论气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险特征与管理策略

　　摘要:干旱是全球影响最广泛的自然灾害，给人类带来了巨大的危害，近百年气候显著变暖使干旱灾害及其风险问题更加突出。目前，对干旱和干旱灾害风险的内在规律理解并不全面，对气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险的表现特征认识也比较模糊。在系统总结国内外已有干旱和干旱灾害风险研究成果的基础上，归纳了干旱灾害传递过程的基本规律及干旱灾害的本质特征，综合分析了干旱灾害风险关键要素的主要特点及其相互作用关系，讨论了气候变暖对干旱和干旱灾害风险的影响特点，探讨了干旱灾害风险管理的基本要求。在此基础上，提出了干旱灾害防御的主要措施及干旱灾害风险管理的重点策略。

　　关键词:干旱灾害;风险评估与管理;气候变暖;干旱灾害传递过程;干旱防御措施

　　1、引言

　　干旱灾害与地球环境相伴而生，是地球上空间范围较广、持续时间较长和长期对社会经济和环境影响最严重的自然灾害，人类从诞生伊始就遭受干旱灾害的困扰。干旱与干旱气候区的永久性干气候状态不同，它是指某个时段的暂时性相对干旱状态。因此，无论是湿润地区还是干燥地区都会发生干旱。而且，与洪水等自然灾害相比，重大干旱灾害会引起更大量的人员死亡，迫使大规模人群背井离乡，甚至还会造成文明消亡和朝代更迭，是地球上最具破坏力的自然灾害之一。干旱还与土地退化和荒漠化密切关联，对许多发展中国家造成了特别惨痛的后果。尽管，由于各地地理环境差异使得干旱灾害特性很不同，但全球已普遍认识到干旱会造成生命财产损失、生态退化和社会动荡等一系列问题。

　　我国大部分地区处于季风气候影响区，是一个干旱灾害频发的国家。在我国，干旱灾害是造成农业经济损失最严重的气象灾害。研究表明，我国每年干旱灾害损失占各种自然灾害总和的15%以上，在1949—2005年发生的5种主要气象灾害中，干旱灾害频次约占总自然灾害的1/3，平均每年干旱受灾面积约为2188万hm2，占自然灾害受灾总面积的57%，均为各项灾害之首。粮食因旱灾减产占总产量的4．7%以上，干旱灾害的影响比其他任何自然灾害都要大。

　　研究表明，20世纪70年代以来，气候变暖不仅增加了大气的持水能力，而且还改变着大气环流格局，使全球干旱不断加重。如今，干旱灾害正在成为一种新的气候常态，其出现的频率更高、持续的时间更长、波动的范围更大，对国民经济特别是农业生产造成的影响也更为严重。尤其是1980年以来，干旱已经造成全球约56万人死亡，干旱引发的战争或冲突造成的影响也特别突出，农业、牧业、水资源、渔业、工业、供水、水力发电、旅游业等许多社会经济部门正在因干旱灾害遭受越来越重的损失。如1990年发生在非洲南部的干旱就造成津巴布韦水电量减少2/3左右，农业生产下降约45%，导致其股票市场损失62%，国民生产总值也因此下降了约11%。美国2012年遭遇的20世纪30年代“尘暴”灾害以来最严重的干旱灾害，造成了严重的粮食减产和粮价飙升，玉米和小麦价格分别暴涨了60%和26%，牲畜和畜牧产品的价格及肉和奶制品的价格也大幅攀升，不仅引发了全球性的粮食安全危机，也引起了人们对干旱问题的新思考。

　　干旱作为一种自然灾害会对人类的生命健康、财产和生存环境等带来直接或间接的不利影响，这种不利影响发生的强度和频次可称为干旱灾害风险，它客观反映了干旱灾害对人类的直接危害和潜在威胁的可能性大小。干旱灾害风险服从干旱灾害形成规律和统计学的概率分布规律，受干旱致灾因子危险性、干旱承灾体脆弱性、干旱孕灾环境敏感性和干旱防灾能力不可靠性等多种因素相互作用影响。事实上，全球许多地区处于干旱灾害风险之中，并遭受着干旱灾害的直接或间接威胁。我国是全球经常暴露于干旱灾害危险区人口最多的国家，也是干旱灾害风险比较高的地区，人民生活和社会经济发展严重受干旱灾害风险制约，我国和印度加起来有高达1亿左右人口受干旱灾害威胁。

