川西高原氣候變化特征及泥石流動態危險性響應研究

周 斌，鄒 強，蔣 虎，李 聰

（1.中國科學院、水利部成都山地災害與環境研究所，四川成都 610041；2.中國科學院大學，北京 100049）

引言

自20世紀50年代以來，全球平均溫度線性趨勢持續上升；1880-2012年，全球表面平均溫度升高了0.85℃，1951-2012年的升溫速率為0.12℃/10a，幾乎為1880年以來升溫速率的兩倍［1］。自1950年以來極端氣候事件增多，氣候變化對泥石流發生影響顯著［2］，其中最直接的影響因素時氣溫和降水。泥石流危險性評估是風險分析和風險評估的基礎步驟［3］，氣候變化增加了泥石流災害發生的風險，尤其是21世紀全球表面溫度持續上升，區域降雨的強度和頻率增加［1］，對未來氣候變化條件下泥石流危險性評估提出新的挑戰。

泥石流危險性包含泥石流發生可能性和規模的雙重含義［4］，目前的泥石流危險性評估可以分為基于動力過程的泥石流危險性評估和基于指標統計的泥石流危險性評估［5］。前者主要通過數值模擬模型或動力過程模型計算泥石流流速、流深等參數［6］，進而對泥石流危險性進行評估；后者首先通過分析泥石流形成條件（如地形、物源、水文等），構建泥石流危險性指標體系，在此基礎上選擇合適的評估模型進行泥石流危險性的定量評估，如AHP模型［7］、灰色關聯模型［8］、組合賦權模型［9］等。

氣候因子是泥石流危險性評估中重要的評價指標，目前一些學者發現泥石流的發生與降水和氣溫有著顯著的統計關系［10-12］，并且氣候變化會加劇泥石流孕災環境的災變，如氣溫升高導致冰雪融化和冰湖潰決進而激發泥石流、氣候劇烈變化導致巖體節理增加導致邊坡失穩等［13-15］。因此一些學者已經將未來氣候變化引入泥石流危險性評估，大氣環流數據（GCMs）被認為是未來氣候的預測主要的工具［16］，基于可獲取的大氣環流數據和降尺度方法可以獲取區域未來預估氣象數據，進行泥石流與未來氣候（尤其是氣溫和降水）的研究［17-19］，但是未來氣候變化下長時間尺度泥石流的定量危險性研究還處于空白。

本文選擇典型氣候變化敏感區川西高原（以下簡稱川西）為研究區，基于第五次耦合模式比較計劃（Coupled Model Intercomparison Project Phase 5，CMIP5）預估氣候數據重建并分析了研究區未來75年氣溫和降水的時空分布特征，構建了泥石流危險性評價體系，結合加權信息量模型，開展了氣候變化情景下的未來近期（2021-2045）、中期（2046-2070）、末期（2071-2095）的動態危險性響應研究，定量分析了泥石流危險性時空變化特征，對防災減災戰略具有一定參考價值。

