鄭楷源, 高 超,3, 鄭銑鑫4,易李艾藜, 譚琳珊, 黃憶夢

中國沿海地區(qū)相對海平面上升研究進展

鄭楷源1,2, 高 超1,2,3*, 鄭銑鑫4,易李艾藜5, 譚琳珊1,2, 黃憶夢6

（1.寧波大學 地理科學與旅游文化學院, 浙江 寧波 315211; 2.寧波市高等學校協(xié)同創(chuàng)新中心 寧波陸海國土空間利用與治理協(xié)同創(chuàng)新中心, 浙江 寧波 315211;3.寧波大學 東海研究院, 浙江 寧波 315211; 4.寧波市自然資源生態(tài)修復和海洋管理服務中心, 浙江 寧波 315042; 5.深圳科學高中, 廣東 深圳 518129; 6.寧波大學 教師教育學院, 浙江 寧波 315211）

中國沿海地處世界危險海岸帶, 全球海平面上升及地面沉降疊加所致的相對海平面上升已成為國內(nèi)外沿海地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的重大戰(zhàn)略問題, 地面沉降也已成為21世紀中國沿海地區(qū)相對海平面上升的主導和決定性因素. 本文采用文獻分析法對絕對海平面上升及地面沉降兩大領域研究進行了綜述. 目前國內(nèi)外相對海平面上升研究主要集中在成因、機理、模擬計算、風險評估、動態(tài)監(jiān)測、防控和管理等方面, 與發(fā)達國家相比, 中國相對海平面上升研究存在一定的滯后性, 也缺乏陸海統(tǒng)籌及政策管理研究. 隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的深入, 未來中國相對海平面上升研究需要針對沿海地區(qū)城市化及相對海平面上升趨勢特征, 面向生態(tài)文明和可持續(xù)發(fā)展目標, 科學提出發(fā)展戰(zhàn)略與政策建議. 構建適合中國沿海特點的預測模型、風險評估體系與災害管理系統(tǒng)將是研究未來相對海平面上升的熱點和重要方向.

沿海地區(qū); 相對海平面上升; 地面沉降; 趨勢; 可持續(xù)發(fā)展

沿海地區(qū)是全球政治、經(jīng)濟、科技、文化的重要區(qū)域, 也是我國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略重心. 全球約60%的人口居住在距海岸100km以內(nèi)的沿海地區(qū)[1], 且人口趨海移動的趨勢仍在不斷增強. 沿海地區(qū)地勢低平, 為海、陸、氣相互作用的生態(tài)過渡帶, 生態(tài)環(huán)境十分脆弱, 資源和環(huán)境系統(tǒng)對海平面變化異常敏感, 是氣象災害、海洋災害、地質(zhì)災害頻發(fā)地帶.

由于氣候變化、特殊的地質(zhì)環(huán)境及城市化建設等原因, 絕對海平面上升和地面沉降疊加造成的相對海平面上升已成為危及沿海地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素之一. 中國沿海地處世界危險海岸帶, 90%沿海地區(qū)為中-高等脆弱區(qū)[2-3], 這些地區(qū)常住人口約占全世界沿海危險區(qū)域總?cè)丝诘?7%[4],大多數(shù)城市僅靠防洪墻、海堤來保護城市[5]. 有研究報道[6], 到21世紀末, 世界海平面上升導致的經(jīng)濟損失將達到全球國內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP)的10%.

氣候變化引起全球環(huán)境系統(tǒng)更迭, 加速全球海平面上升[7]. 在高排放背景下, 海平面上升值將遠高于國際政府間氣候變化專門委員會(IPCC)報告的估值. 21世紀末全球平均海平面上升的上限將達2.5m[8]. 沿海地區(qū)人為經(jīng)濟活動強度不斷增大, 地面沉降已成為21世紀中國沿海地區(qū)相對海平面上升的主導和決定因素[9]. 相對海平面上升會全面加大沿海地區(qū)災害鏈的強度和頻率, 引發(fā)災害的“共振”和“放大”效應[10], 進而誘發(fā)一系列資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會問題, 加劇沿海地區(qū)風暴潮、洪澇等災害的地域性、動態(tài)性、群發(fā)性, 全面增大沿海地區(qū)風險暴露性和脆弱性[11-12]. 隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的深入, 預期沿海地區(qū)城市化發(fā)展加快, 中國沿海地區(qū)暴露度將不斷增大, 相對海平面上升災害和風險會持續(xù)趨高[13].