　　许多发达国家正在通过制定科学有效的干旱灾害风险管理方案，建立干旱灾害风险分析评估系统，对干旱灾害风险进行客观评估和及时预警，并在此基础上采取科学合理的防御行动和应对措施，以达到预防、控制和降低干旱灾害风险的目的。美国等发达国家为了缓解干旱灾害引发的高风险影响，特别是持续性和破坏性干旱带来的巨大风险，正在干旱灾害风险管理框架下建立一系列干旱灾害风险应对措施。

　　气候变暖不仅使干旱灾害形成和发展过程更加复杂，而且也使干旱灾害风险影响因素变得更加多样。气候变暖背景下，干旱灾害及其风险形成过程正表现出一些新的特征，也引发了一些令人困惑的新问题。应该说，目前已经对干旱灾害形成过程和内在特征开展了一些研究，也取得了一定研究进展，对气候变暖背景下干旱灾害及其风险问题也有所关注。但总体而言，对干旱灾害及其风险的内在规律理解并不系统，对气候变暖背景下干旱灾害及其风险的新特征认识也不全面，这在客观上影响了目前干旱灾害防御和风险管理水平的提高。

　　为此，本文试图在总结归纳国际上以往研究成果的基础上，综合分析干旱灾害的本质特征，更加系统地认识影响干旱灾害风险的关键物理要素，探讨气候变暖对干旱灾害及其风险的影响特点和规律，为提高干旱灾害防御和风险管理水平提供科学参考依据。

　　2、干旱灾害的传递过程及主要特征

　　干旱灾害是一种发源于降水异常偏少和温度异常偏高等气象要素变化，而作用于农业、水资源、生态和社会经济等人类赖于生存和发展的基础条件，并能够对生命财产和人类生存条件造成负面影响的自然灾害。在国际上，通常将干旱分为4类:即气象干旱、农业干旱、水文干旱和社会经济干旱。如果再详细一些，还应该加上生态干旱。

　　它虽然与农业干旱类似，但又区别于农业干旱。在加强生态文明建设的今天，把生态干旱分离出来是十分必要的。气象干旱实际上主要反映了降雨强度及其概率特征，而农业干旱、生态干旱、水文干旱和社会经济干旱则分别表征了气象干旱对农业、生态、水资源和社会经济活动的影响程度。

　　2．1干旱灾害传递过程

　　从本质上讲，这5类干旱并不是相互独立的，它们反映的是从干旱发生到产生灾害或影响的链状传递过程，5类干旱实际上就是干旱传递到不同阶段的具体表现。即使出现了气象干旱，如果不再向下传递也不一定会发生农业干旱、生态干旱、水文干旱和社会经济干旱。任何单一干旱类型只是从不同侧面描述了干旱的发展特征，并不能全面反映干旱灾害特征。

　　当气象干旱发生后，在合适的条件第1期张强等:论气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险特征与管理策略下，会向农业干旱、生态干旱和水文干旱并行传递，当农业干旱、生态干旱和水文干旱发展到一定程度后又会向社会经济干旱传递。农业干旱、生态干旱和水文干旱一般是并行发展的。但在依靠河流或水库灌溉的地区，水文干旱可能要更早一些，它发生后再向农业干旱和生态干旱传递。而且，农业干旱、生态干旱、水文干旱的内部也存在明显的传递过程。如农业干旱内部是最先由土壤干旱传递到作物生理干旱，再由作物生理干旱传递到作物生态干旱，最后由作物生态干旱传递到粮食产量形成;生态干旱内部也有类似的传递过程;而水文干旱内部则最先由积雪干旱传递到冰川积雪干旱，再由冰川积雪干旱传递到河流干旱，由河流干旱传递到水库干旱，最后由水库干旱传递到水资源减少。当然，在较小流域，水文干旱内部不一定要经过冰川积雪干旱的传递过程，可最先直接由河流干旱传递到水库干旱，再由水库干旱传递到水资源减少。对农业干旱和生态干旱而言，如果干旱在传递到作物生理干旱或植被生理干旱之前就缓解，基本上对作物机体没有实质破环，不会有本质性灾害影响。但如果传递到作物或植被生理干旱阶段，灾害影响就成为必然，而且越往后传递灾害的影响越难以逆转。

