全 文 ：海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评价*
崔利芳摇 王摇 宁摇 葛振鸣摇 张利权**
(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室, 上海 200062)
摘摇 要摇 研究滨海湿地对气候变化的响应,评估气候变化对其影响,并提出切实可行的应对
策略,是保障海岸带生态系统安全的重要前提.本研究以长江口滨海湿地为对象,采用“源鄄途
径鄄受体鄄影响冶模型和 IPCC脆弱性定义分析了气候变化引起的海平面上升对滨海湿地生态
系统的主要影响.构建了基于海平面上升速率、地面沉降速率、生境高程、生境淹水阈值和沉
积速率为指标的脆弱性评价指标体系.在 GIS 平台上量化各脆弱性指标,计算脆弱性指数并
分级,建立了海平面上升影响下滨海湿地生态系统脆弱性的定量空间评估方法,实现了在不
同海平面上升情景(近 30 年长江口沿海平均海平面上升速率和 IPCC排放情景特别报告中的
A1F1情景)和时间尺度(2030 和 2050 年)下,长江口滨海湿地生态系统脆弱性的定量空间评
价.结果表明: 在近 30 年长江口平均海平面上升速率(0. 26 cm·a-1)情景下,至 2030 年,研
究区轻度脆弱和中度脆弱的滨海湿地分别占 6. 6%和 0. 1% ;至 2050 年,轻度脆弱和中度脆
弱的滨海湿地分别占 9. 8%和 0. 2% .在 A1F1(0. 59 cm·a-1)情景下,至 2030 年,轻度脆弱和
中度脆弱的滨海湿地面积比例分别为 9. 0%和 0. 1% ;至 2050 年,轻度脆弱、中度脆弱和高度
脆弱的面积比例分别为 9. 5% 、1. 0%和 0. 3% .
关键词摇 气候变化摇 海平面上升摇 SPRC模式摇 脆弱性评价摇 长江口滨海湿地
*全球变化研究国家重大科学研究计划项目 (2010CB951204)、国家自然科学基金项目 ( 41201091 )、上海市 “浦江人才冶计划项目
(13PJ1402200)和上海市科委资助项目(12230707500)资助.
**通讯作者. E鄄mail: lqzhang@ sklec. ecnu. edu. cn
2013鄄06鄄08 收稿,2013鄄11鄄11 接受.
文章编号摇 1001-9332(2014)02-0553-09摇 中图分类号摇 X171. 1摇 文献标识码摇 A
Vulnerability assessment on the coastal wetlands in the Yangtze Estuary under sea鄄level rise.
CUI Li鄄fang, WANG Ning, GE Zhen鄄ming, ZHANG Li鄄quan (State Key Laboratory of Estuarine
and Coastal Research, East China Normal University, Shanghai 200062, China) . 鄄Chin. J. Appl.
Ecol. , 2014, 25(2): 553-561.
Abstract: To study the response of coastal wetlands to climate change, assess the impacts of cli鄄
mate change on the coastal wetlands and formulate feasible and practical mitigation strategies are the
important prerequisite for securing coastal ecosystems. In this paper, the possible impacts of sea
level rise caused by climate change on the coastal wetlands in the Yangtze Estuary were analyzed by
the Source鄄Pathway鄄Receptor鄄Consequence (SPRC) model and IPCC definition on the vulnerabili鄄
ty. An indicator system for vulnerability assessment was established, in which sea鄄level rise rate,
subsidence rate, habitat elevation, inundation threshold of habitat and sedimentation rate were se鄄
lected as the key indicators. A quantitatively spatial assessment method based on the GIS platform
was established by quantifying each indicator, calculating the vulnerability index and grading the
vulnerability index for the assessment of coastal wetlands in the Yangtze Estuary under the scenarios
of sea鄄level rise. The vulnerability assessments on the coastal wetlands in the Yangtze Estuary in
2030 and 2050 were performed under two sea鄄level rise scenarios ( the present sea鄄level rise trend
over recent 30 years and IPCC A1F1 scenario). The results showed that with the projection in 2030
under the present trend of sea鄄level rise (0. 26 cm·a-1), 6. 6% and 0. 1% of the coastal wetlands
were in the low and moderate vulnerabilities, respectively; and in 2050, 9. 8% and 0. 2% of the
coastal wetlands were in low and moderate vulnerabilities, respectively. With the projection in 2030
under the A1F1 scenario (0. 59 cm·a-1), 9. 0% and 0. 1% of the coastal wetlands were in the low
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 2 月摇 第 25 卷摇 第 2 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Feb. 2014, 25(2): 553-561
and moderate vulnerabilities, respectively; and in 2050, 9. 5% , 1. 0% and 0. 3% of the coastal
wetlands were in the low, moderate and high vulnerabilities, respectively.