沿海地區(qū)相對海平面上升是復雜性科學. 隨著氣候變化和城市建設, 20世紀80年代, 國內(nèi)外學者相繼開始對相對海平面上升開展研究[14-15]. 目前, 相對海平面上升的研究主要集中在成因[16]、機理[7]、數(shù)學模擬計算[17-18]、風險評估[11,19-20]、監(jiān)視監(jiān)測[21]、工程防治[3,22]、災害管理[23]等方面. 與發(fā)達國家相比, 中國相對海平面上升研究存在一定的滯后性. 我國相對海平面上升研究需要針對沿海地區(qū)城市化特點及相對海平面上升趨勢特征, 面向生態(tài)文明和可持續(xù)發(fā)展目標, 著眼陸-海一體化角度, 開展自然、經(jīng)濟、社會跨學科攻關, 大氣-海洋-海岸系統(tǒng)化研究, 定量化、模型化機理和致災探究, 時空化風險綜合評估和風險管理, 地區(qū)性生態(tài)化防治探索等系列化深入研究, 為21世紀中國“一帶一路”戰(zhàn)略推進、沿海地區(qū)城市化發(fā)展及“風險與發(fā)展共存”管理提供有效的理論依據(jù).

1 相對海平面上升研究進展

1.1 相對海平面上升成因

相對海平面上升是自然和人為因素共同作用的結果, 主要因素由氣候、海洋、地質(zhì)環(huán)境、資源開發(fā)、人為工程建設等方面(圖1), 由此誘發(fā)一系列資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會問題和風險, 危及沿海地區(qū)城市化建設和經(jīng)濟社會發(fā)展.

圖1 相對海平面上升及影響示意圖[13]

1.1.1 絕對海平面上升

絕對海平面上升的成因主要有3大方面: (1)全球海水水量變化, 主要包括冰和雪的溶化和積累, 以及通過降水、蒸發(fā)、表層徑流等大洋和大氣、陸地之間的水量變換; (2)海水密度變化引起海水體積變化, 主要是溫度和鹽度的變化, 稱比容效應, 可分為熱比容和鹽比容[24]; (3)地球構造變形, 冰期和非冰期地球形狀變化造成海平面升降[25]. 目前, 引起絕對海平面上升主要由冰川和冰蓋融化及溫度熱膨脹等所致. 另外, 受風場、氣壓場、海-氣熱量和淡水通量、洋流階段性的影響, 全球絕對海平面并非一致, 而是具有十分明顯的時空差異和區(qū)域性特征[26].

1.1.2 地面沉降

按照地面沉降發(fā)生的地質(zhì)環(huán)境, 地面沉降分3種模式: 沖積平原模式(如天津)、三角洲平原模式(如長江三角洲、珠江三角洲)、斷陷盆地模式(如寧波)[27]. 地面沉降成因主要有: (1)地殼活動, 包括地震、斷裂構造活動[16]; (2)自然作用固結, 包括土層自重、有機質(zhì)氧化固結等; (3)礦產(chǎn)資源開發(fā), 主要包括固體(煤、鹽、金屬礦產(chǎn))、液體(石油、地下水)和氣體(天然氣)等礦產(chǎn)開發(fā)活動[28]; (4)地表和地下工程效應及動、靜荷載作用, 包括地下空間開發(fā)、地表大規(guī)模工程建設和施工活動, 地表大型點狀、線狀和面狀建筑物、市政工程堆載以及地表、地下交通運輸?shù)裙こ袒顒拥木C合作用[29], 即建設工程性地面沉降. 上述因素將成為中國沿海地區(qū)相對海平面上升的主導因素. 國內(nèi)外對地面沉降的研究相對較為深入, 如地下水開發(fā)引發(fā)地面沉降的成果豐碩[30-32], 且成果應用效果良好. 地面沉降研究相對領先國家主要有日本[33]、美國[34]、中國[35]等, 而中國在建設工程性地面沉降研究方面的水平處于國際領先地位.