1 研究區概況

1.1 孕災背景與泥石流發育特征

川西（圖1）地處青藏高原和四川盆地兩大地貌單元的接合部位，地形急劇變化，對氣候變化敏感，是泥石流的重災區［20］。區內山體高大，綿延不斷，險峻巍峨，主要河流被高山夾持其間，總體地勢西高東低。自第四紀以來，由于青藏高原的強烈隆升，川西西部也隨之升高，導致整個地區的多高山深谷，地表起伏度主要范圍是300～400 m。區內有許多三面環山，一面開闊的圍谷，高差大，斜坡陡，這有利于坡面的物體的運動，導致崩塌、滑坡等災害的發生。川西從岷江中上游的茂縣、松潘至青衣江上游的寶興及其西南地區，廣泛分布著前震旦系、志留系、泥盆系的片巖、千枚巖、板巖和不同時期形成的巖漿巖，這些軟弱巖石易破碎和風化，極易形成松散堆積體在坡面或溝道中堆積。受印度板塊持續向北的推擠作用，川西構造變形強烈，活動斷裂發育，中、強地震頻發［21］，龍門山（NE）、鮮水河（NW）和安寧河斷裂帶（NS）形成明顯的“Y”形構造格局，構造帶處頻繁的地質活動會切割巖體，形成獨立的塊體，在一些其他因素的影響下，這些塊體會脫落形成滑坡、崩塌等災害，如岷江汶縣-茂縣沿河的滑坡。川西主要存在亞熱帶高原氣候和中亞熱帶季風氣候。川西西北部高原地帶和中部山地為高原氣候，年降雨量600～700 mm，川西東部與南部為中亞熱帶季風氣候，年降雨量約900～1 200 mm。降雨量存在明顯的季節差異，夏季濕潤，冬季干燥。川西高山地區分布著冰川、冰湖，近年來全球溫度不斷升高，加劇了冰川融化和冰湖潰決的速度。川西特有的氣候條件為泥石流形成前期提供了充足的水源，夏季短時間強降雨也為泥石流的啟動創造了條件。

圖1 研究區地理位置圖Fig.1 Location of the study area

運用空間分析方法對川西泥石流災害進行統計分析，發現川西泥石流具有如下發育特征：在地形坡度方面，泥石流發育數量最多的坡度范圍是20°～40°（圖2（a）），地形起伏度范圍是500～1 100 m（圖2（b））；在地質方面，泥石流集中發育在軟質巖組（圖2（c））和地震峰值加速度為0.2 gal的地區（圖2（d）），并且泥石流分布數量距斷層由近及遠有逐漸減少的趨勢（圖2（e）），這些區域同時也是構造活動強烈，物理地質現象發育，為泥石流的形成提供了良好的物源和激發條件；在水文方面，泥石流集中發育在河網密度為0.8～1.2 km/km2（圖2（f））的地區，發育的河流滿足了泥石流形成所要求的物源和匯水能力；在氣候方面，泥石流發育在平均年降雨量為550～1 050 mm（圖2（g））、年均溫為4～16℃（圖2（h））的區域，暖濕的氣候為泥石流提供了適宜的發育條件。

圖2 不同影響因素下泥石流頻度分布Fig.2 The frequency ratio of debris flow in various controlling factors

1.2 川西歷史泥石流災害與溫度、降雨的關系

2010年8月12日下午6點至次日凌晨4點，四川綿竹清平鄉文家溝流域遭遇強降雨，降雨量達227.0 mm，在強降雨的作用下，13日文家溝爆發泥石流，共造成6人死亡和失蹤，300多間房屋被毀［22］。2013年7月10日四川省汶川縣佛堂壩溝爆發泥石流。8日到10日，3 d的單日降雨量均超過40 mm，其中8、9日的累計降水量達95 mm，最大小時雨強為12 mm；最終可能激發泥石流的降雨發生在10日7點至8點，小時雨強為19.5 mm［23］。2017年8月7日四川省文縣發生“8·7”群發性泥石流災害。6日14：00-7日15：00受災區域文縣梨坪鎮最大降雨量109.8 mm，舍書鄉81.8 mm，天池鎮48.1 mm［24］。綜上，顯然持續強降雨是引發川西高原地區泥石流的重要條件。

溫度變化主要對冰川區泥石流造成影響。川西高原中部的貢嘎山地區，冰川廣布，近年來，該區氣溫明顯升高，降水充沛，泥石流活動頻繁。據文獻記載［25］，近40年以來，貢嘎山地區有13年爆發過泥石流，按爆發年份的氣候劃分，其中有7年氣候相對暖濕，4年氣候相對濕冷，2年相對干冷。可見，暖濕的氣候更加適宜冰川區泥石流的發生。氣溫升高會促進冰川融雪量增加，為冰川區泥石流提供了水源條件，并且可能與暴雨徑流疊加，加強了泥石流水源供給強度，增加了泥石流爆發的可能。

