海平面上升對生態基礎設施的影響

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摘要：全球氣候變化引起的海平面上升給沿海城市自然生態系統帶來了影響。和傳統的研究方法和理念不同，文章選取具有代表性的深圳福田區作為研究區域，在海平面上升的環境背景下，對研究區進行脆弱性評估、保護設計、生態基礎設施綜合辨識。通過構建基于地理信息系統的綜合模型，整合海平面上升影響模型、物種棲息地模型和生態基礎設施辨識模型，提出未來福田區及我國其他沿海城市應對海平面上升的適應性策略：（1）促進沿海生態恢復，構建沿海適應性防護系統；（2）規劃線性生態廊道，貫通城市生態基礎設施的整體性和連接性；（3）開展海平面上升對中國沿海地區影響評估及適應性規劃工作；（4）將海平面上升的影響融入沿海城市和地區的國土空間規劃。

關鍵詞：海平面上升；生態基礎設施；適應性策略；地理信息系統

2019年9月25日，政府間氣候變化專門委員會（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）發布了《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》（SROCC），評估表明在全球變暖背景下，海平面上升幅度與速度仍在加劇。如若不采取應對措施，據估計至2100年，海平面上升最低水平約0.43米，最高水平達到0.84米。與海平面上升相關的風險（包括侵蝕、洪水和鹽堿化）將在所有低洼海岸顯著增加（高信度）[1]。海平面上升已成為沿海地區未來面臨的重要挑戰[2]。為緩解海平面上升帶來的難題，全世界范圍內的相關組織、各界學者都在積極關注并貢獻出應對策略。2019年9月聯合國氣候行動峰會指出：2030年之前的十年將是海洋領域應對氣候變化和促進可持續發展的關鍵時期，為了更好地應對由海平面上升帶來的相關問題，應切實增強海洋和沿海地區減緩和適應氣候變化的能力[3]。濱江臨海、河網密布、徑潮疊加等地理特征，決定了粵港澳大灣區是我國受到海平面上升影響較大的沿海地區之一，水安全問題亟待得到重視[4]。深圳是推動區域發展的核心城市之一，而福田區又是深圳的中心城區。同時，隨著沿海人口的增加和城市的擴張，福田區成為綠地景觀覆蓋率最小的城區[5]，海平面上升造成環境問題亟待解決。海平面上升的影響還涉及城市生態基礎設施（EcologicalInfrastructure，EI）——城市的可持續發展所依賴的自然系統，人類從中獲得賴以生存的空氣、食物、休憩、教育等[6]，生態基礎設施是維護城市生態安全和為居民提供持續生態服務的基本保障[7]，海平面上升對生態基礎設施的影響會進而擴展至人類生活的多個層面。目前，在國內對生態基礎設施的研究多集中于對生態基礎設施相關學術理論和實踐的總結概括以及不同路徑的EI規劃[8]。總體來說，前人學者在基于海平面上升的大環境背景下對生態基礎設施進行辨識的研究相對極少。因此，本研究選取具有代表性的福田區作為研究區域，在海平面上升背景下，基于地理信息系統（GeographicInformationSystem，簡稱GIS），對研究區進行脆弱性評估以及保護設計，辨識出福田區不同強度的生態基礎設施類型，最終提出應對海平面上升的適應性策略。

1研究區域及方法

1.1研究區域

深圳地形高程范圍為0～917米，城市中心區地形較為平緩，主要高程變化集中在南部沿海區域[9]。福田地處深圳中南部，面積為78.66平方公里，其南部沿海地區平均海拔在3米左右，紅樹林鳥類自然保護區海拔低至0米，海平面漲落的影響十分顯著。因此選擇此區域作為研究區（圖1）。綜合考慮海平面上升的影響，進行全區EI規劃建設及適應性設計成為相關部門決策者需要迫切思考的難題。