1.2 相對海平面上升監(jiān)測

1.2.1 海平面變化觀測

目前, 海平面觀測手段主要包括驗潮站和衛(wèi)星高度計2大類. 中國的潮位觀測始于1860年, 系統(tǒng)的驗潮站工作始于1964年, 現(xiàn)有的海平面觀測網(wǎng)擁有100余個觀測站. 自1993年以來, 高精度衛(wèi)星高度計成為觀測全球海平面變化的重要手段[21].

1.2.2 地面沉降監(jiān)測

中國是世界上地面沉降監(jiān)測、研究和防治較早的國家之一. 目前, 地面沉降監(jiān)測主要包括地下水動態(tài)和地面變形兩方面. 地下水動態(tài)包括水量、水位和水質(zhì); 水位主要監(jiān)測含水層水位及黏土層孔隙水壓力; 地下水位監(jiān)測手段有人工和自動化實時監(jiān)測. 地面變形監(jiān)測主要有水準測量、三角高程測量、數(shù)學攝影測量、InSAR、GPS、分層監(jiān)測標(包括基巖標和分層標)等,監(jiān)測方式由單一方法向多種方法融合轉(zhuǎn)變[36]. 目前, 陸海監(jiān)測基本分離. 陸海統(tǒng)籌監(jiān)測, 利用地面沉降數(shù)據(jù)對驗潮站監(jiān)測成果進行分析和校核, 加大現(xiàn)代科技成果在相對海平面上升監(jiān)測中的應用是趨勢所在.

1.3 相對海平面上升預測方法

目前, 相對海平面上升預測一般通過絕對海平面和地面沉降疊加而成. 模擬計算方法主要有統(tǒng)計分析法、理論疊加法、直接假設法、數(shù)值模擬法等[17,37]. 國內(nèi)各種模擬計算方法各有特點, 精度和適用性也存在差異. 充分融合絕對海平面上升和地面沉降監(jiān)測成果進行模擬計算, 開發(fā)適合中國特點的統(tǒng)計分析、數(shù)值模擬方法是趨勢所在.

1.3.1 統(tǒng)計分析法

利用一系列長期驗潮站多年歷史觀測數(shù)據(jù)進行數(shù)學統(tǒng)計分析, 得到過去海平面變化的主要周期和速率, 通過此關系式外推預測未來相對海平面上升的趨勢[38]. 這類預測方法包括Barnett法、譜分析法、隨機動態(tài)模型法、灰色系統(tǒng)分析法、經(jīng)驗模態(tài)分析法、顯著周期振動法以及灰色線性回歸模型法[39].

1.3.2 理論疊加法

基于絕對海平面上升值疊加區(qū)域地面沉降速率進行相對海平面上升預測. 絕對海平面上升值采用IPCC報告給出的全球絕對平均海平面上升預測值, 或采用區(qū)域平均海平面上升值. 地面沉降速率采用當?shù)亻L期驗潮站數(shù)據(jù), 或由大地水準測量數(shù)據(jù)計算獲得[40].

1.3.3 直接假定法

直接給出未來相對海平面上升值來預測評估海平面變化. 一是指定時間, 同時給出相應的海平面上升值, 即應用全球或區(qū)域相對海平面上升數(shù)據(jù), 預測特定時間(如2050年)海平面上升值; 另一是只給出相對海平面上升值, 不考慮海平面達到該高度的時間, 即假定相對海平面上升某一值, 對某一沿海地區(qū)淹沒等災害風險進行預測評估[41].