　　正是由于干旱灾害的这种逐阶传递特征，原则上可以根据干旱灾害的传递规律对干旱灾害进行早期预警。具体而言，可以由气象干旱监测对农业干旱、生态干旱和水文干旱进行早期预警，由农业干旱、生态干旱和水文干旱监测对社会经济干旱进行早期预警。在一定程度上，还可以通过水文干旱监测对农业干旱和生态干旱进行早期预警。而且，还可以根据农业干旱、生态干旱和水文干旱内部的发展规律，通过监测其内部的前期发展阶段来进行早期预警。比如，在农业干旱内部，可以通过监测土壤干旱来预警作物生理干旱，由作物生理干旱监测来预警作物生态干旱，由作物生态干旱监测来预警作物产量损失。同样，在水文干旱内部，也可以由高山积雪监测来预警高山冰川干旱，由积雪和冰川监测来预警河流干旱，由河流流量监测来预警水库干旱，由水库和河流流量监测来预警水资源减少情况。

　　因此，对干旱监测而言，不仅需要通过分析干旱程度和频率区分干旱等级，还需要通过针对其影响的对象区分其类型和发展进程。气象干旱一般比较容易通过降水发生强度和频率区分其等级，而对农业干旱、生态干旱、水文干旱和社会经济干旱的概率和强度确定要复杂的多，需要对气象干旱影响农业、生态、水文和社会经济的特征和规律具有深刻认识。

　　仅就农业干旱而言，其干旱影响程度不仅取决于降水量和降水期及气温环境，还取决于农业系统的脆弱性等干旱向下传递的环境条件。

　　由于农业或生态系统的水文条件不同，气象干旱向农业或生态干旱传递的进程常常会有3种典型情况出现:①对雨养农业或生态系统而言，水分储存的主要形式是根区附近土壤水分或临近的毛细上升水，它们只能帮助农作物或自然植被度过几周长的干旱期。所以，干旱向下传递得很快，仅短期气象干旱就会对农业和生态有致命的影响。②对有小型水库的灌溉农业或生态系统而言，由于全年周期性水分蓄存的贡献，可以度过几个月的较长干旱期，即使在有效降雨结束后仍然可以使生长季节延长几周。所以，干旱向下传递得相对比较慢，短期气象干旱对农业和生态并无大碍。③对有大型水库或上游有大量冰川和积雪可以提供足够径流的农业或生态系统而言，如果水库储存比较充分，一般只有历史罕见的多年连续干旱才会对农业和生产产生本质的影响。

　　所以，气象干旱向下传递得更慢，即使连续几年的气象干旱也可能不会有显著灾害。这主要是由于水库或冰雪的储水深度比平均年蒸发量要大好几倍，从而使跨年水分储存贡献占据主导地位，西北干旱区绿洲农业生态系统实际上就属于这种情况。

　　可见，对旱作农业系统即雨养农业系统而言，几个关键时期的降雨量及作物生长季节的第一场透雨可能就是干旱是否发展的关键。但对于灌溉农业系统而言，生长季节前几个月或几年的长期降雨量及农业系统存储水分的时间长度可能是干旱是否发展的关键;对畜牧系统或草原生态系统而言，放牧周期的关键时段降水及所能动用的土壤水分可能是干旱是否发展的关键;而对森林生态系统而言，几年的长期降雨量及地下水埋深可能是干旱是否发展的关键。

　　同时，由于干旱影响对象的生理结构和生态特征不同，其传递的时间进程也会不同。对有些水分依赖性较强且根系较浅的植被来说，可能短期的气象干旱就会表现出显著影响;而对有些水分依赖性不太强的植被来说，较长期的气象干旱也不会有太大影响;甚至对有些根系很发达的植被来说，比如有些树木，由于能够有效利用地下水，对气象干旱并不太敏感，反而对地下水位降低等水文干旱更敏感。

　　另外，气候变化额外增加了干旱问题的复杂性。

　　首先，由于气候变暖对降水的影响，使衡量降水距平的参考态发生了改变，如正常降水量减少将会使干旱的降水量阈值降低。其次，由于气候变暖对降水量和温度的改变，改变了干旱发生的频率，极端干旱事件将会有所增加。第三，气候变化还使干旱传递所依赖的生态环境脆弱性等因素发生了改变，从而影响气象干旱向农业干旱、生态干旱和水文干旱的传递及发展进程。一般而言，气候变暖会加快传递进程。第四，气候变化还使干旱分布格局发生改变，干旱灾害的分布范围有所扩展。第五，气候变暖会使干旱灾害发生的时间和地点不确定性增加，表现出许多反常的时间和空间分布特征，其发生发展的规律更加难以把握。

