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作者：

张瀚

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摘要：

气候变化改变了水循环的时空变化过程,加剧了极端水文事件的发生概率与强度.城市化过程是人类活动对水循环影响的一种重要表现形式,首先表现为通过改变城市下垫面属性,从而直接对地表的产流和汇流特性产生影响,另一方面则是通过改变地表能量的分配从而改变区域降雨特征,并进一步对地表的水文过程产生影响.目前,我国的经济正处于快速发展时期,每年因洪涝灾害导致的经济损失呈现出上升趋势,在气候变化与城市化两个重要因素的双重影响下,洪涝灾害风险是近年来许多学者着重关注的问题.研究气候变化与城市化对未来城市洪涝灾害事件的影响,对指导防灾减灾以及灾后决策等方面具有重要意义.本文以中国洪涝灾害频发的珠三角地区为研究对象,深入开展气候变化与城市化对城市洪涝灾害的影响研究,主要研究工作和结论如下:(1)基于耦合城市冠层模型的中尺度气象模式WRF对珠三角地区2013~2015年夏季降雨的空间分布进行了分析和模拟,解释了城市下垫面变化对珠三角地区夏季降雨的影响机制.结果表明城市下垫面变化改变了能量的分配方式,显著地增加了感热通量,减少了潜热通量,能量的变化增强了自由对流高度,抬升凝结高度,增加大气边界层厚度,形成较好的降雨条件,地表温度的上升使得垂直风速增加,更多的水汽被抬升至高空,为降雨过程提供了较好的水汽条件.统计结果表明极端降雨强度在城市区域显著增加,中等强度降雨变化并不显著,而极端降雨和暴雨频次均有上升.(2)利用区域气候模式RegCM4.6单向嵌套全球气候模式GFDL-ESM2M对珠三角地区1980~2000年气温和降水过程进行模拟,结果表明模型对气温和降水均具有一定的模拟能力.未来时期(2030~2050年),珠三角地区在RCP4.5和RCP8.5情景下平均月气温均增加,而月降雨则表现出较大的空间异质性.两种排放情景下,极端气温指标在整个区域内均上升,而极端降雨指标在整个区域则具有较大的差异性.对于极端气温指标,整个珠三角地区在RCP4.5和RCP8.5情景下面临增温趋势,在RCP8.5情景下的增幅更为显著,SU25显示出在珠三角河口以及北部地区呈现显著上升趋势,对于TXx指标,在RCP4.5情景下增加的地区较为混乱,RCP8.5情景下则在东部地区显著增加.对于极端降雨指标,RCP4.5和RCP8.5两种情景下则显示出较大的差异性.在RCP4.5情景下,最大一日降雨(Rx1day)和最大五日降雨(Rx5day)均表明在珠三角地区西北部呈显著上升趋势,在RCP8.5情景下,珠三角地区最大一日降雨(Rx1day)和最大五日降雨(Rx5day)主要在中部地区显著增加.(3)根据风险成因机制系统的致灾因子,孕灾环境和承灾体三大驱动因子构建了未来时期RCPs-Urbanization-SSPs洪涝灾害风险评估模型.未来情景模拟表明高风险地区均大幅增加,尤其是RCP8.5-Urbanization-SSP5,增幅为90.80%,较高风险地区则主要集中在人口密度较大,地形较为不利的地区;中风险地区在两种排放情景下均减少;这一结果表明未来时期洪涝灾害风险存在严峻的挑战,需要对危险区做好相关的防御准备工作.高排放情景会增加高风险区的洪涝风险范围,增加范围为10.44%~11.09%,不同的社会经济情景对洪涝风险也具有不同的贡献,其中SSP5在未来时期将会面临更为严峻的洪涝风险.(4)提出了未来时期短历时暴雨公式的推求方法,采用InfoWorks ICM城市雨洪模型构建管道,河道与二维地面耦合模型,定量评估气候变化对排水系统的影响.结果表明在RCP4.5和RCP8.5情景下,未来时期降雨强度峰值以及累计降雨量均增加,在不同设计暴雨频率下,溢流节点数,节点溢流峰值,管道满载比例以及最大淹没深度等均有不同程度的增加,这一结果表明未来时期珠三角典型城市区域内涝灾害将会进一步加剧.

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学位级别：

博士