2 未來氣候要素時空分布特征

2.1 預估數據及處理方法

本文氣溫預估數據選擇在西南地區常用且適用性較高的CMIP5的4個模式（ACCESS1.0、CMCC-CMS、GISS-E2-R-CC、NorESM1-ME）［26］在RCP4.5情景下的月尺度數據（https：//esgf-node.llnl.gov/search/cmip5/）；降水預估數據來自NEX-GDDP項目的21個氣候模式在RCP4.5情景下的逐日降水數據集（https：//cds.nccs.nasa.gov/nex-gddp/）。實測數據為1981-2005年研究區53個氣象站點日值數據（中國國家氣象信息中心：http：//www.cma.gov.cn）。基準期選擇1981-2005年，以Delta降尺度方法重建2021-2095未來75年的年均溫數據和逐日降水數據，并利用薄盤樣條插值方法（Anusplin）校正地形對降水與氣溫的影響。

Delta空間降尺度法是一種易操作且常用的降尺度方法［27］，通過比較CMIP5未來預測數據與由歷史模擬數據得到的基準期氣候要素的變化特征，再將這些變化疊加到基準期實測氣象數據上來重建未來氣候要素情景。

氣溫降尺度計算公式如下：

式中：Tf為重建未來情景年均溫；T0為基準期實測平均年均溫；TMf為未來模擬某年年均溫；TMo基準期模擬平均年均溫。

降水降尺度公式如下：

式中：Pf為重建未來情景年降水量；Po為基準期實測平均年降水量；PMf為未來模擬某年年降水量；PMo基準期模擬平均年降水量。

Anusplin插值基于普通薄盤和局部薄盤樣條函數插值理論。局部薄盤光滑樣條法是對薄盤光滑樣條原型的擴展，除普通的樣條自變量外允許引入線性協變量子模型，如溫度與海拔、降水與海岸線之間的相關關系［28］。Anusplin插值的理論模型可以表示為式（3）：

式中：Zi為空間中i點的值；f(xi)為自變量為xi的未知光滑函數；yi為d維相互獨立的協變量；b為yi的d維系數，ei為誤差。

2.2 氣溫時空分布特征

以1981-2005年作為參考時段，在RPC4.5排放情景下，川西年均溫總體表現為上升趨勢（圖3），隨著預估時間的增加，標準差范圍增大，說明模式間的不確定性增加。21世紀近期（2021-2045年）、中期（2046-2070年）、末期（2071-2095年）年均溫增幅分別為1.35℃（1.08～1.60℃）、2.18℃（1.86～2.44℃）、2.62℃（1.93～3.26℃），模式集合（Multi-Model Ensemble，MME）的線性趨勢分別為0.32℃/10 a、0.33℃/10 a和0.15℃/10 a，末期增溫速度相對于近期和中期有所減緩，這與張莉等［29］和張艷武等［30］的研究相一致。

圖3 相對于基準期1981-2005，2021-2095年4個模式及其等權重集合平均川西年均溫變化Fig.3 Regionally averaged annual temperature changes over the Chuanxi plateau during 2021-2095 relative to 1981-2005 as derived from 4 models and their ensemble mean with the same weights

從空間上來看，相對于基準期1981-2005年，3個時段的年均溫變化空間分布大致相同（圖4（a）～（c）），增溫幅度由東南向西北逐漸變大，增溫幅度較高的區域主要集中在青藏高原西緣和川西東南部等海拔較高的地區，增溫幅度較低的區域主要位于川西南部和川西東緣等海拔較低的地區，這與胡芩等［31］研究保持一致。2021-2095年年均溫線性趨勢空間分布與年均溫空間變化相關性高（圖4（d）），快速增溫區同時也是增溫幅度高的區域。與基準期相比，研究區3個時期平均年均溫小于0℃區域（圖4（a）～（c））面積分別減少618.82 km2、871.17 km2、938.86 km2，小于0℃區域平均高度分別上升114.35 m、190.67 m、211.29 m，表明隨著溫度升高，雪線上升，冰雪區域不斷退縮。

