中国工程院院士、水利部应对气候变化研究中心主任张建云：气候变化对国家水安全的影响及减缓适应策略

2022-09-19马颖卓

中国水利 2022年15期

张建云中国工程院院士、水利部应对气候变化研究中心主任

在地球运动的漫漫历史中，受自然气候波动和人为因素影响，气候总在不断变化。《联合国气候变化框架公约》将“气候变化”定义为“经过相当一段时间的观察，在自然气候变化之外，由人类活动直接或间接地改变全球大气组成所导致的气候改变”。该定义将因人类活动而改变大气组成的“气候变化”与归因于自然原因的“气候变率”区分开来。世界气象组织（WMO）和联合国环境规划署（UNEP）于1988年建立的政府间气候变化专门委员会（IPCC）认为，“气候变化”是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（典型的为30年或更长）的气候变动。在IPCC的使用中，“气候变化”一词是指气候随时间的任何变化，无论其原因是自然变率还是人类活动影响，有别于《联合国气候变化框架公约》中的用法。

一、气候变化及AR6主要评估结论

1.IPCC-AR6-自然科学基础主要结论

2021年8月9日，IPCC发布第六次评估报告（AR6）第一工作组报告《气候变化2021：自然科学基础》。其主要结论包括：

①全球变暖仍在持续。2020年全球平均温度较工业化前水平（1850—1900年平均值）高出1.2℃，2011—2020年是1850年以来最暖的10年。2020年，亚洲陆地表面平均气温比常年值（1981—2010年气候基准期）偏高1.06℃，是20世纪初以来的最暖年份。

②到2040年，地球温升将超过1.5℃。预计未来20年（2040年前后），地球表面变暖将达到1.5℃或1.6℃。

③确认是人类活动导致气候变暖及极端天气。人类活动已造成气候系统发生了前所未有的变化。1970年以来的50年是过去2000年以来最暖的50年；2019年全球二氧化碳浓度达410 ppm（1 ppm为百万分之一，每百万个干空气气体分子中所含该种气体分子数），高于200万年以来的任何时候。2011年至2020年全球地表温度比工业革命时期上升了1.09℃，其中约1.07℃的增温是人类活动造成的。

④地球气候正接近不可逆转的转折点。“全球变暖程度越高，发生低可能性、高影响结果的概率就越大。不排除气候系统的突变反应。”

2.IPCC-AR6-影响、适应和脆弱性主要结论

2022年2月28日，IPCC发布第六次评估报告第二工作组报告《气候变化2022：影响、适应和脆弱性》。其核心概念是风险来自脆弱性、暴露度以及危害的相互作用。报告的基本认识和核心结论包括：

①人类温室气体排放引起的气候变化，正在广泛地影响自然和人类社会，导致损失和破坏，并带来严峻的、不可逆转的风险，包括威胁生命安全、破坏粮食生产、破坏自然和减少经济增长。

②气候变化是对人类福祉和地球健康的威胁，“如果适应和减缓气候变化的全球行动有任何进一步拖延，都将导致人们错过一个短暂且正在迅速关闭的机会窗口，错失为所有人提供一个可居住和可持续未来的机会”。

③报告强调，“与更高的升温水平相比，为将全球升温限制在接近1.5℃而采取的近期行动，将大大降低人类系统和生态系统中与气候变化有关的预计损失和损害，但不能完全消除它们”。

④气候变化造成的损失和损害将随着持续变暖而迅速增加，在许多情况下带来人类和自然无法适应的风险。如果按照目前的减排承诺采取行动，全球升温的水平仍将威胁粮食生产、水供应、人类健康、沿海居住区、国民经济和自然界中的大部分生物。尽快减排将是避免这些后果的唯一途径。

⑤适应气候变化可以保障人类的安全和福祉，也可以减少气候变化带来的风险，但缺乏足够的资金支持。同样值得注意的是，适应并不能代替减排：如果全球持续变暖，世界将面临越来越多人类根本无法再适应的变化。

3.IPCC-AR6-减缓气候变化主要结论

2022年4月4日，IPCC发布第六次评估报告第三工作组报告《气候变化2022：减缓气候变化》。其主要结论包括：

①限制全球变暖，所有部门都需要深度减排。

②控制全球温升，未来几年是关键。将全球变暖控制在不超过工业化前1.5℃以内，需要全球温室气体排放在2025年前达到峰值，并在2030年前减少43%。与此同时，甲烷排放也需要减少约1/3。如果要将全球变暖控制在不超过工业化前2℃以内，需要大约在21世纪70年代初实现全球二氧化碳净零排放，即“碳中和”；而如果要将全球变暖控制在不超过工业化前1.5℃以内，则需要在21世纪50年代初实现全球二氧化碳净零排放。

