摘要
全球气候变化背景下，区域洪水的强度和频次均有所增加。人类活动往往沿大江大河发展，而江河中下游沿岸是洪水灾害多发区，这些区域人口分布、城市化水平及风险防范措施存在差异，使得人类社会面临着复杂多样的洪水灾害风险。水灾人口损害与损失，指洪水给人口造成的不良后果，本论文中人口损害指不受保护的洪水人口暴露，人口损失指洪水死亡人口。考虑到不同气候带代表不同地理环境要素的组合，其对极端降水和洪水灾害有不同的响应过程，本论文刻画不同气候带下大河流域洪水淹没区人口及洪水人口暴露度的动态变化、从宏观尺度分析不同孕灾环境下因洪死亡人口影响因子的差异，可为防洪减灾与风险防范提供科学支持和决策依据。 针对现有宏观研究中较少系统地从孕灾环境角度归纳洪水影响因子、人口暴露度评估具有较大不确定性、未充分利用灾害事件的时空信息等问题，本论文基于区域灾害系统理论，从宏观尺度梳理了区域洪水灾害研究框架。利用遥感影像衍生的每8天地表水体数据，依据水体连通性提取出沿河湖的淹没范围，使用集合经验模态分解(EEMD)对淹没面积时间序列进行分解，结合趋势分析方法得到各大河流域的每8天淹没面积和年淹没面积的时序动态变化;以洪水淹没范围与频率表征致灾因子，以气候带、地形地貌和土地利用作为孕灾环境，使用随机森林回归模型分析了孕灾环境对致灾因子影响的差异;以人口作为承灾体，区分洪水淹没区人口与人口暴露度并探究其时空变化特征，考虑淹没次数与流域应对能力，测算了不同气候带各大河流域洪水人口暴露度;基于历史洪水灾害事件，利用地理探测器从洪水孕灾环境、致灾因子和承灾体三方面综合分析了各因素对因洪死亡人口的影响。主要研究结论如下: 1.2000-2020年，北半球各气候带和赤道带每8天淹没面积呈显著上升趋势，南半球的气候带呈显著下降趋势，季节波动是每8天淹没面积时序变化的主要特征;全球34个大河流域年淹没面积逐年变化趋势呈纬度地带性。 (a)北半球冰雪带、北半球干旱带、北半球暖温带和赤道带每8天淹没面积呈显著上升趋势(p＜0.01)，平均每年分别增长 1261.45 km2、57.24km2、162.99 km2 和 142.90 km2;南半球暖温带和南半球干旱带每8天淹没面积呈显著下降趋势(p＜0.01)，平均每年减小19.96km2和141.08km2,各气候带每8天淹没面积变化均由周期约1年的季节变化特征主导。(b)北半球冰雪带60° N附近的大河流域的年淹没面积均呈下降趋势，北半球干旱带和北美洲密西西比河流域及其北部的三个流域均呈上升趋势，北半球暖温带的长江流域、恒河-布拉马普特拉河流域、多瑙河流域和南半球干旱带流域呈下降趋势，赤道带和南半球暖温带大部分流域呈上升趋势。 2.降雨和土壤湿度对不同气候带大河流域淹没面积的影响存在空间异质性;无论是对子流域淹没面积占比还是栅格尺度的淹没频率，气候因子对北半球冰雪带重要性相比其他气候带更高，南北半球暖温带中CN值的重要性相比其他气候带更高。 （a）2000-2020年，北半球冰雪带大部分流域降雨量与淹没面积的相关系数不低于0.68（p＜0.01），考虑了融雪后，二者相关系数有所提高;南半球干旱带大河流域的淹没面积和土壤湿度的相关性较强，相关系数均不低于0.63（p＜0.01）。（b）在随机森林因子重要性排序中，对栅格尺度淹没频率而言，各气候带中NDVI重要性均最高;相比其他气候带，最大日降雨对北半球冰雪带重要性最高（14.1％）,强降雨天数和最大月均土壤湿度对南北半球干旱带频率的重要性更高。（c）对淹没面积占比而言，纬度影响着气温和冰雪的融化，故相比其他气候带，其对冰雪带更重要（12.0％）;北半球干旱带城市面积占比重要性最高（17.7％）;暖温带人类活动频繁，故CN值（CN值是表达地表下渗能力的无量纲参数，值越大则下渗能力越弱）的重要性在6个气候带中最高，南北半球分别为10.3％和12.5％。 