海平面上升的风险评估研究进展与展望

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[ 1] [ 6 7]
。政府间气候变化专门委员会 ( IP CC) 第三次
评估报告对于全部排放情景预估的 1990~ 2100 年期间全球海平面上升幅度 0. 09~ 0. 88m 之 。而 1990 年以来, 根据观测结果, 实际海平面上升幅度要大于 IPCC 的预
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基金项目 : 国家自然科学基金项目 ( 40671001) ; 国家科技支撑计划项目 ( 2006BA D20B07) 资助。 第一作者简介 : 段晓峰 ( 1981- ) , 男 , 河北 省张家 口市 人, 博士 研究生 , 主要研 究方向 为资源 管理 与区域 开发。 E m ail: du an_1997@ pk u. edu. cn 收稿日期 : 2007 06 22
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, 不适用于有防潮堤保护的沿海低地。张行南等分别对有工程条件下的溃堤式淹没和
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无工程条件下的漫滩式淹没建立洪水淹没模型 , 对风暴潮淹没风险进行了评估 。 Bat es 和 De Ro o( 2000) 建立的二维栅格数值模型被广泛应用于河流洪水淹没和风暴潮淹没范围的模 拟计算中 , 具有物理意义和较好的模拟效果[ 38, 39] 。 2. 4 湿地损失 滨海平面上升引起的海湿地损失是海岸侵蚀、 海水入侵、 风暴潮淹没共同作用的结果 , 湿
。 SCA PE
( Soft Clif f And Plat fo rm Erosion) 模型是 1 种测定海岸剖面重塑和后退的基于过程的数值模 型, 综合考虑波、 潮、 海平面、 泥沙搬运等多方面因素, 在海平面上升对海岸侵蚀影响的研究中 得到较好的应用 [ 23, 24] 。 2. 2 海水入侵 相对海平面上升引起海水入侵地表河流与地下含水层。对于海水入侵地表水, 小径流量
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海平面上升的风险评估研究进展与展望
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估值 , 人类目前对于海平面上升机理的认识存在局限性 , 影响了基于过程的物理模型的预估效 果, 因此采用半经验模型不失为一种较好的方法, 根据 St ef an Rahm st orf 的最新研究结果 , 0. 5 ~ 1. 4 m 似乎更符合海平面上升的实际情况[ 7] 。 1. 2 地区性相对海平面变化的预估 地区性相对海平面变化是特定岸段的地面与海面之间相对位置的变化, 是各地验潮站可 以实测到的海平面的实际变化。未来全球海平面上升对于地面沉降的海岸带会加剧其风险 , 对于地面抬升的地区可能会被抵消而不受影响, 因而对未来相对海平面变化的预估更具有现 实意义
的河流受到相对海平面上升的影响较大 , 但多数入海小流域河口处已建设防潮闸, 或已经成为 城市污水排放口 ; 径流量较大的河流海水入侵一般发生在枯水季 , 计算海平面上升后海水入侵 河口距离多采用经验模型 。 大多数海水入侵研究集中于相对海平面上升对海水入侵地下含水层的影响 , 经历了从理 想假定到合理概化, 从室内实验模型、 理想模型到数值模型这一发展过程。数值方法已成为模 拟和求解海水入侵问题的最有力工具。概括起来 , 研究海水入侵的模型按研究对象可分为突 变界面模型与基于海水 淡水以弥散带接触的过渡带模型。海水入侵的过渡带模型成为主要 的研究方向[ 26] 。国内海水入侵数值模拟计算具有代表性的是吴吉春和成建梅的研究 , 前者利 用改进特征有限元法来求解高度非线性的海水入侵问题, 所求解的三维海水入侵数学模型以 交换阳离子 Na , Ca 作为模拟因子 , 考虑了水 盐间的阳离子交换作用; 后者建立了三维变密 度对流 弥散水质数学模型来研究山东烟台夹河中、 下游地区咸淡水界面的运移规律, 此外还 预测了几种情况下地下水的水质演化趋势[ 27, 2 8] 。