Key words: climate change; sea鄄level rise; SPRC model; vulnerability assessment; coastal wet鄄
lands in the Yangtze Estuary.
摇 摇 自 20 世纪 70 年代开始,全球变化已成为许多
学者关注和研究的焦点,其中气候变化是全球变化
研究中的重要组成部分[1] . IPCC 第四次评估报告
(2007)指出,近百年来全球气候变暖已成为毋庸置
疑的事实,而且近 50 年的增暖趋势更加显著[2] . 气
候变暖引起的海温升高和大面积冰川融化等现象直
接导致全球海平面上升. 海平面上升将提高风暴潮
发生频率、加速海岸侵蚀、增加低地淹没面积,这将
给沿海地区的自然环境和社会经济发展带来重大影
响[3] .滨海湿地是介于陆地与海洋系统之间的生态
过渡带,在调蓄洪水、促淤造陆、降解污染物、生物多
样性保护和为人类提供生产、生活资源方面发挥了
重要作用[4] .滨海湿地对气候变暖所导致的海平面
上升极为敏感,海平面上升将可能导致滨海湿地面
积锐减、生境退化和生物多样性下降等[5-6] .
自 IPCC 第一次评估报告之后,国内外许多学
者开展了气候变化影响下海岸带生态系统脆弱性评
估研究. Gomitz[7]于 1991 年应用海岸带脆弱性指数
评估了未来海平面上升可能带来的影响,现已广泛
应用于美国太平洋和大西洋海岸的脆弱性评估.
Bryan等[8]提出的分布式过程模型选取了方位、高
程、地貌和坡度 4 项指标,评估了海平面上升影响下
海岸带的脆弱性. Nicholls 等[9]于 1999 年对全球海
平面上升可能造成的洪涝风险以及湿地损失进行评
估,并预测了海平面上升可能造成的湿地损失和由
于风暴潮引起的洪涝风险. 我国学者也开展了有关
黄河口、长江口和珠江口等地区海岸带生态系统脆
弱性评估[1] .目前,国内有关气候变化对滨海湿地
影响的研究较少,且大多停留在定性评估水平,尚缺
乏基于过程的气候变化对滨海湿地影响的脆弱性评
价.构建气候变化影响下滨海湿地脆弱性评价体系
和方法,客观定量评价气候变化影响下滨海湿地生
态系统脆弱性,是保障海岸带生态系统安全的重要
前提,同时也是国际前沿科学问题.本文以长江口滨
海湿地为对象,构建基于过程的气候变化对滨海湿
地影响的评估模式和脆弱性评价体系,以期为海平
面上升影响下长江口滨海湿地生态系统脆弱性评估
提供定量的空间评估方法,为制定切实可行的应对
策略提供科学依据.
1摇 研究区概况
长江口是我国第一大河口,地处西太平洋西北
边缘,东临东海,南接杭州湾,北濒古黄河冲积滩,地
势较低.从动力条件看,长江口为中等强度的潮汐河
口,口外为正规半日潮,口内为非正规半日浅海潮.
波浪以风浪为主,涌浪次之. 该区属东亚季风气候,
年均气温 15. 2 ~ 15. 8 益,年均水温 17. 2 ~ 18 益,平
均盐度 0. 21译 ~5译[10] .