③欲将全球变暖控制在不超过工业化前1.5℃以内，必须现在就要采取行动。

二、气候变化对国家水安全的影响

1.地表温度

中国是气候变化的敏感区和影响显著区，升温速率明显高于同期全球平均水平。根据《中国气候变化蓝皮书2021》，1951—2020年，中国地表年平均气温呈显著上升趋势，升温速率0.26℃/10a。1901年以来的10个最暖年份中，除1998年外，其余9个均出现在21世纪。西北、华北、东北和青藏高原为变暖最为显著的区域。

2.降水

1961—2018年，中国面平均降水量总体呈现非显著性增加趋势，平均增速4.2 mm/10a。空间分布上，东南、西部和东北降水量增加，自西南到东北存在一个降水减少的条带，贯穿珠江上游、长江中游、淮河上游、黄河中下游、海河流域和辽河大部分区域。水资源一级区降水分布有显著变化。2001—2019年西北诸河年均降水量较1956—2000年增加9.2%（绝对增量约30 mm）；辽河区、海河区、黄河区、淮河区等均呈小幅减少；其他各一级区变幅不大。

科学全面理解西北地区暖湿化。西北地区西部气候变暖变湿“信号”明显，但东西部存在明显差别。不能把西北地区东部与西部混为一谈，不能夸大西北地区当前的气候变湿趋势对该区域气候的改变。目前的变湿只是量上的变化，尚不足以改变西北地区冷凉干旱的基本气候状态，在可预期的时间内也不可能形成温暖湿润的气候环境。西北地区西部气候变暖，造成的高山冰川和积雪消融加快，对降水增加有所贡献，但由于气温升高，增加了蒸发，降水增加的相当部分变湿效应会被无效蒸发增加所抵消，故变湿程度会比想象的小。

3.河川径流

北方河流径流量总体上呈现显著性减少，海河、黄河、辽河尤甚。20世纪80年代前后两个水文系列比较，海河流域实测河川径流量减少30%～70%。

4.水资源安全

地表水资源量在海河、辽河、黄河中下游、淮河等流域减少显著。根据第二次全国水资源调查评价成果，20世纪80年代前后比较，我国地表水资源量在海河减少40%，黄河中下游、淮河减少14.5%，辽河流域减少10.5%。十大水资源分区中，除西南诸河流域外，干旱面积都在持续扩大。温度、湿度和降水变化对农业灌溉需水影响显著。温度变化（积温）将影响作物的生育期和需水过程，如温度上升1℃，冬小麦净灌溉需水约增加2%~3%；降水变化还改变了有效降水及降水与需水过程的时配关系。环境温度升高导致工业冷却用水增加。初步研究表明，环境温度上升1℃，工业冷却用水将提升1%～2%。

5.防洪安全

近年来流域性大洪水接连发生。2020年长江上游发生特大洪水，三峡水库出现了建库以来最大的入库流量（72 000 m3/s）；2021年黄河中下游地区发生历史罕见秋汛洪水。

城市洪涝问题越来越突出。2012年，北京“7·21”特大暴雨最大小时雨量110.3 mm，超过百年一遇的设计暴雨，暴雨洪涝导致79人遇难。2016年，河北省邢台市强降雨雨量超过“63·8”和“96·8”，为历史极值。2021年7月17—23日河南省遭遇历史罕见特大暴雨，其中郑州市7月20日16时至17时最大小时雨量达201.9 mm，突破1951年郑州气象站建站以来的历史记录，最大1天、最大3天雨量都达到历史极值的3.5倍以上，因灾死亡失踪380人，直接经济损失达409亿元。

城市洪涝成因分析：

①全球变暖。在全球气候变化影响下，由于温度上升，导致蒸发增加，水分循环加快，强暴雨呈现增多趋强态势；

②快速城镇化导致城市热岛效应和雨岛效应日益增强，城市强暴雨增加；

③下垫面变化改变了流域产汇流规律，容易产生城市洪涝；

④地下空间无序低标准开发加剧了城市洪涝灾害风险，是城市洪涝的高风险区；

⑤监测预警落后，预警手段和应急管理薄弱也是洪涝成灾的重要因素。

沿海海平面上升。根据《2021年中国海平面公报》，我国沿海海平面变化总体呈波动上升趋势，1980—2021年上升速率为3.4 mm/a，高于同时段全球平均水平，2021年较常年高84 mm，为1980年以来最高。海平面上升带来风暴潮倒灌加强，海堤防御标准明显降低，对数亿沿海居民产生了重大影响，加大了其对热带气旋的脆弱性。

