全球变暖背景下的水安全问题

张建云

南京水利科学研究院水利部应对气候变化研究中心2010年3月26日气候变化对水资源影响初探戈尔：难以忽视的真相！后天气候变暖—不争的科学事实（2部影响深远的电影）“很显然，我们现在面临着一个逐步加深的全球气候危机，这需要我们尽快地行动起来，减少温室气体排放，以最有效的方式解决问题”。温室效应－》两极冰盖融化，大量淡水改变或阻断北大西洋温盐环流，向北输送的热量骤减，地球进入第二冰期环北极冰盖的变化（NASA，2005）1980年2003年气候变化—严重影响自然生态系统（北极冰盖消退）群岛国家马尔代夫，平均海拔1.２米。全球变暖，“旅游天堂”的马尔代夫可能消失…准备举国搬迁气候变化－严重影响人类生存和发展（岛国的灭顶之灾）马尔代夫首都马累（Male）海底议会（2009.10.09）框架公约第15次大会,192成员国，100多国首脑出席四大议题:发达国家明确中期减排目标化解发达国家与发展中国家的分歧发展中国家能否自愿提出减排目标明确对发展中国家资金供应气候变化－国际政治和外交问题（哥本哈根大会12.7-18）现象——观测到的变化分析——可能影响评价认识——个人观点汇报内容1.1全球温室气体浓度变化工业革命前2005年/AR42008年/WMOCO2/ppm280379385CH4/ppb71517741797温室气体浓度增加热量平衡改变全球气候变化1.2全球气温变化1906～2005，全球平均气温升高0.74℃；美国航天局2010年1月22日：最近十年是有温度记录以来最温暖的十年全球气候在过去百年正经历以全球变暖为主要特征的显著变化IPCC-AR41.3中国气温变化中国气温变化与全球趋势基本一致,过去百年上升0.8

℃最近50年，平均升率略高于全球平均水平:0.22℃/10a中国年均气温变化趋势

18601880190019201940196019802000温度距平（℃）0.50-0.5-1.01.01951-2004年期间季节平均气温趋势系数分布(℃/10a)1951-2004年月平均气温变化趋势(℃/10a)春夏秋冬1.3中国气温变化四季均呈升温趋势，其中，冬季节升温显著；春夏季节存在局地降温情势。1.4中国降水变化西部:增加较明显华南:增加华北:减少东北:减少1956-2002年中国年降水量变化趋势系数两个时段年平均降水量变化情况（1980-2000年与1956-1979年平均降水量之差）1.4中国降水变化海河流域:减少明显长江下游:增加明显黄河流域:减少较明显西部内陆河:增加较明显1980年前后60min降雨量比值分布1.5中国暴雨变化区域性短历时暴雨强度有增加趋势区域性极端强降水日数有增加趋势陕西宽坪，1998.7，1300mm/6-7h（调查）广东湛江：2007.7，1188mm/24h（实测）极端强降水事件日数的变化趋势全球平均海平面每年上升1-2mm,中国近50年上升130mm2008年我国沿海海平面为近10年来最高，比2007年上升了14mm天津升196mm上海升115mm广东升50-60mm福建升50-60mm1.5中国海平面变化强热带风暴发生频繁呈增加趋势1.6台风变化1970年以来我国登陆台风统计

（登陆时最大风速统计）台风浣熊强度1970s1980s1990s2000-2009台风12-13级1591518强台风14-15级0224超强台风16级以上0001我国主要江河年径流量的变化（1981-2004年相对于1950-1980年）

总体趋势：减少

显著减少趋势：海河、黄河、辽河

弱减少趋势：淮河、松辽河、珠江、长江

弱递增趋势：长江中下游，淮河上游，嫩江1.7河川径流变化水文站平均流量(m3/s)距平百分率（1981-2004）(%)1955-20041980之前1980之后与1955-2004相比与1950-1980相比观台31.348.910.8-65.4-77.9石匣里16.124.75.77-64.2-76.6下会8.6111.26.68-22.4-40.1张家坟17.425.09.4-45.6-62.2海河流域实测径流量的变化张建云等，我国主要江河近50年河川径流变化，水科学进展，2007（5）1.7河川径流变化水文站平均流量(m3/s)距平百分率1981-2004(%)1955-20041980之前1980之后与1955-2004相比与1950-1980相比唐乃亥627638617-1.6-3.2花园口12401460978-21.4-33.0利津10201360605-40.5-55.5黄河流域实测径流量的变化径流减少主要集中在中下游地区（气候变化影响30%左右，人类活动为主要原因）张建云等，我国主要江河近50年河川径流变化，水科学进展，2007（5）1.7河川径流变化十大流域干旱面积长期变化趋势(1951-2007）地区干旱面积趋势（%/10a)松花江流域1.37辽河流域2.03海河流域3.18黄河流域0.53淮河流域1.40长江流域0.13东南诸河流域0.44珠江流域0.46西南诸河流域-1.85西北诸河流域0.16全国0.24

