海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響及適應(yīng)措施

王寶強(qiáng)，楊 飛，王振波

1同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092 2浙江大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州 310028 3中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響及適應(yīng)措施

王寶強(qiáng)1,*，楊 飛2，王振波3

1同濟(jì)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，上海 200092 2浙江大學(xué)城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，杭州 310028 3中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101

海平面上升導(dǎo)致了海岸線后退、沿海侵蝕、風(fēng)暴潮加強(qiáng)、生物棲息地改變、濕地變遷等，引起了近海域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化。以美國(guó)Hillsborough County為研究區(qū)域，應(yīng)用SLAMM模型，模擬了海平面從2010年—2100年上升1m的情景下各類(lèi)用地面積的變化，利用效益轉(zhuǎn)移法評(píng)價(jià)了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化。結(jié)果表明：①旱地面積減少3037hm2，濕地面積增加3037hm2，其中河口水域、灘涂、鹽沼、定期洪水沼澤面積大幅度增加；季節(jié)性洪水沼澤、潮汐淡水沼澤、河流潮汐、沙灘面積大幅度減少，其它類(lèi)型濕地受影響較小。②濕地總面積的增加反而導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的降低，從2010年的61672萬(wàn)美元降低到2100年的61548萬(wàn)美元，這是由于凈水濕地和沙灘大面積損失引起的；其中藝術(shù)娛樂(lè)、水調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、文化精神價(jià)值將下降，水供應(yīng)、棲息地保護(hù)、干擾調(diào)節(jié)和廢物處理價(jià)值將上升。③防護(hù)、適應(yīng)、后退3種措施分別降低、不影響、提升了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，應(yīng)根據(jù)其適用范圍綜合應(yīng)用以制定應(yīng)對(duì)海平面上升的適應(yīng)性措施。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；海平面上升；適應(yīng)性措施；SLAMM模型； Hillsborough County

據(jù)觀測(cè)，20世紀(jì)海平面上升的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于以往，達(dá)到1.7mm/a[1]，而近十多年來(lái)達(dá)到3.1mm/a[2]。盡管每個(gè)地區(qū)海平面上升的速度存在爭(zhēng)議性和不確定性[3-4]，但是海平面上升的趨勢(shì)是肯定的，而且對(duì)沿海生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了一系列深遠(yuǎn)的影響。其直接影響結(jié)果包括海岸線后退、沿海侵蝕[5]、風(fēng)暴潮頻率和強(qiáng)度加強(qiáng)、污染性物質(zhì)釋放、生物棲息地改變、濕地變遷[7]等，間接影響了沿海生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的發(fā)揮。

理論上出現(xiàn)了對(duì)海平面上升過(guò)程中沿海侵蝕過(guò)程的概念模型分析[6-9]；也提出了海平面上升的生態(tài)系統(tǒng)影響評(píng)估方法[10-11]，其中在美國(guó)被廣泛應(yīng)用的模型之一就是海平面上升的濕地影響模型(Sea Level Affecting Marshes Model，以下簡(jiǎn)稱SLAMM)。該模型由美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)研發(fā)，是分析長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)海平面上升對(duì)濕地影響的轉(zhuǎn)變過(guò)程的特定模型，是采用幾何關(guān)系來(lái)定量描述沿海土地利用的變化的一種決策工具。實(shí)踐中，很多地區(qū)發(fā)布了適應(yīng)海平面上升行動(dòng)計(jì)劃，制定了從州政府到地方政府的適應(yīng)性策略[12]。我國(guó)對(duì)于海平面上升的研究主要集中在風(fēng)險(xiǎn)和脆弱性評(píng)估[13-14]、社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響[15-16]、海岸帶濕地的生態(tài)效應(yīng)[17]、人類(lèi)活動(dòng)對(duì)海岸帶的影響[18]等領(lǐng)域，但是存在著簡(jiǎn)化海平面上升的影響過(guò)程(僅考慮基于高程評(píng)估的淹沒(méi)分析和定性的侵蝕分析)、對(duì)海平面上升的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)影響缺乏定量分析、較少提出應(yīng)對(duì)海平面上升的適應(yīng)性措施等問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)美國(guó)佛羅里達(dá)州(Florida，F(xiàn)L)Tampa Bay的Hillsborough County為研究區(qū)域，運(yùn)用SLAMM模型定量分析沿海濕地在海平面上升影響下自然變遷的過(guò)程，進(jìn)而通過(guò)評(píng)價(jià)“生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值”的變化來(lái)客觀認(rèn)識(shí)海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。本文所指的濕地，采用國(guó)際濕地公約中對(duì)廣義的濕地的定義，指天然或人工、長(zhǎng)久或暫時(shí)性的沼澤地、濕原、泥炭地或水域地帶，帶有或靜止或流動(dòng)、或?yàn)榈?、半咸水或咸水水體，包括低潮時(shí)水深不超過(guò)6m的水域。在此基礎(chǔ)上，提出并評(píng)價(jià)Hillsborough County沿海地區(qū)應(yīng)對(duì)海平面上升的防護(hù)、適應(yīng)、后退措施。通過(guò)本研究，以期將SLAMM模型介紹入國(guó)內(nèi)海平面上升研究中，為定量化、客觀性地認(rèn)知和評(píng)價(jià)海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，以及沿海生態(tài)保護(hù)決策提供啟示。

