为什么现在洪水、暴雨、干旱越来越多了？
图源：Pixabay
撰文｜袁烨
责编｜冯灏
● ● ●
备受中国游客喜爱的旅游名城泰国清迈近期遭洪水侵袭。10月初，因连日暴雨导致河水水位上涨，五十年以来最大的一次洪水涌入这座泰北城市，古城角落、居民区、多个旅游景点被淹没，造成游客被困和人员伤亡。不只清迈，季风季以来，泰国已有至少23个省份受灾。
对于临近海洋的泰国而言，季风暴雨带来的洪涝灾害并不陌生。但让许多本地居民困惑的是，今年的降雨量与往年相比并不突出，却发生了严重洪水。泰国本地媒体《曼谷时报》认为，清迈省内因农业用地扩张而引发的毀林等现象让当地在暴雨面前变得更加脆弱，“光禿禿的山体更容易发生山洪”。
近年來，从国内汛期频繁发生的洪涝灾害到清迈刚刚遭遇的严重洪水，与水有关的灾害越来越多。根据世界气象组织的统计数据，在过去五十年里，干旱、风暴、洪水等与水相关的危害在世界范围内造成了最严重的人员和经济损失。诸多分布在不同国家、区域、水系的数据均指向了一个结论——类似的水灾害不能再以独立事件看待。
科学家们正在发出提醒：世界已经来到了一个与水有关的紧急状态，各地生态系统长期以来因为“对水的低估”而饱受损害。
这一呼吁已明确到了纸面上。近日，隶属于荷兰政府、汇集了多国研究者的全球水经济委员会（GCEW）在最新发布的报告中提出，人类活动“有史以来首次”打破了全球水文循环。
报告认为，数十年来糟糕的土地利用方式和全球变暖趋势让地球水系统承受着巨大压力，导致人类历史上第一次，“作为淡水来源的自然降雨变得不再可靠”。尤其突出的一点是，报告也首次点明了区域性毀林、土地滥用通过影响区域水文循环对全球系统的负面影响。
01
水是如何循环的？回答这个问题需要跟着水的流动走。
GCEW在网站上绘制了一份模拟水循环的动态示意图。在他们笔下，降雨被分为陆地降水与海洋降水两个相互关联的过程。
陆地上，大气降水落到河里，成为学术界定义的“蓝水”，补给地表径流与地下水；或者落在土壤中成为“绿水”，由植被吸收、蒸散，再回到大气中。这一降水、蒸散的循环过程也同样发生在海洋中，同时通过大气与陆地生态系统联系起來。水汽就这样在大气、陆地、淡水与海洋之间不断循环交换。
水汽在大气、陆地与海洋生态系统之间的循环。图源：GCEW
报告指出，各国在政策上一直倾向于管理河流、湖泊和地下蓄水层的蓝水，而忽略了储存在土壤、植物和森林中并最终蒸发、变成降雨的绿水，但后者实际上贡献了陆地上几乎一半的降雨。绿水将水汽来源地与降水区域通过大气联系在了一起。这是一个常常被忽视的水循环过程。它意味着，一个地区的森林砍伐、农业扩张可能会扰乱另一个地区的降雨。
“这个报告是比较超前的，”中国科学院地理科学与资源研究所研究员汤秋鸿告诉《知识分子》。“我们过去治水也考虑远程影响，但我们考虑的是流域上下游水资源分配的影响，比如在黄河流域，你上游用水多了，下游的可用水量就少了，这是很直接的共同利益。但它把大气系统的联系加进来之后，那就是真正的全球公共资源了——不仅流域内部有互相影响，水循环还通过大气水分流动把各个社区、国家和地区都连在了一起，使之相互依存，因此必须视为全球公共资源进行治理。”
他解释道，报告实际上提醒人们应当以一个全球水系统的视角看待水循环，意识到这个过程是跨越流域和疆界的。比如，一个地方的土地利用与土地覆盖变化改变地表反照率、土壤湿度和地表蒸散发，进而影响大气水分流动和其他地区的降水。
“对于一般不做这个研究的人，可能会难以理解储存在土壤和植被中的“绿水”通过蒸散发和大气过程影响其他地区的水循环，但是这个过程确实很重要。”汤秋鸿说。“事实上，在自然循环中，绿水通过大气循环产生了陆地上约一半的降水。在强人类活动地区，农业扩张和森林砍伐可能破坏绿水在水循环中的重要作用，对水安全和粮食安全造成威胁。”
水循环失衡带来的危机很早就受到学界关注。其中，最受关注的区域之一是被称为“亚洲水塔”的青藏高原。亚洲水塔是地球上十多条主要江河和数以千计的大小湖泊的源头，但研究人员们发现，这一区域的水资源已经出现了结构性失衡。根据中国科学院第二次青藏科考成果，“水塔”的固态水正在快速融化，液态水不断增加。青藏高原正在变得更暖、更绿、更湿。科学家们预测，未来下游的水患风险将加剧。