　　2．2干旱灾害主要特征

　　在气候变暖背景，干旱灾害具有一些比较显著的特征。主要表现在:

　　①干旱灾害具有蠕变性。与地震和暴雨等突发性灾害不同，干旱灾害是气候自然波动引起的蠕变性灾害，它的发展是一个渐变过程，很难明确区分其时间和空间界限，其特征也比较模糊和复杂。所以，对干旱的灾害性往往难以及时察觉，到发现时一般已十分严重并难以逆转。

　　②干旱灾害具有系统性。干旱灾害涉及致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力等4个子系统，各个子系统又包含着一些次级子系统，比如，孕灾环境包括空间、时间及人文社会背景等次级子系统，而空间子系统又可分为大气环境、水文环境以及下垫面环境等多个方面，它们之间通过物质、能量和信息的传递转换互相耦合，其整体过程具有比较系统的内在驱动、反馈、发展和变化机制。

　　③干旱灾害具有非线性。从混沌理论来看，系统状态处于分叉点时即使小的扰动都可能引起非线性变化，放大其效应。干旱灾害系统由于其随机性、动态性和多层次结构及各子系统间的关联性，蕴含着多重互动与耦合关系，任意一个子系统的变化都可能逐渐累积、放大和突变，并波及和牵动其他子系统连锁反映，具有明显的非线性特征。这也是干旱灾害多样性、奇异性及复杂性的根源。

　　④干旱灾害具有不可逆性。这一方面表现在干旱灾害虽然发展比较缓慢，但解除却要快得多，也许只要有一场透雨就可以很快结束，甚至会出现旱涝急转，这是由于蒸散的约束性特征和降水的发散性特征共同作用的必然结果;干旱灾害的不可逆性还表现在干旱一旦发展为灾害就会逐渐渗透和蔓延到社会经济的各个方面，到那时再多的降水也难以挽回损失。

　　⑤干旱灾害具有多尺度性。干旱灾害是个多时间尺度和多空间尺度的科学问题。由于降水和大气水分循环具有短期异常、年循环、年际波动、年代际异常和长期气候变化等不同时间尺度，干旱灾害也会表现出短期干旱、季节性干旱、干旱年、年代性干旱和干旱化趋势等不同时间尺度特征。一般，季节性干旱是周期性发生的，短期干旱经常发生，干旱年会时而出现，年代性干旱则比较罕见。不过，年代性干旱和干旱化趋势的灾害性最强，尤其是多时间尺度迭加在一起的干旱往往是灾难性的。同时，干旱的发生和发展也往往表现在不同空间尺度上，地形和土地利用等局地因素引起的干旱尺度范围往往较小，而气候系统内部变率引起的干旱空间尺度也一般只能达到区域尺度，外强迫引起的干旱往往可以达到洲际空间尺度，而天文因素和全球变暖引起的干旱可能会达到全球尺度。另外，干旱的空间尺度有时也是动态的，随着干旱的发展，其空间尺度可能会由局地尺度发展为区域尺度。不仅如此，干旱往往还随环流异常信号的传递而扩展，或从生态环境相对脆弱的地区开始爆发而后再向周边扩散。

　　⑥干旱灾害具有衍生性。干旱灾害通常并非独立发生，而是在干旱灾害发生后会诱发或衍生出沙尘暴、土地荒漠化和风蚀等其他自然灾害，这些自然灾害之间彼此相互作用，会形成复杂的以干旱为主导的灾害群。

　　⑦干旱灾害具有很强的社会性。干旱灾害损失涉及农业、水文、社会经济以及生态环境等许多方面，社会关联性强，社会影响面大，社会关注度高。

　　3、干旱灾害风险及影响因素

　　正是由于决定和影响干旱灾害的因素和环节比较复杂，干旱灾害在发生和发展过程中具有许多不确定性因素，所以从风险性角度来认识干旱灾害是十分必要的。而且，由于干旱的逐渐常态化，及气候变暖和人类活动在干旱灾害中的角色不断加重，干旱灾害造成生命、经济和生态损失的风险性在逐渐加大。过去单纯以被动应急性的危机管理方式来应对干旱灾害不仅影响应对干旱灾害的及时性和针对性，造成应对过程失当(要么应对过度，要么应对缺失)，导致较大的资源浪费;而且还会使干旱应急体系疲劳化，干旱应急意识消弱。因此，在干旱减灾防灾体系中，需要突出风险管理的思想理念，这不仅可以更加有效地降低国家对干旱灾害风险的脆弱性，而且还可以保障灾后重建基金的有效使用。从危机管理向风险管理为主转变是干旱管理现代化的必然趋势。