1.3.4 數(shù)值模擬法

通過建立全球海洋環(huán)流模式, 或采用“基于過程”模式[8], 應用海表面溫度數(shù)據(jù), 對全球絕對海平面變化進行模擬分析[42]; 通過分析建立海-氣耦式模型, 對全球絕對海平面上升進行模擬預測[43].

地面沉降方面, 通過建立地下水水流模型、土體變形的水土力學模型及地下水水流與土體變形的耦合模型, 對地下水開采所致的地面沉降進行模擬預測. 地下水流模型主要有: 二維流模型、準三維流模型、三維流模型. 土力學模型主要有滲透固結模型、流固耦合模型、非線性模型、彈性模型、流變模型. 耦合模型可分兩步計算模型、部分耦合模型及完全耦合模型. 此外, 還有通過構建海平面響應全球溫度或輻射強迫變化統(tǒng)計關系的半經(jīng)驗法[37]; 通過專家判斷和隨機抽樣來估算未來海平面上升情景和概率的專家分析法等[44].

1.4 相對海平面上升風險評估

相對海平面上升, 改變了海洋水動力環(huán)境條件, 引起沿海地區(qū)自然系統(tǒng)變化, 加重了一系列災害效應和風險程度[45], 加劇了沿海地區(qū)社會經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的脆弱性(圖2).

圖2 相對海平面上升風險評估框架[45]

相對發(fā)達國家, 國內(nèi)對海平面上升多種水源極值水位疊加災害鏈的研究起步較晚, 對未來不同上升情景下中國沿海地區(qū)災害風險評估較少, 多致災因子疊加、耦合非線性效應和極端水位不確定性研究不多[13], 研究缺少對陸面系統(tǒng)及人類經(jīng)濟社會系統(tǒng)的綜合考慮.

1.4.1 沿海風暴潮

目前, 風暴潮研究主要集中在數(shù)值模擬、重現(xiàn)期計算和災情損失評估等方面. 風暴潮災害風險評估主要針對危險性和脆弱性兩大方面. 在此基礎上, 應用風險概念模型, 對沿海地區(qū)風暴潮災害風險進行綜合評估[20]. 基于2015年數(shù)據(jù), 如果2050年海平面上升0.3m, 并疊加風暴潮和天文大潮情景下, 中國海洋經(jīng)濟損失將達35444.6億元, 占海洋生產(chǎn)總值的9.39%[46].

1.4.2 低海拔地區(qū)淹沒

沿海大量低海拔地區(qū)被淹沒, 社會經(jīng)濟暴露度不斷增大. 應用數(shù)字高程模型, 結合人口、經(jīng)濟、土地利用資料, 構建中國海平面上升風險暴露度模型評價表明, 高暴露度區(qū)域主要集中在長江三角洲和蘇北沿海、珠江三角洲及環(huán)渤海等濱海平原地區(qū); 而且, 影響的人口和經(jīng)濟總量逐漸增加[11]. 對全球128個沿海大城市洪水淹沒損失評估表明, 到21世紀末, 美國新奧爾良和中國廣州預期年度風險最高, 損失值將超過1萬億美元[19].

1.4.3 城市洪澇

相對海平面上升造成感潮河道水位上漲, 城市排污和泄洪能力大大降低, 嚴重影響城市防洪安全[47]. 暴雨時, 城區(qū)大范圍積水、污水倒灌、河道淤積、航道和海港運行受阻; 平原區(qū)河網(wǎng)水位上升, 農(nóng)業(yè)大幅減產(chǎn). 1975—2016年, 全球因洪水死亡人數(shù)80%在距海100km地區(qū)[48]. 有研究表明[9], 相對海平面上升200、400、600m, 則珠江三角洲百年一遇的洪水將相應降至50年、20年和10年一遇, 即洪澇災害將分別增加2倍、5倍和10倍.

