气候变化视角下我国不可移动文物暴雨灾害风险变化趋势研究

郝爽　乔云飞

关键词：气候变化；不可移动文物；暴雨灾害；风险管理；风险评估；预防性保护；CMIP5

2013年，联合国政府间气候变化专门委员会第一工作组发布了题为《Climate Change 2013：The Physical Science Basis》的评估报告，表明地球系统正在经历一次以全球变暖为主要特征的显著气候变化。这一变化大约自1950年开始为人们所观测，全球几乎所有地区都经历了升温过程，产生了地球表面气温上升，海洋温度上升，海平面上升，格陵兰和南极冰盖消融、冰川退缩等一系列现象[1]。极端气候事件的频发，例如极端高温、极端低温、极端干旱、极端降水等，也是全球气候变化的表现之一。在我国，极端降水事件的发生近年来有明显的上升趋势，2020年6月南方各省发生的洪涝灾害以及2021年河南省、山西省经历的特大暴雨均是极端降水事件的典型实例。

在极端降水事件中，除了受灾地区居民的生命和财产安全外，同样遭受严重损失的还有分布在受灾地区内的各类不可移动文物。据统计，在2021年河南省特大暴雨灾害期间受到灾害影响的文物（包括文物保护单位、未定级不可移动文物、博物馆及部分考古发掘工地）总数达到563处，其中严重受损的文物数量达到154处，占受灾文物总数的约27%。暴雨灾害的强度与受灾文物的数量也存在较为明显的正相关关系：7月21日8点至9点间降水量超过250毫米的区域主要集中在郑州、焦作、新乡及安阳四市，而它们也是本次统计中受灾文物数量排名前四的城市。在气候变化趋势将进一步加剧的未来，如何在更加频繁的极端降水事件的威胁下，通过采取预防性措施加强对不可移动文物的保护，将成为文物保护领域亟须解决的重要问题。

从2021年我国重大暴雨灾害发生的区域来看，河南省、山西省都并非传统意义上的暴雨灾害多发地区，这也一定程度上导致了上述地区的不可移动文物缺少面对暴雨灾害的预防和保护手段，扩大了灾害带来的损失。因此，在气候变化的背景下，需要对未来我国各地区的暴雨灾害风险进行重新审视，通过气候变化预测模型识别出暴雨灾害风险较高地区的扩散模式，并结合区域内的不可移动文物分布状况评估灾害风险等级，作为开展区域内不可移动文物预防性保护工作的前提。

一、与暴雨灾害空间分布相关的气候变化趋势研究综述

世界气候研究计划（WCRP）下属的耦合建模工作组（WGCM）自成立以来长期进行的项目之一被称为“耦合模型比对项目（CMIP）”，其主旨在于建立一系列气候变化的未来预估模型，使得各国的研究者可以依据其研究区域的各种自然和社会环境因素，通过模型之间的横向对比，选择适用于研究区域的模型进行未来变化趋势的研究。如今CMIP项目已经进行到了第六轮（CMIP6），而本文参考的多数文献都是以开展于2008年的CMIP5为参照的。

在基于CMIP5的模型预测下，国际层面最为重要的研究成果来自Mamalakis等人发表在《Nature – Climate Change》上的文章《气候变化条件下热带降雨带变迁的区际对比》[2]。该文章主要研究了CMIP5模型下熱带辐合带（即热量、水汽集中，降水概率高的赤道低压带）的未来变化趋势，得出的主要结论为在东半球地区（即东非至西太平洋之间的区域），热带辐合带的位置将向北移动；而在西半球地区（即东太平洋至大西洋之间的区域）热带辐合带将向南移动。我国的位置处于东半球范围内，故热带辐合带存在向北移动的倾向，这也成为我国降水和暴雨灾害分布密集区域存在向北移动趋势这一结论在全球尺度下的理论基础。

