陈骥 - 气候变化环境下 香港的极端水灾（上）｜科研创新
2023-12-04 12:53 
2023年9月7日晚上至翌日凌晨，香港和深圳遭遇了破历史纪录的极端暴雨。香港天文台总部1小时录得158.1毫米降雨量，刷新了天文台小时降雨量纪录。当天12小时降雨量超过600毫米，也是天文台自1884年开始有降雨纪录以来的新纪录。
此次创历史纪录的暴雨造成极端水灾，香港多区发生严重水浸，造成重大破坏和财物损失。政府相关部门解释今次极端水灾的原因时称：此次极端降雨为「500年一遇」，而防洪设施只能应付「200年一遇」的洪水。到底，普罗大众应怎样理解「500年一遇」的降雨？在全球气候变化的环境下，香港又该如何应对极端水灾？
「500年一遇」的暴雨
简单来说，「500年一遇」的意思，500年其实是所谓的「重现期」，也可以称为「频率」，是统计上的概念。频率是指某一特定降雨强度在未来出现的机率。500年「重现期」并不是指500年才出现一次，而是指每年出现这样严重程度的降雨有0.2%（=1/500）的发生机率。一年之内出现两个「500年一遇」的强降雨也是有可能的。事实上，9月7日半夜11时至12时，降雨量达158.1毫米后，暴雨并未停止，9月8日早上7时至8时，又录得1小时103毫米的降雨，该小时降雨强度是「10年一遇」，即出现的机率是10%（=1/10）。
在防洪工程设计中，工程师们需要用客观的标准，对降雨和洪水的强度进行划分。这些标准对于洪水预警、防洪设施设计和城市规划等具有实际意义。譬如，一场历时5小时的降雨，可以选取不同时间长度（比如10分钟、半小时或1小时）的最大降雨强度，用于评估此场降雨在不同时间尺度上的「重现期」。降雨强度是指单位时间内的降雨量；例如，10分钟内有10毫米降雨量，其降雨强度就是60毫米/小时。
一个地区降雨的「重现期」，是基于该地区长期（一般需要30年）观测的降雨资料进行分析获得。首先，将实测降雨资料，按不同时间长度进行归类；然后对于同一时间长度（比如10分钟）一系列的实测降雨强度，进行从大到小排序，将每个降雨强度应用统计方法赋予一个对应的「重现期」（即「频率」）。最后，分析同一频率不同时间长度的不同降雨强度，获得相对应的专业统计函数，应用该函数获得一条频率曲线。该频率曲线可以延伸到不同时间尺度（比如1分钟），从而获得在该频率下其他不同时间尺度的降雨强度。
洪水严重程度定义
同时，依据专业统计函数，可以推算出不同时间长度上其他频率对应的降雨强度，从而得到其他不同频率的曲线。例如，我们只有60年的实测降雨资料，通过频率分析可以得到500年、1000年的不同频率曲线。此次历史暴雨指的是1小时时间尺度的降雨强度（158.1毫米/小时），对应渠务署降雨频率曲线，是接近500年一遇「重现期」的降雨强度，简称为「500年一遇」的暴雨。
描述洪水严重程度，也是采用「重现期」这一概念，也是应用频率曲线，但是与降雨的频率曲线有根本性的区别。降雨的一条频率曲线，针对的是一个频率在不同时间长度上的降雨强度，不同的频率有不同的曲线。对于洪水，在地面上的一个位置（通常是河流的一个断面），洪水频率只有一条曲线，用来表达不同频率对应的不同洪水强度。洪水严重程度不仅与降雨强度有关，也与汇水区域的地形、土地利用、前期降雨量等因素密切相关。
香港山多坡陡，高度城市化；雨水降落到地面上后汇流迅速。很多区域，山坡顶的洪水短短10几分钟就可到达山脚，所以在香港往往可以用1小时的降雨强度，来初步评估水灾程度。由于山坡陡斜，坡面水流速度较快，土壤侵蚀严重；同时，滑坡频发，洪水中往往夹带大量泥沙，甚至树枝和其他杂物，堵塞河道或排水管网，造成局部洪水。所以，香港极端水灾的成因复杂，需要加强调查研究。
文：香港大学土木工程系教授香港海外学人联合会理事陈骥
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文章刊于《星岛日报》2023年12月4日教育版专栏「大学之道」
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