位于长江三角洲前缘的上海是复合极端风暴洪水的高风险地区。未来气候变化、海平面上升,以及地面沉降和城市蔓延将使上海所面临的复合洪水风险上升,造成的损失都有望增加,迫切需要实施洪水适应措施,增强沿海城市的洪水韧弹性,以有效应对当前及未来的洪水风险。极端风暴洪灾的风险评估对于沿海城市发展规划,采取相应的适应措施至关重要,近年来已成为学界研究的热点。低概率高影响的复合风暴洪水风险更是一直受到研究者的关注,因为这类风险可能造成财产、建筑、产业、交通等基础设施等的破坏和巨大损失,严重威胁到上海的城市安全。上海的住宅建筑总面积672.8km2,均价5.42万元/m2,总资产达364658亿元。同时,随着居民生活水平显著提高,家庭内部财产的价值增大。住宅建筑和室内财产受淹而导致经济损失在显著增大,是上海洪涝风险分析和管理的重要内容。目前研究中存在的主要问题包括,一是基于单个洪涝情景-概率模拟;二是只进行了局部(居委和区)的分析。因此,我们还无法了解整个上海市住宅建筑和内部财产的洪水风险及其空间格局。另外,沿海城市洪水适应措施及其成本-收益研究是风险决策的前提。然而,针对上海未来不确定性下的洪水适应措施工作鲜有开展。因此,本文以多个复合极端风暴洪水情景和概率模拟结果为基础,基于在线数据等多源数据,利用机器学习、风暴洪水数值模拟、概率风险、成本-收益分析等多学科方法,综合分析了极端洪灾情景下上海住宅建筑和室内财产的暴露、损失和风险及其空间格局,以及适应措施的成本收益,并定量评估未来潜在的适应措施的表现情况及经济效益比。主要研究工作和结论如下:(1)分析了住宅建筑和室内财产在极端风暴洪水情景下的暴露面积与损失。在当前极端风暴洪水情景下,200年一遇时,极端风暴洪水淹没的住宅建筑面积为24.9km2,住宅建筑和室内财产损失297亿元,而5000年一遇时,淹没的住宅建筑面积为162.4km2,是200年一遇的6.5倍,损失达3660亿元。在RCP4.5、RCP8.5、RCP8.5高限(High-end)情景下,至2050年,遭受200年一遇风暴洪水时,住宅建筑的暴露面积分别是:30.5 km2、38.7 km2、45.2 km2,损失分别为:542亿元、620亿元、745亿元。5000年一遇时,住宅建筑的暴露面积分别是:179.7 km2、192.2 km2、206.4 km2,损失分别为:3495亿元、3614亿元、3828亿元。(2)分析了各区/街镇尺度的暴露资产和损失。在当前极端风暴洪水情景下,从16个区来看,4种情景下,浦东新区的暴露占比都最大,尽管从200年一遇时的43.8%下降到5000年一遇时的超过1/4。随着重现期增大,暴露的范围明显增大,中心城区暴露显著增多,西部的青浦、松江区也明显增长。从街道/镇来看,200年一遇和5000年一遇,有住宅建筑和室内财产暴露街道/镇数量分别为173个和201个。暴露资产主要集中分布在嘉定区的南翔镇,浦东新区的三林镇、高行镇、北蔡镇和松江区的方松街道。在RCP4.5、RCP8.5、RCP8.5高限未来(2050年)情景下,浦东新区的暴露占比都最大,从RCP4.5情景下的200年一遇时的27%增加到RCP8.5高限情景下的5000年一遇时的30%。在三种排放情景下,住宅建筑暴露资产主要集中在浦东新区、宝山区和中心城区;随着重现期增大,暴露的范围明显增大,中心城区暴露显著增多。在RCP8.5高限情景下,5000年一遇时,浦东新区仍占到30%,其他区多有分布,但比例均不到10%,中心城区合计为38.5%。损失分析发现,在当前极端洪灾情景下,5000年一遇情景时,住宅建筑和室内财产损失达3660亿元,4种重现期下,住宅建筑损失约为室内财产损失的2.7-3.0倍。浦东新区的住宅建筑与室内财产损失尽管从200年一遇时的41.6%下降为5000年一遇时的1/4,但在16个区中占比都最大。