1 研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

Hillsborough County位于美國(guó)佛羅里達(dá)(Florida)半島西岸中部、墨西哥灣東部、Tampa Bay的入口處(圖1)，總面積3280km2，其中陸域面積2600km2，水域面積為640km2,海岸線長(zhǎng)度大約為254.71km。近百年來(lái)該地區(qū)海平面上升速度為2.4mm/a，海岸線遠(yuǎn)離陸地的速度為1.5m/a[19]。

圖1 Florida在美國(guó)及Hillsborough County在Florida的地理位置(紅色區(qū)域) Fig.1 The location of Florida in US and Hillsborough County in Florida(in read)

1.2 研究方法

1.2.1 確定海平面上升情景

影響海平面上升的原因是多樣的，與全球碳排放和氣溫直接相關(guān)，根據(jù)IPCC發(fā)布的碳排放情景特別報(bào)告[20]，最大碳排放量的情景下，到2100年，全球海平面相對(duì)于2010年將上升0.88m。地方海平面上升計(jì)算公式為：

LocalSLRTModel=GlobalSLRTModel+(TModel-T0)(HistoricSLRLocal-HistoricSLRGlobal)

式中，LocalSLR為地方海平面上升相對(duì)高程(m)；GlobalSLR為全球海平面上升相對(duì)高程(m)；HistoricSLR為歷史海平面上升相對(duì)高程(m)；TModel為模型預(yù)測(cè)年份，T0為基準(zhǔn)年份。

本研究中，基準(zhǔn)年為2010年，預(yù)測(cè)年份為2100年，則至2100年，Hillsborough County海平面上升為：SLR2100=0.88+(2100-2010)×(0.0024-0.0017)=0.943(m)，為了考慮未來(lái)的不確定性，并方便計(jì)算，研究取值1m。

1.2.2 模擬海平面上升情景下用地變化

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)指“生態(tài)系統(tǒng)與生態(tài)過(guò)程所形成的、維系人類(lèi)賴以生存的自然生態(tài)環(huán)境條件與效用”[21]，包括供給、調(diào)節(jié)、支持和文化服務(wù)[22]，一般采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)來(lái)評(píng)估其重要性。沿海生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的載體是不同類(lèi)型的用地，因此要研究海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響，首先要分析其對(duì)于沿海各類(lèi)用地(主要是濕地)的影響。本文采用SLAMM進(jìn)行海平面上升情景下研究范圍內(nèi)的不同類(lèi)型用地變化情況。該模型中構(gòu)建了淹沒(méi)、侵蝕、沖積、飽和、吸積5種海平面上升影響過(guò)程的子模型和算法(表1)[23]，通過(guò)輸入所需數(shù)據(jù)和參數(shù)(表2)，能夠模擬在設(shè)定海平面上升情景下，不同年份的海平面相對(duì)高度和沿海用地類(lèi)型的變化。

表1 5種海平面對(duì)沿海地區(qū)的影響過(guò)程[23]Table 1 Five affected process on coastal areas of sea level rise[23]

首先在Arc GIS10.0中建立包括地形、土地利用、大壩(或防護(hù)堤)等初始年份(2010年)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)各類(lèi)土地利用數(shù)據(jù)編碼，將以上柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為ASCⅡ數(shù)據(jù)。然后，在SLAMM 6.0軟件中按照操作界面要求，輸入地形、土地利用、大壩ASCⅡ數(shù)據(jù)和影響參數(shù)數(shù)據(jù)，設(shè)定起始年份為2010年，預(yù)測(cè)終點(diǎn)年份為2100年，海平面上升期望值為1m，輸出數(shù)據(jù)年份設(shè)置為每10年輸出，確認(rèn)一切數(shù)據(jù)準(zhǔn)備無(wú)誤后，SLAMM軟件將自動(dòng)計(jì)算每10年研究區(qū)域的用地類(lèi)型變化情況，并將每類(lèi)用地的面積以表格形式輸出，用地的空間分布以GIS柵格數(shù)據(jù)輸出。對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行分析，就可以確定每10年研究區(qū)域的各類(lèi)用地自然變遷情況。

