气候变化背景下城市气象灾害特点与防治

陈正洪

陈正洪，中国气象局气象干部培训学院副研究员，北京师范大学博士，大气科学博士后，2007—2008年在美国加州大学伯克利分校做访问学者。主要研究方向包括科技规划、气象史、气象灾害、气象科学普及与政策。主持国家自然科学基金等项目10余项，发表国内外学术论文近70篇，出版著作4部，获得学术荣誉近10项，国家发明专利3项。

引言

在全球气候变化不断加剧背景下，气象灾害已经成为制约人类生存环境和社会经济发展的重要因素。气候变化、人类活动和城市化进程的加速使得城市气象灾害愈加突出。城市人口的迅速聚集和下垫面的快速变化导致城市环境的脆弱性不断增加，特大城市的极端气象事件呈明显增加态势。

城市气象灾害背景与现状

世界上有一半以上的人生活在面积不足国土10%的城市，城市占有一个国家大量的财富和社会资源，同时消耗很多能源和自然资源，城市气象灾害会影响到国家可持续发展和居民生活质量（图1）。

1.气候变化与城市气象灾害

IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）已经完成并发布了五次评估报告，目前正在进行第六次评估工作，历次评估报告不断揭示近百年来全球持续增温，随之而来是极端气候和气象事件的频发，人类活动引发增温的信度愈来愈高。气候变化不确定因素不断积累酝酿的大背景下，人类面临气象方面的不确定性因素也越来越多。城市化的进程，正不断改变下垫面的状况，对周围小气候产生的反馈越来越大，城市的灾害性气象条件越来越成熟，城市极端气象灾害呈现加速发展态势。

图1 海地的戈纳伊夫地区被飓风托马斯淹没

从长期来看，不断增加的气候变化可能超出自然系统、人工管理系统和人类生活系统的适应能力，产生新的不确定性，这种不确定性可能会导致海平面上升、加剧洪涝、干旱及其他气象灾害，引起全球范围内的不确定性变化和对地球系统新的理解。地球内部未知物质的释放会加大气象要素的不确定性变化，这种不确定性的流转会使已知气象灾害变成未知气象灾害。在气候变化导致全球环境不确定性增加背景下，城市气象灾害可能导致形成新的灾害链，这表明了城市气象灾害的复杂性，比如可能出现“小灾大害”和“短灾长害”的结果，城市建筑群的“狭管效应”加剧了局地气象灾害的发生等等。

城市地区的极端气象事件每年造成大量损失，因此很多国家高度重视对城市气象灾害的研究与防治，涉及领域包括全球角度的评估、极端天气的影响、气候灾害中城市的脆弱性、洪水灾害的影响、气象干旱的影响等方面。

2.城市气象灾害与脆弱性

20世纪80年代，国际灾害学界逐步重视人类社会自身存在的脆弱性和其在灾害形成中所起的作用。城市气象灾害引致城市环境的脆弱性可能是交叉学科的新兴领域。城市环境具有特殊性，城市的“非均匀性”和地面复杂性需要对气象灾害的时空分布进行“定点定量”的研究。国际灾害脆弱性研究从定性转为综合性定量评估。目前脆弱性定义比较多元，有学者把脆弱性定义为“一种状态，这种状态决定于一系列能够导致社会群体对灾害影响的敏感性增加的自然、社会、经济和环境因素或过程”。联合国开发计划署(UNDP)定义脆弱性为“由自然、社会、经济和环境等因素导致的人群受害可能性和受害程度”。学界对脆弱性的理解和描述越来越宽泛并趋于全面（图2）。

图2 脆弱性概念内涵扩展变化图

城市气象灾害不仅造成直接经济损失，还会带来一系列社会、环境问题，不利于和谐社会的建设，严重时会危及国家安全。如果城市气象灾害引致城市环境的脆弱性处理不当，就会放大社会中已存在的不确定因素，导致更大灾难。特别在人口密集的大城市，气象及其次生灾害的“多米诺骨牌效应”，已经成为严重制约城市健康和持续发展的重要因素。