斜体及下划线为通过0.05信度检验1.8干旱情况变化干旱发生频率的变化干旱频繁增大区域辽河流域海河流域淮河流域北部黄河流域大部珠江流域大部西南诸河干旱频率减少1979-2007年和1951-1978年年平均干旱日数之差1.8干旱情况变化不同年代我国干旱灾害情况统计年代平均受旱率/%平均成灾率%因旱粮食减产率/%1949～19597.352.362.321960～196912.45.874.461970～197917.595.013.181980～198916.958.124.821990～199916.687.754.052000～200716.9510.056.14建国以来，我国干旱灾害的严重程度不断加深；与建国初相比，21世纪以来的平均受旱率、平均成灾率和粮食减产率分别是原来的2.3倍、4.3倍和2.6倍；2008年，全国耕地累计受旱面积367亿亩，农作物受灾面积182亿亩，成灾102亿亩；因旱造成粮食损失161亿kg。1.8干旱情况变化冰川大范围缩小，雪盖面积下降，永久性冻土退化

《中国冰川资源及其变化调查》项目显示：与第一次冰川普查相比，面积缩小比例为7.4％青海高原多年冻土面积的减少和冻土下界的升高，20世纪60年代与90年代相比，高原多年冻土下界分布高度上升约71米，季节性冻土厚度平均减小19cm。1.9冰川雪盖变化湖泊类型湖泊数量湖泊面积湖泊蓄水量湖泊数（个）占总湖泊数（%）面积减少（km2）占总面积（%）蓄水量减少（亿m3）占总蓄水量（%）淡水湖10546.5779719.8310.811.7咸水湖2711.311764.31894.1盐湖107.56015.6162.7全国14223.9957412.4515.86.5我国不同类型湖泊萎缩情况统计1.10湖泊萎缩20世纪50年代以来，全国有142个大于10km2的湖泊萎缩，总计面积减少9574km2，占萎缩前湖泊总面积的12%，蓄水量减少516亿m3，占湖泊总蓄水量的6.5%。区域暖干化导致湿地资源减少、抗干扰能力减弱生物多样性减少，濒危物种增加、自然退化加重1.11湿地退化现象——观测到的变化分析——可能影响评价认识——个人观点汇报内容气候变化产生的可能影响全球变暖降水温度海平面其它气候要素变化影响领域农牧业水资源林业生态海岸带其它对水的影响气候变化（水）水资源防洪生态水工程2.1对防洪安全的可能影响气候变化对极端事件的影响全球变暖空气温度升高

大气持水能力增加降水机率增大、强度增强，暴雨发生机率加大全球变暖

海平面上升（2007年国家评估报告：2100年中国沿海海平面平均可能上升0.6-0.74m）

沿海及河口地区防洪形势更加严峻

全国平均降水量增加（国家应对方案：2020年，全国年平均降水量将增加2-3%，2050年增加5-7％)，将增加洪涝灾害发生机率。我国极端气候事件发生呈频率增加强度增大趋势91江淮洪水98长江、松花江、闽江洪水2003、2005、2007淮河洪水2005、2008西江洪水淹没房屋2.1对防洪安全的可能影响全球变暖地表潜热增加蒸散发增强高温热浪及干旱事件频次增加、范围扩大2.2对水资源的可能影响气候变化加剧区域干旱2006年,川渝百年一遇大旱2009年春,北方百日无雨雪，15省干旱严重自去年9月份以来，近半年的时间内，西南很多地区降水量不到200毫米，不到正常年景的一半，西南5省致百年不遇大旱：6130万人受灾，1807.1万人饮水困难，503.4万公顷农作物受灾，111.5万公顷绝收，直接经济损失达236.6亿元。。2.2对水资源的可能影响我国洪涝干旱灾害发生机率可能增加南涝北旱的的格局可能不会有明显改变随着社会经济的发展，北方缺水情势可能会进一步加剧侧重经济发展（A2）情景的2050年水资源分布:北方缺水情势可能进一步加剧。2.2对水资源的可能影响农业灌溉用水量增加气温升高降水变化蒸散发增加生长期变化作物需水变化利用有效降水变化灌溉需水变化2.2对水资源的可能影响初步分析：

