【導(dǎo)讀】7月30日凌晨，北京大部分地區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)降雨，迎來入汛最強(qiáng)一輪降雨天氣。在湖南湘潭縣，強(qiáng)降水更是引發(fā)了決堤險情。根據(jù)中央氣象臺消息，預(yù)計未來三天，云南、廣西、重慶、四川、京津冀及東北等地區(qū)有暴雨災(zāi)害風(fēng)險，各地已啟動防汛抗洪救災(zāi)工作部署。放眼全球，近年來自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其是與氣候變化有關(guān)的災(zāi)害數(shù)量顯著增加，這對日常生活和宏觀決策都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。那么，氣候變化是如何影響自然災(zāi)害的呢？面對這些由氣候變化引發(fā)的災(zāi)害風(fēng)險，我們又該如何應(yīng)對呢？
本文指出，氣候變化正在使災(zāi)害呈現(xiàn)出新的特點和趨勢。由于人類活動的影響，全球氣候正在以前所未有的速度變暖。地表平均氣溫、沿海海平面、多年凍土活動層厚度等氣候變化指標(biāo)均創(chuàng)下了歷史新高。隨之而來的是高溫、強(qiáng)降水等極端天氣事件的頻率和強(qiáng)度都在增加，這使得災(zāi)害的發(fā)生也呈現(xiàn)出新的趨勢。
對此，本文進(jìn)一步分析了自然災(zāi)害在多個方面的新變化規(guī)律，包括強(qiáng)度、頻率、持續(xù)時間、觸發(fā)時間和位置、規(guī)模及影響范圍等。研究發(fā)現(xiàn)，全球和區(qū)域性氣候系統(tǒng)正在發(fā)生劇烈變化，巨災(zāi)變得更加頻繁，不同災(zāi)害之間的相互作用也在加強(qiáng)，災(zāi)害的復(fù)合風(fēng)險和級聯(lián)風(fēng)險顯著增加。盡管全球氣候變化相關(guān)災(zāi)害效應(yīng)的研究取得了一些進(jìn)展，但仍存在不少局限性。
本文原載《科學(xué)通報》2024年第2期，原題目《氣候變化的災(zāi)害效應(yīng)與科學(xué)挑戰(zhàn)》。受篇幅所限，僅節(jié)選部分內(nèi)容，注釋從略。僅代表作者觀點，供讀者參考。
氣候變化的災(zāi)害效應(yīng)與科學(xué)挑戰(zhàn)
氣候變化在地球系統(tǒng)各個圈層，包括大氣圈、巖石圈、水圈、生物圈和冰凍圈，均有跡可循；各圈層的相互作用共同影響著氣候系統(tǒng)的變化（圖1）。自然災(zāi)害是地球系統(tǒng)各圈層相互作用最劇烈的一種表現(xiàn)，對人類社會有著深遠(yuǎn)的影響。在外營力氣候變化驅(qū)動下多圈層相互作用加強(qiáng)，所引發(fā)的地球表生災(zāi)變過程表現(xiàn)出多介質(zhì)多過程復(fù)合疊加、多災(zāi)種衍生鏈生的特點，災(zāi)害風(fēng)險與破壞程度愈加顯著。
圖1：氣候變化下五大圈層相互作用和災(zāi)害效應(yīng)
在內(nèi)動力地震與外營力強(qiáng)降雨的共同作用下，2022年9月上旬，四川省甘孜州瀘定縣遭遇地震與震后山洪泥石流，造成近百人遇難。氣候變暖與異常天氣共同作用于陡峭且易斷裂的地形和地質(zhì)條件下，導(dǎo)致2021年2月7日發(fā)生了印度杰莫利地區(qū)的高位冰-巖崩塌事件，引發(fā)了大規(guī)模泥石流，致使下游兩處水電站遭到破壞，至少150人遇難。全球變暖加劇了氣候系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，2021年7月中旬，臺風(fēng)“煙花”和異常西太平洋副熱帶高壓的共同影響，以及太行山地形對水汽的阻擋作用，造成鄭州“7·20”特大暴雨災(zāi)害，并引起城市內(nèi)澇、山洪、滑坡等次生災(zāi)害，導(dǎo)致1478.6萬人受災(zāi)，因災(zāi)死亡失蹤398人。