圖4 相對基準期1981-2005，21世紀近、中、末期川西年均溫距平空間分布與線性趨勢Fig.4 Geographical distribution of annual mean temperature changes over the Chuanxi plateau for the near,middle,and late term of the 21st century relative to 1981-2005 and the linear trend of the annual mean temperature changes during 2021-2095

2.3 降水時空分布特征

在NEX-GDDP多模式RCP4.5排放情景的預估下，川西未來75年年平均降水呈增加趨勢（圖5）。相對于基準期1981-2005年，21世紀近期、中期和末期年平均降水量增幅分別為0.17 mm/d（0.03～0.32 mm/d）、0.30 mm/d（0.07～0.73 mm/d）、0.36 mm/d（0.21～0.82 mm/d），MME線性趨勢分別為0.04 mm/（d·10a）、0.06 mm/（d·10a）、0.01 mm/（d·10a），同氣溫相似，21世紀末期年平均降水量的增加速度減緩。

圖5 相對基準期1981-2005，21個模式及其等權重集合平均川西年平均降水變化Fig.5 Regionally averaged annual mean precipitation changes over the Chuanxi plateau during 2021-2095 relative to 1981-2005 as derived from 21 models and their ensemble mean with the same weights

從空間上來看，相較于基準期，川西MME年平均降水量變化在3個時期的空間分布有較好的一致性，整體呈現“東增西減”的分布趨勢，川西東部年平均降水量增加幅度較大，西部與北部呈現減小趨勢（圖6（a）～（c））。對于未來75年整體來看，川西東緣地區，以及大渡河河谷地區增速較快；通過顯著性檢驗區域，降水量增加較大的區域與降水增速快的區域大體相匹配（圖6（d））。

圖6 相對基準期1981-2005，21世紀近、中、末期川西年平均降雨距平空間分布與線性趨勢Fig.6 Geographical distribution of annual mean precipitation changes over the Chuanxi plateau for the near,middle,and late term of the 21st century relative to 1981-2005 and the linear trend of the annual mean precipitation changes during 2021-2095

在增暖背景下，大氣水汽含量增加，有利于極端降水的形成［32］。在RCP4.5排放情境下，MME預估的川西21世紀近期、中期和末期日最大降水量分別為288.18 mm、282.56 mm、283.52 mm，3個時期暴雨日數（≥25 mm降水日數）分別為253 d、264 d、268 d，并且區內最大降水量和暴雨日數有逐步由東部和東南部向西北、東北方向增大的趨勢。3個時期的日最大降水和暴雨日數數值較高的地區分布地區較為一致，主要位于川西東部樂山、眉山和雅安等地區以及南部攀枝花、涼山州南部等地區（圖7），這與歷史氣站點觀測數據保持一致。此格局的形成可能是受地形與季風的共同作用，川西的水汽輸送主要源于西南季風和東南季風，且地勢呈現西北高東南低，暖濕氣流迫性抬升使得川西南部、西南部和東部迎風坡的降水量大、降水日數多，被高大山體阻擋的山區降水量較少。

圖7 2021-2045（a）、2046-2070（b）、2071-2095年（c）研究區日最大降水量空間分布，（e）-（f）為≥25 mm降水日數Fig.7 The maximum daily precipitation in study area during 2021-2045（a），2046-2070（b），2071-2095（c）；（e-f）same as（a-c），but for heavy rainfall days of≥25 mm

3 泥石流危險性評估

3.1 評估方法

3.1.1 指標體系構建

泥石流災害的發生是一個復雜的系統過程，其影響因素很多，包括地質條件、地形條件、氣候條件、水文條件等，各因素的影響作用也不盡相同［33］。根據前人的研究對泥石流危險性的研究［34-37］并結合研究區的具體情況，最終選取坡度、地形起伏度、地層巖性、距離斷層距離、地震動加速度、河網密度、日最大降水量、≥25 mm降水日數和多年平均氣溫（X1～X9）9個因子構建川西泥石流危險性評估指標體系（圖8）。

