備很好的強度和出色的耐磨特性，軌枕的主要功能是給鋼軌提供支撐，將列車的荷載傳給道床，而道床則負責分散荷載、排放水分并確保軌道的穩定性。在沿海地區，面對軟土地基和海水侵蝕等挑戰，通常會選擇加固地基和安裝排水系統來降低風險，確保道路基礎的穩固性。沿海鐵路橋梁面臨著和沿海公路橋梁相似的海洋環境問題，而鐵路隧道則更需要滿足鐵路運營的特定需求，如凈空尺寸、通風條件等。

（3）港口。港口包括碼頭、防波堤和航道，港口的碼頭主要負責貨物的裝卸及旅客的上下船。根據功能，碼頭可分為集裝箱碼頭、散貨碼頭和客運碼頭等幾種。碼頭的結構也有多種，如重力式、板樁式和高樁式等，選擇時需要考慮當地的地質和水文情況。防波堤的設計是為了抵御風浪對港口水域的沖擊，確保碼頭及港內船只的安全，構造方式有斜坡式和直立式等多種。航道作為船只進入和離開港口的主要通道，必須擁有充分的水深、寬度及彎曲半徑，以適應各種不同類型船舶的通行需求。

（4）機場。沿海機場的結構組成包括停機坪、跑道、航站綜合體等。在建設跑道時，必須考慮到地基的沉降、海風的侵蝕等多種因素，并經常使用特定的地基處理方法和路面材料。滑行道的主要功能是連接跑道、停機坪和航站樓等關鍵設施，確保飛機在機場內能夠安全滑行。飛機停機坪是一個用于停放、加油和檢修飛機的特定區域，其設計和布局必須滿足機場的日常運營要求。航站樓作為機場的中心設施，負責旅客的等待、登機和行李托運等任務，其設計必須充分考慮到旅客流量、流程的便利性及與其他設施的連接。

3.2 沿海地區氣候變化特征分析

厘清氣候因子、氣候變化趨勢及潛在氣候災害等氣候變化特征，是識別沿海重大交通基礎設施氣候變化風險的基礎。氣候變化主要是溫度、降雨、風、海平面等氣候因子的變化。氣候變化趨勢通常是基于氣候模型，在不同碳排放情景下，模擬未來的溫度、降雨、風、海平面。常見的氣候模型有全球氣候模型（GCM）和區域氣候模型（RCM）兩種。它們通常具有較低空間分辨率。為了提高空間分辨率，相關研究往往使用統計降尺度方法，即利用大尺度大氣變量與本地或區域氣候變量的關系，按比例獲取小尺度氣候數據。

氣候因子、變化趨勢及氣候災害特征見表6。根據IPCC第六次評估報告，對于海平面，其將面臨海平面上升的變化趨勢，將造成平均海平面上升、極端海平面、波能/方向變化等氣候災害。據估計，到2100年，平均海平面相對1986—2005年的平均水平將上升 0.29～1.10m 。極端降雨頻率和強度將呈現出增加趨勢，引發極端降雨氣候災害。全球平均溫度將持續上升且熱浪發生頻率和強度上升，導致極端高溫、干旱、季節溫差大等氣候災害。極端風速頻率和強度增加，導致臺風和風暴潮等氣候災害。

表6氣候因子、變化趨勢及氣候災害

注：變化趨勢具體數值可參照IPCC第六次評估報告的預測，且實際區域變化存在空間異質性。

3.3沿海重大交通基礎設施氣候變化風險識別

通過對文獻進行分析，識別出沿海重大交通基礎設施氣候變化風險，見表7。各風險因素具體分析如下：

（1）海平面上升。隨著海平面上升，沿海的公路、鐵路、港口、機場將面臨淹沒的風險，同時港口碼頭也會受到潮水的侵襲，這對設施的正常運行和結構安全性都將產生不利影響。據《2023年中國海平面公報》，2023年中國沿海海平面較歷史平均水平（1993—2011年平均值）高 72ml ，預計未來30年，中國沿海海平面將上升 70～176ml 。海平面上升會引發海岸侵蝕、海水入侵和土壤鹽漬化等，通過鹽水入侵與周期性淹沒，直接侵蝕低海拔交通設施的結構穩定性。由于海平面上升，在新的海岸動力條件與泥沙淤積環境下，海岸將發生新的物質平衡調整，加大海岸侵蝕[17]

（2）極端降雨。部分沿海地區的降水總量出現了波動，同時降水的強度和頻率也發生了變化。隨著暴雨天數的增加和降雨強度的提升，沿海公路、鐵路和機場的排水系統承受很大的壓力，路基、橋梁面臨被沖毀的風險，隧道存在被淹的風險。極端降雨引發的山體滑坡和泥石流也會導致公路和鐵路受損。例如，強降雨是“5·1”梅大高速路面塌方災害的重要原因之一。極端降雨可能引發港口航道淤積、導航設備失效，以及設施受損等風險；也可能導致機場跑道、滑行道被淹，使得機場中斷正常運營。例如，2021年7月20日，鄭州新鄭國際機場遭遇千年一遇大暴雨，跑道積水，多架航班備降，7000余名旅客滯留。