1.2研究方法

本研究以脆弱性評估、保護設計、EI綜合辨識為主要路徑，以探究海平面上升對生態基礎設施的影響及適應性策略。研究技術路線如圖2：TheImpactofSeaLevelRiseonEIandAdaptationStrategies:TakingFutianDistrictofShenzhenCityasanExample海平面上升對生態基礎設施的影響及適應性對策研究——以深圳市福田區為例1.2.1脆弱性評估脆弱性評估旨在探尋海平面上升對研究區域的多方位影響。該研究方法使用數字高程模型[10]提取海拔信息①，對沿海地區受海平面上升影響的淹沒狀況進行模擬。海平面上升水平越高，將有越多地區遭受淹沒。通過模型模擬的直觀方式，分析不同土地利用類型受海平面上升的影響及范圍。1.2.2保護設計此部分通過對物種棲息地模型模擬分析和生物多樣性保護優先區辨識，將研究區劃分為生物多樣性低、中、高三類優先級分區。保護優先區（PriorityConservationAreas，PCAs）的確定是為了區域合理規劃、自然資源和生物多樣性資源保護等，而將保護優先區細分為不同優先級則是為了更好地進行資源配置，針對分區情況進行適應性的保護設計[11]。（1）借助佛羅里達大學研發的物種棲息地模型（SpeciesHabitatModel）模擬物種棲息地分布[12]。本研究以土地利用類型數據②為基礎，選擇了3種不同習性的焦點物種（FocalSpecies），分別是哺乳類動物獼猴、鳥類黑嘴鷗和兩棲類動物招潮蟹。選取了5種關鍵因子，包括：高程、地形、土地利用類型、距道路距離、距河流距離五個關鍵因子，將因子導入物種棲息地模型以預測出在不同水平的海平面上升預警中不同物種的潛在棲息地的分布。（2）生物多樣性保護優先區辨識（BiodiversityConservationPriorityAreasIdentify）。在識別出3種代表物種保護的保護優先區后，本研究還綜合考慮利用了福田區的NDVI時間序列數據③。然后利用GIS將以上數據進行疊加分析，從而在海平面上升背景下得出基于3種代表物種綜合形成的福田區高、中、低三個等級的生物多樣性保護優先區。1.2.3生態基礎設施綜合辨識此部分選取了6個對生態基礎設施影響較大的關鍵指標進行辨識指標體系的建立，分別是：高程、坡向、坡度、NDVI、土地利用類型和人口密度④。綜合6個指標的特性和獲取方法的精確度，通過層級分析法賦予指標不同的權重進行計算[12]。其中，6個指標在構成EI可能性上有著各不相同的分級標準，因此對不同的指標因子梯度采用分段打分的方法。具體EI辨識指標體系構建是結合前人的研究、研究區域的實際情況以及專家咨詢綜合得出[13]。在實踐中應適應性地調整參數，因時制宜，因地制宜。

2研究結果

2.1海平面上升后的土地覆蓋變化

2019年IPCC報告顯示，到21世紀末，全球海平面相對于1986—2005年平均值上升約0.84米（0.16～1.10米，可能范圍），也有學者根據20世紀表面氣溫海平面變化得出的統計模型，預測21世紀海平面上升平均值將達1.6米甚至更高[14]。為研究未來約100年內海平面上升對沿海土地利用的影響，選取21世紀海平面上升低平均值（1米）、高平均值（2米）、極值水位（3米）3種海平面上升水平下的情況，對土地覆蓋變化進行模擬（圖3）。在研究區域中海平面上升將對疏林地與水田造成極大影響，當海平面上升1米，所有疏林地以及75%的水田將會被淹沒；當海平面上升3米，幾乎所有的水田將會被淹沒消失。此外根據統計，海平面上升1米、2米、3米的情景下，海水淹沒面積將達到3.17平方千米、4.85平方千米、6.91平方千米。當海平面上升3米，福田區海水覆蓋面積將是現在的2倍左右。除此之外，由圖3可以得知，海水淹沒范圍主要在南部沿海地帶和中部低洼城區。