在我国，自2014年以来有关气候变化、降水和极端降水分布的历史演变与未来发展趋势研究为数众多，部分研究针对全国尺度，其余则选取了特定区域作为研究对象。

在针对全国尺度的研究中， 任国玉等（2015）研究了全国尺度降水的现代时空变异规律，通过整理历史数据得出了强降水事件发生频数在多数地区出现增加、平均暴雨量和暴雨日数上升、极端强降水事件出现强度增加和历时性减少等集中化趋势等结论[3]；史培军等（2014）认为全球变暖导致的热带辐合带北移则导致我国的暴雨多发区域自东南沿海逐渐向华中、西南、环渤海等区域扩张[4]；谢梦霞等（2021）针对上海合作组织国家的气候变化进行了区域性的整体研究，结果表明自1901年至2019年的百余年间，整个上合组织区域的年平均降水量有显著的上升趋势，同时存在高纬度地区上升速率明显高于低纬度地区、北部和干旱区降雨量显著增加的特征[5]；刘凯（2021）对我国自1951年至2018年间的气温和降水时空变化特征进行了研究，结论是全国极端降雨事件呈增多趋势，年降水量近20年内呈现明显增加，而400毫米、500毫米等降水量线都有不同程度的北移现象[6]；郭淇（2021）通过对水循环特征的分析得出了类似的结论，与湿润程度具有显著关联的蒸散发（ET）指标自1989年来在除内蒙古和四川外的全国大部分区域都有所增加[7]。

根据上述的研究成果，可以认为未来我国降水量和极端降水的变化趋势将存在如下的特征：

（1）我国整体上具有气候湿暖化变化的趋势，全国的年降水量将有所增加，这种现象与全球尺度的气候变化存在较为直接的联系；

（2）随着我国年降水量的增加，极端降水事件（即暴雨）发生的频次也将增加，同时暴雨将逐渐产生强度增加、历时性变短的集中化变化趋势；

（3）由于全球气候变化的影响，我国的降水分布的重心发生了移动，从历史上降水量较大、暴雨发生频次较多的东南沿海地区逐渐向北方和西部扩张，传统的干旱区域降水量增加速率更快。

表1中所列出的针对国内部分区域未来降水和暴雨变化趋势的研究也印证了以上的结论。

根据中国气象局国家气候中心编制的《中国气候公报（2021）》，2021年我国中东部地区降水的空间分布存在“北多南少”的趋势，东北西部、华北大部、内蒙古东部、陕西中南部、四川东北部、重庆北部、西藏西部和中部等区域的年降水量与常年相比偏多20%～100%（图1）[16]，这一状况也与前文总结的降水及暴雨空间分布变化趋势存在一定的契合性，表明这一趋势如今已经开始发展。

二、暴雨灾害对不可移动文物的影响特征

根据《自然灾害分类与代码》（GB/T 28921-2012）国家标准，暴雨灾害被定义为“因每小时降雨量16毫米以上，或连续12小时降雨量30毫米以上，或24小时降雨量50毫米以上，对人类生命财产等造成损害的自然灾害”。

暴雨灾害对于不可移动文物的破坏主要表现包括淹没和冲刷两种。古建筑类型中的桥梁较多地受到暴雨引发的洪水冲击而造成的破坏；位于河谷、平原等地理环境中的古建筑、石窟寺更多受到淹没或淤积的影响；古遗址则因其主要构成材料以土为主，暴雨灾害导致土壤含水量大幅提高、呈现流态，可能导致遗址土体结构的彻底破坏。无论以上哪种暴雨灾害对不可移动文物的破坏形式，文物的受灾程度都与暴雨的强度存在一定的正相关关系：降雨量的增加将可能导致洪水冲击作用的增强、文物建筑和石窟寺内淤积水位的升高、遗址土体结构破坏概率增加等现象。