农业:

增加2.7%（相对情景：气温＋1℃，降水＋3%）

工业:

气温每升高1℃将导致冷却需水增加1~2%

生活:

气温每升高1℃，生活用水量增加1.0%左右

生态:

水面蒸发加大－>

生态用水增加

供需矛盾更加突出。全球变暖－>

温度升高－>

需水增加2.2对水资源的可能影响温度升高水体富营养化水质恶化水质性缺水影响供水安全2.2对水资源的可能影响气候变化对工程安全的影响：（1）中国气候区的变化，工程设计标准问题（2）极端低温对水工材料特性的影响（3）长历时干旱高温对工程安全的影响2.3对水工程安全的可能影响气候变暖会导致大量海水蒸发，大气中水汽增多，容易导致极端事件增多。就温度而言，全球变暖指全球范围内平均温度上升，同时温度变化幅度增加，发生低温寒流和高温热浪的可能性增加。近几年，发生3次明显寒流：1、2004年到2005年冬季，我国出现了两次大范围寒潮过程，造成长时期的降温和严寒天气；2、

2008年1月南方冰冻雨雪天气3、今年冬季华北等地寒潮暴雪天气因此：年平均气温可能继续升高也可能发生极端低温寒潮2.3对水工程安全的可能影响DL/T5082-1998《水工建筑物抗冰冻设计规范》根据最冷月平均气温T

确定我国气候分区：严寒区：T<-10℃寒冷区：-10℃≤T≤-3℃温和区：T>-3℃冻融破坏的影响2.3对水工程安全的可能影响我国1月份平均气温分布图严寒区寒冷区温和区分界线水工建筑物抗冰冻设计规范水工混凝土试验规范修订？2.3对水工程安全的可能影响寒潮寒潮混凝土内部温度较高FFFFFFF遭受寒潮，混凝土表面迅速降温混凝土内部温度较高内外温差形成拉应力拉应力大于抗拉强度，出现裂缝极端低温寒潮影响2.3对水工程安全的可能影响水工混凝土的抗冻性能试验-25℃～8℃冻融制度下的抗冻性能：C20水工混凝土，75次冻融循环后，质量损失率已大于5%、相对动弹性模量已下降至初始值的61%C30水工混凝土，100次冻融循环后，质量损失率为5.6%、相对动弹性模量下降至初始值的53%F100抗冻等级混凝土2.3对水工程安全的可能影响冻融导致建筑物骨料外露冻融导致建筑物表面剥落冻融对水工建筑物的破坏2.3对水工程安全的可能影响气候干旱导致混凝土内部水分散失混凝土体积干燥收缩当混凝土干燥收缩受到某种约束混凝土无法产生收缩变形表面开裂持续高温干旱对水工建筑物的影响2.3对水工程安全的可能影响丰乐混凝土双曲拱坝1978年该坝遭遇百年不遇的长期高温干旱气候使坝体长期处于空库＋自重＋温升荷载组合下运行6＃坝出现80.0m裂缝右岸12＃坝出现29.35m裂缝持续高温干旱对水工建筑物的影响2.3对水工程安全的可能影响我国沿海港口分布示意图全球气候变暖海平面上升海水腐蚀的影响海平面上升影响2.3对水工程安全的可能影响气候变暖海平面上升海水盐浓度变化海水入侵内陆（无盐蚀区变为有盐蚀区）低盐浓度区变为高盐浓度区腐蚀区域面积扩大腐蚀强度增加2.3对水工程安全的可能影响国家统计年份年直接损失占国民生产总值比例/%美国1975820亿美元4.919982757亿美元2.76前苏联1975196亿~231亿美元2.01985400亿卢布—前联邦德国1968~1969190亿马克3.01982450亿马克—日本197525509.3亿日元—199739375.9亿日元—英国19576亿英镑—195913.65亿英镑3.5加拿大196510亿美元—澳大利亚19734.7亿澳元—1999250亿澳元1.5瑞典1986350亿瑞典法郎4.2印度1960~196115亿卢比—1984~1985400亿卢比—中国1998~20015000亿人民币6.0钢筋混凝土腐蚀经济损失统计2.3对水工程安全的可能影响北仑港10万吨级矿石码头轨道梁2.3对水工程安全的可能影响太湖蓝藻暴发2.4对生态影响－水体污染河流湖泊变暖，热力结构和水质变化，藻类和浮游生物增加太湖2007年4月平均水温19.56℃，为25年来最高，为藻类暴发提供了适宜的条件2005年普查资料：全国水土流失面积357万km2，占国土面积的37.6%，其中：水蚀161万km2，每年江河流失表土50亿t。大量泥沙流入河道。气候干旱极端暴雨增多植被退化水土流失加重2.4对生态影响－水土流失冲蚀加强河口盐水入侵

