李嘉藝,孫 璁,鄭 曦

北京林業(yè)大學園林學院, 北京 100083

生態(tài)風險指生態(tài)系統(tǒng)及其組成部分暴露于多種風險源時發(fā)生不利的生態(tài)影響的可能性[1]。隨著全球環(huán)境變化和城市發(fā)展,人類-自然耦合系統(tǒng)的研究得到高度關注,生態(tài)學研究中將二者融合越發(fā)受到學者關注,生態(tài)風險的研究范圍逐漸從單一生態(tài)系統(tǒng)擴展到區(qū)域尺度,區(qū)域生態(tài)風險評估理論開始發(fā)展。廣義的區(qū)域生態(tài)風險,包括區(qū)域空間格局呈現(xiàn)的生態(tài)風險、區(qū)域特定社會-生態(tài)過程產(chǎn)生的生態(tài)風險等多種形式[2],是以社會-生態(tài)系統(tǒng)為風險受體的評估框架。社會-生態(tài)系統(tǒng)的相關理論模型作為復雜系統(tǒng)整體性的評估方法現(xiàn)已成為區(qū)域生態(tài)風險評價研究的重點與最佳選擇[3]。

社會-生態(tài)系統(tǒng)是人與自然緊密聯(lián)系的復雜適應系統(tǒng),受自身和外界干擾與驅動的影響[4]。在社會-生態(tài)系統(tǒng)中,從復雜系統(tǒng)動力學角度研究系統(tǒng)對外界干擾的適應性是可持續(xù)研究的一個重要趨勢[5]。適應性由緩慢發(fā)展和快速變化之間的動態(tài)作用所決定[6],適應性理論作為一種動態(tài)方法,可以分析系統(tǒng)如何應對風險。其中,Gunderson L.H.和Holling C.S.構建的適應性循環(huán)是一種啟發(fā)式模型。該理論指出系統(tǒng)具有潛力、連通度和韌性3種特征屬性,并將依次經(jīng)過具有不同特征的開發(fā)(exploitation, r)、保護(conservation, K)、釋放(release, Ω)和重組(reorganization, α)4個階段構成適應性循環(huán)。理論中的3種特征分別強調單元屬性、空間結構與動態(tài)趨勢,與區(qū)域生態(tài)風險中不同景觀要素和空間格局,以及系統(tǒng)對風險的動態(tài)響應相契合,因此該理論模型可以幫助構想社會-生態(tài)系統(tǒng)中生態(tài)風險的復雜特征與響應,已成為環(huán)境和社會快速變化時期社會-生態(tài)系統(tǒng)分析和管理的重要工具。

三角洲的自然演變特征使其生態(tài)系統(tǒng)具有脆弱性,而豐富的資源又吸引著人類聚居,其生態(tài)、社會和經(jīng)濟的各個組成部分相互關聯(lián)、彼此影響,因此三角洲地區(qū)可以作為社會-生態(tài)系統(tǒng)進行分析[7]。今天,三角洲已成為地球上人口最稠密的地區(qū)之一,快速城市化與氣候變化給高度動態(tài)化的三角洲地區(qū)帶來了高風險壓力。IPCC(聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會)也將三角洲地區(qū)視為風險熱點區(qū)域[8]。因此,以社會-生態(tài)系統(tǒng)作為評估對象,以區(qū)域生態(tài)風險評估作為依據(jù)的適應性規(guī)劃策略對三角洲可持續(xù)性發(fā)展至關重要。