近年來，不同類型巨災(zāi)頻發(fā)，與氣候變化相關(guān)自然災(zāi)害的數(shù)量激增是造成災(zāi)害總數(shù)上升的主要原因，嚴(yán)重威脅了人民的生命財產(chǎn)和居住環(huán)境安全。氣候變化導(dǎo)致災(zāi)害出現(xiàn)新特點與新趨勢。人類活動致使全球氣候以前所未有的速度變暖，地表平均氣溫、沿海海平面、多年凍土活動層厚度等多項氣候變化指標(biāo)打破了歷史觀測紀(jì)錄，高溫、強(qiáng)降水等極端天氣氣候事件的頻率與強(qiáng)度均在增高，氣候變化導(dǎo)致災(zāi)害也呈現(xiàn)出新特點與新趨勢。
氣候變化對災(zāi)害的影響主要反映在5個方面。（1）強(qiáng)度：如每年1%的沿海風(fēng)暴增加會導(dǎo)致年最高溫度和洪水水位顯著上升；（2）頻率：強(qiáng)降雪、龍卷風(fēng)、洪水等災(zāi)害的發(fā)生次數(shù)明顯增加；（3）持續(xù)時間：高溫日數(shù)增加、連續(xù)干旱時間延長、熱帶氣旋駐足時間延長等；（4）觸發(fā)時間：春季霜凍提前，季節(jié)性降雨延遲、融雪洪水提前等；（5）規(guī)?；蛴绊懛秶汉Ｑ鬅崂撕蜔釒庑?guī)模擴(kuò)大，暴雨洪澇影響范圍擴(kuò)張等。
再者，全球和區(qū)域性氣候系統(tǒng)發(fā)生劇烈變化，巨災(zāi)更加頻繁，不同災(zāi)害間的相互作用加強(qiáng)，災(zāi)害復(fù)合風(fēng)險和級聯(lián)風(fēng)險顯著增加。例如，2010年5月，熱帶風(fēng)暴阿加莎侵襲危地馬拉，造成該地區(qū)大范圍強(qiáng)降雨，雨水下滲并溶解地下巖層，造成大范圍沉洞坍塌；同期，帕卡亞火山爆發(fā)，火山灰和碎片覆蓋了危地馬拉大部分地區(qū)，阻塞了排水管道，增加了熱帶風(fēng)暴期間的洪水強(qiáng)度，同時形成大范圍火山泥流，導(dǎo)致多人遇難。此類復(fù)合災(zāi)害突發(fā)性強(qiáng)，規(guī)律不清，觸發(fā)因子不明，難以有效預(yù)測。
近年來，氣候變化災(zāi)害效應(yīng)研究取得了新進(jìn)展，但仍存在很大局限性。氣候變化的災(zāi)害效應(yīng)一直是學(xué)術(shù)界非常關(guān)注的科學(xué)問題，相關(guān)研究可以追溯到20世紀(jì)90年代初，研究主要聚焦于識別氣候變化對災(zāi)害的影響。近年來，該方向側(cè)重于開發(fā)預(yù)測模型和風(fēng)險管理策略，以便更好地準(zhǔn)備和應(yīng)對氣候變化條件下自然災(zāi)害的新變化，提出更好的適應(yīng)性措施，減少災(zāi)害風(fēng)險。
但目前對氣候變化的災(zāi)害效應(yīng)認(rèn)識依然有很多不足，跨圈層多因子耦合作用下，極端天氣、強(qiáng)震、人類活動等巨型災(zāi)害及復(fù)合鏈生災(zāi)害的形成、演化與防治研究仍是防災(zāi)減災(zāi)學(xué)科的前沿；對內(nèi)外動力耦合驅(qū)動下的臺風(fēng)、海嘯、山洪泥石流、冰湖潰決與滑坡等自然災(zāi)害的物理機(jī)制和過程認(rèn)識不明，難以定量分析氣候變化的災(zāi)害效應(yīng)、減少復(fù)雜因素作用下災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測的不確定性。
這些防災(zāi)減災(zāi)研究的不足，嚴(yán)重制約了自然災(zāi)害風(fēng)險理論和風(fēng)險防控技術(shù)的發(fā)展。因此，亟須系統(tǒng)地認(rèn)識氣候變化對自然災(zāi)害的影響機(jī)理、自然災(zāi)害對氣候變化的響應(yīng)特點，實現(xiàn)氣候變化下自然災(zāi)害高精度預(yù)測與有效應(yīng)對，減少自然災(zāi)害損失，保護(hù)人民的生命和財產(chǎn)安全，幫助社會規(guī)劃氣候變化適應(yīng)性措施，減少氣候變化下災(zāi)害對社會發(fā)展的不利影響。