在灾害风险的评估中，常用的评估方法是由史培军（2016）提出的灾害风险取决于孕灾环境的敏感性、致灾因子的危险性和承灾体的脆弱性三方面的区域灾害系统理论[17]。其中孕灾环境敏感性的指标包括地形地貌、地质构造、水文条件等；致灾因子危险性指标依照研究的灾害类型而有所差别；对于不可移动文物的灾害风险管理来说，承灾体即是文物本体，因此承灾体的脆弱性也即是文物本体在自然灾害中产生破坏的可能性和破坏程度，即易损性[18]。

对于暴雨灾害来说，影响致灾因子危险性的指标主要是暴雨的频率和强度，如今已有一系列的指标通过上述两个维度来对暴雨的严重程度进行量化，且关于历史数据分析和未来情景预测的研究均数量较多。文物本体脆弱性的指标主要包括其形制、材料、工艺、残损现状和已开展的保护工程等等，由于本研究主要关注宏观尺度下特定区域内文物整体受暴雨灾害的风险随气候变化的发展趋势，因此本文对不同文物个体差异较大的孕灾环境敏感性、文物本体脆弱性指标进行了简化，仅使用研究区域内文物的数量来反映文物本体脆弱性这一构成文物暴雨灾害风险的指标。

在这一前提下，未来由于气候变化的影响，不可移动文物受到暴雨灾害风险将会显著提升的区域应当具有以下三个特征：（1）区域内暴雨发生的频率会有明显增加；（2）区域内暴雨的强度会有明显增加；（3）区域内不可移动文物数量较多。本研究的下一步工作即是筛选出全国范围内符合上述特征的区域。

三、我国不可移动文物暴雨灾害风险发展趋势研究

（一）暴雨频率及暴雨强度空间分布特征发展趋势研究

本文通过引用已有研究的结果，实现了对暴雨频率及暴雨强度空间分布特征未来变化趋势的预估。李柔珂（2017）对CMIP5模式下中国未来的气候灾害风险展开了研究，形成了具有多个情景、多个指标的系统预估成果[19]，本文将以该预估成果作为基础，研究21世纪期间我国暴雨灾害高风险地区分布的变化趋势。在CMIP5模型中，依据空气中二氧化碳浓度的不同，共有四种不同的情景对未来气候变化进行模拟。该作者选用了RCP8.5和RCP4.5两种情景分别研究了到21世纪末期，中国地区未来气候灾害风险的变化趋势；本文则采用了其中对二氧化碳浓度预估较为保守的RCP4.5情景，在RCP6.0和RCP8.5情景下，温度上升的速率及暴雨灾害发生的频率将会更高，我国21世纪新增的暴雨灾害高风险地区面积也将会更大。在该研究中，作者采用了R20毫米、Rx5day、SDII等指数作为暴雨灾害极端性的衡量指标，本文则选取了其中的两个进行叠加分析：R20毫米，即每年日降水量大于等于20毫米的天数，反映一年内暴雨发生的频率，对应“ABC”中的“A”值；Rx5day，即每年最大的连续五日降水量，反映暴雨的强度，对应“ABC”中的“B”值。作者分别计算了1961－2005年间两项指标的全国空间分布情况以及其在21世纪末时的分布情况，二者之间的差值即可认为是21世纪我国新增的暴雨灾害严重地区。

根据作者的计算，在100年重现期的条件下，1961－2005年间全国R20毫米的平均值约为22d，超过24d的历史暴雨灾害的多发地区的分布情况如图2（a）所示，主要集中在青藏高原南部、四川省中部，以及東南的江苏、浙江、福建，中部的安徽、江西、湖北、湖南，南部的广东、广西、海南等地。而在CMIP5-RCP4.5情景下，到21世纪末，R20毫米超过24d的区域分布将如图2（b）所示，覆盖了除川渝地区东部和云南中部以外的几乎整个秦岭－淮河线以南区域，甚至扩展到甘肃、陕西、山西、山东等北方省份的南部地区。从图2（c）可以看出21世纪内新增的R20毫米大于24d的区域，主要涵盖了云贵高原、华南南部，以及陕西、河南的多数区域和山东、山西的少数区域，并在青藏高原一带有明显向北扩散的趋势。