1.4.4 水資源咸化

相對海平面上升, 引起海水入侵地表河流和地下含水層, 加大了地表水和地下水被咸化的規(guī)模和速率, 危及沿海地區(qū)地下水及河口地表水資源的可持續(xù)利用[49-50]. 海水入侵地表河口距離采用經(jīng)驗模型; 海水入侵地下含水層一般采用突變界面模型, 基于海水-淡水以彌散帶接觸的過渡帶模型已成為目前主要的研究方向. 基于FVCOM模式三維潮流鹽度數(shù)值模型預測表明[51], 相對海平面上升0.3、0.6、1.0m, 錢塘江河口潮水入侵距離將上溯1.1～2.8km、2.2～5.9km、6.0～9.8km.

1.4.5 生態(tài)環(huán)境破壞

海平面上升嚴重影響海岸帶生態(tài)系統(tǒng)[52]. IPCC海岸管理小組(CZMS)對21世紀灘涂濕地損失預測顯示[53]: 至2080年, 因全球海平面上升, 世界灘涂濕地損失將達22%; 若加上人類活動影響, 全球灘涂濕地損失將達70%.應用海平面上升濕地影響模型(SLAMM)和多種生態(tài)系統(tǒng)服務價值評估方法, 從淹沒面積和生態(tài)系統(tǒng)服務價值變化兩方面來評估海平面上升對濕地生態(tài)系統(tǒng)和資源風險, 其潛在風險遠大于顯性風險[54].

1.5 相對海平面上升防治及其效益

目前, 相對海平面上升防治主要從工程性、技術性、政策性幾方面考慮. 相對海平面上升防治措施主要有6大方面: (1)修建防汛墻、防潮閘和排水(污)泵站; (2)提高建筑物地基設計高度和標準, 對低洼地進行改造; (3)建立相對海平面上升監(jiān)測網(wǎng)絡, 開展海平面、地下水和地面變形監(jiān)測; (4)壓縮或禁止地下水開采, 開展地下水人工回灌; (5)開展控制全球海平面上升和地面沉降防治研究; (6)制定有關大氣排放、海平面上升、地下水資源開發(fā)利用、地面沉降防治的政策、制度和法規(guī).

20世紀60年代初以來, 上海開始采取一系列措施控制地面沉降, 使得上海地面沉降趨緩, 控制地面沉降效益為6159.42億元[55]. 預測珠江三角洲2030年、2050年、2100年海防工程效益為86.85億～93.01億元[3]. 通過對人工回灌地下水和建設可移動擋浪墻工程措施論證比較, 回灌地下水防治地面沉降的效益高達幾十倍以上[22].

國內(nèi)相對海平面上升防治研究大多局限在工程性措施上, 法規(guī)、政策性研究成果不多, 缺乏生態(tài)性工程防護研究, 災害不確定性風險防范管理及彈性恢復措施研究亟待加強[8].

相對海平面上升具有跨學科和多學科性, 雖然各領域?qū)＜曳謩e從海洋學、地質(zhì)學、地理學等角度開展相關研究, 但缺乏融合各學科的系統(tǒng)研究. 相對海平面上升是個非線性的復雜巨大系統(tǒng), 大多數(shù)研究尚處在定性描述階段, 機理性研究不足, 缺乏定量評估與分析; 在研究和評估中, 考慮地面沉降等人為因素相對有限[13]. 與發(fā)達國家相比, 國內(nèi)相對海平面上升總體研究不多, 陸、海二元分割, 缺乏統(tǒng)一研究與管理; 著重于技術理論, 缺乏政策管理研究; 城市安全適應性措施研究處于起步階段; 未開展專門戰(zhàn)略規(guī)劃編制探索, 著眼于沿?？沙掷m(xù)發(fā)展角度的研究成果不多.

2 未來相對海平面上升研究趨勢

20世紀90年代以來, 有關國內(nèi)外海平面上升文獻綜合分析表明, 研究熱點已從單一的海平面上升, 逐漸延伸到“氣候變化”“海岸帶”“適應性”“生態(tài)系統(tǒng)服務功能”等領域[56-57].

