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雨洪情景下的广州市城市韧性评价

雨洪情景下的广州市城市韧性评价

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作者：阮杰儿广州大学

学位级别：硕士

据联合国统计,洪涝灾害是危害全球安全及发展的主要自然灾害之一,气候变化、人口激增、城市化发展等要素进一步加剧城市系统对洪涝灾害的脆弱性。此外,传统的防洪理念已无法应对日益严峻的洪涝灾害,韧性城市理念强调适应灾害、从灾害中... 详细信息

据联合国统计,洪涝灾害是危害全球安全及发展的主要自然灾害之一,气候变化、人口激增、城市化发展等要素进一步加剧城市系统对洪涝灾害的脆弱性。此外,传统的防洪理念已无法应对日益严峻的洪涝灾害,韧性城市理念强调适应灾害、从灾害中学习以提升自身的恢复能力,无疑契合现代城市发展的新需求。因此,聚焦于城市洪涝灾害的详细的、动态的城市韧性空间分布格局对于防洪管理策略的规划与布局具有现实意义。针对目前研究的不足,本文从应对灾害的“防、抗、维、复”全过程需求出发,提出一种评估雨洪情景下的城市韧性评价模型,以定量的方式度量城市系统对洪涝灾害的适应能力,快速诊断城市韧性薄弱环节,并根据评价模型衡量城市系统对未知性的适应过程和空间异质性范围,利用cmip5模型实现城市韧性多情景动态轨迹分析和空间可视化。最后根据韧性薄弱区域为城市韧性治理提供宏观性的规划思路和优化方案。主要研究成果如下:(1)构建雨洪情景下的广州市城市韧性评价模型。基于韧性理论与PSR模型在过程、特点方面存在内在性的逻辑契合,本文以PSR模型为分析框架,对城市系统韧性进行抽象,对系统的变量和参数进行识别与表征,结合粗糙集理论中的知识约简、属性重要度与知识粒度的算法模型构建具有广泛的生态-经济-社会特征及围绕孕灾环境-致灾因子-承灾体的雨洪情境下的城市韧性评价模型。由目标层-准则层-指标层依次建立数学模型,选取平均降雨量、地形起伏度、植被覆盖度等12个指标因子综合量化城市韧性水平。其中城市响应指标对城市韧性水平的贡献大于状态、压力指标。响应指标中的区域气象站点覆盖度及医疗资源密度因子,压力指标中的平均降雨量、水网密度因子贡献最大。(2)分析广州市城市韧性空间格局演变规律。城市韧性评价作为理论和实践的桥梁,本文试图在实证性研究基础上对城市韧性应用开展多层级、多维度、全过程的新探索,结果表明:广州市2015-2019年城市韧性从时间演变上看呈现弱上升趋势,其中响应韧性水平呈现上升趋势,但值得注意的是状态韧性下降明显。从空间分布上看具有明显的空间分异规律,城市韧性大致呈现从中部向南北递减,且南部低于北部,多团块集聚的分布格局。其中韧性较好区域主要在越秀、天河西南部、海珠北部、荔湾东部、白云南部,并有往越秀方向集中的趋势;韧性较差区域主要在白云中部、增城南部、番禺东部及南部、南沙西部及南部,并有往增城东部、花都中部扩张的趋势。从城市内部不同区域城市韧性之间的对比来看,2015年老三区与发达区域的韧性指数明显高于新四区与发展中区域;2019年则呈现相反特征。从全市不同韧性目标之间的对比来看,12个韧性目标中有4个呈现增加趋势,分别是建筑密度、道路密度、老龄人口覆盖度、区域气象站点覆盖度;其余目标呈现不同程度的下降趋势,其中下降趋势较为明显的几个韧性目标包括植被覆盖度、区域经济空间平稳性指数、平均降雨量。针对评估结果,遵循认知分析-行动分析的分析思路,试图从压力韧性-状态韧性-响应韧性三个方面为韧性城市的可持续发展制定系统性的干预策略,以减少洪涝灾害对城市系统的危害性,提高其自我调适能力。(3)基于cmip5气候模型的雨洪情景下广州市城市韧性多情景动态变化趋势预测。暴雨洪涝频发与气候变化息息相关,极端气候进一步使得城市的洪涝灾害更为剧烈,许多研究表明洪涝灾害时间与降雨有明显的相关性,因此在气候变化背景下,采用cmip5气候模型对广州市未来雨洪情景下的城市韧性进行预测。结果表明:广州市2050-2070年城市韧性从时间演变上看,四种RCPs模式下的广州市城市韧性都往较差趋势发展,一二级区域减少,四五级区域增大。广州市2050年城市韧性从空间分布上看,大致呈现从中部向南北递减,且南部高于北部的分布格局,与2019年分布特征相反。其中韧性较好区域主要在越秀、天河西南部、海珠北部、荔湾东部、白云南部;韧性较差区域主要在花都中部、白云北部、从化中部、增城东部。从四种RCPs情景下的城市韧性评价分析结果来看,RCP2.6情景下城市韧性结果最佳,二三级区域占比最高,四五级区域占比最少。广州市2070年城市韧性从空间分布上看,城市韧性大致呈现从中部向南北递减,且南部高于北部,与2050年分布格局相似。从四种RCPs情景下的城市韧性评价分析结果来看,RCP8.5情景下城市韧性结果最佳,二三四级区域占比最高,五级区域占比最少。综上所述,广州市在2050年遵循RCP2.6模式发展,城市韧性结果最佳,但到2070年,RCP2.6模式不如RCP8.5模式结果理想。

