青藏高原未来多年冻土退化对工程基础设施具有很大的潜在经济损害
发表日期:2022-10-20来源：
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青藏高原社会经济发展在很大程度上依赖于可靠的基础设施，包括公路、铁路、电力线路和房屋建筑等。在过去几十年里，青藏高原建设的一系列重要工程基础设施，如青藏公路、青藏铁路、新疆公路、青藏直流输电线路等，重塑了青藏高原及周边地区的社会经济状况。青藏高原是全球中低纬度多年冻土最发育的地区。由于升温的海拔依赖性，青藏高原气温变暖速率是全球平均水平的2倍。气候变化引起的多年冻土退化通过降低基底强度、增加物质运移和热融活动频率等方式威胁基础设施的安全，导致其维护成本增加、使用寿命缩短，造成现实的经济损害。
近日，中国科学院西北生态环境资源研究院（以下简称“西北研究院”）研究人员估算了未来不同情景下多年冻土退化对青藏高原工程基础设施的经济损害。研究人员基于多年冻土热状态的机器学习集合模拟结果，使用多危险指数量化当前基础设施的潜在危险等级，并与不同类型基础设施寿命建立关系，使用寿命替换模型来量化未来多年冻土退化的潜在经济损害。
青藏高原多年冻土区现有公路9389公里、铁路580公里、电力线2631公里、建筑物约106万平方米。研究发现，随着多年冻土的变暖和活动层加深，这些基础设施的危险等级不断上升，在历史发展路径情景（SSP245）情景下，到2050年，约38%的道路、39%的铁路、39%的电力线路和21%的建筑物将暴露在高危险区。在2050年之后到本世纪末，这些比例几乎翻倍。相较于2度的全球升温控制目标，到本世纪末，将全球升温控制在1.5度以下，暴露在高危险区的基础设施可能减少一半。
要维持这些现有基础设施的服役功能，需要增加额外的经济成本。保守估计，在历史发展路径（SSP245）情景下，到2050年，需要增加275亿元的额外成本，而到本世纪末，则需要增加约435亿元（图1，原文按美元表示，这里换算为人民币）。交通基础设施包括公路和铁路，占这些经济损害的大部分。在可持续发展路径（SSP126）情景下，到2050年需要增加的额外成本约250亿元，与SSP245情景相比，减少了约25亿元，到2090年则可减少约110亿元，说明全球可持续发展对于青藏高原基础设施的经济效应。《巴黎协定》制定的不同全球升温控制目标（2.0℃或1.5℃）的经济损害也显著不同。相对于2℃目标，到本世纪末将全球变暖控制在1.5℃以下可能会节省91亿元的附加成本。采用工程适应措施可以显著降低经济损害。在SSP245情景下，到2050年采取工程适应措施将减小16%的经济损害，到本世纪末，采用工程适应措施所减小的经济损害可能达到21%。
由于多年冻土退化对基础设施损害过程的复杂性以及区域和工程尺度之间的差异，在区域尺度上量化多年冻土退化对基础设施的影响极具挑战性。估计过程受到多年冻土预测、基础设施数据库、损害关系等方面不确定性的影响，结果总体是保守的。研究结果突现了未来开发更低成本工程适应措施和全球绿色发展对青藏高原的重要性。填补了青藏高原多年冻土退化对基础设施经济损害的研究空白，为促进青藏高原韧性基础设施建设和应对气候变化，实现可持续发展提供了重要信息。
研究以 Permafrost degradation increases risk and large future costs of infrastructure on the Third Pole 为题发表于Nature新期刊 Communications Earth & Environment。西北研究院冉有华研究员为论文的第一和通讯作者，程国栋院士、西北研究院康世昌研究员和中交第一公路勘察设计研究院董元宏高级工程师、芬兰奥卢大学Jan Hjort教授、美国阿拉斯加大学费尔班克斯分校Amy Lauren Lovecraft教授、中科院青藏所李新研究员等为共同作者。该研究获中国科学院A类战略性先导科技专项（XDA19070204）、国家自然科学基金项目( 42071421）联合资助。
图1 青藏高原未来不同气候情景下多年冻土退化对当前工程基础设施的经济损害
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