另一个用于衡量暴雨强度的指标Rx5day在1961－2005年间的全国平均值则为203毫米（100年重现期下）。这一时间段内Rx5day超过225毫米，即最大暴雨雨量明显超过平均值的区域主要包括青藏高原、云贵高原南部，湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南等南方省份，以及四川北部、陕西、河南、山西、河北等北方省份的小部分区域，如图3（a）所示。图3（b）则同样表达了21世纪末期Rx5day将超过225毫米的区域，通过图3（c）可以看出新增的区域主要包括云贵高原北部、四川南部、湖北、山东和京津冀地区。Rx5day超过225毫米的现象在青藏高原地区同样存在向北扩散的趋势。

将21世纪内新增的R20毫米大于24d和Rx5day大于225毫米的地区进行叠加，可以得到未来数十年间暴雨灾害发生频率提高、且暴雨强度程度增加的区域，即未来暴雨灾害严重程度显著提高的区域，如图4所示。

从图4可以看出，21世纪内新增的暴雨灾害严重地区可以划分为四个较为集中分布的区域：（1）青藏高原地区的日喀则－拉萨一线；（2）云南、四川、贵州三省交界处及重庆东部；（3）陕西、山西、河南三省交界处；（4）河南、安徽、山东、江苏四省交界处。新增暴雨灾害严重地区共涉及15个省、直辖市、自治区下的91个地市级行政区，494个县级行政区，占全国县级行政区总数的17.03%；新增暴雨灾害严重地区的总面积达50.1万平方千米，占国土总面积的5.20%。

与前文整理的全国降水量和暴雨分布变化趋势相比，可以发现上述四个主要集中区域中两处（陕晋豫交界区域、豫皖鲁苏交界区域）位于未来降水量和暴雨事件发生频率将明显提高的北方地区；2021年间发生特大暴雨灾害的河南北部、山西中部等地也与分析得出的暴雨灾害严重地区存在较为显著的重合。

与前文梳理的现有全国尺度气候及降水变化的研究相比，本文得出的未来新增暴雨灾害严重区域中，陕晋豫三省交界地区和豫皖鲁苏四省交界地区大部处于刘凯等（2020）计算得出的1951－2018年间我国平均800毫米等降水量线以北，可以认为新增暴雨灾害严重区域与800毫米等降水量线在过去约70年内不断北移的趋势保持一致；而滇川渝贵四省交界的区域则位于我国亚热带季风气候区的边缘，反映了亚热带季风气候区在未来将有向现今高原山地气候区扩散的趋势。

（二）未来新增暴雨灾害严重地区内不可移动文物受灾风险等级的分布

通过以上分析计算出的区域是气候变化影响下我国未来暴雨频率和强度都将增大，即构成暴雨灾害风险的“A值”和“B值”将显著提高的区域。在这一区域内，决定各个县域的不可移动文物暴雨灾害风险的另一个因素是县域范围内不可移动文物的数量。出于方便统计的考虑，本文选取了价值较高、代表性较强的全国重点文物保护单位（以下简称“国保”）中受暴雨灾害影响较为明显的古建筑、古遗址、石窟寺及石刻三个国保类型，用县域这三类的数量来代表县域的不可移动文物受灾数量，即“C值”。

本文将新增暴雨灾害严重地区与上述三类国保的分布情况进行了叠合。在占国土总面积5.20%的新增暴雨灾害严重地区涉及的县域内，共包含了古建筑类国保433处，古遗址类国保259处，石窟寺及石刻类国保63处，分别占该类型国保总数的20.27%、20.08%和20.06%，单位面积各类国保数量是全国平均值的3.9倍左右，可以认为这一区域是国内不可移动文物分布较为密集的地区。