（3）極端高溫。氣候變化導致的極端高溫不僅會影響交通設施材料的性能，還可能導致設備的損壞，影響交通設施的正常運行。具體而言，極端高溫可能導致公路瀝青路面車轍、橋梁熱損壞、設施壽命減少，引發鐵路軌道彎曲、設施故障、信號問題，以及港口導航設備受損、路面劣化彎曲、起重機無法操作等問題，對機場設備、跑道等造成影響。

（4）臺風。在沿海地帶，由于海洋和陸地的熱力差異，風能資源相當豐富。在氣候變化的背景下，極端風速事件呈現上升態勢。強風給沿海橋梁、港口的設備，以及機場的建筑帶來了巨大風險。例如，在沿海地區，臺風是一種常見的強風天氣現象，它產生的強風和巨浪對港口碼頭和防波堤等關鍵設施造成了巨大的破壞。

表7沿海重大交通基礎設施氣候變化風險

注：表中所列氣候變化風險僅為部分風險。

（5）風暴潮。臺風引發的風暴潮與極端降雨往往形成疊加沖擊。例如，2018年9月，臺風“飛燕”導致日本關西國際機場跑道和部分航站樓被淹沒，日本關西國際機場完全癱瘓；2018年“山竹”臺風風速達到 205km/h ，重創了中國香港和廣東沿海地區的多個港口設施，防波堤和航道設備遭受巨浪沖毀，港口的裝卸設施也遭遇了重大的結構損傷。

3.4黃茅海跨海通道氣候變化風險分析

從黃茅海跨海通道氣候災害權重計算結果可以看出，在5個氣候災害中，臺風的權重最高（0.4126），隨后是風暴潮（0.2750）和極端降雨（0.1531），海平面上升（0.0988）和極端高溫（0.0605）的權重相對較低。

臺風屬于權重最高的氣候災害，其對黃茅海跨海通道的影響主要表現在以下三個方面：一是臺風帶來的強風可能導致橋梁結構振動顯著加劇，影響結構及通行的安全；二是臺風一般伴隨暴雨和風暴潮，進一步增加了風險；三是臺風可能造成海上航行條件惡化，增加了船舶與橋墩碰撞的風險。

風暴潮作為第二重要的氣候災害，其影響主要表現為：風暴潮可能引起海水位異常升高，增加對橋墩的沖擊力；風暴潮與波浪共同作用，可能導致橋墩基礎被沖刷；極端情況下，風暴潮甚至會影響通航凈空高度。隨著全球海平面上升，黃茅海海域的海平面也呈上升趨勢，加大了被海水淹沒的風險，加劇了海水對橋梁下部結構侵蝕的風險，可能使基礎的承載能力下降，影響通道的整體穩定性。

極端降雨主要對黃茅海跨海通道的排水系統和行車安全影響較明顯，可能會造成排水系統負荷加重、路面積水和能見度降低，影響通行安全。

盡管海平面上升過程較長，但對通道的長期安全也有一定影響，主要表現為增加橋墩基礎的水壓力，可能導致橋墩基礎周圍土壤性質變化。

極端高溫主要對材料性能和結構變形造成影響，可能出現鋼結構熱脹冷縮、混凝土開裂和瀝青路面軟化的現象。

4結語

本文分析了沿海重大交通基礎設施的組成特征，從氣候因子、變化趨勢和氣候災害三個維度分析了沿海地區氣候變化特征，識別了公路、鐵路、港口、機場沿海重大交通基礎設施氣候變化風險，并以黃茅海跨海通道為案例進行了實證分析。

研究發現，沿海重大交通基礎設施可分為公路、鐵路、港口和機場四大類，每一類基礎設施均具有獨特的組成部件，不同組成部件在面對氣候變化的脆弱性時存在差異。氣候變化具有“氣候因子一變化趨勢一氣候災害”的表現特征，從而對沿海重大交通基礎設施產生影響。公路、鐵路、港口、機場均面臨海平面上升帶來的淹沒風險，以及臺風和暴雨等極端天氣事件引發的設施損毀和被淹等風險。氣候變化導致臺風的發生頻率和強度增加，將對黃茅海跨海通道的運營帶來嚴重影響。

本研究具有以下兩方面局限性：一方面，本研究僅識別了沿海重大基礎設施氣候變化風險，未對氣候變化風險進行定量評估，未來可以利用影響鏈分析法開展氣候變化風險評估研究；另一方面，本研究僅考慮了單一氣候災害導致的氣候變化風險，未考慮氣候災害間的相互作用，如臺風一般伴隨著極端降雨和風暴潮，三者共同作用可能產生疊加效應，顯著增加風險，未來可以考慮復合災害導致的氣候變化風險。

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收稿日期：2025-06-10

作者簡介：

陳進道（ _1991-） ，男，博士，講師，研究方向：重大工程管理、基礎設施韌性。

陳明坤（2003—），男，研究方向：重大工程管理、基礎設施韌性。

韋瀟旖（通信作者）（1989—），女，博士，講師，研究方向：重大工程管理、基礎設施韌性。