近幾年, 國際組織和主要海洋國家圍繞全球氣候變暖、海平面上升, 發(fā)布了一系列計劃、規(guī)劃和戰(zhàn)略研究報告. 這些報告起始時間大致在2010—2017年, 目標時間大多在2020—2030年. 例如, 聯(lián)合國計劃開發(fā)署(UNDP)等的《海洋與海岸可持續(xù)發(fā)展藍圖》, 國際科學聯(lián)盟(ICSU)的《未來地球研究計劃(2014—2023年)》[58], 英國海洋科學合作委員會的《英國海洋科學戰(zhàn)略(2010—2025年)》、聯(lián)合國《海洋科學可持續(xù)發(fā)展十年規(guī)劃(2021—2030年)》等. 研究方向主要為全球變化、海岸帶可持續(xù)發(fā)展、學科融合、資源管理、災害恢復、城市安全、人類活動影響等.

2.1 研究內(nèi)容由單一轉(zhuǎn)向綜合

相對海平面上升是個非線性的復雜巨大系統(tǒng), 需要關注研究學科、對象、領域、內(nèi)容、因子的綜合性和系統(tǒng)性. 相對海平面上升具有跨學科和多學科性, 需將自然科學和社會科學密切結合起來, 相對海平面上升研究也需逐漸轉(zhuǎn)向社會、經(jīng)濟、生態(tài)等綜合問題[45], 社會、經(jīng)濟研究已成為相對海平面上升研究的一個重要組成部分. 需把中國沿海地區(qū)作為一個海-陸-人類相互作用的整體系統(tǒng)來開展研究, 海岸帶社會-生態(tài)系統(tǒng)研究成為相對海平面上升的前沿領域.

2.2 研究方法由定性轉(zhuǎn)向定量

相對海平面上升研究將逐漸由定性經(jīng)驗評述轉(zhuǎn)向定量化、模型化、動態(tài)化. 從定量角度, 加強全球氣候變化機理及相對海平面上升變化影響機制的研究; 應用新的科技手段和方法, 開展災害、資源、環(huán)境和經(jīng)濟、社會各類要素的定量分析和綜合評價, 建立更具物理意義和準確的氣-海-陸-人類活動數(shù)學模型, 開展多災種疊加和非線性效應研究, 對中國沿海地區(qū)資源、環(huán)境、經(jīng)濟、社會、生態(tài)進行高精度動態(tài)模擬、風險評價和有序管理.

2.3 研究尺度從全球轉(zhuǎn)向區(qū)域

相對海平面上升時空性強, 區(qū)域性特征十分明顯. 在全球氣候變化背景下, 結合區(qū)域或地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展模式, 從區(qū)域尺度和地區(qū)性尺度, 系統(tǒng)研究、綜合分析全球性海平面變化趨勢, 地區(qū)性地面沉降動態(tài)防治及區(qū)域性社會-生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)控, 提出適合中國沿海地區(qū)特點的相對海平面上升預測模型及風險評估指標體系, 這對我國沿海地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展更具現(xiàn)實和戰(zhàn)略意義.

2.4 研究領域從分割轉(zhuǎn)向一體

海岸帶是陸、海相互作用的交錯地帶, 是相對海平面上升研究的共同區(qū)域, 但目前我國的研究及管理存在: 陸、海二元分割, 陸地與海洋缺乏統(tǒng)一管理; 部門管理沖突, 海洋帶的管理尤其潮間帶分屬多個部門; 區(qū)域缺乏協(xié)調(diào), 中國海岸帶11個省、自治區(qū)、直轄市沖突嚴重. 陸-海一體、跨部門合作、跨區(qū)域整體協(xié)調(diào)及系統(tǒng)化、一體化、生態(tài)化、精細化研究和管控相對海平面上升問題, 成為必然趨勢[59].