圖8 泥石流危險性評價指標體系Fig.8 Hazard assessment indicators of debris flow

川西處于青藏高原和四川盆地的結合處，高差大，地形條件復雜，地貌類型多樣化。地形起伏度和坡度不僅可以在一定程度上反映斜坡的穩定性，而且直接影響著物源和水源在山坡上的聚集和分布。河網密度能準確的反映地表切割破碎程度，同時也與匯水面積相關，其值越大表示地表地面破碎程度愈大，地面的松散物體物質越多，溝壑密度大的區域其匯水面積也較大，使得泥石流的水源動力充足。地質因子中的地層巖性決定了巖石類型及軟硬程度，也反映了巖石的抗風化和抗侵蝕能力；而在斷層出構造活動活躍，巖石破碎，蘊含著豐富的松散堆積物。川西中、強地震頻發，特別是汶川地震，誘發了大量的滑坡等地質災害，為泥石流提供了豐富的物源。地震引起的地表破壞（包含地質災害）主要是由地震慣性力引起的，地震慣性力的最大值可以由地震動峰值加速度（PGA）來直接量度［38］。由第二節可知，持續強降雨是川西泥石流的激發因素且通常將≥25 mm大雨日數和≥50 mm暴雨日數確定為泥石流災害暴發的臨界雨量［39］，但川西大部分地區被高大山體夾峙，形成閉塞地形，處于東南暖濕水汽西進北伸的背風坡，形成干旱河谷［40］，因此選用日最大降水量和≥25 mm暴雨日數表征引發川西高原泥石流的降雨條件。暖濕氣候是川西冰川區泥石流發生的氣候條件，多年年均氣溫可以反映每個時期內氣溫的整體情況，進而可以用于表征川西高原泥石流發生的溫度條件。

3.1.2 評估模型

目前泥石流基于統計指標的危險性評估模型有層次分析法（AHP模型）、信息量模型、熵權法等。但是這些模型都有各自的優點和缺陷［41］，例如AHP模型確定因子權重簡單方便，結果具有條理性和科學性，但是在量化因子指標時主觀因素較大。信息量模型可以通過現有信息客觀地對因子進行量化，確定致災因子的敏感程度和貢獻大小，物理意義明確，但是不能確定各個致災因子的主次關系。因此，許多學者將不同模型進行有機結合，使泥石流危險性評價結果精度得到了一定程度提高，其中加權信息量模型［42］具有確定權重簡單方便，量化指標科學客觀等優點，得到廣泛應用，并且其可以通過歷史泥石流災點統計得到各致災因子對泥石流災害發生的“貢獻”，基于此可以推廣至未來氣候變化情景的泥石流動態危險性評估。信息量模型［43］可表示為：

式中：I為研究區某評價單元的總信息量；Ni為泥石流在致災因子xi中分布的個數；N為研究區范圍內發生泥石流災害的個數；Si為致災因子xi在研究區內的總面積；S為研究區評價單元的總面積。

利用層次分析法對信息量模型加以改進，確定每個致災因子的權重（wi，i=1，2，……，n），將其與信息量相乘，即可得到加權信息量。加權信息量模型可表示為：

3.2 參數計算

3.2.1 權重計算

根據層次分析法對9個泥石流危險性指標進行分析，建立層次結構，按照1～9標度法對各個指標因子進行比較，構造判斷矩陣，進行層次排序，確定各因子的權重值，并進行一致性檢驗。經檢驗，CR=0.045 5＜0.1，符合一致性。危險性指標的判斷矩陣和權重如表1所示。

表1 危險性評價因子判斷矩陣及權重Table 1 Judgment matrix and weight of hazard assessment factors

3.2.2 信息量計算

根據研究區孕災背景、野外調查分析和相關研究［7，35，44］，本文將9個因子進行分級，野外調查獲取的4 660個泥石流災害點用作信息量計算。利用GIS技術和信息量模型，獲得各個分級類別的信息量（表2）。

表2 1981-2005年泥石流危險性評價因子分級及信息量Table 2 Gradation and information values of hazard evaluation factors of debris flow during 1981-2005