▍近年來氣候變化對自然災(zāi)害的影響
（一）氣候變化的致災(zāi)特點
近年來全球顯著升溫的異常態(tài)勢，超出了過去數(shù)百年、數(shù)千年的氣候系統(tǒng)自然變率。相較1850~1900年，2001~2020年的平均表面溫度升高0.99°C；其中陸面增溫1.47°C，海面溫度升高0.79°C。冰川消融加劇，相對1979~1988年，2010~2019年北極海冰面積9月（3月）減小了40%（10%）左右。高山區(qū)雪線上移，凍土退化嚴(yán)重。2002~2014年間全球平均海平面上升2.74±0.58mm/a，其中海溫升高造成的熱膨脹貢獻(xiàn)為1.38±0.16mm/a；冰蓋和冰川的貢獻(xiàn)約為1.37±0.09mm/a。20世紀(jì)下半葉，海溫變化造成北半球的大部分熱帶風(fēng)暴路徑發(fā)生了極向移動，強(qiáng)度有所增加，但頻率有所下降；風(fēng)暴潮高度變化，極端海平面聚集升高，海岸洪水風(fēng)險增加30%以上。
此外，變暖導(dǎo)致氣候波動性變大，造成水循環(huán)加速，水的再分配過程偏向極端化，干（濕）季更干（濕），時空差異均有增加的趨勢，極端降雨頻次與降雨強(qiáng)度均明顯增加，多地出現(xiàn)新的天氣與氣候特征。有記錄以來，極端干旱的非洲撒哈拉沙漠區(qū)域鮮有降雪事件，而2016年以來卻發(fā)生多次強(qiáng)降雪過程。其中，2018年降雪量超過40mm；2021年底遭遇極端天氣，不僅觀測到了降雪，部分地區(qū)還遭遇了強(qiáng)降雨，甚至是冰雹天氣。在目前全球平均增暖~1.1°C的現(xiàn)狀下，十年一遇的極端高溫事件頻率將增加2.8倍，強(qiáng)度增加1.2°C；十年一遇極端降水事件頻率增加1.3倍，強(qiáng)度增加6.7%；十年一遇干旱事件（如農(nóng)業(yè)干旱、生態(tài)干旱等）頻率增加1.7倍，干旱指數(shù)增加0.3。研究表明，在更溫暖和濕潤的條件下，風(fēng)化破裂會加速。任何與風(fēng)化有關(guān)的系統(tǒng)，如地球的碳循環(huán)、表面侵蝕或生物過程，在更溫暖和更濕潤的氣候下都存在加速巖石破裂過程的影響，有利于增加高山區(qū)山地災(zāi)害物源條件。
同時，控制大氣波動的環(huán)流背景場也發(fā)生明顯變化，其中自20世紀(jì)80年代以來，北半球哈得來環(huán)流延伸，會使沃克環(huán)流位置和強(qiáng)度均有很大變化，并進(jìn)一步導(dǎo)致極端厄爾尼諾厄爾尼諾事件加強(qiáng)。而已有研究指出，極端厄爾尼諾事件會引起包括中國在內(nèi)多數(shù)區(qū)域的暴雨、洪澇等自然災(zāi)害的發(fā)生。也有研究發(fā)現(xiàn)，氣候變暖使北大西洋經(jīng)向環(huán)流減弱，北大西洋瞬變波的強(qiáng)迫作用減弱，中高緯西風(fēng)加速減弱，最終導(dǎo)致青藏高原等地區(qū)的極端降水事件增加。21世紀(jì)，東亞季風(fēng)與南亞季風(fēng)等季風(fēng)系統(tǒng)可能有顯著增強(qiáng)的趨勢，而季風(fēng)增強(qiáng)與西風(fēng)減弱的協(xié)同作用有助于高亞洲山區(qū)局部強(qiáng)降水成?？傊瑲夂蜃兣沟玫厍蛳到y(tǒng)各圈層環(huán)境向易于成災(zāi)的趨勢演化，自然災(zāi)害風(fēng)險顯著增加。
（二）氣候變化背景下自然災(zāi)害活動特征