從對三角洲地區(qū)的已有研究來看,評估框架主要包括脆弱性分析、風險評估及部分適應性概念的引入,如張立權運用生態(tài)系統(tǒng)管理方法(Ecosystem-based Management, EBM)對長江口沿海生態(tài)系統(tǒng)質量進行評估[9]、于琍運用生態(tài)系統(tǒng)模型模擬長江中下游區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)對極端降水的脆弱性[10]、葉長盛根據(jù)土地利用變化對珠江三角洲進行生態(tài)風險分析[11]、吳玲娟構建海平面上升災害風險指數(shù)模型評估黃河三角洲生態(tài)風險[12]、Michael Hagenlocher耦合脆弱性和風險評估框架對三角洲社會-生態(tài)系統(tǒng)的多重風險源進行脆弱性和風險評估[13]、熊亮針對城市化進程提出基于景觀的三角洲區(qū)域適應性城市轉型方法[14]等。現(xiàn)有三角洲地區(qū)的風險研究多是對靜態(tài)狀態(tài)的評估,指標選擇集中在土地利用和景觀格局,欠缺對系統(tǒng)應對風險所具有的動態(tài)響應的分析研究,無法完整表征社會-生態(tài)系統(tǒng)的復雜特征,無法明確系統(tǒng)在動態(tài)過程中的時空演變趨勢,缺少對于不同風險狀態(tài)區(qū)域后續(xù)適應性策略的提出,三角洲這一社會-生態(tài)耦合區(qū)域的風險與響應尚未得到充分理解。

長三角城市群已經(jīng)躋身國際六大世界級城市群,是中國經(jīng)濟版圖中的重心區(qū)域,在經(jīng)濟社會快速發(fā)展的同時,也面臨著城市化進程與氣候變化等自然災害帶來的潛在風險。過度開發(fā)導致區(qū)域內基本農(nóng)田和綠色生態(tài)空間急劇減少,生態(tài)環(huán)境日益惡化,嚴重影響到區(qū)域國土空間的整體可持續(xù)發(fā)展。長三角城市群作為人與自然緊密聯(lián)系的社會-生態(tài)系統(tǒng),必須在多尺度的復合研究中理解,其風險研究更應關注動態(tài)變化中的可持續(xù)性。因此,為研究和分析社會-生態(tài)系統(tǒng)與風險效應之間的復雜相互作用,研究將耦合適應性循環(huán)理論和區(qū)域生態(tài)風險評估理論,構建“潛力-連通度-韌性”適應性生態(tài)風險評估框架。通過城市擴張模擬以及未來氣候情景的引入,探究區(qū)域適應性生態(tài)風險的時空演變趨勢,以對區(qū)域國土空間適應性規(guī)劃策略提供依據(jù),進而推進長三角城市群綠色轉型,形成青山常在、綠水常流、空氣常新的生態(tài)型城市群[15]。

1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)域概況

長江三角洲(以下簡稱長三角)位于我國東部沿海,以上海、南京、蘇州、杭州、合肥等26個城市組成城市群(圖1),面積為22.5萬km2。區(qū)域平均海拔50m左右,丘陵、山地集中在西南,東部為平原,其間河川縱橫,湖蕩棋布,農(nóng)田占據(jù)64.7%的土地,素有“魚米之鄉(xiāng)”的美譽。區(qū)域屬于亞熱帶季風氣候區(qū),年均溫14—18℃,年降水量1000—1400mm,集中在春、夏兩季。截至2018年底,長三角區(qū)域總人口2.25億人,地區(qū)生產(chǎn)總值21.15萬億元,分別約占全國的17.0%和25.0%。依據(jù)2016年5月國務院批準《長江三角洲城市群發(fā)展規(guī)劃》,確定長三角城市群發(fā)展規(guī)劃期為2016—2020年,遠期展望到2030年[15],本文以此作為模擬與分析的時間依據(jù)。