2.2物種棲息地變化

根據物種棲息地模型顯示，隨著海平面上升，一些物種的棲息地將會喪失或增加。根據統計，在海平面上升背景下，研究所選擇的3種代表物種的棲息面積都隨之減少。尤其是兩棲類動物招潮蟹，海平面上升將淹沒其大范圍的適宜棲息地。在海平面上升3米情況下，招潮蟹棲息地面積僅為現有棲息地的3%左右。據圖4可知，海平面上升過程中，南部沿海地區的生態多樣性高度優先保護區范圍急劇縮小，當海平面上升3米時，生態多樣性高度優先保護區范圍僅為現有生態多樣性高度優先保護區范圍的64%。2.3EI綜合辨識進行EI綜合辨識，使用層次分析法將6項指標賦予不同的權重，在ArcGIS軟件中進行柵格計算分析，生成EI可能性判定專題圖，如圖5所示，從可能性最低值到最高值平均分成四個區間，將研究區域劃分為非EI、低強度EI、中強度EI和高強度EI。對EI判定結果進行分析，如圖5所示：福田區現有高強度EI、中等強度EI、低強度EI和非EI區域面積分別為4.95平方千米、13.13平方千米、18.78平方千米、36.99平方千米，分別占總區域面積的7%、18%、25%、50%。海平面上對低強度EI影響較大，當海平面上升3米，低強度EI面積僅為現有低強度EI面積的85%。

3粵港澳大灣區及國內其他沿海城市的適應性策略

3.1促進沿海生態恢復，構建沿海適應性防護系統

海平面上升將成為未來沿海城市發展無法逃避的挑戰。為應對海平面上升帶來的危害，應加快構建沿海適應性防護系統，加強沿海動物棲息地的保護、建設，并做好減緩鹽水入侵和城市排澇減澇工作。在生態恢復和適應性防護系統標準問題上，可學習實行海洋經濟較早的國家并結合我國沿海現狀，如：美國在1972年頒布《海岸帶管理法》、澳大利亞在1995年實施《聯邦海岸帶行動計劃》，皆有提到有關沿海空間規劃、沿海環境評估、特定使用區域、禁止和限制區域等政策要求，通過制定海岸規劃引導近岸海洋開發活動，建立海岸保護區、加強近岸敏感資源的保護力度[15]。

3.2規劃線性生態廊道，貫通城市生態基礎設施的整體性和連接性

現存具有良好生態服務功能的高強度EI空間斑塊化、破碎化問題嚴重，不同生態基礎設施間缺少溝通和聯系，分布分散。同時，部分低強度的EI存在轉化為非EI的風險。在應對海平面上升的適應性規劃建設中，可以在生態基礎設施之間構建生態廊道，使其連接成片增強連通性，并逐漸使低強度EI、非EI向中強度EI、高強度EI轉化，也為粵港澳大灣區和國內其他沿海城市的EI規劃和建設提供科學的借鑒參考。

3.3開展海平面上升對中國沿海地區影響評估及適應性規劃工作

海平面上升不是一個快速顯現的過程，其影響更是深遠，運用軟件模擬手段對海平面上升的影響及時評估，以預測受影響范圍。借助研究分析，在受海平面上升影響程度較低或不受影響的區域內，對低強度生態基礎設施所在地區進行規劃建設，對高強度生態設施所在地區進行集中保護。同時完善法律法規，為適應性規劃提供政策與法律保障。早在十多年前歐美等發達國家對其已經做出了許多好的探索，并總結出相對成熟的經驗，我國在開展相關工作時，可以加以借鑒和學習。

結語

研究福田區應對海平面上升的適應性規劃相對具有代表性。研究結果可以為福田區和國內外其他沿海城市的土地利用、生態保護和EI建設規劃提供借鑒和依據。本研究作為應對海平面上升的適應性規劃設計的探索，構建了一個相對完整的應對海平面上升的適應性規劃設計研究方法。在我國城市化日益加快的今天，既要金山銀山，又要綠水青山，適應性的規劃設計勢必將受到越來越多的重視。因此，未來在應對海平面上升的漫長挑戰中，我國的相關部門和研究者應積極學習國內外的優秀經驗，結合自身狀況，因地制宜地找尋適合自身城市發展的道路。

作者：尚媛 祝明建 陳風名 單位：華南理工大學設計學院 華南理工大學設計學院 亞熱帶建筑科學國家重點實驗室 廣州市景觀建筑重點實驗室 華南理工大學設計學院