古建筑、古遺址、石窟寺及石刻三类国保县域空间分布情况与新增暴雨灾害严重地区的叠加如图5－7：

山西省南部、河南省北部是我国古建筑国保分布最为密集的区域之一，而这一区域与陕、晋、豫三省交界处的新增暴雨灾害严重地区存在一定的重合。在全国古建筑类国保数量不少于10处的20个县域中，山西省平遥县、平顺县、长子县及陕西省韩城市4个县级行政区处于新增暴雨灾害严重地区内；此外，陕西省西安市区、西藏自治区拉萨市区、四川省蓬溪县等古建筑类国保分布较为密集的县域同样将在未来受到暴雨灾害风险的较大影响。

我国古遗址类不可移动文物分布的密集区包括华北、东北地区的内蒙古－河北－辽宁交界区，中原地区的陕西南部与河南北部，长江下游的江苏－浙江交界区，以及西北的新疆－甘肃交界区等区域。如图6所示，新增暴雨灾害严重地区中的陕、晋、豫交界区与陕西－河南这一古遗址集中分布区域有较大的重合，同时山西西南部、山东南部地区也均是古遗址分布较为集中的区域。古遗址类国保数量超过5处的14个县域中，河南省驻马店市区、汝州市，山西省芮城县均在未来的暴雨灾害严重区域内。

石窟寺及石刻集中分布的区域包括新疆、甘肃的丝绸之路沿线地带，河南省北部以及四川省东部地区。其中，四川东部的巴中、资阳一带作为石窟寺及石刻的重要集中分布区，位于未来暴雨灾害的严重地区内；此外江苏省连云港市区、山东省东平县、河北省大名县、云南省曲靖市区及安宁市均是新增暴雨灾害严重地区内石窟寺及石刻类国保分布较多的县域。

为衡量新增暴雨灾害严重地区内各县域文物资源的总体丰富程度，从而确定各县域文物受灾的风险级别，现对各县域各级文物保护单位的数量进行加权求和以作为评定依据。按照全国重点文物保护单位、省级文物保护单位、市级文物保护单位和县级文物保护单位之间3：2：1：1的权重关系，将三个级别文物保护单位的权重值确定如表5。

根据加权求和结果，新增暴雨灾害严重的区域内文物资源较为丰富的县域如表6。

依据新增暴雨灾害严重地区内各县域的国保数量，计算出区域内各县文物受灾风险级别，加权求和后的县域国保总共量与风险等级的对应关系如表7：

将各县域的文物受灾风险等级在图中表示如下：

从图8以及表6中可以看出，我国21世纪新增暴雨灾害严重地区的四个主要片区的文物受灾风险存在较大差异：青藏高原的日喀则－拉萨线区域仅在拉萨、日喀则等地市级行政区的个别县域有较高的文物受灾风险，其余大部分区域文物受灾风险较低；滇、贵、川、渝交界区内各县的文物受灾风险普遍相对较高，在四川东部和重庆一带最为明显，四川东北部的巴中市是该片区内风险最高点；豫、皖、鲁、苏交界区的中高风险县域分布更为密集，尤其集中在河南省南阳市，山东省南部的枣庄市、日照市等地；陕、晋、豫交界区则整体风险较高，特别是山西南部，在临汾市、长治市、晋城市都有较多高风险的县域，运城市更是因国保密集分布而具有为数众多的高风险县域。

四、结论与展望

根据CMIP5-RCP4.5情景的模拟，到21世纪末，我国大部地区存在降水量增加和降水量集中化变化的趋势。据相关研究成果，降水量增加的地区内暴雨和洪涝灾害强度同样将有所提升[20]，而降水量的集中度可以直接反映暴雨发生的频率。因此，可以认为我国大部地区暴雨灾害发生的频率和强度都将有所上升，这也将导致不可移动文物受到的暴雨灾害威胁日益严重。

根据R20毫米和Rx5day两个常用的衡量暴雨严重程度的指标空间分布情况的未来变化趋势预测，我国21世纪内暴雨发生频率较高且强度较大（即暴雨灾害严重）的区域将发生扩散，主要新增的暴雨灾害严重地区包括四个片区：（1）青藏高原地区的日喀则－拉萨一线；（2）云南、四川、贵州三省交界处及重庆东部；（3）陕西、山西、河南三省交界处；（4）河南、安徽、山东、江苏四省交界处。

