海平面上升对生态基础设施的影响

摘要：全球气候变化引起的海平面上升给沿海城市自然生态系统带来了影响。和传统的研究方法和理念不同，文章选取具有代表性的深圳福田区作为研究区域，在海平面上升的环境背景下，对研究区进行脆弱性评估、保护设计、生态基础设施综合辨识。通过构建基于地理信息系统的综合模型，整合海平面上升影响模型、物种栖息地模型和生态基础设施辨识模型，提出未来福田区及我国其他沿海城市应对海平面上升的适应性策略：（1）促进沿海生态恢复，构建沿海适应性防护系统；（2）规划线性生态廊道，贯通城市生态基础设施的整体性和连接性；（3）开展海平面上升对中国沿海地区影响评估及适应性规划工作；（4）将海平面上升的影响融入沿海城市和地区的国土空间规划。

关键词：海平面上升；生态基础设施；适应性策略；地理信息系统

2019年9月25日，政府间气候变化专门委员会（IntergovernmentalPanelonClimateChange，IPCC）了《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》（SROCC），评估表明在全球变暖背景下，海平面上升幅度与速度仍在加剧。如若不采取应对措施，据估计至2100年，海平面上升最低水平约0.43米，最高水平达到0.84米。与海平面上升相关的风险（包括侵蚀、洪水和盐碱化）将在所有低洼海岸显著增加（高信度）[1]。海平面上升已成为沿海地区未来面临的重要挑战[2]。为缓解海平面上升带来的难题，全世界范围内的相关组织、各界学者都在积极关注并贡献出应对策略。2019年9月联合国气候行动峰会指出：2030年之前的十年将是海洋领域应对气候变化和促进可持续发展的关键时期，为了更好地应对由海平面上升带来的相关问题，应切实增强海洋和沿海地区减缓和适应气候变化的能力[3]。滨江临海、河网密布、径潮叠加等地理特征，决定了粤港澳大湾区是我国受到海平面上升影响较大的沿海地区之一，水安全问题亟待得到重视[4]。深圳是推动区域发展的核心城市之一，而福田区又是深圳的中心城区。同时，随着沿海人口的增加和城市的扩张，福田区成为绿地景观覆盖率最小的城区[5]，海平面上升造成环境问题亟待解决。海平面上升的影响还涉及城市生态基础设施（EcologicalInfrastructure，EI）——城市的可持续发展所依赖的自然系统，人类从中获得赖以生存的空气、食物、休憩、教育等[6]，生态基础设施是维护城市生态安全和为居民提供持续生态服务的基本保障[7]，海平面上升对生态基础设施的影响会进而扩展至人类生活的多个层面。目前，在国内对生态基础设施的研究多集中于对生态基础设施相关学术理论和实践的总结概括以及不同路径的EI规划[8]。总体来说，前人学者在基于海平面上升的大环境背景下对生态基础设施进行辨识的研究相对极少。因此，本研究选取具有代表性的福田区作为研究区域，在海平面上升背景下，基于地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS），对研究区进行脆弱性评估以及保护设计，辨识出福田区不同强度的生态基础设施类型，最终提出应对海平面上升的适应性策略。

1研究区域及方法

1.1研究区域

深圳地形高程范围为0～917米，城市中心区地形较为平缓，主要高程变化集中在南部沿海区域[9]。福田地处深圳中南部，面积为78.66平方公里，其南部沿海地区平均海拔在3米左右，红树林鸟类自然保护区海拔低至0米，海平面涨落的影响十分显著。因此选择此区域作为研究区（图1）。综合考虑海平面上升的影响，进行全区EI规划建设及适应性设计成为相关部门决策者需要迫切思考的难题。

