作者:红枫 来源:中国科学报 发布时间:2015/9/9 8:52:46
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加州干旱教育了谁
《自然》撰文称其为未来水资源管理提供借鉴

 

沙漠已出现在加州教堂城旁边。 图片来源:Damon Winter

加州的极端干旱事件应该成为水资源管理方面的一次教训。

自从2012年起,美国加州一直笼罩在一百多年来最严重的干旱之中,气温不断打破纪录,年降雨量持续下降。该地区森林、渔业、野生动物以及区域经济在挣扎中艰难前行。

加州被看作是美国的“沙拉碗”,因为当地盛产水果、蔬菜以及坚果。但2014年,该州的耕地却不得不休耕,使其当年经济损失达到22亿美元。同时,超过1200万株树木死亡,这给两栖动物、鸟和哺乳动物造成直接负面影响;溪流和湿地干涸,甚至包括虹鳟和大鳞大麻哈鱼的美利坚河孵化场。此外,贫困乡村地区有超过1.7万人失业。

加州的生态系统随着自然界复杂的天气和水资源变化不断演变。历史上,该州极端干旱倾向于每百年左右出现一次,但在过去100年间,人类活动使用水量严重超支。自1950年起,该州人口增长和农业发展使用水量几乎增长了两倍。目前,加州干旱与温室气体排量增加导致极端天气频发之间是否存在关联仍然存在争议,但用水量的增加却毫无疑问是导致干旱的重要原因。

稀缺水资源的过量使用和陈旧的管理模式让当前干旱的影响不断加剧。随着用水需求量的增长,该州此前的领导人曾大兴基础设施以提高供水量。现在,加州正在接近水资源极限,很难走出困境。

随着人口增长和工业发展,加州水危机已成为全世界水危机的先兆。为此,5名美国专家(加州大学尔湾分校水文遥感中心助理教授Amir AghaKouchak,尔湾分校计划、政策和设计系教授David Feldman,科罗拉多州国家海洋与大气管理局地球系统研究实验室气象学家Martin Hoerling,尔湾分校生态与进化生物学系教授Travis Huxman,加州大学戴维斯分校土木与环境工程系教授Jay Lund)近日在《自然》杂志撰文呼吁,进行更多关于城市化、温室气体排放、食物和能源产量以及政策和管理措施等方面的研究,以了解人类活动给水资源带来的压力,制定出有利于经济繁荣和水资源系统发展的政策和管理模式。

历史经验

加州的发展史是不断适应干旱气候条件的过程。自由放牧和靠天吃饭的农业需要大量灌溉,导致该州在19世纪遭遇了一场干旱。20世纪初期,人口增长使该州大量修建水库、运河以及水利系统网。最近的几次干旱(1976~1977年,1988~1992年,2007~2009年)使水资源市场不断扩大,促使加州实施严格的城市水资源保护规划,比如上世纪90年代的应急抗旱水库,为购买、销售以及转移水资源提供了基础设施。其他的应急措施还包括增加地下水抽取和利用,节约水资源,更广泛的运输、储存、废水利用以及苦咸水淡化等。

这些创新方法在维持或提高水资源供应方面发挥了作用。今天,加州有着全世界水利工程最多、最多样化的水资源系统,包括总长度超过2000公里的6大渡槽网和1400多个水坝。因此,尽管当前该州的干旱情况已十分严峻,但是城市供水系统依然运行良好、无甚大碍。

然而,乡村社区和周围环境中的问题却令人苦恼。因为加州的土地使用历史——过去百年来迅速城市化、湿地和涝原发展以及更密集的森林——都加重了干旱带来的环境影响,自然栖息地的萎缩也导致了人类所需的水资源被剥夺。加州仍然缺乏土地、河流以及湿地综合干旱管理计划。此外,在解决上游变化如何影响流域水资源平衡方面也缺乏相应政策。

而日益增多的地下水汲取则使河流、溪流以及池塘的地下水位下降。导致水系分离,食物链被打乱。而为河流生物群提供养育及繁殖栖息地的断断续续的溪流,在干旱面前也极为脆弱。暖干期河流径流量和降雪的减少则会进一步减少自然界的地下水和作为鱼类栖息地的河流径流量,并产生恶性循环。