国际上海水入侵数值模拟研究同样经历了 由简单到复杂的过程 , 最新研究广泛应用 SEAWA T 2000 三维模型对变密度地下水流和盐分 运移进行模拟[ 29, 30] 。 2. 3 风暴潮淹没 海平面上升使平均海平面及各种特征潮位相应增高, 水深增大, 波浪作用增强, 因此 , 海平 面上升增加了大于某一值的风暴增水出现的频次 ; 同时 , 风暴潮增水与高潮位叠加, 将出现更 高的风暴高潮位 , 使得风暴潮的强度也明显增大。风暴潮是对海岸带危害最大的海洋灾害之 一, 因此在海平面上升风险评估中 , 风暴潮淹没风险的研究最多。 预测海平面上升与风暴潮加剧之间的数量关系是淹没风险评估的第一步 , 但两者之间并 不是简单的线性关系 , 通过海平面上升与极值潮位的线性叠加不能反映真实的风险 。丁宜 法等在海平面上升对极值水位与潮波变化的影响研究中验证了两者的非线性关系, 并通过数 值模拟计算了海平面上升引起的沿岸潮波和水位的变化 [ 32, 33] 。 Leckebusch 和 U lbr ich 应用 全球气候模型和区域气候模型模拟了不同温室气体排放情景下欧洲地区温带气旋和极端风暴 事件所引起的变化[ 34] 。 在风暴潮淹没风险评估中, 早期研究多采取简单的! 高程 - 面积法∀ 计算风暴潮淹没范 围
[ 42 45]
物多样性丧失、 淡水循环系统破坏、 湿地生态系统服务功能退化等, 这就需要借助试验手段等 微观研究方法 。然而, 将两者结合进行湿地损失的综合风险评估研究却较为少见。
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3. 1
未来研究展望
风险评估由单一向综合 评估在未来海平面上升情景下面临的风险, 通过确定不同自然系统变化 ( 海水入侵、 风暴
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; 后者则以三维数值模拟地下水流与地层变化为研究热点
[ 16 17]

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海平面上升的风险评估
未来全球海平面上升与区域地面沉降叠加导致的地区性相对海平面上升 , 通过改变海岸
带自然系统使沿海社会经济系统和生态系统面临风险 ( 图 1) 。海平面上升对海岸带影响的研 究主要集中在海岸侵蚀、 海水入侵、 风暴潮淹没和湿地丧失等风险评估。 2. 1 海岸侵蚀 海平面上升引起海岸侵蚀的 研究 , 主要 是通过建 立模型 模拟 不同海平面上升速率下海岸侵蚀 距离与侵蚀范围。国内外广泛应 用的海岸侵蚀模型是基于均衡剖 面假设 的 Bruun 法则 , Bruun 法 则是一种描述海平面上升与海岸 侵蚀之间关 系的二维 概念模 型, 但是模型建立的基本假设在实际 海岸中难于 实现, 因 此在海 岸侵 蚀预 测 中 往 往 存 在 较 大 误 差
[ 8]
。仅就我国而言, 不同地区的地壳垂直运动差异很大 , 大部分海岸带由于构造运动的
沉降性质或新近沉积层的压实作用而处于地面下沉之中, 近几十年来人为过度抽取地下流体 在很多沿海地区加剧了地面沉降 , 如渤海湾地区和长江三角洲地区[ 9 10] 。根据区域地面升降 变化与全球性绝对海平面变化预估结果的叠加得出未来相对海平面变化。 对地面沉降进行预测计算的模型主要分为两类: 生命旋回模型, 直接由沉降量和时间的关 系构成; 土水( 或其它液体 ) 模型 , 多由水位预测模型和土层压密模型构成 [ 11 12] 。前者相对简 单, 后者较为复杂, 要求资料全面丰富。前者主要包括统计回归、 灰色预测模型以及人工神经 网络模型
[ 20, 21]
海平面上升对海岸侵蚀的影响取得了较好的效果 。 在资料丰富全面的情况下 , 采用数值模型研究海平面上升对海岸侵蚀的影响是较为理想 的方法。 Leont yev 根据沉积物守恒原理 , 建立形态动力学模型 , 针对不同时间尺度 , 模拟了
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[ 22]
20 08 年
短期极端事件( 风暴潮) 和长期海平面变化对海岸侵蚀的影响, 取得了较好的效果
2008 年
海洋湖沼通报 T ransact ions of Oceanolo gy and L imnolog y
No 4
文章编号 : 1003 6482( 2008) 04 0116 07
海平面上升的风险评估研究进展与展望
段晓峰 , 许学工