1.2研究方法

本研究以脆弱性评估、保护设计、EI综合辨识为主要路径，以探究海平面上升对生态基础设施的影响及适应性策略。研究技术路线如图2：TheImpactofSeaLevelRiseonEIandAdaptationStrategies:TakingFutianDistrictofShenzhenCityasanExample海平面上升对生态基础设施的影响及适应性对策研究——以深圳市福田区为例1.2.1脆弱性评估脆弱性评估旨在探寻海平面上升对研究区域的多方位影响。该研究方法使用数字高程模型[10]提取海拔信息①，对沿海地区受海平面上升影响的淹没状况进行模拟。海平面上升水平越高，将有越多地区遭受淹没。通过模型模拟的直观方式，分析不同土地利用类型受海平面上升的影响及范围。1.2.2保护设计此部分通过对物种栖息地模型模拟分析和生物多样性保护优先区辨识，将研究区划分为生物多样性低、中、高三类优先级分区。保护优先区（PriorityConservationAreas，PCAs）的确定是为了区域合理规划、自然资源和生物多样性资源保护等，而将保护优先区细分为不同优先级则是为了更好地进行资源配置，针对分区情况进行适应性的保护设计[11]。（1）借助佛罗里达大学研发的物种栖息地模型（SpeciesHabitatModel）模拟物种栖息地分布[12]。本研究以土地利用类型数据②为基础，选择了3种不同习性的焦点物种（FocalSpecies），分别是哺乳类动物猕猴、鸟类黑嘴鸥和两栖类动物招潮蟹。选取了5种关键因子，包括：高程、地形、土地利用类型、距道路距离、距河流距离五个关键因子，将因子导入物种栖息地模型以预测出在不同水平的海平面上升预警中不同物种的潜在栖息地的分布。（2）生物多样性保护优先区辨识（BiodiversityConservationPriorityAreasIdentify）。在识别出3种代表物种保护的保护优先区后，本研究还综合考虑利用了福田区的NDVI时间序列数据③。然后利用GIS将以上数据进行叠加分析，从而在海平面上升背景下得出基于3种代表物种综合形成的福田区高、中、低三个等级的生物多样性保护优先区。1.2.3生态基础设施综合辨识此部分选取了6个对生态基础设施影响较大的关键指标进行辨识指标体系的建立，分别是：高程、坡向、坡度、NDVI、土地利用类型和人口密度④。综合6个指标的特性和获取方法的精确度，通过层级分析法赋予指标不同的权重进行计算[12]。其中，6个指标在构成EI可能性上有着各不相同的分级标准，因此对不同的指标因子梯度采用分段打分的方法。具体EI辨识指标体系构建是结合前人的研究、研究区域的实际情况以及专家咨询综合得出[13]。在实践中应适应性地调整参数，因时制宜，因地制宜。

2研究结果

2.1海平面上升后的土地覆盖变化

2019年IPCC报告显示，到21世纪末，全球海平面相对于1986—2005年平均值上升约0.84米（0.16～1.10米，可能范围），也有学者根据20世纪表面气温海平面变化得出的统计模型，预测21世纪海平面上升平均值将达1.6米甚至更高[14]。为研究未来约100年内海平面上升对沿海土地利用的影响，选取21世纪海平面上升低平均值（1米）、高平均值（2米）、极值水位（3米）3种海平面上升水平下的情况，对土地覆盖变化进行模拟（图3）。在研究区域中海平面上升将对疏林地与水田造成极大影响，当海平面上升1米，所有疏林地以及75%的水田将会被淹没；当海平面上升3米，几乎所有的水田将会被淹没消失。此外根据统计，海平面上升1米、2米、3米的情景下，海水淹没面积将达到3.17平方千米、4.85平方千米、6.91平方千米。当海平面上升3米，福田区海水覆盖面积将是现在的2倍左右。除此之外，由图3可以得知，海水淹没范围主要在南部沿海地带和中部低洼城区。