气候变化

在该州历史气候反演中,已经发现曾发生过严重以及长期的旱灾。因此现在尚不明确,加州当前的干旱是短暂的天气状况,还是出现了一种“新常态”。气候观察和推测表明,加州的气候正在变暖,冬季存在更多降水,降雪则有所减少。

未来的干旱将会伴随着更强的热浪和更大的火灾。当水利发电量减少以及制冷不足时,气温升高将会增加能源需求。这样的变化将会让人类和自然界之间的紧张度再次上升。

随着人为作用的增加,过去的干旱经验很难直接简单地适用于未来的干旱事件中。因此,对于气候变暖后的世界水资源供需变化,需要进行更多研究。作者指出,当前气候专家和水文专家过度关注于大规模干旱现象,而很少注意当地条件和影响,比如经济产量的减少或当地地下水资源的耗损等。

应对措施

作者指出,加州必须学习适应干旱的气候。该州需要的是前瞻性的、长期的、考虑到各个环节的干旱管理计划,而不只是简单的干旱应对措施。需要针对降雨量和降雪量减少进行区域政策调整,即便是降雨量整体并未下降也是如此。作为对未来日益增加的水资源需求量和气候变化压力的回应,需要在节约用水、节水技术创新等方面进行改革,并制定出更加灵活、基于市场的解决方案。

例如,澳大利亚1997~2009年间的跨千年干旱就激发了公众认知的变化和政策的改革以及水资源供给和其他环境管理策略方面的一系列变化。城市居民减少了水资源使用量。节水技术激励政策也减缓了长期水资源供需压力。

在干旱管理、环境适应、移民、地区恢复弹力评估以及需求预测等方面,需要科学家、政策制定者和决策者的通力合作。联邦政府和各州政府应该建立长期的研究项目,解决关键的科学挑战和实现技术创新。

对于干旱的研究必须超越水资源的供给问题,还应该包括水资源需求、储备设施、人类活动和气候关联度、对气候变化适应情况以及相关政策和反馈意见等。这需要涵盖更加广泛的社会—经济干旱的定义,以防水资源需求量超过实际可供应量。

其中的一个关键元素是在干旱监控和预警系统方面进行投资。过去数十年,干旱监控已经演化到了包括卫星观测和先进分析软件等高端设备,但是在季节性干旱预警方面仍存在挑战。气候和水文科学家应该首先考虑此类研究,以更好地支撑水资源管理,从多个层面探索干旱背后的原因、区域影响以及干旱管理等。而在水资源缺乏时期,农业范围缩小导致的社会影响则需要更深层次的研究和计划。

考虑到综合需求增长和水资源供应量的减少会给干旱恢复带来更大难度,政策制定者应该更新应对干旱储备的策略。这包括在极端条件下,优化水资源需求,减少其对人类和生态系统造成的长期影响,需要考虑制定一系列行动和技术选择方案。还应该考虑水资源政策改革,建立与水资源相关的法案保护环境,如上述跨千年旱灾就是成功应对气候变化的案例之一。

在对生态系统所需的水资源和濒危物种关键水资源应用进行分析的基础上,政策制定者应该制定环境水资源相关法案和干旱计划。这应该包括针对主要河流流域和应急栖息地的应急行动措施,包括转移繁育以及圈养繁育,从而避免让濒危物种灭绝。

水资源和环境管理工作者必须根据经济发展的用水量,重新调整生态环境所需要的水资源供给量,为未来发展制定自适应计划。同时还应考虑到政策改革的长期影响,以避免进一步产生负面的社会—经济影响。工业和农业领域也应该为气候变暖作准备,通过增加水循环和提高效率减少水资源消耗。

随着气候变暖带来的用水量增加,当前,加州的极端干旱事件应该成为水资源管理方面的一次教训。(红枫)

《中国科学报》 (2015-09-09 第3版 国际)
 
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