城市尤其是特大城市的环境脆弱性和全球环境脆弱性存在某些复杂的反馈与响应，说明气象灾害和城市环境变化以及脆弱性存在耦合关系。IPCC评估报告中指出气候变化、城市气象灾害、脆弱性等现象之间存在复杂的相互关系（图3）。多学科和多方法综合研究城市气象灾害是一个趋势。对城市气象灾害的研究不仅要偏重于从自然事件的角度，更需要从人类本身角度综合分析，包括对人类行为和整体环境致灾因子的研究，特别是分析人类经济、社会和文化系统对城市气象灾害的驱动力与抑制机制，以及响应能力。

由于各国城市发展有一定共性，特大城市和城市群的不断涌现，使人类往往面临相同的城市气象灾害背景，城市气象灾害日益加剧，国际合作更加紧密。未来研究需要更清楚地表征和定量识别脆弱性并进行量化分析，在一些信息不完备的特殊条件下，气象灾害触发的脆弱性比较复杂，需要通过最新的科学技术理论进行研究。近几年一些大型国际计划包括联合国国际减灾战略计划（ISDR）、达沃斯全球风险论坛（GRF）、国际科联的综合灾害风险研究计划（IRDR）等等，逐渐加大对城市气象灾害的国际合作研究。

3.中国城市化与气象灾害

中国是世界上气象灾害最为严重的国家之一，气象灾害损失占所有自然灾害总损失的70%以上，随着社会发展和中国城市化进程，城市气象灾害成为气象灾害中最为频繁而又严重的灾害之一。我国城市正经历着世界上规模最大、最剧烈的人与环境关系的演变过程，2017年年底我国城市化水平为58.52%，城市人口超过农村人口。

城市化过程一方面为人们积累了大量财富，另一方面也从多方面影响着人们的生命财产安全。城市对自然环境造成巨大的改变，改变了自然地形，使市区趋向平坦或起伏更大（如摩天大楼）；城市建设破坏了自然河网、湖网、水网系统，并造成降水、蒸发、径流非自然分配；城市化使气温、降水、地温、风、蒸发、湿度等气象要素发生变化，使城市热岛、湿岛、干岛、浑浊岛、雨岛等“五岛效应”明显。特大城市一方面高度现代化，一方面也同样面临各种新型气象灾害，北京也不例外。

图3 城市气象灾害与其他因素的相互关系

中国城市气象灾害的特点及影响

尽管中国与其他国家城市气象灾害存在某些共性，但是由于局地环境的差异，特别是经济、社会发展方式和城市化进程的差异，中国城市气象灾害有自己特点和影响。

（一）中国城市气象灾害特点

目前存在如下几种突出的城市气象灾害。

1．城市暴雨灾害

城市暴雨灾害是比较常见的一种。由于城市地表基本硬化，所以暴雨容易造成城市低洼地区积水，排泄不及时就会造成内涝，进而导致城市部分路面交通瘫痪、相关企业停产、大量物资浸泡受损，如果浸泡时间过久，还可能导致城市道路、输电线路等基础设施毁坏、城市物流及水电中断等。如2007年7月17日，重庆特大暴雨，打破115年气象记录，近万名群众被洪水围困，35人死亡，11人失踪。2012年7月21日，北京持续降暴雨4小时，平均降水量达117毫米，城区多处积水严重，机场和市内交通全面瘫痪，大量汽车浸泡，79人因灾死亡。城市暴雨灾害在中国各大城市中都有出现，其发生频率似乎在增加（图4）。

2．城市低温冰冻灾害

随着全球气候变化，近年来城市低温冰冻灾害逐渐增多，危害也在加大。比如城市降雪可造成某些区段交通瘫痪，严重时导致部分电信中断，积雪压塌房屋、树木受损，此外会导致市民摔倒跌伤事故猛增。低温冰冻会造成居民用电量突增，影响电网系统运行安全，同时连带着供暖、供热、供气等生命线链条的紧张。比如2006年1月12日，北京地区一场不足1毫米小雪，造成道路迅速结冰，事故报警达4030起，全城交通大瘫痪，造成较大经济损失。