表2 SLAMM輸入數(shù)據(jù)Table 2 Input data in SLAMM

1.2.3 評(píng)估海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響

(1)通過(guò)文獻(xiàn)綜述法確定沿海各類(lèi)濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型，主要包括水供應(yīng)、水調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、干擾調(diào)節(jié)、棲息地保護(hù)、廢物處理、藝術(shù)娛樂(lè)、文化精神等[25]。

(2)將具有同等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)類(lèi)型的濕地歸類(lèi)，確定其2010年單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(ESV)。生態(tài)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的準(zhǔn)確性主要取決于各類(lèi)型濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的單位面積價(jià)值，其不僅與所處地域、環(huán)境密切相關(guān)，且隨著時(shí)間的變化而發(fā)生變化。因此研究區(qū)域、研究方法、研究時(shí)間不同導(dǎo)致對(duì)沿海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估結(jié)果大相徑庭。未來(lái)隨著人類(lèi)活動(dòng)的加強(qiáng)和氣候變化的加劇，沿海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能愈加重要，因此一般認(rèn)為沿海濕地的單位面積ESV將隨時(shí)間推進(jìn)而不斷提高。本文暫不討論濕地的單位面積ESV隨著時(shí)間變化的規(guī)律，而是按照2010年各類(lèi)濕地單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值進(jìn)行比較。

生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估的方法眾多，如生產(chǎn)力影響法、價(jià)值替代法、旅行費(fèi)用法、支付意愿法等[26-27]。本文選取效益轉(zhuǎn)移法(Benefit Transfer)，即可以基于已有的某地的生態(tài)環(huán)境經(jīng)濟(jì)信息，利用一定的轉(zhuǎn)移手段獲取新的類(lèi)似生態(tài)環(huán)境產(chǎn)品及服務(wù)的評(píng)估結(jié)果，采用Robert Costanza對(duì)New Jersey生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值研究的成果，得到Hillsborough County每類(lèi)濕地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值見(jiàn)表3[28]。

表3 沿海濕地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)及其2010年單位面積價(jià)值(美元 a-1 hm-2)[28]Table 3 Ecosystem services values of various types of coastal wetlands in 2010[28]

凈水濕地包括潮汐淡水沼澤、內(nèi)陸海岸、內(nèi)陸淡水沼澤、紅樹(shù)林、河流潮汐；鹽水濕地包括灘涂、鹽沼、定期洪水沼澤、一般沼澤、柏樹(shù)沼澤、季節(jié)性洪水沼澤；未發(fā)展用地為未利用旱地；開(kāi)放水域包括河口開(kāi)放水域和內(nèi)陸開(kāi)放水域；灘涂和河口沙灘均為單獨(dú)類(lèi)別

(3)計(jì)算2010—2100年每10a的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量。公式如下：

式中，ESV(t)為第t年的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)總價(jià)值，單位：美元/年；i為濕地類(lèi)型；Ai,t為第t年第i類(lèi)濕地面積(hm2)；PESVi為第i類(lèi)單位濕地面積的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(美元 a-1hm-2)；t為年份。

1.2.4 歸納和評(píng)價(jià)適應(yīng)性措施

采用文獻(xiàn)綜述法總結(jié)美國(guó)其它地區(qū)應(yīng)對(duì)海平面上升的適應(yīng)性措施，從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的角度定性評(píng)估每類(lèi)適應(yīng)性措施的適用范圍，在此基礎(chǔ)上綜合確定Hillsborough County沿海地區(qū)的適應(yīng)性措施。