长江口滨海湿地可归类为近海及海岸湿地.参
见文献[10]可知,长江口滨海湿地为低潮时水深 5
m以内的海域及其沿岸海水侵湿地带,其中包含潮
间带淤泥海滩、岩石性海岸和河口水域 3 部分.长江
口滨海湿地主要包括崇明岛、长兴岛、横沙岛和九段
沙周缘以及南汇、金山鄄奉贤边滩等(图 1),2008 年
长江口滨海湿地总面积为 2318. 5 km2[10] .
摇 摇 长江口滨海湿地潮间带有规律地被潮水淹没,
且中、高潮滩具较长的暴露时间,适合盐沼植被生
长.长江口滨海湿地属于典型的温带草本潮滩盐沼
湿地,这符合长江口潮汐浅滩、水文、气象、沉积、地
貌环境条件的基本特征.潮滩高程决定着水淹程度、
风浪大小、滩面沉积物和地形冲淤强度,直接影响
图 1摇 长江口滨海湿地的空间分布
Fig. 1 摇 Spatial distribution of coastal wetlands in the Yangtze
Estuary (2008).
玉:海三棱藨草 Scirpus mariqueter; 域:互花米草 Spartina alterniflora;
芋:芦苇 Phragmites australis; 郁:光滩 Mudflat; 吁:-2 m水域 Waters
of -2 m; 遇:-5 m水域 Waters of -5 m. 下同 The same below.
455 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
盐沼植物的生存条件. 盐沼植被的分布主要受高程
影响,形成“光滩鄄海三棱藨草(Scirpus mariqueter)或
藨草( S. triqueter)群落鄄芦苇(Phragmites australis)
群落冶的梯度分布[11] . 光滩盐渍藻类带分布于中潮
滩下缘和低潮滩,潮水淹没时间长,无高等植物分
布.海三棱藨草群落主要分布于吴淞高程 2 m 以上
的中潮滩上部和高潮滩,海三棱藨草是该带的优势
种和先锋植被.芦苇群落是长江口滨海湿地中的主
要植被,分布在吴淞高程 2. 8 m 以上的高潮滩. 自
1995 年互花米草(Spartina alterniflora)被引入长江
口地区后,逐渐在长江口滨海湿地定居,通过其极强
的有性和无性繁殖快速扩散.目前,互花米草群落以
连续锋面状扩散模式形成了大面积的单优群落,其
分布下限可达到海三棱藨草带,对本地原生植被芦
苇和海三棱藨草群落形成了强烈的竞争态势[12] .
2摇 海平面上升影响下滨海湿地脆弱性评估模式与
指标体系构建
2郾 1摇 脆弱性定义
脆弱性一词最早被应用于地学中灾害风险研究
领域,现已被广泛应用到土地利用 /覆被变化、生态
环境评价、气候变化等研究中[1] . IPCC 第三次评估
报告指出,脆弱性定义被广泛接受运用,脆弱性指气
候变化对自然的或社会的系统损伤或危害的程度,
是系统内的气候变率特征、幅度和变化速率及其敏
感性和适应能力的函数[13] .系统脆弱性(V)与系统
的暴露度(exposure,E)、敏感度(sensitivity,S)和适
应度(adaptation,A) [14]之间的关系可表达为:V=E+
S-A.
2郾 2摇 海平面上升影响下滨海湿地生态系统脆弱性
评价评估模型
海岸带脆弱性评价研究中,目前应用较多的是
“压力鄄状态鄄响应冶 ( pressure鄄state鄄response,PSR)模
型[1,15] . PSR模型具有比较明显的因果关系,从指标
产生的机理方面着手构建评价指标体系.在 PSR 模
型的基础上,欧盟 THESEUS 项目提出了“源鄄途径鄄
受体鄄影响 冶 ( source鄄pathway鄄receptor鄄consequence,
SPRC)模型,用以评估气候变化所导致的海平面上
升与风暴潮对海岸带社会经济和生态的影响[16] .