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( 北京大学资源与环境地理系 , 地表过程分析与模拟教育部重点实验室 , 北京 100871) 摘要 : 海岸带是海陆交互作用的集中区域 , 人类活动密集 , 面对未来海平面上升带来的影响具 有敏感性和脆弱性 。 评估未来海平面上升对海岸带的风险 , 具有理论与实际意义 。 根据海平 面上升风险评估研究框架 , 总结了海平面上升 、 海岸侵蚀 、 风暴潮淹没 、 海水 入侵 、 湿地丧失等 方面的研究现状 , 在此基础上 , 分析了目前研究存在的不 足 , 并提出了海平面上升风险评估未 来研究的关键问题 。 关键词 : 海平面上升 ; 海岸带 ; 风险评估 中图分类号 : P941. 8 文献标识码 : A
地损失包括面积损失和生态服务功能损失。较多的研究通过计算海岸侵蚀与风暴潮淹没引起
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的湿地面积损失反映海平面上升对滨海湿地生态系统的风险 , 多采用宏观研究方法进行评 估
[ 3, 36, 40 41]
。而全面反映滨海湿地生态系统面临的风险, 还应包括潜在损失, 如生产力下降、 生
#
v
max 0
p ( ) D( ) dv
( 1)
Rt =
i= 1
∃R f
i
n
i
( 2)
潮加剧、 海岸侵蚀、 低地淹没等 ) 分别造成海岸带地区的损失情况 , 采用风险人口、 可能经济损 失和湿地面积损失来反映不同风险类型和危害程度, 已有的多数研究往往止于此, 未能进一步 建立综合风险评估体系, 致使实际的整体风险损失得不到充分体现。 社会、 经济、 生态风险的综合, 需要对不同风险损失进行单位统一。若统一为货币单位, 需 要应用间接经济价值评价方法 , 生态系统服务功能计算方法可以将海平面上升的社会风险和 生态风险统一为货币表示的经济损失量 [ 46] ; 此外 , 还可以将不同类型风险损失统一为能量单 位, 能值理论在损失风险评估体系中的应用不失为一个较好的途径[ 47] 。综上, 本文建立了以 下概念模式可应用于海平面上升的综合风险评估 : R=
[ 18, 19]
。根 据 不 同 岸 段 实 际 情
图1 海平面上升风险评估研究框架
况, 将泥 沙来源、 海洋 波浪作 用、 风暴 潮等 方 面 纳入 海 岸 侵蚀 模 拟, 应用改进的 Bruun 法 则计算
Fig. 1 Research frame o f risk assessment of sea level r ise
引言
全球海平面上升是人类引起的气候变化所导致的重要后果之一 , 而受海平面变化影响最 为直接和严重的是海岸带地区 [ 1] 。海岸带是地球上人口最为密集的地区, 全球一半以上的人 口生活在距海岸线 100km 以内的范围 , 而且这个数字在未来的 20 年可能继续增长 25% , 海岸 带地区也是海、 陆、 气相互作用的生态过渡带 , 复杂的生态系统对海平面的变化表现得敏感而 脆弱 。2005 年启动的海岸带陆 海相互作用第二阶段计划 ( L OICZ ) 中的 5 个研究主题 ( 海岸系统脆弱性与灾害对社会的影响、 全球变化对海岸带生态系统与可持续发展的影响、 人 类对流域 - 海岸带相互作用的影响、 海岸与陆架水体的生物地球化学循环、 通过海陆相互作用 管理实现海岸系统可持续性) , 都包含了至少一项核心议题关注全球变化对海岸带的影响 , 海 岸带面临的未来全球变化的风险收到广泛的关注[ 4] 。海岸带自然特征与社会经济发展水平的 区域差异明显, 海平面上升对各地区海岸带自然环境的影响和社会经济的风险表现不同 , 对海 岸带地区面临的海平面上升风险进行科学评估具有重要的理论与实践意义。
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海平面变化预估研究
全球性绝对海平面变化的预估 全球性的绝对海平面上升主要是由于全球气候变暖导致海水热膨胀与陆地冰雪消融 ( 大
陆冰川与极地冰盖) 所引起的[ 1, 5] 。然而与未来气候变化预估相比较 , 海平面变化预估的难度 更大 , 预估方法的成熟度和可靠性更低一些, 这主要是由于对海水热膨胀和冰川冰盖消融的机 制与关键过程的计算尚存在较大的不确定性 间, 中值为 0. 48m
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