圖1 長三角城市群區(qū)位圖

1.2 數(shù)據(jù)來源及預處理

本研究所用數(shù)據(jù)包括氣候數(shù)據(jù)、空間柵格數(shù)據(jù)和土地利用數(shù)據(jù)三大類,結合ArcGIS、IDRISI、Fragstats等軟件,通過數(shù)據(jù)分析、模擬和疊加得到多指標空間數(shù)據(jù)用作分析處理。氣候數(shù)據(jù)來自WorldClim數(shù)據(jù)庫(http://www.worldclim.org/)提供的全球氣候空間柵格數(shù)據(jù),分別選取2018年與2030年的數(shù)據(jù)作為當前與未來氣候數(shù)據(jù),其中未來氣候選取GCMs-ACCESS1-0全球氣候模型的RCP8.5碳排放濃度情景。海平面上升數(shù)據(jù)來自洪水地圖網(wǎng)站(http://flood.firetree.net/)；空間柵格數(shù)據(jù)包括來自地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)的GDEMDEM 30m分辨率數(shù)字高程數(shù)據(jù)、MODLT1M中國1km分辨率地表溫度月合成產(chǎn)品和MODEV1M中國250m分辨率EVI月合成產(chǎn)品,以及由中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn/)提供的2013年DMSP/OLS夜間燈光影像柵格數(shù)據(jù)和2015年人口空間分布公里網(wǎng)格數(shù)據(jù)；土地利用數(shù)據(jù)來自歐洲航空局(http://maps.elie.ucl.ac.be/CCI/)提供的1km分辨率全球土地覆蓋數(shù)據(jù),重分類為耕地、林地、草地、水域、建設用地和未利用地。

所有指標均通過ArcGIS重采樣為1km×1km的數(shù)據(jù)精度,并統(tǒng)一投影至GCS_WGS_1984地理坐標系。2030年土地利用數(shù)據(jù)以2010年和2015年土地覆蓋數(shù)據(jù)為基礎,運用IDRISI軟件的CA-Markov模型預測得出。相關景觀指數(shù)依據(jù)土地覆蓋數(shù)據(jù)運用Fragstats軟件計算得出。

2 研究方法

2.1 長三角城市群適應性生態(tài)風險三維評估框架

適應性循環(huán)理論是基于生態(tài)系統(tǒng)演替的傳統(tǒng)觀點并對其加以補充和延伸的理論模型[5],它提供了一種整體和動態(tài)的方法來理解系統(tǒng)與風險效應之間的復雜相互作用[16]。Holling C.S.將緩慢重組和快速釋放2個動態(tài)過程補充進傳統(tǒng)生態(tài)演替過程,并引入了韌性的概念,指出系統(tǒng)在“潛力-連通度-韌性”三重屬性的交互作用驅動下經(jīng)歷開發(fā)(r)、保護(K)、釋放(Ω)和重組(α)4個階段并進行周期性循環(huán),構成適應性循環(huán)[17](圖2)。其中潛力是指系統(tǒng)自身的特質,連通度反映系統(tǒng)組分間的交互作用,韌性表示系統(tǒng)受干擾后恢復穩(wěn)態(tài)的能力,反映了時間維度上單元的動態(tài)過程[16][18]。

圖2 適應性循環(huán)[13]“潛力-連通度-韌性”3D適應性循環(huán)

適應性循環(huán)描述了系統(tǒng)與風險之間的相互反饋,但是欠缺對多風險源的定量評估與空間落位。而區(qū)域生態(tài)風險評估框架為對風險源“暴露”與“干擾”效應疊加的靜態(tài)評估,沒有考慮風險效應和系統(tǒng)適應性之間的動態(tài)過程。因此,本研究將適應性循環(huán)與區(qū)域生態(tài)風險評估框架進行耦合,構建適應性生態(tài)風險評估框架。主要分為3個方面內容(圖3)：一是構建“潛力-連通度-韌性”3個特征維度的評價指標體系；二是對長三角城市群當前和未來的適應性生態(tài)風險時空演變進行評估與空間落位,進一步識別各城市所處的適應性循環(huán)階段,將風險預測擴展到對風險階段的識別；三是針對各階段的風險特征提出適應性規(guī)劃策略。