“水循环失衡的最具代表性表现是青藏高原，受全球增暖的影响，高原气候呈现出暖湿化的特征，冰川加速退缩、湖泊显著扩张、冰川径流增加、降水极端性增强，水循环加强，原有的自然的稳定状态已经被打破，”中国科学院大气物理研究所研究员周天军告诉《知识分子》。他提到，科学界关于植被变化对全球气候的影响已经有许多研究工作，“但从绿水资源的角度强调其作用，从气候变化视角来看非常新颖”。
根据世界气象组织此前发布的一份报告，2022年，全球50%以上的集水区就已经出现了河流流量异常的情况。也就是说，河流要么干旱的时间更长了，要么流量远高于正常。大部分情况下，前者居多。
“我对水循环失衡的理解是，在自然条件下全球水系统动态平衡，但现在全球水系统正在发生快速变化，水文要素变化超出了自然波动范围，我们就认为水循环失衡了。比如，地下水漏斗、冰川加速消融、河流断流、湖泊干涸或者快速扩张、湿地萎缩等现象就是水循环失衡的结果。”汤秋鸿说。“另外，水文极端事件趋多增强，相当于原来不易发生的小概率事件越来越多出现，超出了自然波动范围，这也是失衡的表现。”
除了人类活动影响，报告也确认了水循环失衡与气候变暖之间的紧密联系。GCEW向《知识分子》表示，研究界最初将水循环视为气候变化的“受害者”，但现在人们更应该理解两者间的相互作用：一方面，根据IPCC报告，全球增温趋势每提高1度，大气中的水蒸气就会增加7%，因为气候变暖导致蒸散量增加；另一方面，干燥的土壤捕获和储存碳的能力较差，也不利于缓解气候变化。
“因此，保持土壤水分应成为任何气候缓解战略的一部分。”工作组告诉《知识分子》。 “如果我们不解决水危机，不稳定水文循环，就无法实现缓解气候变化的目标。当然，能源转型仍然是基础，但它应该伴随着保持土壤水分的目标。”
02
根据GCEW的预测，到2050年，水危机将危及全球一半以上的粮食生产，这是因为全球近30亿人口和超过一半的粮食产量都位于干旱地区或水资源总量不稳定的区域。此外，由于地下水流失，一些城市正在不断下沉。到2050年，水危机将可能导致世界各国的GDP平均损失8%，低收入国家的损失将高达15%。
在中国北方，水危机已经十分明显。一组数据可以直观地表现这一失衡的情况：全国五分之四的水分布在南方，但一半人口和三分之二的耕地却集中在北方。
中国农业大学土地科学与技术学院教授李保国告诉《知识分子》，报告中警示的许多问题，国内研究者其实也早已注意到。他认为，水危机是威胁中国粮食安全最为紧迫的问题。
几乎一半的陆地降雨都来自绿水，即陆地生态系统。图源：GCEW
现在，北方的许多河流干流常年干涸，地下水超采严重。“我们国家要保证自己的粮食安全，只能是提高单方水的生产力。”李保国说。他认为，缓解当下的水危机需要更多重视水循环的过程，目前水利部的管理思路以蓝水为主，但绿水对于粮食安全的作用需要得到更多重视。
2015年，李保国和同事黄峰曾发表一篇论文，提出探索在蓝水和绿水视角下划定“中国农业用水红线”。文章提出，应当建立完善的测量、监督蓝水与绿水使用的体系，加强以耕地土壤水为中心的农业用水和耗水管理。
“植物只能吸收土壤水，但是被人类利用调控的都是蓝水，”李保国说。“对于粮食水资源紧缺的地区，比如我们北方以后核算生产力，考核指标可以不只是单位面积、土地面积的产出，而是单方水的产出，其中包括灌溉水，也要包括绿水。这是我们一直在提倡的另外一个维度的算法，要基于绿水流进行核算。”
李保国认为，在粮食生产商提高水的生产力可以从三方面入手：除了要提高保水技术，通过滴灌、微灌等技术提高灌溉水的利用效率，也需要通过高标准的农田建设、平整土地等措施让更多的雨水和灌溉水留在土壤里面。此外，李保国认为，也可以通过生物技术的改良，提高作物利用水的效率。
过去，为了提高粮食产量，很多地方主要依赖于灌溉和化肥使用，但造成了大量的环境污染。对此，中国政府也提出了节水优先原则，在西北地区大量推行滴灌、微灌等技术，提高用水效率。目前，一些北方城市也开始探索水循环利用系统。例如，北京通过对城乡污水的重新利用，减少了对地下水的采集。现在，北京对再生水的配置使用已经达到了三成以上。