坡度的信息量隨著坡度增大，呈現出由小變大再變小的趨勢，且當坡度在20°～25°的區間內信息量最大，說明泥石流在此區間內最容易發生；信息量隨著地形起伏度增加而增大，當地形起伏度處于900～1 200 m，泥石流發生的概率最大；隨著河網密度的增加，信息量也隨之增大，泥石流發生的可能性增大；≥25 mm降水日數的信息量表明泥石流在≥25 mm降水日數處于80～120日內容易發生；總體來看，隨著距離斷層的距離增加，信息量呈現出減小的趨勢，表明斷裂處為泥石流的發生提供了豐富的松散堆積物，增加了泥石流發生的概率；隨著地震動峰值加速度的增加，信息量也隨之增大，泥石流發生的可能性增大；隨著年均溫的升高，信息量由負轉正，且在8℃～16℃的信息量較大，溫度升高導致冰雪融化為泥石流的發生提供了水源條件，進而使泥石流發生概率增加；泥石流在軟硬互層和軟質巖組中發生的概率較大；隨著日最大降雨量的增加，信息量大致呈增加趨勢，當日最大降水量處于150～200 mm時，信息量最大，泥石流發生可能性最大。

3.3 結果與分析

3.3.1 基準期（1981—2005）泥石流危險性

利用GIS空間分析技術分別對各因子圖層進行分類與賦值，并疊加因子圖層獲得1981-2005時期研究區的綜合信息量值。基于自然斷點法，本文將泥石流危險區劃分為高度危險區（＞0.411 1）、較高危險區（0.236 8～0.411 1）、中度危險區（-0.155 0～0.236 8）、低度危險區（-0.608 4～-0.155 0）和較低危險區（＜-0.608 4）5個等級（圖9）。

由統計結果可知（表3），研究區39.51%的區域處于中度危險及其以上的危險區，其中高度危險區面積為27 312 km2，面積占比為8.34%；低度危險區的面積最大，占研究區面積的33.31%。結合野外調查與遙感資料解譯，84.65%的已知泥石流分布在中度、較高和高度危險區中，說明評價結果與川西泥石流的分布較為一致。

表3 泥石流危險區統計結果Table 3 Statistical results of different hazard zones of debris flows

由危險分區結果圖可知，1981-2005年時期低度危險區和較低危險區主要分布在研究區西北、北部的高原面坡度較小的地區；極高、高危險區主要分布在川西東緣的山地和金沙江、雅礱江、大渡河和岷江等主要河流的沿岸的高山峽谷區，如大渡河金川-瀘定段沿岸、雅礱江雅江-木里-鹽邊段海拔2 000～2 500 m的山區和岷江茂縣-都江堰段、大渡河瀘定-石棉-峨邊1 000～2 000 m的山區。

3.3.2 未來3個時期（近期、中期和末期）泥石流危險性

將21世紀3個時期的氣象因子輸入危險性評估模型可獲得在氣候變化情境下21世紀近期、中期和末期川西泥石流危險性。將3個時期的泥石流危險性值進行歸一化后，采用GIS柵格疊加分析和加權標準差橢圓［45］對川西泥石流危險性時空變化進行分析，結果如圖9所示。

圖9 1981-2005時期泥石流危險性分區結果圖Fig.9 Hazard zonation map of debris flows in study area during 1981-2005