3.2000-2020年，不同收入水平的大河流域淹没区内、外人口增长率差异体现了洪水应对措施的不同;北半球暖温带大河流域洪水人口暴露度最高但在减小，如不采取措施控制洪水人口暴露度的增长，干旱带的印度河流域及非洲中北部的流域可能会成为除亚洲东部外的洪水人口暴露度新高值区;对34个大河流域人口暴露度变化而言，淹没面积变化占主导，其次是洪水应对能力变化，第三是淹没区人口变化。 （a）34个大河流域2000-2004年段共有1.4亿人生活在洪水淹没区，2015-2019年段减少至1.3亿人，年段平均淹没区总人口占比为5.8％，淹没区人口密度约为淹没区外的3.3倍。低和中低收入、高收入水平大河流域洪水淹没区外人口增长率均大于洪水淹没区内，中高收入水平大河流域则相反。（b）北半球暖温带洪水人口暴露度最高，其中长江流域、恒河-布拉马普特拉河流域的人口暴露度大幅度减小;印度河流域及非洲中北部的大河流域人口暴露度较高且持续增加，印度河流域人口暴露度由10万人次增长至16万人次，刚果河流域由9万人次增长至15万人次，洪水人口暴露度排名（由大到小排列）均上升5个名次，这两个流域暴露度的增加受到淹没面积变化的正向影响。（c）在34个大河流域的102个时段中，洪水淹没变化主导其中46个时段的洪水人口暴露度变化;应对能力变化主导其中34个时段;人口变化主导其中22个时段;联合变化不占主导地位。 4.2000-2020年，全球洪灾死亡人口约40.8万人，赤道带死亡人口最多，北半球暖温带次之;洪水人口暴露、人均GDP和洪水持续时间是对全球洪灾死亡人口空间异质性影响最大的前三个因素;极端降雨的贡献率随着山地占比的增多而增大，地形差异可以在极端降雨的情况下增大洪水对人口的危害程度。 （a）全球80％的洪灾死亡人口由赤道带的洪水造成，11％由北半球暖温带的洪水造成。北半球各气候带和南半球干旱带的洪灾死亡人口主要由影响面积不小于10万平方千米的洪水造成，赤道带、南半球暖温带的主要由影响面积介于2-10万平方千米的洪水造成。各大河流域有必要根据当地不同类型的洪水实施相应的洪水预防措施来减少洪水风险。（b）全球洪灾死亡人口随人口暴露和洪水持续时间的增加而增大，二者贡献率为26.0％和8.9％;随着人均GDP先增后减，贡献率为10.7％。由于气候条件适宜人类居住，南、北半球暖温带人口暴露的贡献率分别为32.2％和36.1％,均高于其所在半球的其它气候带;赤道带大河流域洪水多发区的经济水平较低，人均GDP对因洪死亡人口空间差异的影响不大，故其贡献率较小。（c）随着山区占比的增加，人口暴露和人均GDP对洪灾死亡人口空间异质性影响减小，极端降水和CN值影响逐渐增大。因此，在大河流域中下游平原应注重提高洪水设防水平，降低社会脆弱性;多山地区应重视水土保持，提高山洪和次生地质灾害监测、预报和预警技术。 本论文的创新点体现在:（1）基于大河流域洪水灾害系统，从“自然气候带-地形地貌-土地利用/覆盖”三方面揭示了大河流域孕灾环境对洪水灾害时空演变影响的异质性:气候因子对北半球冰雪带大河流域淹没变化的重要性相比其他气候带更高，南北半球暖温带中CN值对淹没变化的重要性相比其他气候带更高，研究大河流域洪水灾害时需综合考虑气候、地形地貌和地表覆盖多方面的孕灾环境特征。（2）区分了洪水淹没区人口与洪水人口暴露度，考虑淹没次数和应对能力（人均GDP表征），定量刻画了全球大河流域洪水人口暴露度（水灾人口损害）的动态变化及其主导因素:北半球暖温带人口暴露度最高且逐渐减小;印度河流域及非洲中北部流域的人口暴露度持续增长，其可能会成为除亚洲东部以外的洪水人口暴露度高值区;34个大河流域的洪水人口暴露度变化，主要由洪水淹没变化主导，应对能力变化次之，应对能力的提高可有效减少人口暴露度。（3）充分挖掘洪水灾害数据库中的时空信息，探究了各因子特别是孕灾环境对洪水死亡人口（水灾人口损失）的影响，明确了孕灾环境在洪水致灾-成害过程中的作用:相比多山地区，平原地区的因洪死亡人口更多地受到承灾体的影响，地形差异在极端降雨的条件下增大了洪水人口死亡的危害程度，为不同孕灾环境下的洪水多发流域的洪水风险防范优化提供了依据。
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