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风暴潮恰逢天文大潮形成的极值水位,往往会造成海岸带灾害。气候变化引起的海平面上升将加剧致灾因子的强度,而承灾体脆弱性区域对海平面上升更为敏感。本文基于不同典型浓度路径(RCP)情景,综合风暴潮、天文大潮和海平面上升,系统探究不同时期未来极值水位的风122险。以山东半岛为例,分析其孕灾环境脆弱性及风暴潮灾害的变化趋势,重点开展气候变化引起的海平面上升对极值水位灾害的综合风险评估。主要研究内容和结论如下: (1)气候变化和社会经济发展下山东半岛的承灾体脆弱性加剧 山东沿海经济发展使人口和社会经济的灾害暴露量增加。2016年山东生产总值占全国GDP的8.68%,地区生产总值超过50000亿元且人均生产总值超过5万元。沿海城市对山东经济增长的贡献突出,其中东营、威海和青岛市的人均生产总值较高。随着沿海地区的经济发展,越来越多的生产设施及财富暴露于潜在灾害风险中。由于人口趋海迁移,青岛、威海和烟台地区的人口密度增长较快,人口的暴露量也相应增加。 山东半岛极端灾害发生频次增加,风暴潮灾害趋于严重,是中国北部沿海受灾程度最为严重的地区。山东半岛沿海城市中,威海市的风暴潮灾害风险较高。山东半岛的地形、气候、水文条件等构成多潮灾的孕灾环境,海岸平坦、地势较低等地形条件使沿岸区域容易遭受高水位的淹没。由于受热带气旋、温带气旋及冷空气的影响,与天文潮叠加形成风暴潮灾害,温带风暴潮灾害较为强烈。预计未来30年海平面将上升65~165 mm,对极值水位灾害的影响较大。 (2)海平面上升将导致未来极值水位的重现期缩短 基于P-Ⅲ分布,利用风暴潮、天文大潮和海平面上升数据构建现状极值水位和情景极值水位,分析海平面上升情景下极值水位重现期的变化。研究结果表明,海平面上升持续上升将显著缩短极值水位的重现期,在典型浓度路径下,缩短现象十分显著。①2100年的极值水位重现期较2050年缩短更为显著。本世纪末,现阶段的极值水位将变为常态。千年一遇的小概率事件在RCP8.5情景下可能变为10年一遇。②不同情景间重现期的缩短程度不同。在RCP2.6情景下,重现期缩短程度最小,百年一遇的极值水位在2100年变为2~13年一遇,而在RCP8.5情景下可能变为1~5年一遇,在RCP4.5和RCP6.0情景下将变为1~10年一遇。③同一情景内不同水平之间的重现期缩短程度有所差异。在同一情景高水平下重现期的缩短程度最为显著,然后依次为中、低水平。 (3)气候变化将加剧未来极值水位的淹没风险 本研究结合P-Ⅲ分布和淹没损失模型,研究气候变化下的海平面上升对极值水位淹没灾害的影响。①随海平面高度的上升,淹没范围扩大、淹没面积增加、淹没深度增加。至2050年,淹没面积增加3.23%~10.64%;而至2100年,淹没面积增加4.98%~19.87%。各土地利用类型中,建设用地及耕地的风险暴露度较高,在各海平面上升情景下淹没面积增加均较大。②海平面上升导致极值水位造成的直接经济损失增加。2050年,未来极值水位淹没的直接经济损失增加范围在30%以内,2100年直接经济损失翻倍,在RCP8.5情景高水平下,未来淹没损失将平均增加60%。各土地利用类型的可能直接淹没损失呈上升趋势,其中建设用地的损失尤为突出,耕地次之。③未来极值水位对受灾人口及经济的影响扩大。至2050和2100年,受灾人口最大增加量分别为2万和3万人,受灾人口增加近15%和30%。现阶段极值水位淹没风险的GDP为112~122亿元;至2050年,受影响的GDP最大增值约为13亿元;2100年,极值水位影响的GDP增加量将近20%。 综上所述,本论文利用风暴潮、天文大潮及海平面上升数据,采用P-Ⅲ分布方法构建了情景极值水位。通过分析海平面上升情景下极值水位的重现期和淹没风险的变化,研究气候变化对未来沿海地区极端灾害风险的影响。开展海平面上升情景下极值水位的变化及其灾害风险评估,有助于气候变化的适应和灾害风险防范。该研究不仅可作为气候变化对海洋灾害风险的重要补充,而且可为防灾减灾、海岸带规划及工程建设提供重要的科学决策支撑。