【导读】7月30日凌晨，北京大部分地区出现强降雨，迎来入汛最强一轮降雨天气。在湖南湘潭县，强降水更是引发了决堤险情。根据中央气象台消息，预计未来三天，云南、广西、重庆、四川、京津冀及东北等地区有暴雨灾害风险，各地已启动防汛抗洪救灾工作部署。放眼全球，近年来自然灾害频发，尤其是与气候变化有关的灾害数量显著增加，这对日常生活和宏观决策都产生了深远的影响。那么，气候变化是如何影响自然灾害的呢？面对这些由气候变化引发的灾害风险，我们又该如何应对呢？

本文指出，气候变化正在使灾害呈现出新的特点和趋势。由于人类活动的影响，全球气候正在以前所未有的速度变暖。地表平均气温、沿海海平面、多年冻土活动层厚度等气候变化指标均创下了历史新高。随之而来的是高温、强降水等极端天气事件的频率和强度都在增加，这使得灾害的发生也呈现出新的趋势。

对此，本文进一步分析了自然灾害在多个方面的新变化规律，包括强度、频率、持续时间、触发时间和位置、规模及影响范围等。研究发现，全球和区域性气候系统正在发生剧烈变化，巨灾变得更加频繁，不同灾害之间的相互作用也在加强，灾害的复合风险和级联风险显著增加。尽管全球气候变化相关灾害效应的研究取得了一些进展，但仍存在不少局限性。

本文原载《科学通报》2024年第2期，原题目《气候变化的灾害效应与科学挑战》。受篇幅所限，仅节选部分内容，注释从略。仅代表作者观点，供读者参考。

气候变化的灾害效应与科学挑战

气候变化在地球系统各个圈层，包括大气圈、岩石圈、水圈、生物圈和冰冻圈，均有迹可循；各圈层的相互作用共同影响着气候系统的变化（图1）。自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现，对人类社会有着深远的影响。在外营力气候变化驱动下多圈层相互作用加强，所引发的地球表生灾变过程表现出多介质多过程复合叠加、多灾种衍生链生的特点，灾害风险与破坏程度愈加显著。

图1：气候变化下五大圈层相互作用和灾害效应

（一）气候变化驱动的圈层相互作用和内外动力耦合致灾机制

固体地球内部运动（内动力作用）导致的物质交换和能量传输，可以改变地表温度，并将地球内部的碳、氮等物质带至海洋圈和大气圈中，对气候系统起到一定的调节作用。而全球变暖导致水循环和碳循环等过程加速，各圈层相互作用加强，在内外动力共同作用下，小规模、大影响的极端事件与其复合事件增多。因此，在圈层相互作用下，揭示内外动力耦合孕灾、成灾、致灾机理是预测防范重大灾害风险的基础和亟待解决的前沿科学问题。内、外动力均具有长期累积与瞬时强扰动的时间耦合特征，而两者的空间耦合更是加速了地质体稳定性演变。但目前对构造作用-地形急变-气候变化综合作用下孕灾环境的演化及其对地表灾害驱动的定量关系仍认识不清，对宏观（区域）、中观（坡体）和微观（岩土体）多尺度融通的难题仍有待破解。

（二）跨时空尺度灾害发育规律

气候变化促使孕灾环境易于成灾，自然灾害发育特征的时空尺度变化增大，部分自然灾害的孕灾机制与形成规律发生改变。然而，由于气象的高度变异性、物理上的不可接近性以及地球圈层之间复杂的相互作用，叠加多尺度气候系统扰动，触发灾害的关键参数及其阈值难以确定，定量关系不明确，限制了对自然灾害形成与演化的认识及预报。此外，在气候变化-自然灾害研究中，气候变量降尺度到灾害时空尺度的过程中存在诸多不确定性，不仅局地短临灾害性天气事件预报困难，而且目前空间大尺度长期气候预测精度仍满足不了自然灾害演化研究和应用的需求。不同致灾因子时空关联度与规律不清，进一步影响不同灾害在时间上的群聚和空间上的群发机制与特征。因此，打通不同尺度空间关隘和时间隧道，揭示复杂下垫面陆-气耦合系统变化规律及其灾害效应，深化认识跨时空尺度灾害发育规律，也是未来关键科学挑战之一。