圖3 研究框架

在該研究框架的視角下,適應性循環(huán)中的開發(fā)(r)、保護(K)、釋放(Ω)和重組(α)4個階段分別對應了城市發(fā)展的4個不同時期。開發(fā)(r)階段對應城市迅速發(fā)展時期,城市建設和人群集聚導致生態(tài)韌性持續(xù)降低;保護(K)階段為城市發(fā)展成熟期,生態(tài)風險達到最高閾值；高風險導致系統(tǒng)極易崩潰并進入釋放(Ω)階段,即城市發(fā)展過載時期；隨后系統(tǒng)進入重組(α)階段,生態(tài)功能逐步恢復,這一階段對應城市發(fā)展初期,新的適應性循環(huán)也由此階段開始。潛力-連通度-韌性三重屬性對應不同生態(tài)風險特征,潛力表示系統(tǒng)不同屬性的空間要素所面臨的潛在生態(tài)風險；連通度表示系統(tǒng)要素間不同空間結構所面臨的風險[19]；韌性定義為系統(tǒng)發(fā)展的動態(tài)過程中經(jīng)受干擾并可維持其功能的能力[5]。同時,區(qū)域生態(tài)風險具有暴露和干擾效應,暴露表示系統(tǒng)自身屬性,干擾表示人為干擾和氣候等外部環(huán)境條件。

2.2 指標體系構建

對于研究區(qū)來說,一方面,長三角城市群的快速發(fā)展對區(qū)域的生態(tài)環(huán)境帶來一定的干擾;另一方面,沿海地區(qū)面臨著氣候變化帶來的海平面上升、暴雨、洪澇等一系列自然災害風險。針對這些問題,以“潛力-連通度-韌性”3個特征屬性作為風險準則層,基于風險源所具有的暴露效應和干擾效應,進行指標的篩選。

2.2.1潛力風險指標

潛力風險表示系統(tǒng)自身空間異質單元屬性對區(qū)域生態(tài)風險源的影響和響應,其值增加表示系統(tǒng)面臨的潛在風險增加。

潛力風險中的暴露效應體現(xiàn)在系統(tǒng)自身屬性,包括地形地貌、城市建設程度和植被特征,因此選取坡度、土地利用類型、人類足跡指數(shù)和增強植被指數(shù)。坡度用于表征現(xiàn)狀地形的潛在水土流失生態(tài)風險,以2°和25°作為風險閾值進行歸一化計算[20];土地利用類型代表不同程度開發(fā)建設的土地所具有的生態(tài)風險潛力,人類足跡干擾指數(shù)通過各類土地的污染風險強度反映人類活動對水質的干擾[21],由WaterWorld生態(tài)引擎(http://www1.policysupport.org/cgi-bin/ecoengine/)基于當前土地覆蓋數(shù)據(jù)模擬得出；增強植被指數(shù)改善了植被覆蓋率對于高飽和植被覆蓋區(qū)描述的精準度[22],通過植被特征反映生態(tài)系統(tǒng)的健康程度。干擾效應體現(xiàn)在自然災害和城市建設兩方面威脅,選取自然災害相關的降雨侵蝕力、極端降水和海平面上升趨勢,以及與城市建設相關的地表溫度和夜間燈光強度。運用年平均降雨侵蝕力的計算模型計算土壤侵蝕的潛在風險[23][24],極端降水以世界氣象組織提出的極端氣候指數(shù)日降雨量25mm作為最高風險閾值進行歸一化計算,依據(jù)IPCC預測的全球平均海平面上升趨勢選取海平面上升1m的淹沒范圍；地表溫度反映了城市熱島與高溫風險,夜間燈光指數(shù)用于體現(xiàn)社會經(jīng)濟發(fā)展與高強度人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的干擾程度[25]。

2.2.2連通度風險指標

連通度風險表示系統(tǒng)單元間空間結構對區(qū)域生態(tài)風險源的影響。指標評估了不同景觀結構對生態(tài)風險的響應程度,其值的增加代表系統(tǒng)景觀斑塊破碎且通達性差,系統(tǒng)的連通度風險增加。