2 分析結(jié)果與討論

2.1 沿海用地面積變化

通過(guò)SLAMM運(yùn)行的結(jié)果，可將2010—2100年每10年的用地變化情況予以輸出，其中2010年、2100年用地的變化情況如圖2和表4所示。結(jié)果表明，從2010年至2010年，旱地(包括已開(kāi)發(fā)旱地和未開(kāi)發(fā)旱地)的面積減少了約3037hm2，濕地(除旱地外其它用地)面積增加了約3037hm2，之所以旱地減少的面積數(shù)量恰好等于濕地增加的面積數(shù)量，是由于根據(jù)濕地的定義，被淹沒(méi)、侵蝕的旱地其水深并未超過(guò)6m，成為新的不同類(lèi)型的濕地(包括沿海水域)。而海平面上升本身是一個(gè)緩慢的過(guò)程，在上升的過(guò)程中通過(guò)各種作用將其影響范圍擴(kuò)大，從而產(chǎn)生了更多的濕地。旱地和濕地面積隨海平面上升的變化如圖3所示。

盡管濕地總量是增加的，但是不同類(lèi)型的濕地變化量具有差異性。通過(guò)表4可以看出，河口開(kāi)放水域、灘涂、鹽沼、定期洪水沼澤面積將出現(xiàn)大幅度的增加；季節(jié)性洪水沼澤、潮汐淡水沼澤、河流潮汐、河口沙灘、內(nèi)陸海岸面積將出現(xiàn)大幅度減少；而紅樹(shù)林 、內(nèi)陸開(kāi)放水域、一般沼澤、內(nèi)陸淡水沼澤、柏樹(shù)沼澤面積變化程度較小。

圖2 海平面上升影響下用地變化模擬Fig.2 The simulation of land use change with sea level rise

2.2 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量變化

按照1.2.3的計(jì)算方法，結(jié)果表明(表5)：盡管濕地的總面積增加了，但是其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量隨年份呈現(xiàn)減少趨勢(shì)(2010年為61672萬(wàn)美元，到2100年為61548萬(wàn)美元)，主要是因?yàn)榫哂凶罡呱鷳B(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的凈水濕地和沙灘面積的大量減少所致。個(gè)別年份出現(xiàn)波動(dòng)的原因在于某些濕地面積的急劇增加或減少導(dǎo)致當(dāng)年生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的變化。生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值與海平面上升的關(guān)系如圖4，總體呈遞減趨勢(shì)。

表4 2010年與2100年各類(lèi)用地面積變化比較Table 4 The comparison of all kinds of lands area changes in 2010and 2100

圖3 旱地、濕地面積隨海平面上升的變化圖Fig.3 Dry lands and wetlands area changes with sea level rise

圖4 生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨海平面上升的變化圖Fig.4 Ecosystem service value changes with sea level rise

2.2.2 不同類(lèi)型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值變化

計(jì)算每10a不同類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值(表5)，結(jié)果表明：藝術(shù)娛樂(lè)、水調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、文化精神價(jià)值將降低，相對(duì)于2010年，2100年分別減少了313萬(wàn)美元、150萬(wàn)美元、48萬(wàn)美元、12萬(wàn)美元；水供應(yīng)、棲息地保護(hù)、干擾調(diào)節(jié)和廢物處理價(jià)值將提升，相對(duì)于2010年，2100年分別增加了19萬(wàn)美元、65萬(wàn)美元、155萬(wàn)美元、159萬(wàn)美元。藝術(shù)娛樂(lè)價(jià)值減少最多的原因是失去了大量的河口沙灘，水調(diào)節(jié)價(jià)值減少的原因是凈水濕地的大量損失；廢物處理價(jià)值增加最多的原因是大量新的鹽水濕地的產(chǎn)生?？梢?jiàn)海平面上升在降低某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的同時(shí)，由于濕地類(lèi)型的轉(zhuǎn)變也提高了某些生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值，但是總體的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值是下降的。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的年平均變化率來(lái)看，水調(diào)節(jié)、氣候調(diào)節(jié)、藝術(shù)娛樂(lè)和文化精神價(jià)值的年均降低速率較快，棲息地保護(hù)和干擾調(diào)節(jié)價(jià)值的上升速率較快。

表5 主要年份各種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值Table 5 The ecosystem service value in main years

3 應(yīng)對(duì)海平面上升的適應(yīng)性措施及評(píng)價(jià)

3.1 應(yīng)對(duì)海平面上升的適應(yīng)性措施

適應(yīng)性指自然或人類(lèi)系統(tǒng)對(duì)于事實(shí)上存在或者預(yù)期的災(zāi)害及其影響而做出的調(diào)整的程度或能力。應(yīng)對(duì)海平面上升的適應(yīng)性措施就是對(duì)于未來(lái)海平面上升所產(chǎn)生的不利影響做出的調(diào)整策略。常見(jiàn)的海平面上升適應(yīng)性措施見(jiàn)表6[29-32]，可以看出，州政府層面多體現(xiàn)政策支持，地方政府層面多關(guān)注具體的工程和非工程性措施。