SPRC评估模型以因果关系为基础,可以体现影响
“源冶与“受体冶的相互作用及其过程.本项研究应用
SPRC模型,从系统脆弱性的暴露度、敏感度和适应
度 3 个方面,构建了海平面上升影响下长江口滨海
湿地生态系统脆弱性评估模式(图 2).
摇 摇 滨海湿地分布于低潮时水深 5 m以内的水体及
其潮间带,其高程和沉积动力条件直接影响湿地生
态系统的生存与分布,因此对气候变化所导致的海
平面上升十分敏感[17] .本研究应用的 SPRC 评估模
式中,气候变化所导致的绝对海平面上升是对滨海
湿地生态系统可能产生影响的源(S). 海岸带地面
沉降可以加速海平面上升对滨海湿地的影响,而海
岸带地壳抬升则可缓解或抵消海平面上升影响[18] .
河流和外海带来沉积物在海岸带的冲淤动态也是影
响相对海平面上升的重要因素[18] .绝对海平面上升
通过海岸带地面垂直运动和海岸带沉积速率途径
(P),影响不同滨海湿地受体(R)的生境变化.按长
江口地形地貌特征,长江口滨海湿地可大致分为河
口沙洲(R1)和沿岸边滩(R2). 在此基础上,根据生
态系统类型,可将长江口滨海湿地评价受体划分为
8 类,其详细划分与分布见表 1 和图 1. 绝对海平面
上升与海岸带地壳垂直运动和沉积动力条件相互作
用,所导致的相对海平面变化将可能改变滨海湿地
生境(主要是高程),对滨海湿地生态系统产生影响
(C,即表现为系统脆弱性).当相对海平面上升速率
超出滨海湿地生态系统的耐受范围,将导致生态系
统结构改变,最终导致生境丧失.如果海岸带修建了
图 2摇 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评估的 SPRC模式
Fig. 2摇 SPRC model of vulnerability assessment for coastal wetlands in the Yangtze Estuary under sea level rise.
5552 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 崔利芳等: 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评价摇 摇 摇 摇 摇
表 1摇 长江口滨海湿地评价受体(R)类型
Table 1摇 Assessment receptor (R) type of the coastal wet鄄
land in the Yangtze estuary
地貌特征
Geographic characteristics
受体
Receptor
河口沙洲
Shoal
(R1)
芦苇群落 P. australis community (R11)
互花米草群落 S. alterniflora community
(R12)
海三棱藨草群落 S. mariqueter community
(R13)
光滩 Mudflat (R14)
沿岸边滩
Coast
(R2)
芦苇群落 P. australis community (R21)
互花米草群落 S. alterniflora community
(R22)
海三棱藨草群落 S. mariqueter community
(R23)
光滩 Mudflat (R24)
堤坝或已被围垦,湿地生态系统向陆迁移路径被切
断,将导致滨海湿地大面积丧失[19] .
2郾 3摇 海平面上升影响下滨海湿地生态系统脆弱性
评价指标体系
海岸带脆弱性评价中运用较多的是建立脆弱性
评价指标体系,应用 CVI 指数( coastal vulnerability
index) [7]或 EVI 指数(environmental vulnerability in鄄
dex) [20]评价海岸带脆弱性.如 Dwarakish 等[21]选取
海岸类型、冲淤速率、坡度、海平面上升速率和平均
波高作为印度西海岸带的脆弱性评价指标体系.
Snoussi等[22]选取海平面上升速率、生境高程、淹水
阈值、土地利用变化等指标,进行地中海东部海岸带
生态系统的脆弱性评价. Pitchford 等[23]选取气温和
降水量指标,分析气候变化对大西洋中部滨海湿地
生态系统的影响.综合国内外有关气候变化对海岸
带生态系统影响的相关研究[7,9,21-23],常用的评价指
标主要包括:暴露度指标主要有海平面上升、风暴
潮、气温等;敏感度指标主要有初级生产力、生境淹
水阈值、生物多样性、高程等;适应度指标主要有生
物适应能力、输沙量、沉积速率、减缓措施等(表 2).