連通度風險中的暴露效應體現(xiàn)在系統(tǒng)的景觀格局,包括景觀豐富度和景觀連通度。其中Shannon多樣性指數(shù)反映景觀類型豐富程度,其值越高則景觀類型越豐富,相鄰景觀單元間相互作用越強,系統(tǒng)風險越小[26],采用fragstats 4.2的移動窗口工具以2km移動半徑計算該指數(shù)并得到空間落位[27]。景觀連通度是景觀單元空間連續(xù)性的測度[28],基于最小阻力模型運用ArcGIS成本距離分析工具進行計算與空間落位,其值越高則生態(tài)空間整體性越強,風險越低。干擾效應為城市建設與人類活動對系統(tǒng)景觀結構的干擾,包括距建設用地距離、距工業(yè)用地距離、路網(wǎng)密度、人口密度和港口密度。其中距建設用地和工業(yè)用地距離分別體現(xiàn)了城市擴張和工業(yè)生產(chǎn)對周邊生態(tài)用地的干擾；路網(wǎng)密度代表建設程度對生態(tài)用地連通性的干擾,通過景觀破碎化加劇區(qū)域生態(tài)風險[29]；人口密度體現(xiàn)了人類活動強度對棲息地質量的干擾[30]；港口建設已成為海洋和濱海生境的主要干擾源,港口密度的提高加大了沿海生境的生態(tài)風險[31]。

2.2.3韌性風險指標

韌性風險表示系統(tǒng)動態(tài)過程對區(qū)域生態(tài)風險源的影響和響應,即景觀單元所受干擾的持續(xù)性以及從干擾中恢復的水平。系統(tǒng)韌性同時受到自身生態(tài)演替與外界社會環(huán)境干擾的共同影響,如土地開發(fā)的持續(xù)性、生態(tài)修復的趨向等[18]。目前關于系統(tǒng)韌性的評估多集中在經(jīng)濟與生態(tài)層面,指標數(shù)量龐大,本研究著眼于對區(qū)域適應性生態(tài)風險的綜合評估,選取指標集中于評估社會經(jīng)濟與自然環(huán)境變化趨勢導致系統(tǒng)應對生態(tài)風險適應能力的變化,因此通過表征生態(tài)系統(tǒng)演變的增強植被指數(shù)趨勢與綜合體現(xiàn)城市建設程度的夜間燈光強度指數(shù)趨勢兩個指標來評估韌性特征風險,其值的增加代表系統(tǒng)生態(tài)韌性的風險增加。

韌性風險中的暴露效應體現(xiàn)在系統(tǒng)自身生態(tài)特征的變化趨勢,選取增強植被指數(shù)反映植被覆蓋特征的變化,可視為生態(tài)系統(tǒng)自身在風險環(huán)境中的演替過程[18],以在區(qū)域生態(tài)環(huán)境演變層面衡量區(qū)域的韌性。依據(jù)2005—2015年的最大EVI數(shù)據(jù)做趨勢分析,指數(shù)增長表示植被處于恢復狀態(tài),區(qū)域生態(tài)風險降低。干擾效應體現(xiàn)在外界社會環(huán)境的變化趨勢,研究區(qū)處于快速開發(fā)建設階段,人類活動是最主要的干擾過程,因此選取2000年至2015年夜間燈光強度變化趨勢來進行風險評估,夜間燈光強度指數(shù)主要用于城鎮(zhèn)擴展研究,其變化趨勢可以反映城市擴張與城市化水平的變化趨勢,指數(shù)增長表示城市化水平增強且人類活動密集,即人類干擾加劇,區(qū)域生態(tài)風險增加。

基于以上3個方面,篩選建立包含18個指標的潛力-連通度-韌性適應性生態(tài)風險評價指標體系,并基于層次分析法確定各指標權重(表1)。

表1 長三角城市群潛力-連通度-韌性適應性生態(tài)風險評價指標體系

2.3 適應性生態(tài)風險指數(shù)構建與階段識別

研究區(qū)的數(shù)據(jù)多基于基礎柵格數(shù)據(jù)進行二次計算,依據(jù)耦合框架構建適應性生態(tài)風險指數(shù),并依據(jù)系統(tǒng)的3類特征風險值進行各個城市所處適應性循環(huán)階段的識別,以提出相應的規(guī)劃策略。

2.3.1歸一化處理

為統(tǒng)一衡量標準,在后續(xù)指標計算及空間落位中,均通過歸一化處理將各指標數(shù)據(jù)轉變?yōu)獒槍^(qū)域生態(tài)風險的相對值(公式1),便于后續(xù)計算。