盡管不同自然災(zāi)害的形成條件和主要驅(qū)動力具有明顯差異，但總體可分為3種類型：熱力主導(dǎo)、重力主導(dǎo)以及水力主導(dǎo)。受高溫或高熱力梯度驅(qū)動的高溫?zé)崂恕釒庑?、龍卷風(fēng)、火災(zāi)等是常見的熱力主導(dǎo)型災(zāi)害。重力主導(dǎo)型災(zāi)害多為地勢落差較大的山地災(zāi)害，如崩塌、雪崩、滑坡、泥石流等；由海底運動造成的海嘯也屬于重力型災(zāi)害。干旱、區(qū)域洪水、海平面升高等災(zāi)害主要由于水力條件變化引起的。而在圈層相互作用下，部分災(zāi)種受多種作用力共同驅(qū)動，如山洪形成時，重力和水力都是必要條件。此外，不同自然災(zāi)害活動具有顯著的時空尺度差異（圖2），其中重力主導(dǎo)型以小尺度、短時災(zāi)害為主，但是暴發(fā)突然、破壞力強(qiáng)；水力主導(dǎo)型災(zāi)害時空跨度相對較大，影響范圍廣。氣候快速變暖造成大多數(shù)災(zāi)害的孕災(zāi)時間縮短，災(zāi)害活動特征發(fā)生明顯變化。
圖2：自然災(zāi)害的主要類型與其時空尺度特征
升溫導(dǎo)致全球高溫?zé)崂耸录l發(fā)，白天和夜間復(fù)合高溫?zé)崂耸录挠绊戯@著上升。2020年，Wang等人指出，1960~2012年，北半球夏季復(fù)合熱浪事件頻率和強(qiáng)度均顯著增長，分別為~1.03d/10a和~0.28°C/10a。同時，風(fēng)暴潮、臺風(fēng)等極端海洋氣候事件發(fā)生頻率增多，強(qiáng)度加大。1982年以來，全球范圍內(nèi)海洋熱浪的發(fā)生頻率增加了1倍，且范圍更廣，持續(xù)時間更長；近30年占全球70%的弱臺風(fēng)無論在全球尺度還是海盆尺度上也出現(xiàn)明顯的增強(qiáng)趨勢。在沿海居民優(yōu)先居住的低海拔平坦區(qū)，海平面上升速度將比全球平均速度快4倍，復(fù)合型洪水風(fēng)險明顯上升。
同時，水循環(huán)的加速也加劇了全球旱澇時空分布的極端化，使得雨季的降水變得更多，旱季的干旱會更為嚴(yán)重；同時，旱澇/澇旱急轉(zhuǎn)事件的歷時、烈度和強(qiáng)度呈增加趨勢。區(qū)域旱澇災(zāi)害時空分布甚至出現(xiàn)新態(tài)勢。美國西部的水資源高度依賴融雪徑流，但該地區(qū)春季雪旱災(zāi)害的概率從1985年的20%上升到2016年的40%。中國西北干旱半干旱區(qū)，在極端降水增加與融雪徑流加劇的雙重作用下，近年來洪水災(zāi)害頻發(fā)，例如2002年塔克拉瑪干沙漠洪災(zāi)、2012年吐魯番洪災(zāi)、2017年塔里木河等區(qū)域?qū)掖伟l(fā)生沙漠洪水災(zāi)害，2021年7月中旬，塔克拉瑪干沙漠北緣受洪水襲擊，淹沒面積達(dá)300多平方公里，影響嚴(yán)重。而2022年長江流域出現(xiàn)旱澇并存的局面：汛期長江上游降水偏多，區(qū)域性洪澇頻發(fā)；而中下游降水偏少，旱情嚴(yán)重。旱澇新特征主控因子不明，顯著增加了相關(guān)災(zāi)害預(yù)測難度。
海拔依賴性增溫的高山區(qū)以及熱島效應(yīng)顯著的城市區(qū)對氣候變暖的響應(yīng)均存在明顯的放大效應(yīng)。其中，冰凍圈的退化改變了高山區(qū)水文地質(zhì)條件和地表孕災(zāi)環(huán)境，加劇了以重力主導(dǎo)的山地災(zāi)害的頻率、規(guī)模和復(fù)雜性；災(zāi)害活動總體空間特征具有高強(qiáng)度與高頻性、突發(fā)性、季節(jié)性、群發(fā)性、周期性等特征。而城市的三維幾何結(jié)構(gòu)不利于熱量散發(fā)，以及人為熱量的釋放，使得城市高溫日數(shù)增加、熱浪頻次增加；熱島效應(yīng)對一些超大城市的升溫貢獻(xiàn)更為顯著，其中城市化對中國東部城市高溫?zé)崂说呢暙I(xiàn)可以達(dá)到30%~50%。城市熱島效應(yīng)導(dǎo)致大氣更不穩(wěn)定、垂直上升和水汽輻合運動加強(qiáng)，導(dǎo)致在過去30年來，城市短歷時極端強(qiáng)降水增加35%，增幅比周邊郊區(qū)高3倍以上。城市下墊面硬化造成滲透能力減弱，徑流增強(qiáng)，城市洪水風(fēng)險增大。城市化不僅使洪水峰值明顯升高，也縮短了洪水事件中洪峰出現(xiàn)的時間；同時，城市化也使山洪影響范圍與洪泛區(qū)面積明顯擴(kuò)張。