2.2物种栖息地变化

根据物种栖息地模型显示，随着海平面上升，一些物种的栖息地将会丧失或增加。根据统计，在海平面上升背景下，研究所选择的3种代表物种的栖息面积都随之减少。尤其是两栖类动物招潮蟹，海平面上升将淹没其大范围的适宜栖息地。在海平面上升3米情况下，招潮蟹栖息地面积仅为现有栖息地的3%左右。据图4可知，海平面上升过程中，南部沿海地区的生态多样性高度优先保护区范围急剧缩小，当海平面上升3米时，生态多样性高度优先保护区范围仅为现有生态多样性高度优先保护区范围的64%。2.3EI综合辨识进行EI综合辨识，使用层次分析法将6项指标赋予不同的权重，在ArcGIS软件中进行栅格计算分析，生成EI可能性判定专题图，如图5所示，从可能性最低值到最高值平均分成四个区间，将研究区域划分为非EI、低强度EI、中强度EI和高强度EI。对EI判定结果进行分析，如图5所示：福田区现有高强度EI、中等强度EI、低强度EI和非EI区域面积分别为4.95平方千米、13.13平方千米、18.78平方千米、36.99平方千米，分别占总区域面积的7%、18%、25%、50%。海平面上对低强度EI影响较大，当海平面上升3米，低强度EI面积仅为现有低强度EI面积的85%。

3粤港澳大湾区及国内其他沿海城市的适应性策略

3.1促进沿海生态恢复，构建沿海适应性防护系统

海平面上升将成为未来沿海城市发展无法逃避的挑战。为应对海平面上升带来的危害，应加快构建沿海适应性防护系统，加强沿海动物栖息地的保护、建设，并做好减缓盐水入侵和城市排涝减涝工作。在生态恢复和适应性防护系统标准问题上，可学习实行海洋经济较早的国家并结合我国沿海现状，如：美国在1972年颁布《海岸带管理法》、澳大利亚在1995年实施《联邦海岸带行动计划》，皆有提到有关沿海空间规划、沿海环境评估、特定使用区域、禁止和限制区域等政策要求，通过制定海岸规划引导近岸海洋开发活动，建立海岸保护区、加强近岸敏感资源的保护力度[15]。

3.2规划线性生态廊道，贯通城市生态基础设施的整体性和连接性

现存具有良好生态服务功能的高强度EI空间斑块化、破碎化问题严重，不同生态基础设施间缺少沟通和联系，分布分散。同时，部分低强度的EI存在转化为非EI的风险。在应对海平面上升的适应性规划建设中，可以在生态基础设施之间构建生态廊道，使其连接成片增强连通性，并逐渐使低强度EI、非EI向中强度EI、高强度EI转化，也为粤港澳大湾区和国内其他沿海城市的EI规划和建设提供科学的借鉴参考。

3.3开展海平面上升对中国沿海地区影响评估及适应性规划工作

海平面上升不是一个快速显现的过程，其影响更是深远，运用软件模拟手段对海平面上升的影响及时评估，以预测受影响范围。借助研究分析，在受海平面上升影响程度较低或不受影响的区域内，对低强度生态基础设施所在地区进行规划建设，对高强度生态设施所在地区进行集中保护。同时完善法律法规，为适应性规划提供政策与法律保障。早在十多年前欧美等发达国家对其已经做出了许多好的探索，并总结出相对成熟的经验，我国在开展相关工作时，可以加以借鉴和学习。

结语

研究福田区应对海平面上升的适应性规划相对具有代表性。研究结果可以为福田区和国内外其他沿海城市的土地利用、生态保护和EI建设规划提供借鉴和依据。本研究作为应对海平面上升的适应性规划设计的探索，构建了一个相对完整的应对海平面上升的适应性规划设计研究方法。在我国城市化日益加快的今天，既要金山银山，又要绿水青山，适应性的规划设计势必将受到越来越多的重视。因此，未来在应对海平面上升的漫长挑战中，我国的相关部门和研究者应积极学习国内外的优秀经验，结合自身状况，因地制宜地找寻适合自身城市发展的道路。

作者：尚媛 祝明建 陈风名 单位：华南理工大学设计学院 华南理工大学设计学院 亚热带建筑科学国家重点实验室 广州市景观建筑重点实验室 华南理工大学设计学院