其中Ip為正向指標的歸一化值,In為逆向指標的歸一化值；Imin為指標的國際/國內通用最小閾值；Imax為指標的國際/國內通用最大閾值,歸一化指標值的范圍為0—1。

2.3.2適應性生態(tài)風險指數(shù)構建

對歸一化后的各項指標(Ii)進行權重(wi)賦值,按照適應性循環(huán)的“潛力-連通度-韌性”3個特征屬性劃分為潛力風險值(Potential risk,Rp)、連通度風險值(Connectedness risk,Rc)和韌性風險值(Resilience risk,Rr),每類包含區(qū)域生態(tài)風險的暴露與干擾指標,通過指標疊加得出3類風險值(Ri)(公式2),進一步加權疊加得到適應性生態(tài)風險指數(shù)(Adaptive ecological risk index,AERISES)(公式3)。

適應性生態(tài)風險指數(shù)：AERISES=wp×Rp+wc×Rc+wr×Rr

式中,Ri表示三類風險值,AERISES為適應性生態(tài)風險指數(shù),Ii為歸一化風險指標,wi表示各指標與準則層相應的權重。

2.3.3適應性循環(huán)階段識別

依據(jù)潛力、連通度和韌性3類特征風險數(shù)據(jù),運用ArcGIS區(qū)域分析的分區(qū)統(tǒng)計工具,以城市為單元將空間風險數(shù)據(jù)的分區(qū)平均值進行空間落位和統(tǒng)計分析。建立3類特征維度的三維坐標軸,將各個城市以3類風險值作為坐標值進行落位,以得到各個城市所對應的適應性循環(huán)不同階段。

3 結果與討論

3.1 適應性生態(tài)風險指標空間分布格局

對各指標的風險值進行計算得出18個指標的空間分布格局(圖4)。

圖4 長三角城市群適應性生態(tài)風險評估指標空間分布格局

大部分風險指標呈現(xiàn)由城市建成區(qū)向生態(tài)區(qū)域逐漸降低的趨勢,包括土地利用類型、增強植被指數(shù)、人類足跡干擾指數(shù)、地表溫度、夜間燈光強度、景觀連通度、距建設用地距離、距工業(yè)用地距離、路網(wǎng)密度和人口密度,這些指標與城市發(fā)展密切相關。長三角城市群大規(guī)模的建設活動帶來了城市熱島、水污染、大氣污染和土壤污染等生態(tài)威脅,同時擴張建設侵占生態(tài)用地,割裂生態(tài)斑塊,導致系統(tǒng)對風險的適應能力退化,加劇了風險強度。

坡度、降雨侵蝕力、極端降雨、海平面上升趨勢和Shannon多樣性指數(shù)的高風險值分別集中在山區(qū)、沿海區(qū)域和平原農(nóng)田區(qū)。山區(qū)的復雜地形和濕季的極端降雨加劇了滑坡、泥石流等自然災害的風險,同時氣候變化為沿海區(qū)域帶來海平面上升的威脅；平原區(qū)的土地覆被以農(nóng)田為主,其景觀類型單一,抵抗風險能力較低,生態(tài)風險高于自然生態(tài)系統(tǒng)[16]。這些指標的空間分布異質性體現(xiàn)了長三角城市群社會-生態(tài)系統(tǒng)所面臨的風險源具有多樣性和復雜性。

植被蓋度變化和夜間燈光強度變化的高風險區(qū)集中在城市外圍,城區(qū)內部風險較低。反映出多數(shù)城市現(xiàn)已采取一定生態(tài)措施,建設重點轉向城郊區(qū)域與中小城市,從而增加了城市外圍區(qū)域的生態(tài)風險。

3.2 適應性生態(tài)風險指數(shù)時空分布特征

對當前和未來的風險指標進行加權疊加,得出長三角城市群“潛力-連通度-韌性”特征風險值空間分布以及暴露、干擾和適應性生態(tài)風險的時空演變(圖5)。

圖5 長三角城市群適應性生態(tài)風險空間分布格局

整體呈現(xiàn)東北高西南低的風險分布趨勢,高風險區(qū)域多集中在城市群和沿海區(qū),西部、南部的丘陵農(nóng)田與山地、林地等生態(tài)空間的生態(tài)風險較低。