▍自然災(zāi)害風(fēng)險演化未來發(fā)展趨勢
（一）孕災(zāi)環(huán)境未來趨勢與影響估計
若不執(zhí)行大規(guī)模溫室氣體減排措施，預(yù)計增暖將在全球和區(qū)域范圍內(nèi)快速加劇，同時引起熱力、水力、重力（地貌改變造成的局地位能變化）等孕災(zāi)條件的變化。有研究指出，在當(dāng)前排放延續(xù)情景下，2100年北半球夏季復(fù)合高溫?zé)崂耸录l率預(yù)計將比2012年增加8倍，強(qiáng)度也將是現(xiàn)在的3倍以上。自2000年起，北半球高山區(qū)，如落基山脈和青藏高原的最大雪水當(dāng)量預(yù)計21世紀(jì)末減少量將是歷史基準(zhǔn)線的4倍。21世紀(jì)末，積雪覆蓋減少，預(yù)計將使其周邊區(qū)域的雪旱災(zāi)害頻率增加2倍以上；全球陸地上的年降水量在SSP1-1.9。低排放情景下預(yù)計將增加2.4%，而在SSP5-8.5高排放情景下為8.3%（0.9%~12.9%），歐洲和北美洲等部分區(qū)域強(qiáng)熱帶風(fēng)暴的強(qiáng)度預(yù)計將是目前的3倍以上。2015年，Winsemius等人指出，21世紀(jì)末洪水災(zāi)害風(fēng)險預(yù)計將增加20倍，尤其是在東南亞和非洲地區(qū)。未來海洋和大部分陸地區(qū)域的蒸發(fā)量均將增加；蒸發(fā)量的增加將使地中海、北美西南部、非洲南部、南美西南部和澳大利亞西南部的土壤水分減少，干旱風(fēng)險增加。預(yù)計到21世紀(jì)末，干旱區(qū)將擴(kuò)張至全球陸地面積的50%~56%。
再者，變暖促使氣候系統(tǒng)中的多個要素加速接近突變點，將造成巨大的災(zāi)害風(fēng)險：全球增溫1.5~3°C時，格陵蘭冰蓋融化消失，會造成海平面溫度升高2~7m；平均增溫3~5°C時，西南極冰蓋消融，將造成海平面上升5m。這些均可能導(dǎo)致沿海海洋與城市巨災(zāi)發(fā)生，直接威脅沿海地帶人居環(huán)境。全球增溫3.5~5°C時，亞馬遜熱帶雨林大范圍毀滅，直接導(dǎo)致大范圍生態(tài)損失災(zāi)害。升溫4~6°C時，北部凍土快速消融，會釋放CH4和CO2等溫室氣體，進(jìn)一步加劇氣候變化的幅度。此外，印度地區(qū)局地升溫達(dá)到0.5°C時，就會引起印度季風(fēng)快速突變減弱，造成區(qū)域降水減少，特大干旱災(zāi)害的頻率與幅度增加。因此，掌握氣候變化規(guī)律、合理節(jié)能減排，是有效應(yīng)對氣候變化災(zāi)害風(fēng)險的前提。
（二）暴露度和脆弱性的變化增加多數(shù)區(qū)域災(zāi)害未來風(fēng)險概率
氣候變化直接導(dǎo)致致災(zāi)因子危險性不斷增加，并且全球化帶來的人口增長、城市化、土地利用變化等社會因素也逐步影響災(zāi)害風(fēng)險的暴露度、脆弱性和危害。隨著全球人口不斷增長和城市化進(jìn)程的加速，越來越多的人口將生活在自然災(zāi)害易發(fā)區(qū)域。這意味著即使災(zāi)害的概率沒有增加，由于人口密度和城市化程度的增加，災(zāi)害帶來的損失也將更加嚴(yán)重。此情景下易受影響的地區(qū)包括人口稠密的城市和近海沿線的城市等。而氣候變暖放大效應(yīng)顯著的高寒山區(qū)，冰川與雪蓋面積減少、水利工程擴(kuò)張、旅游業(yè)快速發(fā)展等變化導(dǎo)致山區(qū)災(zāi)害暴露度和脆弱性均有明顯上升。
