地球科学综合

论气候变暖背景下干旱和干旱灾害风险特征与管理策略

张强，韩兰英，张立阳，等

摘要：干旱是全球影响最广泛的自然灾害，给人类生活带来了巨大的风险，近百年气候显著变暖使干旱灾害及其风险问题更加突出。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，这也引发了一些令人困惑的新问题。目前，对干旱灾害形成过程及干旱灾害风险的内在特征已经开展了一些研究，也取得了一定的研究进展，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，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。本文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。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。综合性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，得出气候变暖不仅会改变从干旱发生到灾害形成的各个环节，而且还会影响形成干旱灾害风险的致灾因子、承灾体、孕灾环境和防灾能力等多个因素，气候变暖已经成为影响干旱灾害及其风险的新因素。探讨了干旱灾害风险管理的基本要求，干旱灾害风险管理目标不仅要使干旱灾害风险的总成本对整个国家或大多数人来说是最小的，而且还应该对不同社会角色均具有激励性，引导全社会采取整体利益最大化和经济最优化的抗旱措施。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。

来源出版物：地球科学进展, 2014, 29(1): 84-95

入选年份：2017

京津冀区域大气霾污染研究意义、现状及展望

王跃思，张军科，王莉莉，等

摘要：霾是大量极细微的干尘粒等均匀地浮游在空中，使水平能见度小于10 km的空气普遍混浊的现象；组成霾的粒子极小，不能用肉眼分辨。频发的霾污染是目前京津冀最严重的环境问题。如何协调区域经济合理快速发展与防止大气环境恶化，已经成为公众关注的焦点，也是各级政府亟待解决的问题之一。对国内外典型大气污染事件的产生及治理历程进行了简要回顾；结合我国当前霾污染问题产生的特殊性，分析了京津冀区域霾污染研究对经济和社会发展、气候和环境变化、人体健康和区域和谐发展的现实意义；阐述了京津冀霾污染现象频发的主要客观要素和内在原因，由于京津冀区域高楼林立，地表粗糙度增加，城市冠层抬升，热岛效应显著，局地环流增强，扩散能力减弱。大气边界层结构日趋复杂，跨界输送、相互污染越来越严重；大、中、小城市并驾齐驱发展，缺乏城市群区域整体规划，使城市之间的缓冲带越变越窄，大气污染物容量急剧下降，致使城市雾霾加剧。并分析了当前研究工作中的不足：① 观测站点类型单一，缺乏区域整体布局；② 细粒子化学成分解析不完全，研究内容缺乏联系；③ 缺乏对污染源清单的有效校核及其对“丢失”源的追踪；④ 天气状况、大气边界层结构对区域霾污染形成的作用研究不足；⑤ 缺乏霾污染成因与调控方向的关系研究。最后提出要解决京津冀区域大气雾霾的关键是要科学研究和调控政策的紧密结合，认知污染现状，明确污染成分，阐明形成机制，确定污染来源。长远规划，分步实施，源头治理，监管到位，防止反弹。“口号式、运动式”的短期行为无法有效治理PM2.5的升高和霾污染现象的产生，京津冀区域联防联控势在必行，经过20～30年的不懈努力，才有可能从根本上整体解决区域环境污染问题，并保持社会经济的可持续发展。

来源出版物：地球科学进展, 2014, 29(3):388-396

入选年份：2017

黑河流域生态—水文过程集成研究进展

程国栋，柳钦火，邹松兵，等

摘要：陆地表层系统研究作为地球系统中重要的研究领域，受到地球科学各分支学科的高度重视。传统地理学以还原论的思维方式，对地表环境要素进行分解式研究，力求对单一环境要素进行基于物理机制的精确刻画，对环境空间分异予以静态的描述，对地理过程研究基于点上表达。随着学科发展，人们发现地球表层是一个复杂系统，环境要素存在着本质的内在联系，人类活动已经成为驱动地理过程不可忽视的重要因素。国家自然科学基金重大研究计划“黑河流域生态—水文过程集成研究”（简称黑河计划）拟通过建立联结观测、实验、模拟、情景分析以及决策支持等环节的“以水为中心的生态—水文过程集成研究平台”，揭示植物个体、群落、生态系统、景观、流域等尺度的生态—水文过程相互作用规律，刻画气候变化和人类活动影响下内陆河流域生态—水文过程机理，发展生态—水文过程尺度转换方法，建立耦合生态、水文和社会经济的流域集成模型，提升对内陆河流域水资源形成及其转化机制的认知水平和可持续性的调控能力，使我国流域生态水文研究进入国际先进行列。计划执行4年来，在山区生态格局/过程与水文效应、人工绿洲结构/功能与水循环、荒漠绿洲生态水文效应与生态需水及流域尺度生态—水文过程与水资源管理形成了四大项目群。建立了遥感—监测—实验一体的流域生态水文观测系统及其相应的数据平台；初步揭示了流域冰川、森林、绿洲等重要生态水文过程耦合机理，认识了流域一级生态水文单元的水系统特征，奠定了流域水循环、水平衡的科学基础；计算了黑河下游生态需水量，为黑河流域水资源优化管理厘定了重要的约束条件。今后几年将在高精度气、水、生、经时空数据的支持下，耦合与集成流域综合模型，保证我国流域科学能在世界前沿占一席之地。