海岸侵蚀珊瑚礁和红树林减少海洋生物和鱼类减少气候变暖，海平面上升，入海径流量减少，台风、风暴潮强度增加，极端事件增多，对海岸带产生一系列影响2.4对生态影响－海岸带现象——观测到的变化分析——可能影响评价认识——个人观点汇报内容几点认识1、大量的观测数据表明，全球气候正在发生着变化，其主要特征是全球变暖2、去冬今春北半球异常寒冷，“冷插曲”并不改变全球变暖的大趋势渤海湾海冰，渔船受困法国南部大雪，交通受阻新疆大雪，居民出行困难

今冬北半球异常寒冷，创下多个近年之最2009年12月19日至20日，美国东部普降暴雪，华盛顿地区的积雪深度达61厘米，创下1932年12月以来之最。2009年12月中旬末，暴风雪横扫欧洲，部分地区积雪深度超过50厘米，历史罕见。

2010年1月4日，韩国首尔的积雪深度超过28厘米，为1937年有记录以来之最。

我国北方遭遇低温、暴雪

北京（2010.1.5,-15.5度）遭遇了1986年以来最冷的早晨和自1951年以来最大的降雪新疆阿勒泰等地积雪深度不断刷新纪录，灾情严重环渤海遭遇近30年最严重海冰灾害北半球异常寒冷寒冬与全球变冷理论全球正经历一个“迷你”型的“冰河世纪”，可能持续20-30年气候与海洋循环密切相关，海洋循环存在周期为20-30年冷暖交替，目前，海洋处于“冷化模式”，全球气候将变冷德著名气候学家莫季布•拉蒂夫北半球寒冬与全球变暖气候系统年代和年际尺度上存在自然波动，2009～2010年寒冷期的平均气温，依然较20世纪20、60年代同期气温偏高。

中国气象局监测数据：2009年12月全国平均气温历年变化（1951－2009）略高于均值北半球寒冬与全球变暖2010年1月全国平均气温历年变化（1951－2010）明显高于均值北半球寒冬与全球变暖2010年2月全国平均气温历年变化（1951－2010）较明显高于均值寒冬与全球变暖国家气候中心丁一汇院士：

“北极涛动”是导致今冬极端冷事件的主要原因。从本世纪初开始，北极涛动的正位相开始逐步减弱，向负位相方向发展，即极地气压逐步升高。原本仅在极地附近绕西风带活动的极地冷空气开始向南蔓延，致使极地寒流向南沿三条路径侵袭了北美东部（特别是北美的东南部）；北欧和西欧；东亚（特别是东北亚）。寒冬与全球变暖世界气象组织副秘书长颜宏博士：不应当把长期的全球变暖趋势和北半球近期出现的冬季严寒天气混为一谈，更不能认为这两者相悖。相反，这两者之间有内在联系。

短期的气候异常基本上是由自然因素造成的。而全球变暖趋势的驱动力是温室气体的增加，在此因素不变的情况下，全球变暖的总趋势不会有大变化。

寒冬与全球变暖英气象专家道格•史密斯

气温变化与厄尔尼诺现象相关联

新一轮的厄尔尼诺现象已经出现，一旦持续数月，2010年可能成为有记载以来最热一年寒冬现象并未在整个北半球出现今冬北极地区的气温比正常情况还要高美国国家冰雪数据中心的迈尔对寒冬与全球变暖的认识目前从