相較于基準期（1981-2005年），研究區21世紀近期、中期、末期泥石流危險性普遍增加，危險性增加的面積占比分別為84.67%、90.61%、92.50%，危險性減小的區域主要分布在川西南部河谷地區、四川盆地西緣丘陵地區（圖10（b）～（d））。川西4個時期泥石流危險性重心分布在102°14'E～102°22'E和28°51'N～29°31'N之間（圖10（e）），重心總體向西北方向移動：基準期-21世紀近期，重心移動距離最遠，向西北方向移動42.29 km；21世紀近期-中期，重心向西北方向繼續移動11.32 km；21世紀中期-末期，重心向正北方向移動22.36 km（表4）。標準差橢圓長半軸、短半軸和方位角變化如表4所示，方位角范圍為5.67°～12.68°之間，說明泥石流危險性整體呈現東北-西南分布格局，基準期-21世紀末期，方位角逐漸減小，標準差橢圓在空間上表現為小幅度的逆時針旋轉，表明泥石流西部、北部泥石流危險性增加快；標準差橢圓長半軸增加，由248.06 km增加至296.79 km，泥石流危險性空間分布范圍具有擴張趨勢，表明分布在橢圓外部的格點泥石流危險性增長相對較快，致使橢圓分布范圍擴張；短軸長度總體呈現增加趨勢，泥石流危險性趨于離散；長短半軸的差值越來越大，表明泥石流危險性東北-西南的方向性越來越明顯。

圖10 泥石流4個時期危險性變化、方向分布（a~d）及重心遷移（e）圖Fig.10 Spatial distribution of the center of gravity，direction and change of debris flow hazard in 4 terms

表4 4個時期泥石流危險性重心變化及標準差橢圓參數表Table 4 Variation of center of gravity and SDE parameters of debris flows hazard in 4 terms

按基準期泥石流危險性的分級標準對近期、中期、末期泥石流危險性進行分級，得到未來三個時期的泥石流危險性分區圖（圖11），各時期的危險區面積占比如表5所示。基準期-21世紀近期，低度危險區（深綠色）大量減少，由33.31%減少至9.77%，而較低危險區（淺綠色）大量增多，由27.18%增加至39.76%，川西西北部、西部、北部等低度危險區大量轉變為較低危險區（圖9和圖11（a）），中度（12.74%增加至16.76%）、較高（18.43%增加至21.64%）和高度（8.34%增加至12.07%）危險區均有少量增加，川西西部金沙江、中部大渡河和雅礱江以及西北部岷江兩岸的山地的危險區均向更高等級危險區轉變；21世紀近期-中期，低度危險區（9.77%減少至4.69%）和較低危險區（39.76%減少至34.02%）少量減少，中度危險區增加最大（16.76%增加至25.76%），空間上主要體現在川西西北部高原和雅礱江兩側山地的低度、較低危險區向中度危險區的轉化，較高（21.64%增加至21.65%）、高度（12.07%增加至13.88%）危險區依然呈現少量增加趨勢；21世紀中期-末期，低度（4.69%減少至2.76%）、較低（34.02%減少至28.16%）危險區減少，中度危險區（25.76%增加至30.03%）增加，其中西北部的高原地區轉變最為明顯，較高（21.65%增加至24.28%）和高度（13.88%增加至14.77%）危險區少量增加。從高程來看統計較高和高度危險區的平均高度，從海拔上來看，3個時期較基準期的變化分別為150.56m、202.65 m、248.52 m，由此可知高危險區不斷向海拔高的區域蔓延，如由圖11小圖可以看出，大渡河中游深切河谷地區高度和較高危險區面積不斷增加，河谷周圍海拔較高的中度和較低危險區逐步向較高和高度危險區轉變。

表5 21世紀近期、中期、末期泥石流危險區面積占比統計表Table 5 Statistical results of different hazard zones of debris flows in near-term，mid-term and end-term %

圖11 川西泥石流危險性分區結果圖Fig.11 Hazard zonation map of debris flows in study area

引起川西泥石流危險區變化的原因是未來降水條件和溫度條件在空間上的組合，低危險區轉變為更高等級的危險區，主要是因為川西海拔較高，對氣候變化更為敏感，升溫幅度更大，日最大降水量增加，暴雨發生的次數更多，升溫導致海拔較高區域的冰雪融化，冰雪融水與暴雨疊加更容易激發泥石流。值得注意的是3個時期發生變化的主要是中度及中度以下危險區，其難以向較高和高度危險區轉化，推測原因是與氣候變化的影響作用相比，地質條件、地形條件和水文條件依舊起控制性作用，即使氣候條件符合泥石流的成災條件，但是在其他致災因子不滿足的情況下，也只能處于中度或中度以下危險區，例如川西西北部、北部的高原面始終處于較高危險區以下，是因為不符合泥石流成災的地形條件，無法為泥石流發生提供能量。