上述地区内各县域不可移动文物的数量决定了县域文物受到暴雨灾害影响的风险等级。依据四个片区内各县级行政区古建筑、古遗址、石窟寺及石刻三类国保的相对数量，估算了各县的文物资源丰富度，并以此为基础对各县域的不可移动文物暴雨灾害风险进行了等级的划分。分级结果表明，未来境内不可移动文物受暴雨灾害风险等级最高的地区主要包括西藏的日喀则、拉萨，云南的昆明、曲靖，四川的巴中、资阳，重庆的奉节，湖北的恩施，陕西的西安、渭南，山西的运城、长治、晋中，河南的许昌、开封，山东的泰安、济宁等地。

根据上述分析结果，本文对未来我国不可移动文物暴雨灾害风险管理提出以下建议：

（1）21世纪内我国新增的暴雨灾害严重地区与不可移动文物的密集分布区存在较为显著的重合情况：占国土总面积约5%的新增暴雨灾害严重地区内，古建筑、古遗址、石窟寺及石刻三類国保的数量都占了全国总数的20%左右；四个片区中，滇贵川渝交界区涵盖了四川省东部和重庆市这一石窟寺集中分布的区域，陕晋豫交界区则大量分布了古建筑、古遗址。因此，建立完善的不可移动文物暴雨洪涝灾害风险管理体系、开展预防性保护工作刻不容缓。

（2）新增的四个暴雨灾害严重片区中，有两个（陕晋豫交界区、豫皖鲁苏交界区）都位于秦岭－淮河线以北、传统上的半湿润区。这一区域由于以往降水量较小、暴雨洪涝灾害发生频率较低，相关决策部门可能未将暴雨和洪涝灾害作为当地不可移动文物潜在的自然灾害风险加以识别。上述地区的文物保护管理机构应开展灾害风险的识别与评估工作，充分考虑暴雨洪涝灾害可能引发的文物及周边环境的损失，加强对文物保护单位应对暴雨灾害的薄弱点的勘察。

（3）上述地区的文物保护管理机构应依据文物的类型、价值、保存状况等情况，在全面评估暴雨洪涝灾害影响的前提下，加强相应的预防性保护工作力度以降低灾害损失，具体措施可包括石窟寺在山体顶部进行防水处理避免渗水，古建筑、古遗址类文物在关键易受损位置提前加固处理以降低坍塌风险，通过环境整治和保护性设施改造来确保排水路径、避免积水等；同时也需要在灾害发生前准备完善的暴雨灾害应急响应计划，并定期进行演练，确保灾害发生时能够按照计划开展救援工作。

除本文分析得出的未来暴雨灾害严重程度加剧的区域之外，我国大部地区，无论是否为传统的暴雨灾害多发地区，在气候变化的大环境下同样存在着暴雨灾害风险增大的趋势，各地也大多存在着针对文物采取的灾害预防和响应措施与不断增大的灾害风险之间不匹配的现象。因此，结合对暴雨灾害风险的预测和评估，建立全面覆盖的、常态化的不可移动文物预防性保护措施体系和应急处置机制，应成为各地文物主管部门和文物保护管理机构未来的阶段性工作重点。

此外，本文作为气候变化影响下我国不可移动文物暴雨灾害风险变化趋势的初步研究，仍以宏观层面的分析为主，尚未具体到微观区域或文物保护单位范围的尺度。此后，还应利用文物保护单位尺度的孕灾环境敏感性、文物本体脆弱性等灾害风险评估指标，更加具体地刻画小尺度下的文物暴雨灾害风险变化趋势；同时，气候变化预测模型也在不断地更新之中，CMIP6如今已广泛应用于气候变化相关的研究之中。今后也应依据新的模型继续深化对暴雨灾害分布变化趋势的预测，并采取多种衡量暴雨严重程度的指标以增加预测的可信度。