5月3日，北京師范大學國家安全與應急管理學院劉凱教授在Nature Communications雜志發表了題為“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的降水變化對全球交通基礎設施帶來的威脅，并指出應做好前瞻性布局，將氣候變化因素納入交通基礎設施工程規劃設計中。
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受氣候變化的影響，全球極端降水事件頻率和強度都在增加，給關鍵基礎設施的安全運行帶來極大的威脅。基礎設施的設計壽命通常為幾十年甚至上百年，這意味著當前規劃和修建的基礎設施在未來長達幾十年甚至上百年的時期里，應該保持其設計時的風險水平。然而，基礎設施的防洪排澇設計都是以歷史天氣事件作為依據，確定設防標準。在全球變暖的背景下，基礎設施面臨的安全風險水平會發生什么樣的變化？應采取什么樣的適應措施來減少相關風險？這些是需要進一步展開研究的問題。
在該研究中，劉凱教授與團隊利用多模式氣候預估數據，全面分析了全球不同降水重現期的變化。結果顯示，全球大部分地區極端降水事件的發生頻率將顯著增加。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世紀中期，約1.8度升溫）和73.8%（21世紀末期，約2.5度升溫）的降水重現期的降幅將超過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世紀中期（約2度升溫）和21世紀末期（約4度升溫），這兩個比例將分別增加至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。
圖1.未來不同時期與不同情景下10年一遇降水重現期變化（以1971-2000年為基準期）(a) RCP4.5情景下21世紀中期(b) RCP4.5情景下21世紀末期(c) RCP8.5情景下21世紀中期(d) RCP8.5情景下21世紀末期
在RCP 8.5情景下，到21世紀中期，全球約有43.6%的交通基礎設施（本研究中包含鐵路和公路）的設計降水量重現期降低超過25%，受到嚴重威脅的交通基礎設施總長度達到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設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險更大。
圖2.不同程度降水重現期變化下的全球公路與鐵路基礎設施分布比例(a) RCP4.5情景下21世紀中期(b) RCP4.5情景下21世紀末期(c) RCP8.5情景下21世紀中期(d) RCP8.5情景下21世紀末期
圖3.全球設計降水量重現期縮短超過25%的公路與鐵路基礎設施分布(a) RCP4.5情景下21世紀中期(b) RCP4.5情景下21世紀末期(c) RCP8.5情景下21世紀中期(d) RCP8.5情景下21世紀末期
為了適應氣候變化帶來的影響，使基礎設施在未來保持其設計時考慮的風險水平，研究提出在基礎設施設計中應納入“適應氣候變化安全系數”，該系數表達了當前狀態與未來情景下相同降水重現期對應的降雨強度的比值。研究最終給出了全球不同類型不同等級的交通基礎設施的“適應氣候變化安全系數”分布圖，以指導工程設計。
圖4.全球“適應氣候變化安全系數”分布(a) RCP4.5情景下21世紀中期(b) RCP4.5情景下21世紀末期(c) RCP8.5情景下21世紀中期(d) RCP8.5情景下21世紀末期
積極適應氣候變化，是城市和基礎設施可持續發展的必然要求。聯合國可持續發展目標（SDGs）將建設更具有韌性、可持續和可靠的基礎設施作為關鍵目標之一。2022年，我國發布了《國家適應氣候變化戰略2035》，指出要逐步完善與氣候變化相適應的基礎設施與重大工程技術標準體系。該研究成果為開展基礎設施氣候適應性規劃與設計提供了科學依據，有助于落實SDGs目標與我國適應氣候變化戰略。
北京師范大學國家安全與應急管理學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Elco Koks為共同通訊作者。北京師范大學汪明教授、王倩之博士研究生為共同作者。該研究得到國家自然科學基金面上項目（41771538）資助。（供稿：北京師范大學國家安全與應急管理學院劉凱教授課題組）
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38203-3