6.工程安全

气候变化对工程安全主要有两方面的影响：

一是气候变化对工程水文计算（设计标准和运行管理）的影响。现行工程水文设计规范是基于“一致性”条件下的工程水文计算方法，而在气候变化及人类活动影响下，水文序列的一致性被破坏，上述假设不再成立，水文计算方法已不再适用。

二是温度变化对工程材料特性的影响。长历时高温干旱对水工材料特性产生直接的影响。干旱强度的影响：在180 d持续干旱试验周期内，相对湿度从60%下降到10%，水工混凝土的干缩率增长167.2%，含水率损失增大66.6%，干旱脆性系数增长13.9%。温度的影响：10%相对湿度情况下，温度从20℃升高到50℃，经过180 d持续干旱试验后，水工混凝土的干缩率增长43.6%，干旱脆性系数增长6.4%，干裂风险增加，内部微裂缝增多。

三、气候变化应对策略

应对气候变化风险的两种主要方式，一是减缓气候变化，通过节能减排早日实现“双碳”目标；二是适应气候变化，节约用水，减少需求压力；强化能力，提升系统韧性。

在减缓气候变化方面。2020年9月22日，国家主席习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上代表中国政府提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和”；同年12月12日，习近平主席在气候雄心峰会上通过视频发表题为《继往开来，开启全球应对气候变化新征程》的讲话，宣布“到2030年，中国单位国内生产总值二氧化碳排放将比2005年下降65%以上，非化石能源占一次能源消费比重将达到25%左右，森林蓄积量将比2005年增加60亿立方米，风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上”。国家制定了“十四五”碳减排的十大措施。

在适应气候变化方面。从供给侧方面提升和优化区域水资源的承载力，从需求侧方面进行结构调整和节约用水，降低需求压力。

1.减缓需求压力

水资源刚性需求依然压力很大。2001—2019年，全国供水量从5 567亿m3增加到6 021亿m3，年均增长0.43%。其中，地表水供水量增加532亿m3，地下水供水量减少160亿m3，其他水源增加83亿m3。

要让节水成为国家意志和全民行动。党的十九大报告提出，“推进资源全面节约和循环利用，实施国家节水行动，降低能耗、物耗，实现生产系统和生活系统循环链接。”节水是解决我国水资源短缺问题的根本出路，是绿色发展和生态文明建设的重要途径，是“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路的重要内容。实施国家节水行动是源于实践的制度创新。

实行最严格水资源管理制度。严守用水总量控制、用水效率控制、水功能区限制纳污“三条红线”。

强化水资源承载能力刚性约束。加强水资源消耗总量和强度控制，健全用水总量、用水强度控制指标体系，严控河湖开发强度和地下水超采。坚持以水定需，促进经济社会发展与水资源承载能力相均衡；开展流域和区域水资源承载能力评价，划定水资源超载区、临界超载区和平衡区，实行不同管控措施。实行严格的水资源管控，严格控制水资源短缺地区、生态脆弱地区发展高耗水项目；严格执行建设项目水资源论证制度。严格取水管理，依据用水总量控制指标和用水定额，科学核定用水户取用水规模。

大力推进高效节水农业。加快农业节水工程建设；推广农机农艺和生物节水措施。

全面提升工业节水水平。加强工业绿色发展和产业转型升级；加强工业节水技术改造；加强工业园区水循环利用。

创建绿色节水生活方式。推广普及生活节水器具；全面强化公共领域和服务业节水。

深化水价改革，发挥市场机制作用。深入推进农业水价综合改革；全面推行城镇居民用水阶梯水价制度；深入推进水资源费改税改革。

2.提升水系统韧性

建设国家水网。优化资源配置，实现水资源与经济社会的协调发展。

拓展水源。加大非常规水利用，提高供水保障率；加强流域防洪调控工程建设，优化水库调度，动态控制水库汛期限制水位，提高洪水资源化利用率；加强中水利用率；加强海水淡化与利用。

加强流域洪涝灾害防御能力的建设。

应用先进传感、通信等现代信息技术，建立天地空立体水文气象汛期信息监测系统；应用大数据、人工智能等技术，研发精细化、高精度、智慧化的洪水预报及调度系统；加强大江大河控制性工程建设和流域行蓄洪的建设，增强流域洪水的调蓄能力；全面普查复核变化环境下沿海海堤防洪防风暴潮标准，科学编制全国海堤建设规划，全面提升我国海堤防洪标准，提高风暴潮防御的能力。

加强城市防洪除涝排水基础设施的建设。加快海绵城市建设，从源头减少洪涝水风险。因地制宜形成“源头减排、管网排放、蓄排并举、超标应急”的城市排水防涝工程体系，给洪水以出路，给涝水以空间。提升城市生命线工程防护标准，在超出城市内涝防治标准的降雨条件下，城市生命线工程等重要市政基础设施功能不丧失，基本保障城市安全运行。