遭受200年一遇风暴洪水时,损失主要集中在浦东新区和嘉定区,两区占比超过55.4%,中心城区损失偏低(21.6%)。5000年一遇情景下,除浦东新区之外,宝山区的损失占比也超过10%,中心城区的损失显著大,8个区的总损失达45.3%。从200年一遇到5000年一遇,有住宅建筑和室内财产损失街道/镇数量从173个增加为201个。损失主要分布在浦东新区的三林镇、北蔡镇和嘉定区的南翔镇。在RCP4.5、RCP8.5、RCP8.5高限未来情景下,住宅建筑损失最高达3828亿元。在RCP4.5情景下,200年一遇时,损失主要集中在浦东新区和宝山区,两区占比合计为33.1%,5000年一遇时,占比合计为68.9%。在RCP8.5高限情景下,除浦东新区损失占比最大外,中心城区的损失占比最高可达51.7%。(3)探究了上海极端风暴洪水风险管理需要重点关注的区域。利用4种重现期下住宅建筑和室内财产的损失值,建立其极端风暴洪水超越概率-损失曲线,求取年均期望损失(average annual losses,AAL)。上海住宅建筑和室内财产的AAL为5.9亿元,两者分为4.4亿元和1.5亿元。在RCP4.5、RCP8.5和RCP8.5高限情景下,住宅建筑的AAL分别为:7.0亿元、7.7亿元和8.9亿元。浦东新区是16个区中风暴洪水风险最高的区。风险最高的街道/镇主要集中在浦东新区,嘉定区、宝山区和中心城区的多个街道/镇。这些地区是上海风暴洪水风险管理、洪水风险适应措施和韧性建设需要重点关注的区域。(4)揭示了上海住宅建筑的暴露资产、损失分布及风险的空间格局。在当前情景、RCP4.5、RCP8.5、RCP8.5高限未来(2050年)情景下,随着风暴洪水重现期增大,暴露随之增大。总体而言,住宅建筑暴露资产的空间分布为,200年一遇情景下呈零星分布,主要分布在外环两侧。随着重现期增大,零星分布的暴露区不断扩大,逐渐连片。同时,以苏州河口为中心的城市中心暴露逐渐增大。到5000年一遇,形成两个分布区,外环内外的主城区连片分布区和上海西部的松江低洼地区的连片分布区。尽管沿杭州湾的洪水淹没范围大,但由于住宅建筑分布较少,暴露只有少量零散分布。损失分析发现,在当前情景和三种排放情景下,住宅建筑损失的空间格局与暴露极为相似,由200年一遇的零星分布到5000年一遇的连片分布。通过对居委尺度的上海住宅建筑的年均期望损失进行冷热点分析。发现热点占据了中心城区,周围是冷点,然后围绕南翔、高桥、高行、北蔡和三林镇的五个热点位于外环。上海西部松江低洼地区没有出现明显的热点。相比之下,沿着杭州湾的奉贤区湾旅游区周围有一个明显的热点。AAL的这些空间格局揭示了上海风暴洪水风险的分布。(5)定量评估了两种适应措施对减少上海住宅建筑风险的有效性。在RCP4.5、RCP8.5、RCP8.5高限未来情景下,通过实施适应措施,所有适应措施都可有效地将2050年住宅建筑的年平均(期望)损失从7.0-8.9亿元减少到0.68-2.19亿元。在RCP4.5情景下,不同折现率下,湿措施的净现值为(58.5-78.0亿元)和收益成本比为7.9,比干措施的净现值(28.4-37.9亿元)和收益成本比(1.9)大,表明湿措施的防洪效益更好。同样,在RCP8.5高限情景下,湿措施的净现值(74.5-99.4亿元)和收益成本比(9.8)比干措施的净现值(41.5-55.3亿元)和收益成本比(2.4)大,表明湿措施的防洪效益更好。折现率越大,干措施和湿措施的净现值、收益成本比越小。定量评估三种排放情景下,当折现率为4%,6%,8%时,干措施的净现值为28.4-55.3亿元,收益成本比为1.9-2.4;湿措施的净现值为58.5-99.4亿元,收益成本比为7.9-9.8。湿措施的净现值和收益成本比分别是干措施的1.8-2.1倍,4.1-4.2倍。在当前情景和三种排放情景下,实施湿措施防洪效果更佳。