根据水利部公布的“用水账单”，2023年全国用水总量总体稳定在6100亿立方米以内。有关绿水的公开数据较为有限。李保国解释道，这与测算绿水的复杂性有关：首先要清楚降水资源、全国粮食产量、土地利用率、灌溉水等，在保证这些数据可靠性的基础上再做统一测算。在2015年的文章中，两位研究者根据前15年来的用水数据，推算出到2020年中国保证粮食安全的绿水分量平均在4500亿立方米左右。
汤秋鸿认为，蓝水与绿水间的相互转换和统筹管理也需要得到更多关注。他告诉《知识分子》，在学界，很早就出现了要进行“ET（蒸散发）管理”的声音，“以耗水管理代替目前的取水管理，关键就是不仅要管理蓝水，也要管理绿水”。
他举例道，干旱区的农业灌溉需要消耗大量蓝水，植树造林需要消耗绿水，增加区域总耗水量和旱区水循环失衡风险。与此同时，蒸散发增加也能通过水汽再循环一定程度上补充蓝水资源。因此，如何找到一个平衡点，是许多研究者思考的问题。“这两者不能割裂开来，要贯彻系统治理的治水之道，”汤秋鸿说。
03
多位专家向《知识分子》提到GCEW这份报告视角独特。“明确将水作为一种公共财富提出来，观点非常鲜明。”周天军说。“报告很重要的一个特点，是不再局限于自然科学范畴，而是将水作为经济社会的重要一环，提出了系统的综合的解决方案。”
周天军认为，GCEW的报告对于国内研究的另一借鉴意义在于，如何实现自然科学与社会科学和科学决策的有效衔接。他提到，从极端降水、城市内涝到沿海洪涝风险，水是当下许多气候环境与灾害问题的交叉点，解决这些日渐突出的问题需要不同学科的有效合作。“极端气候风险的预警发布与应对等，都需要跨学科跨部门的合作，我们需要提高科学服务于社会的理念和实践，”周天军说。
GCEW工作组告诉《知识分子》，GCEW是荷兰政府在2022年为了进一步研究气候变化经济影响研究而成立的研究团队，由总部位于巴黎的经济合作与发展组织（OECD）协调传播与沟通工作。目前，工作组正在筹备下一阶段的报告，将重点考虑“可以激发新工作的研究议程”，包括绿水研究、以及改革用水政策和变革的理论，尤其是农业方面。
报告强调，稳定的水文循环是实现社会、经济和环境可持续性目标的前提，并建议通过粮食系统革命、保护自然栖息地、水的再利用经济建设、清洁能源和AI时代以及确保饮用水安全五个关键任务来应对水危机。报告认为，普遍存在的水价过低使得水资源紧张地区的用水被转移到快速增长的数据中心和燃煤电厂，后者均需为耗水大户。
“GCEW关注经济，并且坚持认为，经济效率、社会公平和环境可持续性应该一起实现，其中任一维度的失败都会导致另外两个维度的不可持续”，工作组在答复《知识分子》的邮件中写道。他们建议，政府应引入适当的定价和补贴，投资公共产品，比如提高水文数据的透明度，以鼓励更可持续和公平的水资源分配，并为不同部门提供决策支持。
https://news.qq.com/rain/a/20241009A033W600
https://www.bangkokpost.com/opinion/opinion/2886362/revamp-flood-plans
https://news.un.org/zh/story/2021/07/1088482
https://economicsofwater.watercommission.org/report/economics-of-water.pdf
https://watercommission.org/
https://www.cas.cn/syky/202206/t20220608_4837308.shtml
https://news.un.org/zh/story/2023/10/1122872
https://www.bbc.com/zhongwen/simp/press_review/2013/10/131013_press_china_water_crisis
https://news.cctv.com/2022/04/08/ARTItUyJ9Jc1pNFY9lrW0DoT220408.shtml
https://www.peopleapp.com/column/30047270623-500005897927
亲爱的读者们，不星标《知识分子》公众号，会错过每日科学新知！星标《知识分子》，紧跟前沿科学，一起探索科学的奥秘吧！