长江中下游叠加型洪灾未来变化及其驱动机制模拟研究
批准号:
42101075
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵舫
依托单位:
学科分类:
环境地理和灾害地理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵舫
中文摘要
气候变化下的潜在洪灾风险加剧是国内外关注的热点,尤其是时间上频发和空间上并发的叠加型洪灾,将成为防灾减灾的重大挑战。现有水文模型存在尺度不匹配、区域大洪灾模拟可靠性差、叠加型洪灾系统风险考虑不足等缺陷,亟需厘清叠加型洪灾的形成和演变机制。本研究以长江中下游湘鄂赣皖四省为典型研究区,首先基于多个CMIP6模型生成长时序历史和未来气候数据,分析未来区域极端降水相对历史时期的多尺度变化特征。然后构建能够模拟下游水位顶托作用的CWatM—CaMa-Flood耦合模型,结合水文观测和多源遥感数据进行多目标参数优化,重现2016、2020年两次长江中下游洪水淹没过程。在此基础上,模拟未来多情景下叠加型洪水的灾害风险变化特征,识别防洪压力较大的热点地区,预估洪灾对社会经济的影响。最后探讨极端降水变化等对叠加型洪灾变化的影响。该研究将加深对未来洪灾风险特征的认识,为防灾减灾对策的制定提供科学支撑。
英文摘要
The potential increase in river flood risks under climate change has been a hot topic globally. The temporally-frequent and spatially-concurrent compound river floods pose a especially grave challenge for hazard prevention and mitigation in the future. The current large-scale process-based hydrological models often do not adequately account for compound river flood risks, have poor reliability in flood inundation simulations, and the scales of their research often do not match societal needs, therefore better understanding on the changing characteristics of future compound river floods and the associated mechanisms is urgently needed. This research focuses on the four provinces in the middle and lower reaches of Yangtze River: Hunan, Hubei, Jiangxi and Anhui. Firstly, multiple CMIP6 climate models will be extended with random weather generator to produce long time series for both historical and future periods, based on which the changes in precipitation characteristics will be analyzed at different scales. Secondly, the global hydrological model CWatM will be coupled with the global flood model CaMa-Flood and optimized with observed streamflow time series and inundation interpreted from multi-satellite images. This coupled model will be used to reproduce the inundation dynamics during the 2016 and 2020 large floods in the Middle and Lower Reaches of Yangtze, and to simulate changing characteristics of future compound river flood under different scenarios. Regions facing high pressure in flood defense will be identified, and the socioeconomics impacts of future floods will be quantified. Lastly, the effect of changing extreme precipitation etc. on the changing characteristics of future compound river flood will be analyzed. This research will deepen the understanding of future flood risk characteristics, and provide scientific support for hazard prevention and mitigation strategies.
气候变化背景下,时间上频发和空间上并发的叠加型洪灾已成为全球防灾减灾研究中的重大难题。现有研究在洪灾模拟的尺度适配性、区域风险评估的可靠性以及对叠加型洪灾的认识方面仍存在不足。本研究以洪水高发的长江中下游地区为典型研究区,基于十个ISIMIP3偏差校准降尺度的CMIP6气候模型历史和未来气候数据,结合优化的CWatM—CaMa-Flood区域水文水动力耦合模型,系统分析极端降水与叠加型洪灾的变化规律,模拟不同升温情景下的社会经济风险。研究取得以下主要成果:(i)建立了新的极端降水和洪水频率变化估计方法体系;(ii) 发现共享社会经济路径对未来极端降水事件频率变化具有重要影响,尤其在高排放情景下,极端事件发生的可能性显著提高;(iii) 揭示气候变化下极端洪水频率的增长幅度显著高于极端降水频率,量化1.5℃、2℃和3℃升温情景下,百年一遇洪水受灾面积分别增加流域总面积的0.4%、0.5%和1.4%;(iv) 基于36万平方公里人工标注的哨兵1号雷达影像,构建深度学习水体分类模型,水体分类mIoU达0.9029,为洪水监测提供坚实技术支撑;(v) 表明升温背景下洞庭湖、汉江和鄱阳湖流域的高强度降水同步性显著增强,短时频发极端降水和洪水发生频率随全球温度升高显著增加,其中鄱阳湖北部及武汉至湖口附近是短时频发洪水的热点区域;(vi) 揭示未来叠加型洪灾频率升高的主要驱动机制是多个子流域极端降水频率的上升,而在特定升温范围内,蒸散发的增加对这一趋势具有一定的抑制作用。在1.5℃和3℃升温情景下,洞庭湖、汉江、鄱阳湖与宜昌上游来水同年发生历史50年一遇洪水的重现期从1500年缩短到750年和400年,与50年一遇年最大7天降水频率变化相似,而在2℃升温情景下增幅显著下降,仅缩短到1200年,反映了流域水文变化的复杂性及非线性特征。这些研究结果不仅为生态环境等部门量化减缓气候变化、实施双碳政策的社会经济价值提供参考,也为应急管理等部门识别未来洪灾热点区域和制定防灾减灾对策提供科学支撑。
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