表 2摇 气候变化影响下滨海湿地脆弱性评价指标库
Table 2摇 Indicator database for vulnerability assessment on
the coastal wetlands under climate change
评价对象
Assessment object
项目层
Aspect layer
指标层
Indicator layer
滨海湿地
生态系统
Coastal wetland
ecosystem
暴露度 年平均气温、全年降水量、年平均蒸发
量、海平面上升速率、地面沉降速率、风
暴潮发生频率等
敏感度 高程、坡度、生物多样性、自然湿地变化
率、植被初级生产力、生境淹水阈值、盐
度阈值、温度阈值等
适应度 生物适应能力、径流量、输沙量、沉积速
率、减缓措施等
表 3摇 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评价指标
体系
Table 3 摇 Indicator system of vulnerability assessment on
coastal wetlands in the Yangtze Estuary under sea level rise
评价对象
Assessment
object
项目层
Aspect
layer
指标层
Indicator layer
数据来源
Data source
滨海湿地
生态系统
Coastal
wetland
ecosystem
暴露度 海平面上升速率
(cm·a-1)
地面沉降速率
(cm·a-1)
IPCC(2007) [2]和国家海
洋局公报[24]
Wang 等[25]和上海地质
资料信息共享平台[26]
敏感度 生境高程 (m)
日均淹水时间
(h·d-1)
上海湿地资源调查与监
测评估体系研究[10]
张利权和雍学蔡[11]、黄
华梅[12]
适应度 沉积速率
(cm·a-1)
长江口水文水资源勘测局
摇 摇 基于上述 IPCC 脆弱性的定义和 SPRC 评估模
式分析,本研究从系统的暴露度、敏感度和适应度 3
方面构建了海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱
性评价指标体系(表 3). 气候变化对滨海湿地生态
系统的影响主要是海平面上升、地壳垂直运动和沉
积速率三者相互作用下,滨海湿地生态系统能否适
应生境高程和淹水时间的变化过程. 选取的指标可
以定量反映海平面上升对滨海湿地生态系统的影响
以及过程和结果,并且应避免指标间的重复. 同时,
指标应具备可定量化和数据可获取性的特征,其数
据具有时空异质性.
摇 摇 海平面上升:海平面上升将改变长江口滨海湿
地的生境高程和淹水时间,直接影响滨海湿地生态
系统生存和分布.本研究中海平面上升情景采用国
家海洋局公报中长江口沿海近 30 年平均上升速率
(0. 26 cm· a-1 ) [24] 和 IPCC 排放情景特别报告
(SRES) 中 A1 F1 情景下海平面上升速率 ( 0郾 59
cm·a-1) [2] .
地面沉降速率:地面沉降是影响区域相对海平
面上升的重要因素,地面沉降可进一步加剧海平面
上升的影响.长江口地区普遍存在地面沉降现象,根
据长江口沿岸地面沉降速率[25],在 ArcGIS 平台进
行克里金插值计算,得出长江口滨海湿地区域的沉
降速率(图 3). 除崇明东滩等小部分地区地面沉降
速率为 0. 5 ~ 1 cm·a-1,其余大部分滨海湿地区域
的地面沉降速率为 0 ~ 0. 5 cm·a-1[27] .
摇 摇 生境高程:长江口滨海湿地生态系统沿高程梯
度呈带状分布格局,各类湿地生态系统具有一定的
生境需求和分布范围[11-12] .海平面上升可能导致滨
海湿地实际高程发生变化,从而影响湿地生态系统
655 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 3摇 1980—2005 年长江口滨海湿地地面沉降速率分布
Fig. 3摇 Distribution of the subsidence rate of coastal wetlands in
the Yangtze Estuary from 1980 to 2005.
图 4摇 长江口滨海湿地的高程分布
Fig. 4 摇 Distribution of the elevation of coastal wetlands in the
Yangtze Estuary.
的生境. 根据长江口滨海湿地生态系统的调查数
据[10],得出长江口滨海湿地的生境高程分布(吴淞
高程)(图 4).
