利用MRI-AGCM3-2-S气候模型预测中国东南部由热带气旋引发的多重洪水灾害

《Journal of Hydro-environment Research》：Projecting compound flood hazards induced by tropical cyclones in Southeast China using MRI-AGCM3-2-S climate model

东南中国60城热带气旋复合洪水风险评估显示，未来气候下超半数城市面临更严重复合洪水风险，上海最大洪水体积增幅达83.6%，苏州、南通等6城洪水主导因素从单一转向复合型。

　　在当前全球气候变化的背景下，沿海低洼地区面临着日益严重的复合洪水风险。这些地区通常位于热带气旋（TCs）活动频繁的区域，热带气旋不仅会引发风暴潮，还会伴随强降雨和河流径流的增加，形成复合洪水事件。复合洪水相较于单一因素引起的洪水更具破坏性，其影响不仅局限于局部的水位上升，还会对基础设施、生态环境和社会经济造成深远的损害。因此，对复合洪水进行系统性的评估和预测，对于制定有效的防灾减灾措施至关重要。

本研究聚焦于东南亚沿海地区，尤其是中国东南沿海，这是一个全球热带气旋活动最为频繁的区域之一。研究团队采用了一种全新的综合灾害评估框架，旨在评估当前气候条件下以及未来气候情景下，由热带气旋引发的复合洪水风险。这一框架结合了高分辨率气候模型和一系列水动力模型，模拟了未设防区域在多种洪水驱动因素作用下的灾害情况。研究覆盖了中国东南沿海的60个主要城市，包括上海、深圳、杭州等重要都市，这些城市在经济、交通和人口密度方面都具有代表性。

研究的主要发现表明，在未来气候情景下，超过一半的60个城市预计将经历更严重的热带气旋复合洪水。其中，上海作为研究的重点城市，其复合洪水风险预计将显著上升，最大洪水体积可能增加83.6%。这一结果揭示了气候变化对复合洪水影响的加剧趋势，特别是在热带气旋频率和强度增加的背景下。此外，研究还发现，在6个城市中，洪水类型将从单一驱动因素为主转变为复合驱动因素主导。例如，苏州和南通等城市预计将从以降雨为主的洪水转变为由风暴潮、降雨和河流径流共同作用的复合洪水。这些变化不仅影响了洪水的严重程度，也对防洪措施提出了更高的要求。

在方法上，研究团队采用了多模型融合的方式，结合了MRI-AGCM3-2-S气候模型和Delft3D FM、CaMa-Flood以及SFINCS等水动力模型，以模拟复合洪水事件。MRI-AGCM3-2-S模型因其高分辨率和在模拟热带气旋路径和降水模式方面的准确性，被选为研究的主要工具。尽管单一模型无法完全反映所有全球气候模型（GCMs）的不确定性，但其在模拟复杂气候条件下的表现仍然具有较高的参考价值。此外，研究还强调了数据的完整性和模型的可操作性，通过整合多种水动力模型，提高了复合洪水评估的精度和可靠性。

研究还对洪水驱动因素进行了深入分析，揭示了不同因素之间的相互作用对复合洪水的影响机制。例如，风暴潮和强降雨的叠加会导致水位迅速上升，进而加剧洪水的严重程度。同时，强降雨还会增加河流径流，使洪水范围进一步扩大。这种复杂的相互作用在传统的单一因素洪水评估中往往被忽略，导致对灾害风险的低估。因此，本研究采用的综合评估框架不仅考虑了多种驱动因素，还分析了它们之间的动态关系，从而更全面地评估复合洪水的潜在影响。

在应用方面，研究团队对上海进行了详细的案例分析，揭示了复合洪水驱动因素在空间分布上的变化趋势。研究发现，上海的洪水高风险区域比例预计将从60.6%增加到78.1%。这一结果表明，随着气候条件的变化，上海等沿海城市将面临更大的洪水风险，特别是在未来气候情景下。此外，研究还强调了洪水驱动因素在不同区域的差异性，指出某些地区可能因地理条件或水文特征的不同，而表现出不同的洪水类型和影响程度。因此，未来的洪水评估和防灾措施需要更加精细化和区域化，以适应不同地区的实际情况。

尽管本研究取得了一定的成果，但仍然存在一些局限性和不确定性。首先，研究仅采用了单一的高分辨率气候模型，而未能涵盖所有可能的气候模型，这可能影响结果的全面性。其次，水动力模型的运行需要大量的计算资源和数据支持，这在大规模区域应用时可能会受到限制。此外，研究还发现，洪水驱动因素之间的相互作用可能具有非线性特征，这使得传统的线性模型在评估复合洪水时可能存在一定的偏差。因此，未来的研究需要进一步优化模型的结构，提高其在复杂条件下的适用性。

本研究的发现对政策制定和城市规划具有重要的指导意义。首先，研究强调了在应对复合洪水时，需要综合考虑多种因素，而不仅仅是单一的降雨或风暴潮。其次，研究揭示了气候变化对复合洪水风险的显著影响，特别是在热带气旋频率和强度增加的背景下，未来的洪水风险可能比当前更加严重。因此，政府和相关机构需要加强对沿海地区的监测和预警，提高防洪基础设施的建设水平，以降低复合洪水带来的潜在损失。

此外，研究还提出了未来研究的方向，包括引入更多气候模型以提高评估的全面性和准确性，以及收集更多关于防洪设施的数据，以进一步优化模型的预测结果。同时，研究还建议，未来的研究应更加关注洪水驱动因素之间的相互作用，特别是在不同地区和不同气候情景下的变化趋势。这些研究方向不仅有助于提高复合洪水评估的科学性，也能为制定更加有效的防灾减灾措施提供理论支持。

总体而言，本研究通过结合高分辨率气候模型和水动力模型，对复合洪水进行了系统的评估和预测，揭示了气候变化对洪水风险的影响机制。研究结果不仅为沿海地区的防洪规划提供了科学依据，也强调了在未来气候情景下，复合洪水风险可能显著上升的趋势。因此，社会各界需要加强对复合洪水问题的关注，推动相关研究和政策的进一步发展，以应对气候变化带来的挑战。