3.城市高温热浪灾害

全球气候变化导致极端气象事件频发，与城市低温冰冻灾害对应，城市高温热浪灾害出现频率增加，造成的损失也在扩大。持续高温天气下城市居民大量使用制冷设备，城市供电系统往往长时间超负荷运行，极易造成城市供电紧张，停电事故增加，同时引发火灾隐患。此外，高温天气还会威胁到城市居民的身体健康和生产生活。对于驾驶员是一种潜在危害，容易导致疲劳驾驶和爆胎而引发事故。比如在1988年7月4日到7月22日，南京市区持续高温，中暑病人达到4500人。2012年7月13日郑州高温引发的大面积停电波及数十万居民，不少市民被迫全家找宾馆避暑。

4．城市雾霾和沙尘灾害

城市雾霾和沙尘天气都会影响能见度，在高度依赖路面交通的现代城市，极易造成连锁反应，形成城市气象灾害。雾霾天气能见度差，对交通出行的影响最大，一旦发生雾霾和沙尘天气，将会导致城市交通拥堵，交通事故频发，特别是航班延误，甚至引起人们情绪焦虑和社会恐慌。浓雾还可能在输变电设备表层结露，致使线路绝缘能力迅速下降，造成“雾闪”和“污闪”而引发停电、断电故障，造成大面积的城市功能失效或不稳定，导致重大灾害。2012年6月11日，武汉发生大范围雾霾天气，整个城市被黄色烟雾笼罩，弥漫着刺鼻的气味，能见度不足500米，一时间流言四起，造成了极大的社会恐慌。

5．城市雷击灾害

现代城市由于功能不断深化，所以其对各种阈值变化敏感性大大增加，使得雷击成为城市现代化建设的一大灾害。雷电灾害直接影响着通信、网络、供电、航空运行安全，随着城市高层建筑和现代化通信设备的增多，城市因雷击造成的灾害越来越多。同时伴随城市热岛效应强度增大，城市对流性天气增多，雷暴日数增多，由于城市运行对信息技术的依赖性愈来愈大，强雷电的电磁波感应容易造成计算机网络等城市基础通信系统受损，特别容易造成银行、税收等系统的同城结算计算机网络等瘫痪，一旦发生，会造成难以想象的经济损失与社会负面反应。

6．城市大风灾害

不同于野外，城市高层建筑和突出物不断增加，一些公共设施特别是高离地面的扁平物，成为城市大风的新灾源，造成诸如广告牌下坠、简易房倒塌、输变电路刮断、温室大棚顶盖吹翻、大树折断、信号灯和交通指示牌翻倒等，导致砸死、压伤行人，有时会延伸出现大面积停电断水，部分交通受阻等等。这类灾害正在成为城市新的气象灾害。如2012年3月23日，北京遭遇强风，城区最大阵风达到8级，郊区部分地区达到9～10级，刮倒不少树木、临时建筑和户外设施，一天内共造成1人死亡、41人受伤。

图4 武汉城区遭受强暴雨袭击

（二）中国城市气象灾害的主要危害影响

由于我国城市化速度很快，在城市建设过程中，对于气象灾害的估计不足，使得发生气象灾害时往往实际损失情况会远超预期。城市气象灾害的影响是多方面的，概况起来主要危害影响可以从经济和社会角度阐述。

1.经济影响

由于城市经济发展程度高、人口密度高，城市气象灾害最直接的危害就是经济损失，分为直接经济损失和间接经济损失，其结果往往都是巨量的经济损失。支撑城市运行的交通、电力、通信、供水、排水、供气等系统，都对气象条件具有高度依存性，这些系统都可能受到城市气象灾害威胁。城市越发展，城市气象灾害的经济影响就会越大。