此外，隨著人類活動的不斷擴(kuò)張，土地利用方式也發(fā)生了變化，包括林地開墾、耕地擴(kuò)張、水資源過度開發(fā)等。這些變化可能會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的破壞和自然災(zāi)害的加劇。例如，森林開墾和過度采伐會導(dǎo)致土地侵蝕和滑坡，耕地擴(kuò)張和水資源過度開發(fā)可能導(dǎo)致干旱和水災(zāi)等。此情景下易受影響的地區(qū)包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快、土地利用變化明顯的地區(qū)。
值得注意的是，未來災(zāi)害風(fēng)險變化的程度和趨勢也具有顯著區(qū)域性差異。有研究指出，氣候波動造成的社會脆弱性增大在發(fā)展中國家表現(xiàn)比較突出，尤其在孟加拉國、印度尼西亞和非洲等國家。此外，隨著氣候變化導(dǎo)致海平面上升，風(fēng)暴潮和海嘯等災(zāi)害風(fēng)險增加，沿海城市和島嶼等低洼區(qū)域的災(zāi)害風(fēng)險更大；高溫與干旱共同影響下，未來森林火災(zāi)風(fēng)險增加，其中在北美洲和歐洲等區(qū)域的風(fēng)險較高；而冰凍圈融化消融造成的山體滑坡、冰巖崩、雪崩等的災(zāi)害風(fēng)險在高山區(qū)更為突出。由于自然災(zāi)害風(fēng)險受多因素的影響，風(fēng)險等級取決于未來溫升水平、脆弱性、暴露度、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和適應(yīng)措施，針對未來災(zāi)害風(fēng)險的定量化預(yù)估存在很大不確定性，應(yīng)對氣候變化的災(zāi)害風(fēng)險仍具有極大的挑戰(zhàn)。
▍應(yīng)對氣候變化災(zāi)害風(fēng)險的科學(xué)挑戰(zhàn)
氣候變化本身的復(fù)雜性，與其造成的自然災(zāi)害新特征、新趨勢以及復(fù)合與鏈生災(zāi)害風(fēng)險的升高，使自然災(zāi)害預(yù)測預(yù)警和風(fēng)險預(yù)估的難度極大，為全球應(yīng)對氣候變化災(zāi)害風(fēng)險帶來新的科學(xué)挑戰(zhàn)，如圖3和表1所示，主要包括以下幾方面內(nèi)容。
圖3：多圈層作用下氣候變化的災(zāi)害效應(yīng)與應(yīng)對其風(fēng)險的科學(xué)挑戰(zhàn)
表1：應(yīng)對氣候變化災(zāi)害風(fēng)險的科學(xué)挑戰(zhàn)及其關(guān)鍵因素與核心應(yīng)對方案
（一）氣候變化驅(qū)動的圈層相互作用和內(nèi)外動力耦合致災(zāi)機(jī)制
固體地球內(nèi)部運動（內(nèi)動力作用）導(dǎo)致的物質(zhì)交換和能量傳輸，可以改變地表溫度，并將地球內(nèi)部的碳、氮等物質(zhì)帶至海洋圈和大氣圈中，對氣候系統(tǒng)起到一定的調(diào)節(jié)作用。而全球變暖導(dǎo)致水循環(huán)和碳循環(huán)等過程加速，各圈層相互作用加強(qiáng)，在內(nèi)外動力共同作用下，小規(guī)模、大影響的極端事件與其復(fù)合事件增多。因此，在圈層相互作用下，揭示內(nèi)外動力耦合孕災(zāi)、成災(zāi)、致災(zāi)機(jī)理是預(yù)測防范重大災(zāi)害風(fēng)險的基礎(chǔ)和亟待解決的前沿科學(xué)問題。內(nèi)、外動力均具有長期累積與瞬時強(qiáng)擾動的時間耦合特征，而兩者的空間耦合更是加速了地質(zhì)體穩(wěn)定性演變。但目前對構(gòu)造作用-地形急變-氣候變化綜合作用下孕災(zāi)環(huán)境的演化及其對地表災(zāi)害驅(qū)動的定量關(guān)系仍認(rèn)識不清，對宏觀（區(qū)域）、中觀（坡體）和微觀（巖土體）多尺度融通的難題仍有待破解。
（二）跨時空尺度災(zāi)害發(fā)育規(guī)律