摇 摇 沉积速率:河流和外海带来的沉积物在海岸带
的冲淤动态是影响相对海平面上升速率的重要因
素.当沉积速率大于海平面上升速率,可缓解或抵消
海平面上升影响.若沉积速率小于海平面上升速率,
则会加速海平面上升对滨海湿地生态系统的影
响[28] .长江每年携带大量泥沙在长江口淤积,根据
长江口水文水资源勘测局提供的数据(1997—2010
年),得出长江口滨海湿地的平均沉积速率图
(图 5).
摇 摇 日均淹水时间(T):沿高程梯度呈带状分布的
各类湿地生态系统对淹水胁迫具有一定的适应性和
图 5摇 1997—2010 年长江口滨海湿地的沉积速率分布
Fig. 5摇 Distribution of the sedimentation rate of coastal wetlands
in the Yangtze Estuary during 1997-2010.
图 6摇 不同海平面上升情景下日均潮位变化和各类长江口
滨海湿地生境的日均淹水时间
Fig. 6摇 Mean daily tidal range and daily inundation duration for
different wetland habitats in the Yangtze Estuary under the dif鄄
ferent scenarios of sea level rise.
喻:B1 情景 B1 scenario; 峪:当前潮位 Present tidal level; 御:当前情
景 Present trend; 愈:A1F1 情景 A1F1 scenario.
耐受范围[11] .根据 2012 年国家海洋局刊发的潮汐
表和长江口滨海湿地生态系统的高程分布[12],计算
不同湿地生态系统生境的日均淹水时间 (全年日平
均),得出滨海湿地中芦苇、互花米草和海三棱藨草
群落以及光滩的日淹水阈值分别为 7、10、11 和 15 h
(图 6).
3摇 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评估
3郾 1摇 脆弱性指数分级
根据各气候变化情景下长江口海平面上升速率
和日均潮位表(图 6),可推导出不同海平面上升情
景下长江口各类滨海湿地生境的淹水时间(Tsl):
Tsl =m[ f( tide),f(e)] (1)
7552 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 崔利芳等: 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评价摇 摇 摇 摇 摇
f( tide)= dRslr / dt (2)
Rslr =Rsl-Rsub-Rsed (3)
式中:m 为不同海平面上升情景下日均潮位表
f( tide)在各类滨海湿地生境高程 f(e)上的截距(图
6);f( tide)为平均潮位在不同海平面上升情景下随
时间( t)的变化; t 为不同时间尺度(短期 2010—
2030 年,中期 2010—2050 年和长期 2010—2100
年)的评价年数;Rslr为相对海平面上升速率;Rsl为绝
对海平面上升速率;Rsub为地面沉降速率;Rsed为沉积
速率.
不同海平面上升情景下长江口滨海湿地生态系
统脆弱性指数(vulnerability index,VI)如下:
VI 沂 Rang(Tsl-T) (4)
式中:Rang(Tsl-T)为不同海平面上升情景下各类滨
海湿地生境的日均淹水时间(Tsl)与相应的滨海湿
地生态系统日均淹水阈值(T)的差值. 光滩的日均
淹水时间比海三棱藨草群落、互花米草群落和芦苇
群落生境分别多 4、5 和 8 h(图 6),由此划分 VI 的
等级.当 VI沂[臆0],即湿地生态系统生境的日均淹
水时间在其淹水阈值范围之内,表明滨海湿地生态
系统不脆弱;当 VI沂(0,4]时,属于轻度脆弱;当 VI
沂(4,5]时,属于中度脆弱;当 VI沂[>5]时,属于高
度脆弱.
3郾 2摇 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性空
间评价
空间量化评价指标是实现脆弱性空间评价的基
础[29] .在 ArcGIS 平台上以长江口滨海湿地生态系
统评价受体作为数据载体和基本评价单元(图 1).