　　3．1干旱灾害风险的主要因素及风险评估

　　实际上，从干旱灾害危机管理转向干旱灾害风险管理是一项比较艰巨的任务，不仅需要建立一套干旱灾害风险管理体系，而且还必须形成一系列以干旱灾害风险评估能力为前提的预防措施。同时其复杂性在于干旱灾害风险是一个受多因素控制的综合性指标，其包含了干旱致灾因子、干旱承灾体、干旱孕灾环境和干旱防灾能力等主要因素及其相互作用的影响。

　　从本质上讲，降水和温度是最主要的干旱致灾因子，它不仅是干旱灾害风险的主导因素，也是干旱灾害风险中最活跃的因子，直接控制着干旱灾害风险的分布格局和发展趋势。干旱孕灾环境是干旱灾害风险形成的环境条件，能够对干旱灾害风险性起到缩小或放大的作用。一般，稳定性较差、抗干扰能力较低及容易传递干旱信息的孕灾环境其干旱灾害风险性会更显著，所以生态环境脆弱带大多是干旱灾害的高风险区。干旱承灾体是干旱灾害的作用主体和风险对象，是指暴露在干旱危险之下的生命、财产和人类生活环境。一般，暴露在干旱危险区概率较高及自身适应性较差和恢复能力较弱的承灾体，其干旱灾害风险较大。干旱防灾能力是干旱灾害风险中的主观作用力，是人类主动干预干旱灾害风险能力的表现。相比较而言，干旱承灾体和孕灾环境是干旱灾害风险中相对比较被动和稳定的因素，干旱防灾能力是干旱灾害风险中相对比较主动和活跃的因素，而干旱致灾因子虽然受自然因子变化规律的控制，但却是十分活跃和波动性很强的因素。

　　主要因子可以分别由干旱灾害致灾因子危险性、承灾体的暴露度和脆弱性、孕灾环境的敏感性和防灾能力的可靠性等来表征和度量，其中干旱致灾因子危险性与气象干旱的发生频率、强度和持续时间有关;干旱承灾体暴露度与暴露在干旱危险区的生命和财产数量和暴露时间有关，干旱承灾体脆弱性与承灾体自身的耐旱性和恢复力有关;孕灾环境敏感性与干旱危险区的植被状况、地理条件、土壤性质和水文环境有关;干旱防灾能力可靠性则与干旱危险区的抗旱资金投入、抗旱防旱技术水平、公众教育水平和社会对干旱的关注度等有关。

　　然而，干旱灾害风险影响因子之间并不是独立的，它们之间存在一定程度的相互作用关系，并且它们还会不同程度受到气候变暖作用的影响。所以，干旱灾害风险的形成过程其实是一个比较复杂的过程。图2表明，干旱致灾因子即气象干旱的频率和强度能够在一定程度上影响干旱灾害承灾体、孕灾环境和防灾能力，导致承灾体和孕灾环境发生变异和防灾能力发生改变。一般而言，随着干旱频率和程度的加重，干旱承灾体会更加脆弱，孕灾环境会更加敏感，而防灾能力可能会有所提高。不仅如此，气候变暖也会影响到干旱灾害风险性的4种主要影响因子，而且影响程度在不断加剧。总体来看，气候变暖会使干旱致灾因子的危险性加重，使承灾体的暴露度和脆弱性增加，使孕灾环境的敏感性加大，这些都会增强干旱灾害的风险性。不过，气候变暖可能会在一定程度上通过影响社会对干旱的关注程度来间接提高干旱防灾能力，从而对干旱灾害风险性起到一定减缓作用。

　　即使我们对影响干旱灾害风险性的因子有比较清楚的认识，但要科学、准确、及时地评估干旱灾害风险仍然是件不容易的事情。干旱灾害风险评估不仅需要依赖3S技术，而且还要用到气象、水文、农业、生态及干旱灾情和社会经济数据等多种资料，尤其要获得比较可靠的干旱灾情和社会经济数据是比较困难的。并且，在开展干旱灾害风险评估前，还必须充分了解干旱变化趋势和突变特征及气候变暖的规律等前提条件。