5月3日，北京师范大学国家安全与应急管理学院刘凯教授在Nature Communications杂志发表了题为“Global transportation infrastructure exposure to the change of precipitation in a warmer world”的研究成果，揭示了全球变暖引发的降水变化对全球交通基础设施带来的威胁，并指出应做好前瞻性布局，将气候变化因素纳入交通基础设施工程规划设计中。

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受气候变化的影响，全球极端降水事件频率和强度都在增加，给关键基础设施的安全运行带来极大的威胁。基础设施的设计寿命通常为几十年甚至上百年，这意味着当前规划和修建的基础设施在未来长达几十年甚至上百年的时期里，应该保持其设计时的风险水平。然而，基础设施的防洪排涝设计都是以历史天气事件作为依据，确定设防标准。在全球变暖的背景下，基础设施面临的安全风险水平会发生什么样的变化？应采取什么样的适应措施来减少相关风险？这些是需要进一步展开研究的问题。

在该研究中，刘凯教授与团队利用多模式气候预估数据，全面分析了全球不同降水重现期的变化。结果显示，全球大部分地区极端降水事件的发生频率将显著增加。以“10年一遇”的降水事件为例，在RCP4.5情景下，全球大陆58.7%（21世纪中期，约1.8度升温）和73.8%（21世纪末期，约2.5度升温）的降水重现期的降幅将超过25%（即，10年一遇的事件将缩短为不到7.5年一遇）。在RCP8.5情景下，21世纪中期（约2度升温）和21世纪末期（约4度升温），这两个比例将分别增加至71.5%和86.6%。格陵兰岛、北美洲东部和西部、南美洲北部、中非、西伯利亚高原东部、印度中部、中国西南部和东南亚是对全球变暖最敏感的地区。

图1.未来不同时期与不同情景下10年一遇降水重现期变化（以1971-2000年为基准期）(a) RCP4.5情景下21世纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪末期(c) RCP8.5情景下21世纪中期(d) RCP8.5情景下21世纪末期

在RCP 8.5情景下，到21世纪中期，全球约有43.6%的交通基础设施（本研究中包含铁路和公路）的设计降水量重现期降低超过25%，受到严重威胁的交通基础设施总长度达到10.3百万公里，占全球总长度的43.6%。从绝对暴露量来看，受到威胁的交通基础设施主要集中在北美东部、西欧北部、中欧和东亚。而从相对暴露量来看，美国东部和西部、南美洲东南部、中欧和北欧、中国西南部和东南亚面临的风险更大。

图2.不同程度降水重现期变化下的全球公路与铁路基础设施分布比例(a) RCP4.5情景下21世纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪末期(c) RCP8.5情景下21世纪中期(d) RCP8.5情景下21世纪末期

图3.全球设计降水量重现期缩短超过25%的公路与铁路基础设施分布(a) RCP4.5情景下21世纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪末期(c) RCP8.5情景下21世纪中期(d) RCP8.5情景下21世纪末期

为了适应气候变化带来的影响，使基础设施在未来保持其设计时考虑的风险水平，研究提出在基础设施设计中应纳入“适应气候变化安全系数”，该系数表达了当前状态与未来情景下相同降水重现期对应的降雨强度的比值。研究最终给出了全球不同类型不同等级的交通基础设施的“适应气候变化安全系数”分布图，以指导工程设计。

图4.全球“适应气候变化安全系数”分布(a) RCP4.5情景下21世纪中期(b) RCP4.5情景下21世纪末期(c) RCP8.5情景下21世纪中期(d) RCP8.5情景下21世纪末期

积极适应气候变化，是城市和基础设施可持续发展的必然要求。联合国可持续发展目标（SDGs）将建设更具有韧性、可持续和可靠的基础设施作为关键目标之一。2022年，我国发布了《国家适应气候变化战略2035》，指出要逐步完善与气候变化相适应的基础设施与重大工程技术标准体系。该研究成果为开展基础设施气候适应性规划与设计提供了科学依据，有助于落实SDGs目标与我国适应气候变化战略。

北京师范大学国家安全与应急管理学院刘凯教授为该论文第一兼通讯作者，荷兰阿姆斯特丹自由大学Elco Koks为共同通讯作者。北京师范大学汪明教授、王倩之博士研究生为共同作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目（41771538）资助。（供稿：北京师范大学国家安全与应急管理学院刘凯教授课题组）

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-38203-3