所选取的生境高程、地面沉降速率和沉积速率评价
指标都具有空间地理特征. 整合脆弱性指标数据与
评价单元,实现空间评价单元的单属性图层赋值与
储存.建立空间数据与属性数据相互关联的脆弱性
指标数据库,实现海平面上升速率、生境高程、地面
沉降速率和沉积速率指标的地理空间量化.根据 VI
的计算方法,在 GIS 平台上进行指标图层的空间叠
加计算,生成多指标属性的综合图层,得出每个评价
单元脆弱性指数.按脆弱性指数等级划分,输出不同
海平面上升情景下和时间尺度的滨海湿地生态系统
脆弱性等级的空间分布图,进行海平面上升影响下
长江口滨海湿地生态系统脆弱性评价.
3郾 3摇 海平面上升情景下长江口滨海湿地脆弱性
评价
在近 30 年长江口平均海平面上升速率(0. 26
cm·a-1 )情景下,至2030年,长江口滨海湿地处于
表 4摇 当前海平面上升情景和 A1F1情景下 2030 和 2050 年
长江口滨海湿地脆弱性等级百分比
Table 4摇 Percentage of vulnerability grades for the coastal
wetlands in the Yangtze Estuary in 2030 and 2050 under the
sea level rise scenarios of present trend and A1F1
海平面上升情景
Sea level rise
scenario
时间尺度
Time scale
脆弱性等级 Vulnerability grade
无
None
低
Low
中
Moderate
高
High
当前趋势 2010—2030 93. 3 6. 6 0. 1 0
Present trend 2010—2050 90. 0 9. 8 0. 2 0
A1F1 2010—2030 90. 9 9. 0 0. 1 0
2010—2050 89. 2 9. 5 1. 0 0. 3
轻度脆弱和中度脆弱的比例分别为 6. 6%和 0郾 1% ;
至 2050 年,轻度脆弱和中度脆弱的面积比例分别增
至 9. 8%和 0. 2% (表 4).
在 IPCC A1F1海平面上升速率(0. 59 cm·a-1)
情景下,至 2030 年,长江口滨海湿地处于轻度脆弱
和中度脆弱的面积比例分别为 9. 0%和 0. 1% ;至
2050 年,轻度脆弱和中度脆弱的面积比例分别为
9郾 5%和 1. 0% ,此外 0. 3%的滨海湿地处于高度脆
弱(表 4).海平面上升影响下,滨海湿地的脆弱区主
要分布在地面沉降较明显且沉积速率较小甚至为负
值的地带,主要包括崇明南岸和东南沿岸、金山边滩
和九段沙南岸(图 7).
4摇 讨摇 摇 论
全球气候变化所导致的海平面上升等现象将对
海岸带形成重大影响. 20 世纪 90 年代初的 IPCC
CZMS 报告,首次将海岸带脆弱性评估列为主要事
项[1] .在众多研究中,影响较大的是 Nicholls 等[5]于
1999 年对全球海平面上升可能造成的洪涝风险以
及湿地损失的评估. 该研究预测了由于海平面上升
造成的湿地损失和由于风暴潮造成的洪涝风险. 研
究预测显示,至 2080 年,全球海平面上升将造成世
界湿地 22%的损失,如果结合其他人类活动造成的
影响,全球湿地损失将达到 70% ,如果没有相应的
措施响应,全球海平面上升将产生严重的负面作用.
从国内外的研究趋势来看,构建基于过程的气候变
化影响下海岸带脆弱性评估模式和加强定量化的脆
弱性评估,是当前和今后海岸带脆弱性评估发展的
方向.从系统论角度来看,气候变化影响下海岸带系
统的动态符合 SPRC 评估模型,能够充分体现自然
因子和人为因子(源)以不同方式(途径)对评价系
统(受体)所造成的影响(表现为系统的脆弱性),明
确表达了影响源与受体之间的相互作用与过程. 目
前欧盟 THESEUS项目已成功应用 SPRC评估模式,
855 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 7摇 当前海平面上升情景(a)和 A1F1情景(b)下 2030 和 2050 年长江口滨海湿地脆弱性空间分布
Fig. 7摇 Spatial distribution of vulnerability on coastal wetlands in the Yangtze Estuary in 2030 and 2050 under the scenarios of present
sea level rise trend (a) and A1F1(b).