来源出版物：地球科学进展, 2014, 29(4):431-437

入选年份：2017

北美页岩油气研究进展及对中国陆相页岩油气勘探的思考

张林晔，李钜源，李政，等

摘要：页岩作为一种细粒沉积岩，在沉积盆地中分布广泛，北美已在海相页岩油气的勘探开发中获得巨大成功。研究表明，海相页岩油和页岩气形成条件和赋存状态虽然具有较多的共性，但也存在一定差异，共性为二者均呈“连续型”分布于沉积盆地的斜坡和中心带，具有工业开采价值的页岩油和页岩气均产自有机质丰度高、脆性矿物含量高、存在异常高压的页岩地层。两者的差异性表现在页岩气的产生具有多源性和多阶性，即页岩气既可来自 Ⅰ-Ⅱ 型有机质，也可来自Ⅲ型有机质，但页岩油主要来自Ⅰ-Ⅱ型有机质；页岩气可形成于有机质成熟作用的任何阶段，但页岩油主要是有机质处于成熟阶段的产物，即生油窗阶段的产物，页岩油的时空范围比页岩气的时空范围小得多；两者更为重要的差异是页岩气与页岩油相比分子量小，化学结构简单，在相同的温压条件下页岩气比页岩油具有更多的运移方式和更大的运移活性，这就导致两者在页岩中的赋存状态和开采机制存在一定差别。研究表明，吸附和解吸是页岩气生产的重要机制，吸附态和游离态的气体均可产出；而对油在页岩中的赋存及流动机制目前研究相对较少，初步研究认为，由于油的分子较大，且吸附性强，吸附在有机质表面和内部的油不易产出，主要产出的是无机与有机质孔隙中的游离态油，而且原油密度越低，流动性越好，越易开采。勘探实践表明，中国陆相盆地存在着丰富的页岩气和页岩油资源，并已在诸多盆地页岩层中获得工业油气流，但目前形成产能还较为困难，在该领域我国面临的主要问题是：要系统分析研究陆相地层和海相地层页岩油气形成条件的共性、差异性，针对陆相地层的地质特点，建立相应的资源评估方法、可动性预测方法、储集性能评价方法、可压性预测方法，形成针对陆相页岩油气勘探开发的专有技术，为我国有效开采陆相盆地页岩油气提供科学依据和技术保障。

来源出版物：地球科学进展, 2014, 29(6): 700-711

入选年份：2017

中国西北地区干旱气象灾害监测预警与减灾技术研究进展及其展望

张强，姚玉璧，李耀辉，等

摘要：干旱灾害是制约中国西北地区社会经济发展、农业生产和生态文明建设的重要自然灾害，而且随着气候变暖西北地区极端干旱事件发生频率和强度均呈增加趋势，影响不断加重。西北地区对干旱防灾减灾能力的依赖性不断增加，如何及时、有效地监测和预测干旱的发生和发展规律，如何客观、准确地评估干旱影响的程度和范围，如何科学、有力地应对干旱灾害的危害等问题已成为摆在我们面前刻不容缓的重要科学课题。“中国西北干旱气象灾害监测预警及减灾技术研究冶成果”是在数十个国家级科研项目的支持下，经过过去20年的理论研究和应用技术开发所取得的一系列创新性成果。该成果对西北干旱形成机理及重大干旱事件发生、发展的规律取得了新认识，尤其是发现了形成西北干旱环流模态的4种主要物理途径；研制了西北干旱预测的新指标、干旱监测的新指数及监测农田蒸散的新设备，明显提高了干旱监测准确性和针对性；提出了山地云物理气象学新理论，研发了水源涵养型国家重点生态功能区—祁连山空中云水资源开发利用技术；发现了干旱半干旱区陆面水分输送和循环的新规律，揭示了绿洲自我维持的物理机制；认识了干旱气候变化对农业生态系统影响的新特征，建立了旱作农业对干旱灾害的响应关系；开发了旱区覆膜保墒、集雨补灌、垄沟栽培、适宜播期等应对气候变化的减灾技术，为西北实施种植制度、农业布局及结构调整和农业气候资源高效利用提供了科学方案。该成果的完成提升了中国干旱防灾减灾技术水平，培养了中国干旱气象科技队伍，推进了西北地区干旱气象业务服务能力，对西北地区社会经济发展、农业现代化和生态文明建设等方面起到了重要的促进作用。在此基础上，展望了西北地区干旱气象科学研究中迫切需要、有可能突破的主要领域。

来源出版物：地球科学进展, 2015, 30(2): 196-211

入选年份：2017