氣候變化促使孕災(zāi)環(huán)境易于成災(zāi)，自然災(zāi)害發(fā)育特征的時空尺度變化增大，部分自然災(zāi)害的孕災(zāi)機(jī)制與形成規(guī)律發(fā)生改變。然而，由于氣象的高度變異性、物理上的不可接近性以及地球圈層之間復(fù)雜的相互作用，疊加多尺度氣候系統(tǒng)擾動，觸發(fā)災(zāi)害的關(guān)鍵參數(shù)及其閾值難以確定，定量關(guān)系不明確，限制了對自然災(zāi)害形成與演化的認(rèn)識及預(yù)報。此外，在氣候變化-自然災(zāi)害研究中，氣候變量降尺度到災(zāi)害時空尺度的過程中存在諸多不確定性，不僅局地短臨災(zāi)害性天氣事件預(yù)報困難，而且目前空間大尺度長期氣候預(yù)測精度仍滿足不了自然災(zāi)害演化研究和應(yīng)用的需求。不同致災(zāi)因子時空關(guān)聯(lián)度與規(guī)律不清，進(jìn)一步影響不同災(zāi)害在時間上的群聚和空間上的群發(fā)機(jī)制與特征。因此，打通不同尺度空間關(guān)隘和時間隧道，揭示復(fù)雜下墊面陸-氣耦合系統(tǒng)變化規(guī)律及其災(zāi)害效應(yīng)，深化認(rèn)識跨時空尺度災(zāi)害發(fā)育規(guī)律，也是未來關(guān)鍵科學(xué)挑戰(zhàn)之一。
（三）極端事件信息感知與數(shù)據(jù)驅(qū)動的風(fēng)險判識
極端災(zāi)害事件是一類特殊的非常規(guī)突發(fā)事件，其態(tài)勢演化是應(yīng)急救災(zāi)的首要問題。從概率的角度來講，極端災(zāi)害事件屬于小概率事件，但其造成的破壞和損失往往非常嚴(yán)重。其中，“黑天鵝”事件樣本量少，影響因子不明，關(guān)鍵信息無法感知；“灰犀?！笔录狈ν晟菩畔⒔y(tǒng)計，量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)換機(jī)制和突變因子難以確定。由于極端災(zāi)害事件信息高度缺失、時滯和失真，確定極端災(zāi)害目前處于什么狀態(tài)、未來將如何演化等問題是制約極端災(zāi)害事件風(fēng)險預(yù)測的關(guān)鍵科學(xué)問題。極端災(zāi)害風(fēng)險事件預(yù)測問題應(yīng)以極端災(zāi)害威脅的承災(zāi)體功能屬性作為研究目標(biāo)，深入分析極端災(zāi)害事件的形成、演化及致災(zāi)機(jī)制。并在此基礎(chǔ)上，采用貝葉斯極值理論進(jìn)行建模，定量刻畫極端災(zāi)害風(fēng)險事件與特征因素的關(guān)聯(lián)關(guān)系，以實現(xiàn)時域上潛在極端災(zāi)害風(fēng)險事件預(yù)測以及空間上同類型極端災(zāi)害風(fēng)險事件預(yù)測的目的。
（四）災(zāi)害動力學(xué)與風(fēng)險演化規(guī)律
主導(dǎo)氣候變化的物理系統(tǒng)是一類高度非線性的動力系統(tǒng)，其在外力的微擾作用下常演化出難以控制的混沌效應(yīng)。從宏觀角度看，氣候系統(tǒng)的混沌效應(yīng)表現(xiàn)出極強(qiáng)的內(nèi)稟隨機(jī)特性，從而使得由氣候變化誘導(dǎo)的災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測具有明顯的不確定性。并且人類對氣候系統(tǒng)的外在隨機(jī)干擾越大，人類所面臨的災(zāi)害風(fēng)險就越高，災(zāi)害風(fēng)險預(yù)測的不確定性更加突出。目前，災(zāi)害動力學(xué)系統(tǒng)主要以確定論為指導(dǎo)進(jìn)行構(gòu)建，并已取得了很大的進(jìn)步。但是復(fù)雜多項介質(zhì)多場耦合災(zāi)害的多物理過程解耦難度大，同時其多界面特征阻礙災(zāi)害運動和結(jié)構(gòu)信息的獲取，導(dǎo)致以確定論構(gòu)建起來的災(zāi)害動力學(xué)理論難以考慮多項-多場-多介質(zhì)耦合作用下災(zāi)害形成、演化及致災(zāi)過程中的不確定因素。因此如何定量描述災(zāi)害風(fēng)險的隨機(jī)成分和預(yù)測的不確定性仍然是災(zāi)害動力學(xué)發(fā)展的一個科學(xué)瓶頸。