潛力和連通度反映了系統(tǒng)的屬性與空間結構,它們的風險與人為干擾指標相關性強風險分布呈現(xiàn)由城市區(qū)向生態(tài)區(qū)域降低的趨勢。韌性體現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)過程,反映了近十年來長三角城市群的發(fā)展歷程對區(qū)域生態(tài)風險的響應,結果顯示大城市內部的風險較低,而高風險區(qū)集中在城市外圍郊區(qū)和中小城市群,這表明城市自身具有一定的生態(tài)韌性,且大城市已由開發(fā)建設轉為重視生態(tài)環(huán)境,目前已采取相應的生態(tài)策略提升城市內部應對生態(tài)風險的適應能力。由此可以看出,社會-生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)風險和系統(tǒng)響應具有復雜性和動態(tài)性,傳統(tǒng)生態(tài)風險評估針對系統(tǒng)自身屬性和風險源干擾的結論是具有局限性的,它忽略了系統(tǒng)自身的適應能力以及相關規(guī)劃政策的影響。暴露與干擾的風險分布趨勢相似,但暴露的高風險區(qū)集中在城市用地,而干擾的高風險區(qū)已擴展到城市外圍區(qū)域,且在未來會繼續(xù)擴大并向西南山區(qū)蔓延,未來暴露風險會在平原農(nóng)田區(qū)出現(xiàn)上升趨勢。

綜合以上指標得出適應性生態(tài)風險的空間分布,風險最高的區(qū)域集中在大城市群和東部沿海區(qū)域,城市郊區(qū)也有較高的風險,丘陵山地區(qū)的風險值最低。未來風險分布可以看出,高風險區(qū)域開始向中小城市群轉移,沿海區(qū)域依舊具有較高風險,西南山區(qū)由于氣候變化帶來的極端氣候影響也開始出現(xiàn)較高的風險趨勢。

這些結果證明,長三角城市群目前采取的生態(tài)規(guī)劃措施,如綠色城鎮(zhèn)化理念、綠色產(chǎn)業(yè)、生態(tài)型城市建設等,有助于降低城市生態(tài)風險。對于生態(tài)區(qū)域,規(guī)劃一體化、多層次、功能復合的區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡,有助于提高區(qū)域的生態(tài)適應能力。

3.3 城市適應性生態(tài)風險循環(huán)階段及適應性策略探討

研究計算了長三角城市群各個城市的3個特征風險平均值并進行空間落位(圖6)和統(tǒng)計分析(圖7)。依據(jù)城市規(guī)模來看,超大和特大城市上海和南京在3個特征維度都具有高風險；大中城市的風險特征分異性明顯,如無錫、常州、蘇州等城市都具有至少2個特征維度的較高風險值,杭州、寧波、紹興等城市風險值均較低,分析此結果可能與城市內生態(tài)空間的分布相關,如蘇州位于太湖平原,城市建設比例大,而杭州西南有大面積山地區(qū)域,生態(tài)空間具有較高比例；小城市普遍呈現(xiàn)低風險特征。

圖6 長三角城市群各城市適應性生態(tài)風險特征值空間分布

圖7 長三角城市群各城市適應性生態(tài)風險特征值統(tǒng)計圖

結合適應性循環(huán)模型,依據(jù)“潛力-連通度-韌性”三維坐標系和各城市3個特征風險值進行適應性生態(tài)風險階段落位(圖8)。

圖8 長三角城市群各城市適應性生態(tài)風險循環(huán)階段

上海、蘇州、無錫和南京處于保護(K)階段,是各生態(tài)風險最高的城市,韌性風險由最高閾值開始進入下降階段,表明這些城市已進入城市發(fā)展的成熟穩(wěn)定階段,盡管城市高度建設帶來較高的風險和干擾,但已開始向重視生態(tài)發(fā)展轉型。合肥、南通、常州等8個大城市處于開發(fā)(r)階段,潛力、連通度和韌性的風險值呈現(xiàn)從低到高的增長趨勢,此階段是城市建設用地加速擴張的時期。其余14個城市,包括中小城市和杭州、寧波等大城市處于重組(α)階段,此階段各風險值較低,其中,中小城市正處于初步開發(fā)建設時期,而杭州、寧波等城市由于生態(tài)條件和地理位置優(yōu)越,因此也具有較低的生態(tài)風險。長江三角洲城市群正處于快速發(fā)展階段,尚未有城市進入釋放(Ω)階段。