2.社会影响

气象灾害不仅可能造成重大经济损失和经济影响，更可能引起人们的心理恐慌、社会混乱，某些极端情况甚至造成政治危机,因为城市人口密集、舆论传播迅速、灾害谣言也极易传播，政府行为表现稍有不力，就会受到社会舆论批评。城市运行系统具有高度的相关性，如果一个系统受到气象灾害的影响，就会马上扩散影响另外一个相关的系统，使更大范围、更多系统受到冲击，继而引发社会不稳定，造成较大社会影响。比如城市交通因气象灾害中断，那么就可能影响城市的物流供应系统，物流运行受到冲击就马上影响到人们的正常工作和生活秩序，城市运行就会出现混乱，甚至引起囤积居奇，造成不良社会影响。

城市气象灾害的防治

中国正处于城市化加速和社会转型矛盾多发期，针对城市气象灾害的原因、现状、特点及危害，需要进行综合性的防治。包括从人文科学、社会科学角度进行城市气象灾害综合防治，对减少城市气象灾害损失意义重大。

1．合理进行城市布局、规划及工程项目的设计施工

中国内陆大城市较多，多数存在排涝困难。比如排水不通畅，下水道易被淹没。城市排洪标准低，每遇暴雨极易形成内涝灾害，时常小（阵）雨小灾，大雨大灾。需要结合城市发展的实际情况，借鉴国际“城市气候设计”理念，从防灾减灾整体出发，进行气象、城建、地质、地震等方面的综合评估和论证，强化城市的自然灾害防御问题。

贯彻雨水系统的“渗、蓄、排、管”的综合原则，进行标准化建设和改造排水管道、泵站等设施，综合进行源头滞蓄、地区调蓄、排水通道等设施建设。对于城市重要基础设施（比如供水厂、供电厂）和公共服务设施（比如地铁、地下商场、地下停车场），通过工程措施保障其基本防涝能力。按历史极值测算，预估水情、灾情的可能程度，做到提早采取预防措施，确保安全。

2.加大城市绿化蓄储工作

增大城市树木、花草、水面等公共面积，以起到改善城市局地小气候功能。在城市周边要加大林草植被建设，建立完善的防风固沙护林体系，特别是应结合退耕还林草工作，搞好产业结构调整，尽可能增加地表植被覆盖度，消减直接裸露的沙尘源，以减少沙尘暴的发生频率、强度和范围。

最大限度地实现城市对洪水的有效利用，形成“海绵城市”。利用合适的排洪、分洪、蓄水等方法，比如在低洼地区修建储水池、建筑设置雨洪调蓄池，收集屋顶雨水，铺设透水路面等。

3.加强城市气象灾害应急建设和部门联动机制

促进城市气象灾害预报能力提高，积极探索从气象预警向灾害预警的转变，政府部门不断畅通气象灾害预报预警信息的发布渠道,切实制定对应预案，并负责灾害对应的组织和实施工作。进一步完善重大气象灾害应急响应机制。

发挥和强化重大城市气象灾害应急预案和专项应急预案作用，构建城市气象灾害应急响应社会联动机制。充分利用和整合社会公共媒体、有关部门和行业内部信息发布渠道。完善重大气象灾害各部门信息共享机制，加快并完善城市公共突发事件应急预警信息平台建设。

4.进一步加强城市气象灾害防御科普

城市气象灾害防治主体是政府，落实基础是个体。很多城市气象灾害的人员伤亡，与缺乏起码的防灾减灾知识有极大关系。应切实提高社会民众的防灾救灾意识和素质，以减少不必要的伤害和损失。

进一步深入研究城市的环境脆弱性，并重视气象灾害防御科普与气象防灾科技创新。各国气象防灾战略中，特别注重加强城市灾害防御科普知识宣传。每年“3·23”中国气象部门都会举办开放日活动，这是进行气象灾害防御的较好科普活动。还要重点加强对中小学生、留守人员等的气象灾害防御科普，增强公众抗御各类气象灾害的信心。