关键词：城市韧性洪涝灾害 PSR模型 cmip5模型广州市

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火山硫酸盐气溶胶对东亚季风降水的影响

火山硫酸盐气溶胶对东亚季风降水的影响

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作者：卓志红浙江大学

学位级别：硕士

全球变暖是21世纪人类面临的最严峻挑战之一。然而在全球范围达成科学、经济、公平的温室气体减排方案一直是应对气候变化工作的焦点和难点。作为应对气候变化危机的后备计划,地球工程可能导致亚非洲季风减弱,威胁世界近2/3人口的生存... 详细信息

全球变暖是21世纪人类面临的最严峻挑战之一。然而在全球范围达成科学、经济、公平的温室气体减排方案一直是应对气候变化工作的焦点和难点。作为应对气候变化危机的后备计划,地球工程可能导致亚非洲季风减弱,威胁世界近2/3人口的生存和发展。中国位于东亚季风区,气候的变化和人们的生产生活备受季风降水的影响。作为自然类似物的火山硫酸盐气溶胶为我们了解平流层地球工程对东亚季风降水的影响提供了重要的参考。本研究利用两套火山重建指数、一套树轮降水重建数据MADA、一套历史记录汇编的灾害指数,分析了过去700年不同类型的火山事件对中国季风降水的时空分布格局的影响。叠加分析法（SEA）和蒙特卡洛模型检验结果显示北半球火山硫酸盐气溶胶的注入会导致中国降水持续两到三年的显著减少,甚至可能导致中国发生干旱事件,且注入的气溶胶量越多,这种干旱效应越明显。空间叠加分析的结果显示：1)在火山气溶胶注入平流层的量超过一至两倍皮纳图博火山注入量后的0-2年里,中国东部显著干旱的地区呈现往南移的趋势;2)在火山气溶胶注入后的2-5年里,中国东北和西北地区大面积干旱化。而当火山气溶胶只注入南半球平流层后,则可能使中国地区尤其是东北和西北地区湿润化。为了验证以上结果和评估模型的模拟能力以进行机理分析,本研究进一步应用MADA和四套模型模拟数据开展了过去550年各类火山事件对东亚夏季季风降水的时空影响分析。时间序列的SEA结果显示,在四个模型模拟下,东亚夏季季风降水对北半球三类火山事件的响应与MADA基本一致,在火山硫酸盐气溶胶注入当年和注入后第一年都显著下降,但在南半球火山气溶胶后,不同模型的响应情况不同。空间分布的SEA结果显示,不同模型对南、北半球火山气溶胶的响应存在较大的差异,差异产生的原因还有待进一步探索和进行机理分析。因此,基于当代气候变化和频发的水旱灾害的基本事实,本研究的结论对了解硫酸盐气溶胶的气候效应提供了长时间尺度的参考,从历史角度填补了认识的空白,同时可为我们区分工业革命以来自然和人为因素对气候变化的影响提供参考。此外,本研究的结论对平流层气溶胶工程的气候效应具有重大理论借鉴意义。

关键词：硫酸盐气溶胶东亚季风降水地球工程 MADA cmip5模型蒙特卡洛模型

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