基于各城市所處的適應性循環(huán)階段和相應的風險特征與演變趨勢,可以提出相應的規(guī)劃策略。開發(fā)(r)階段的城市正處于建設時期,城市處于可干預的快速變化過程,應在總體規(guī)劃中納入生態(tài)理念,在開發(fā)建設時注重生態(tài)斑塊的保護,通過城市森林和外圍農(nóng)田生態(tài)空間限制建設用地的無限擴張,以減少潛在的生態(tài)風險,維持系統(tǒng)的連通度和韌性[33]。保護(K)階段的城市建設已經(jīng)飽和,無法顯著降低潛力的風險,因此要從優(yōu)化景觀格局入手,在城市內部增加小型生態(tài)斑塊和生態(tài)廊道,完善綠色基礎設施體系規(guī)劃,以改善生態(tài)連通度和韌性。重組(α)階段的城市要注重對現(xiàn)狀自然生態(tài)系統(tǒng)的保護,開發(fā)建設不應破環(huán)現(xiàn)存的生態(tài)屏障,可以通過設立生態(tài)紅線以控制和減少人類活動造成的加劇干擾的風險,以保持自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復能力。

4 結論

社會-生態(tài)系統(tǒng)是一個復雜的巨系統(tǒng),目前選取的指標體系集中在3個風險特征,避免了龐雜指標的疊加,但仍具有一定的局限性,后續(xù)可以繼續(xù)研究如何將政策導向納入評估體系。本文采用層次分析法進行權重賦值,具有一定主觀性。由于未來數(shù)據(jù)限制,研究采用高排放量的未來氣候情景和一切照舊的城市擴張情景,但欠缺對于政策限制城市擴張、生態(tài)保護以及城市自適應機制的考慮,后續(xù)可以通過情景偏好設置進行多情景評估分析。

適應性循環(huán)理論目前較少有定量分析和空間落位的研究,而區(qū)域生態(tài)風險評估框架多集中在空間維度較少納入時間概念,因此將兩者耦合是一個挑戰(zhàn)。本研究將適應性循環(huán)的3個特征歸納為表征風險的景觀單元屬性特征、景觀空間結構特征和時間變化趨勢特征,進而與區(qū)域生態(tài)風險指標形成對應關系以進行空間量化分析。并進一步將區(qū)域生態(tài)風險預測擴展到風險階段的識別,以對復雜而動態(tài)變化的社會-生態(tài)系統(tǒng)進行更為全面的風險評估研究。本研究框架為區(qū)域生態(tài)風險評估提供了多維分析的角度,可以支持城市空間及區(qū)域國土空間的分析評估與規(guī)劃指導。但由于該框架依據(jù)系統(tǒng)自身屬性、空間結構以及動態(tài)過程的空間異質性進行風險評估,因此對于小尺度空間的評估可能會由于空間特征較單一而存在一定局限。

在氣候變化和城市擴張的背景下,三角洲生態(tài)風險具有復雜性和動態(tài)性,耦合適應性循環(huán)理論的區(qū)域生態(tài)風險評估對于長三角城市群社會-生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)適應性規(guī)劃具有重要意義。對于長三角城市群而言,各個城市均具有較高的生態(tài)風險,至2030年整體風險仍呈上升趨勢且開始向生態(tài)空間擴展。對于風險階段的識別有助于認識各個城市的生態(tài)風險動態(tài)發(fā)展過程,可以為規(guī)劃策略提供更為科學合理的依據(jù), 進而推進長三角城市群綠色轉型,形成可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)型城市群。