表6 常見(jiàn)的海平面上升適應(yīng)性措施Table 6 Common adaptation measures for sea level rise

這些措施可以分為兩大類(lèi)：(1)硬措施：即防護(hù)、適應(yīng)、后退等工程性措施，盡量避免海平面上升的不利影響；(2)軟措施：即通過(guò)土地利用規(guī)劃、法律法規(guī)、鼓勵(lì)刺激計(jì)劃等一系列政策引導(dǎo)區(qū)域發(fā)展、公眾和社會(huì)投資建設(shè)，并促進(jìn)硬措施的實(shí)施。

3.2 基于ESV視角的適應(yīng)性措施評(píng)價(jià)

本文主要討論工程性措施及其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。選取3種措施中的6類(lèi)具體方式，定性地分析其對(duì)沿海濕地的面積及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響(表7)。防護(hù)措施是一種最直接有效的適應(yīng)對(duì)策，但是由于其改變了自然界原有的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，因此導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的降低；適應(yīng)措施主要針對(duì)建筑物，因此其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響不大；后退措施一定程度上增加了生態(tài)用地的面積，因此提升了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。實(shí)際的運(yùn)用中，應(yīng)根據(jù)每類(lèi)措施的適用范圍綜合使用，并進(jìn)行“成本-效益”分析，確定綜合的、有效的適應(yīng)性措施。

表7 各種適應(yīng)性措施對(duì)濕地面積和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響Table 7 Effect on wetlands area and ESV of different adaptation measures

①+表示面積增加，—表示面積減少；↑表示價(jià)值提升，↓表示價(jià)值下降；/表示沒(méi)有影響;②增加、減少、上升、下降均是相對(duì)于不采取任何適應(yīng)性措施的情況而言，并非相對(duì)于現(xiàn)狀。

各類(lèi)適應(yīng)性措施的適用范圍如下：①大壩、海堤適用于鄰近海域的大面積、高密度城市建成區(qū)；②人工育灘、沼澤、沙丘適用于沙灘、凈水濕地的緩沖區(qū)，從而降低海水的侵蝕率；③建筑物、道路加高適用于建筑量較少、濕地將建筑與海域分離的居住區(qū)；④滾動(dòng)式使用適用于當(dāng)前質(zhì)量較好、仍然在使用并遠(yuǎn)離建成區(qū)的區(qū)域；⑤人口、建筑物遷移適用于濕地為主、少量居住的區(qū)域；⑥公共產(chǎn)權(quán)購(gòu)買(mǎi)適用于濕地為主、少量建成區(qū)的區(qū)域。綜合以上信息，構(gòu)建Hillsborough County沿海地區(qū)的適應(yīng)性措施分布圖(圖5)。

圖5 Hillsborough County海平面上升的適應(yīng)性措施Fig.5 Adaptation measures for sea level rise in Hillsborough County

4 結(jié)論與討論

Hillsborough County的研究表明，在假定2100年海平面上升至1m的情況下，沿海的旱地面積將減少，相應(yīng)地增加了同等面積的濕地，這是海平面上升過(guò)程中，淹沒(méi)、侵蝕、沖積、飽和、吸積等共同作用的結(jié)果。但是濕地總面積的增加反而導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的減少，由2010年的61672萬(wàn)美元減少到2100年的61548萬(wàn)美元，究其原因是因?yàn)槊糠N類(lèi)型的濕地所具有的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值不同，而濕地內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生的變化，使得具有最高單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的凈水濕地和沙灘面積的大量損失造成了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總量的降低。如果考慮單位面積濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值隨時(shí)間可能增大的情況下，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值總體減少的趨勢(shì)可能更為明顯。其中，藝術(shù)娛樂(lè)價(jià)值和水調(diào)節(jié)價(jià)值減少明顯，廢物處理和干擾調(diào)節(jié)價(jià)值則增加明顯。從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響的角度來(lái)看，防護(hù)措施降低了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值；適應(yīng)措施對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響不大；后退措施提升了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值。實(shí)際在確定應(yīng)對(duì)海平面上升的工程性措施時(shí)，是根據(jù)其適用綜合考慮加以應(yīng)用的，以減輕海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響。