（五）災(zāi)害風(fēng)險管理與韌性社會構(gòu)建
災(zāi)害風(fēng)險系統(tǒng)是復(fù)雜的，孕災(zāi)、致災(zāi)和成災(zāi)要素相互聯(lián)系、相互依賴并相互影響。全球化使得氣候變化驅(qū)使下的災(zāi)害風(fēng)險通過社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境系統(tǒng)傳播和擴(kuò)散，風(fēng)險形勢正在快速變化，帶來越來越大的影響。
通過災(zāi)害風(fēng)險管理，降低氣候變化災(zāi)害風(fēng)險影響，是未來災(zāi)害風(fēng)險科學(xué)的主要目標(biāo)。而社會經(jīng)濟(jì)差異增大了氣候變化災(zāi)害風(fēng)險的復(fù)雜性。世界氣象組織（WMO）指出，1970~2021年間，全世界由于極端天氣、氣候?qū)е碌乃劳鋈丝谥校?0%以上在發(fā)展中國家。所以在考慮社會經(jīng)濟(jì)作用的災(zāi)害風(fēng)險管理體系時應(yīng)當(dāng)關(guān)注公正性和包容性，與發(fā)達(dá)國家相比，發(fā)展中國家更注重綠色轉(zhuǎn)型的成本效益。
從災(zāi)害風(fēng)險管理的“預(yù)防-預(yù)備-響應(yīng)-恢復(fù)”4個維度來看，制定適合區(qū)域特點的災(zāi)害可接受風(fēng)險水平標(biāo)準(zhǔn)是目前災(zāi)害風(fēng)險管理預(yù)防和預(yù)備階段的首要挑戰(zhàn)。這主要體現(xiàn)在風(fēng)險評估方法的不確定性、區(qū)域特征的差異性、經(jīng)濟(jì)利益和社會參與以及人文因素的影響。而災(zāi)害風(fēng)險管理的響應(yīng)與恢復(fù)階段，則需要重點關(guān)注建立和有效提升社會的災(zāi)害韌性，構(gòu)建一個能適應(yīng)氣候變化的韌性社會。韌性社會具有承受災(zāi)害事件的打擊并從中恢復(fù)的能力。韌性為包括氣候變化在內(nèi)的政策制定和管理提供了一個非常實用的框架并以發(fā)展為風(fēng)險管理的一個重要理念。IPCCAR6中提出的氣候韌性發(fā)展框架就是對災(zāi)害風(fēng)險管理和氣候韌性社會建設(shè)的探索。
綜上所述，本文首先通過對氣候變化的致災(zāi)特點與自然災(zāi)害活動特征等的歸納總結(jié)，量化不同種類災(zāi)害的活動變化趨勢；其次，通過主要驅(qū)動力的差異來劃分災(zāi)害類型，分類介紹災(zāi)害對氣候變化的響應(yīng)機(jī)制，并強(qiáng)調(diào)了同類型災(zāi)害在不同區(qū)域的空間差異；再者，主要圍繞自然災(zāi)害的自然屬性介紹災(zāi)害風(fēng)險演化趨勢與影響；最后，圍繞氣候變化的災(zāi)害效應(yīng)，提出五大科學(xué)挑戰(zhàn)。本文提倡以提高自然災(zāi)害預(yù)測預(yù)警的準(zhǔn)確性和有效性、降低氣候變化災(zāi)害風(fēng)險為目標(biāo)，加強(qiáng)新理論、新方法、新技術(shù)的研發(fā)，包括清潔能源和綠色減災(zāi)技術(shù)等的創(chuàng)新，減緩氣候系統(tǒng)的擾動，并通過調(diào)整社會系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)等來適應(yīng)氣候變化。建議通過綜合、多樣化的方法解決不同挑戰(zhàn)中的關(guān)鍵問題，有效應(yīng)對氣候變化帶來的災(zāi)害風(fēng)險。