4 結論

本文基于CMIP5預估氣候數據重建并分析了川西未來75年氣溫和降水的時空分布特征，構建了泥石流危險性評價體系，結合加權信息量模型，開展了氣候變化情景下的21世紀近期、中期、末期的泥石流動態危險性響應研究，定量分析了泥石流危險性變化情景。結論如下：

（1）與基準期相比，RPC4.5排放情景下4個模式預估的川西未來75年年均溫呈增加趨勢，近期、中期、末期增幅分別為1.35℃（1.08～1.60℃）、2.18℃（1.86～2.44℃）、2.62℃（1.93～3.26℃），末期增溫速度相對于近期和中期有所減緩。高海拔地區的增溫幅度相對較大，而在低的地區則較小。

（2）在NEX-GDDP多模式RCP4.5排放情景的預估下，川西未來75年年平均降水呈增加趨勢。未來3個時期年平均降水量增幅分別為0.17 mm/d（0.03～0.32 mm/d）、0.30 mm/d（0.07～0.73 mm/d）、0.36 mm/d（0.21～0.82 mm/d），末期年平均降水量的增加速度減緩。空間分布上，整體呈現“東增西減”的分布趨勢，東部年平均降水量增加幅度較大，西部與北部呈現減小趨勢。3個時期日最大降水量分別為288.18 mm、282.56 mm、283.52 mm，暴雨日數（≥25 mm降水日數）分別為253天、264天、268天，樂山、眉山和雅安等地區日最大降水和暴雨日數數值較高，并且均有逐步由東部、東南部向西北、東北方向增大的趨勢。

（3）基準期川西高原由低到高各危險區面積占比分別為33.31%、27.18%、12.74%、18.43%、8.34%；低度危險區和較低危險區主要分布在西北、北部的高原面坡度較小的地區，極高、高危險區主要分布在川西東緣山地和金沙江、雅礱江、大渡河等主要河流沿岸的高山峽谷區。

（4）未來氣候變化情境下，相對于基準期，研究區近期、中期、末期泥石流危險性普遍增加，加權重心總體向西北方向移動，泥石流危險性整體呈現東北-西南分布格局，西部、北部泥石流危險性增加快，邊緣比中心增加快。3個時期低度危險區面積逐漸減小，中度、高度危險區不斷增加，中度危險區面積占比在近期達到最大值，之后逐漸下降。川西西部金沙江、中部大渡河和雅礱江以及西北部岷江兩岸的山地的危險區均向更高等級危險區轉變，高危險區不斷向海拔高的區域蔓延。未來的降水和溫度在空間上的組合導致了川西泥石流危險區的變化，川西高原對氣候變化敏感，升溫幅度更大，日最大降水量增加，暴雨發生的次數更多，海拔較高區域的冰雪融化，冰雪融水與暴雨疊加增加了泥石流危險性。3個時期發生變化的主要是中度及中度以下危險區，泥石流中度及以下危險區難以向高等級危險區轉變，這表明與氣候變化的影響作用相比，地質條件、地形條件和水文條件依舊起控制性作用。

危險性評估結果可以為野外考察提供參考，確定具體泥石流隱患點，特別是對群眾生命財產安全有威脅的隱患點。面對氣候變化，需要加強川西泥石流對應時期高度、極高危險區的降雨監測，冰雪覆蓋區需要增加對氣溫的監測。監測手段可以結合站點監測和人工監測兩種方式：站點監測可以結合中科院野外觀測研究站進行開展，建立網狀觀測系統，在不同海拔高程布設監測站點，在不利天氣條件面前及時對相關隱患點發布預警；人工監測，可以對存在隱患點的鄉、村的人員進行簡單的災害基礎知識培訓、講座宣傳等，在災害可能發生之前及時進行通報，為避災爭取寶貴時間。