（三）极端事件信息感知与数据驱动的风险判识

极端灾害事件是一类特殊的非常规突发事件，其态势演化是应急救灾的首要问题。从概率的角度来讲，极端灾害事件属于小概率事件，但其造成的破坏和损失往往非常严重。其中，“黑天鹅”事件样本量少，影响因子不明，关键信息无法感知；“灰犀牛”事件缺乏完善信息统计，量变到质变的转换机制和突变因子难以确定。由于极端灾害事件信息高度缺失、时滞和失真，确定极端灾害目前处于什么状态、未来将如何演化等问题是制约极端灾害事件风险预测的关键科学问题。极端灾害风险事件预测问题应以极端灾害威胁的承灾体功能属性作为研究目标，深入分析极端灾害事件的形成、演化及致灾机制。并在此基础上，采用贝叶斯极值理论进行建模，定量刻画极端灾害风险事件与特征因素的关联关系，以实现时域上潜在极端灾害风险事件预测以及空间上同类型极端灾害风险事件预测的目的。

（四）灾害动力学与风险演化规律

主导气候变化的物理系统是一类高度非线性的动力系统，其在外力的微扰作用下常演化出难以控制的混沌效应。从宏观角度看，气候系统的混沌效应表现出极强的内禀随机特性，从而使得由气候变化诱导的灾害风险预测具有明显的不确定性。并且人类对气候系统的外在随机干扰越大，人类所面临的灾害风险就越高，灾害风险预测的不确定性更加突出。目前，灾害动力学系统主要以确定论为指导进行构建，并已取得了很大的进步。但是复杂多项介质多场耦合灾害的多物理过程解耦难度大，同时其多界面特征阻碍灾害运动和结构信息的获取，导致以确定论构建起来的灾害动力学理论难以考虑多项-多场-多介质耦合作用下灾害形成、演化及致灾过程中的不确定因素。因此如何定量描述灾害风险的随机成分和预测的不确定性仍然是灾害动力学发展的一个科学瓶颈。

（五）灾害风险管理与韧性社会构建

灾害风险系统是复杂的，孕灾、致灾和成灾要素相互联系、相互依赖并相互影响。全球化使得气候变化驱使下的灾害风险通过社会、经济和环境系统传播和扩散，风险形势正在快速变化，带来越来越大的影响。

通过灾害风险管理，降低气候变化灾害风险影响，是未来灾害风险科学的主要目标。而社会经济差异增大了气候变化灾害风险的复杂性。世界气象组织（WMO）指出，1970~2021年间，全世界由于极端天气、气候导致的死亡人口中，90%以上在发展中国家。所以在考虑社会经济作用的灾害风险管理体系时应当关注公正性和包容性，与发达国家相比，发展中国家更注重绿色转型的成本效益。

从灾害风险管理的“预防-预备-响应-恢复”4个维度来看，制定适合区域特点的灾害可接受风险水平标准是目前灾害风险管理预防和预备阶段的首要挑战。这主要体现在风险评估方法的不确定性、区域特征的差异性、经济利益和社会参与以及人文因素的影响。而灾害风险管理的响应与恢复阶段，则需要重点关注建立和有效提升社会的灾害韧性，构建一个能适应气候变化的韧性社会。韧性社会具有承受灾害事件的打击并从中恢复的能力。韧性为包括气候变化在内的政策制定和管理提供了一个非常实用的框架并以发展为风险管理的一个重要理念。IPCCAR6中提出的气候韧性发展框架就是对灾害风险管理和气候韧性社会建设的探索。

综上所述，本文首先通过对气候变化的致灾特点与自然灾害活动特征等的归纳总结，量化不同种类灾害的活动变化趋势；其次，通过主要驱动力的差异来划分灾害类型，分类介绍灾害对气候变化的响应机制，并强调了同类型灾害在不同区域的空间差异；再者，主要围绕自然灾害的自然属性介绍灾害风险演化趋势与影响；最后，围绕气候变化的灾害效应，提出五大科学挑战。本文提倡以提高自然灾害预测预警的准确性和有效性、降低气候变化灾害风险为目标，加强新理论、新方法、新技术的研发，包括清洁能源和绿色减灾技术等的创新，减缓气候系统的扰动，并通过调整社会系统、经济系统和生态系统等来适应气候变化。建议通过综合、多样化的方法解决不同挑战中的关键问题，有效应对气候变化带来的灾害风险。