全球范圍內(nèi)海平面上升的高度、當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛?、海水侵蝕程度、已有采取的措施等差異，使得很難武斷地判斷海平面上升的影響是利是弊。本文從生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的角度來(lái)評(píng)估海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，對(duì)Hillsborough County的研究只是一個(gè)特例，且存在著一些局限性，具體表現(xiàn)在：海平面上升的不確定性導(dǎo)致未來(lái)沿海濕地的變化并不能予以準(zhǔn)確的評(píng)估，因此采用多情景模擬是必要的；需要討論隨著時(shí)間變化濕地的單位面積生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的變化過(guò)程，及其對(duì)最終分析結(jié)果的影響；對(duì)各種適應(yīng)性措施的“成本-效益”分析和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值影響研究缺乏定量分析。我國(guó)開(kāi)展沿海地區(qū)海平面上升影響及適應(yīng)性措施的研究，必須結(jié)合各地的實(shí)際情況，將定量模擬與定性分析相結(jié)合，構(gòu)建科學(xué)的分析模型。此外，也有必要探討SLAMM在開(kāi)展我國(guó)此類(lèi)研究中的適用性和有可能的改進(jìn)。

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Impact of sea level rise on ecosystem services values and adaptation measures

WANG Baoqiang1,*，YANG Fei2，WANG Zhenbo3

1CollegeofArchitectureandUrbanPlanningatTongjiUniversity,Shanghai200092,China2UrbanPlanningandDesignInstituteofZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China3InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China

Sea level rise, one of the most obvious and direct effects of climate change in coastal areas, has become an important and urgent problem.Rising sea level has brought about coastline retreat, coastal erosion, storm surge strengthening, pollutant release, habitat change, and wetlands migration.In addition, it has caused changes in the ecosystem service value of coastal areas.Five processes of coastal ecosystems that may be affected by sea level rise are inundation, erosion, overwash, saturation, and accretion.Wetlands migration is simulated by the Sea Level Affecting Marshes Model and benefit transfer method in Hillsborough County, US, where the sea level is assumed to rise 1m from 2010to 2100.According to the calculation results, ecosystem services values for every 10years are evaluated using the benefit transfer method.The results showed that dry land areas will decrease by 3037hm2, while wetlands will increase by 3037hm2with sea level rise.Areas of estuarine open water, beaches, salt marshes, and regularly flooded marshes will increase by 394.29%, 380.62%, 141.93%, and 121.41%, respectively.The areas of irregularly flooded marshes, tidal fresh marshes, tidal flats, estuarine beaches, and inland shores will decrease by 95.52%, 91.31%, 59.29%, 37.59%, and 21.44%, respectively.Mangroves, inland open waters, swamps, inland fresh marshes, and cypress swamps will be less affected, and will decrease by 6.67%, 4.05%, 2.35%, 0.90%, and 0.10%, respectively.Increasing the total wetland area contributes to reducing the total ecosystem service value due to the large loss of beaches and freshwater wetlands.The values of art, entertainment, water regulation, climate regulation, spirit and culture will decrease, while the values of water supply, habitat protection, disturbance regulation, and waste disposal will increase.Extensive efforts have been devoted to adaptation planning and impact analysis in the face of rising sea levels.Protection, accommodation, and retreat are the main adaptation measures that have been adopted by both state and local governments in the U.S.The analysis results showed that different measures have very different impacts on ecosystem services values.According to the comprehensive application of these measures, planners develop adaptive strategies to cope with rising sea levels.Due to global differences in sea level rise, local topography, seawater erosion degree, and the existing measures, it is difficult to judge whether the impact of sea level rise will have beneficial or detrimental effects on an ecosystem.The case study of Hillsborough County needs more discussion, such as the uncertainty of sea level rise and scenario simulation, the change and valuing of ecosystem service value per unit area for different types of wetlands, and quantitative analysis for impacts of adaptation measures on ecosystem services.In addition, the application of SLAMM in Chinese research should also be considered.

ecosystem service value;sea level rise;adaptation measures;SLAMM model;Hillsborough County

美國(guó)Florida Sea Grant College Program 2012—2013：A Spatial-Temporal Econometric Model to Estimate Costs and Benefits of Sea-Level Rise Adaptation Strategies資助

2014-08-08; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期:

日期:2015-05-21

10.5846/stxb201408081583

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wbq318@163.com

王寶強(qiáng)，楊飛，王振波.海平面上升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值的影響及適應(yīng)措施.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(24):7998-8008.Wang B Q，Yang F，Wang Z B.Impact of sea level rise on ecosystem services values and adaptation measures.Acta Ecologica Sinica,2015,35(24):7998-8008.