研究气候变化所导致的海平面上升与风暴潮对欧洲
海岸带社会经济和生态环境的影响,用以制定切实
可行的应对策略和措施[16] .本研究运用 SPRC 评估
模型,分析了气候变化所导致的海平面上升对长江
口滨海湿地生态系统影响的主要途径、过程和结果,
构建了基于过程的海平面上升影响下长江口滨海湿
地脆弱性评估模式. 该评估模式为长江口滨海湿地
生态系统脆弱性评估指标体系的建立和定量空间评
价提供了概念框架.
自然系统和社会经济系统脆弱性评价的常用方
法是基于脆弱性定义,从暴露度、敏感性和适应性 3
方面建立脆弱性评价体系,进行定量评价.气候变化
对海岸带生态系统影响涉及许多方面,反映其脆弱
性的指标也是多方面的,因此必须根据脆弱性评估
的对象、目的和具体情况,力求建立基于过程的、可
量化的和可操作的评价指标体系[30] .在美国海岸带
脆弱性评价研究中,选取了地貌环境、海岸带坡度、
相对海平面上升速率等 6 项海岸带脆弱性指标[31] .
在海平面上升影响下地中海东部海岸带生态系统脆
弱性评价研究中,构建了以海平面上升、生境高程、
海岸侵蚀等 6 项指标的脆弱性评价指标体系[22] .在
海平面上升影响下土耳其海岸带脆弱性评价中,构
建了以海平面上升、坡度、波高和潮差等指标的脆弱
性评价指标体系[32] .本研究基于 SPRC 评估模式和
IPCC的脆弱性定义,建立了海平面上升速率、地面
沉降 /抬升速率、生境高程、日均淹水时间和沉积速
率 5 项指标的脆弱性评价指标体系. 气候变化所导
致的海平面上升对长江口滨海湿地生态系统的影响
主要表现在海平面上升与地壳垂直运动和沉积动力
条件相互作用,改变了滨海湿地生境高程和日均淹
水时间,进而影响滨海湿地生态系统的生存和分布.
在该脆弱性指标体系基础上计算得出的脆弱性指
数,体现了基于过程、可量化和可操作的原则,可实
现海平面上升影响下长江口滨海湿地生态系统脆弱
性的定量评价.
气候变化影响下海岸带脆弱性评估过程中涉及
9552 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 崔利芳等: 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评价摇 摇 摇 摇 摇
海岸带大量信息的采集、编辑和分析. GIS 平台可以
融合各种数据建立数据库,不仅提供静态的空间分
析、而且也能执行动态模拟和预测等功能. GIS 技术
发展为气候变化影响下海岸带脆弱性评估提供了一
个崭新的平台和前景.本研究应用 ArcGIS 的地理空
间数据库、空间查询和分析等功能,实现了研究对象
相关属性信息的有机结合,完成地理空间数据的采
集存储、分析处理、脆弱性指数计算和结果输出. GIS
技术的应用为气候变化影响下长江口滨海湿地生态
系统脆弱性的定量空间评价提供了重要的技术
支撑.
5摇 结摇 摇 论
本研究以长江口滨海湿地生态系统为对象,采
用 SPRC模型和 IPCC脆弱性定义,构建了气候变化
影响下长江口滨海湿地脆弱性评价模式,分析了气
候变化所导致的海平面上升对长江口滨海湿地生态
系统的主要影响.在此基础上,构建了以各气候变化
情景下海平面上升速率,地面沉降速率、生境高程、
日均淹水时间和沉积速率为指标的脆弱性评价体
系.在 GIS平台上量化各脆弱性指标,计算脆弱性指
数并分级,建立了定量空间评价方法,实现了不同海
平面上升情景下长江口滨海湿地脆弱性空间评价.
研究结果可为制定切实可行的应对策略和措施提供
科学依据.
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作者简介摇 崔利芳,女,1986 年生,博士研究生.主要从事湿
地生态学与全球变化研究. E鄄mail: cuilifang1104@ 126. com
责任编辑摇 杨摇 弘
1652 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 崔利芳等: 海平面上升影响下长江口滨海湿地脆弱性评价摇 摇 摇 摇 摇