2.5 研究重點從理論轉(zhuǎn)向管理

從可持續(xù)利用和發(fā)展的角度來認識并管理人類活動和行為是必然趨勢. 中國沿海地區(qū)發(fā)展需要樹立“適應”的理念, 需要調(diào)整和控制人類活動的行為, 適應資源和生態(tài)環(huán)境的變化, 緩解城市化發(fā)展面臨的風險[60]. 將相對海平面上升研究重點放在應對海平面適應措施上[61], 有序管理不合理、不科學人為工程活動的研究上; 強化基于生態(tài)系統(tǒng)的海防工程研究[62]; 結合中國國情和沿海區(qū)情, 構建融入國土可持續(xù)開發(fā)戰(zhàn)略框架下的相對海平面上升適應性對策治理和管理體系.

2.6 研究目標從災害轉(zhuǎn)向發(fā)展

在災害研究的基礎上, 尋找中國沿海地區(qū)資源及環(huán)境可持續(xù)利用及經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展模式, 觀測和預測沿海社會-生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展趨勢、驅(qū)動因素及其相互作用, 系統(tǒng)研究中國沿海地區(qū)災害風險防范及彈性恢復措施, 實現(xiàn)“災害和風險共存”“風險與發(fā)展共存”的可持續(xù)發(fā)展模式, 以預防、應對或減緩相對海平面上升災害風險[63-64]; 優(yōu)先研究沿海地區(qū)循環(huán)“綠色經(jīng)濟”、可持續(xù)“藍色社會”, 為中國沿海地區(qū)“社會-生態(tài)”系統(tǒng)適應全球變化及與“風險與發(fā)展共存”的經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐.

3 結語

地球已進入了人類世的新紀元. 隨著氣候變化及“一帶一路”戰(zhàn)略和城市化進程的加快推進, 地面沉降對中國沿海地區(qū)相對海平面上升的影響加大, 相對海平面上升幅度加快, 增加了21世紀中國沿海地區(qū)城市化發(fā)展風險. 2019年IPCC第六次報告指出:重點區(qū)域應考慮海平面上升可能上限; 建議采取“降低海岸帶城市化程度, 控制人為因素造成的地面沉降”等措施, 以降低沿海地區(qū)暴露度和脆弱性. 從戰(zhàn)略角度深入研究, 提出積極有效、可持續(xù)和具有彈性的綜合應對方案[16].

當前, 我國相對海平面上升監(jiān)測手段和設施需要更新, 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、挖掘研究不足; 地面沉降等人為因素考慮有限, 缺乏絕對海平面上升和地面沉降有機融合分析和研究; 大量的研究尚處于定性分析層面, 缺乏多學科融合研究、成因機理綜合分析及定量化、系統(tǒng)化動態(tài)模擬; 風險評估多為大尺度論述, 缺乏多災種疊加和非線性效應研究; 研究成果與沿海地區(qū)城市化建設和經(jīng)濟社會發(fā)展結合不密切, 實用性不強; 多數(shù)研究側(cè)重技術理論, 缺乏政策管理及城市安全和發(fā)展戰(zhàn)略研究.

今后, 相對海平面上升研究需要強化系統(tǒng)性、綜合性和動態(tài)性, 應融合手段、集成技術、多學科攻關. 需面向生態(tài)文明, 針對我國“一帶一路”戰(zhàn)略及城市化發(fā)展的需求, 基于多層次、多尺度、多視角、多情景, 有機集成復雜系統(tǒng)動態(tài)仿真、地理空間、大數(shù)據(jù)、“3S”等技術, 構建適合中國沿海特點的相對海平面上升耦合預測模型、風險評估指標體系、風險決策平臺、災害管理系統(tǒng), 多目標動態(tài)模擬, 時空信息集成分析, 動態(tài)化致災研究和災害預警, 多層次決策分析, 科學地提出應對和適應氣候變化、建設工程性地面沉降、相對海平面上升和城市化發(fā)展的技術對策、管理策略、發(fā)展戰(zhàn)略及經(jīng)濟政策建議, 實現(xiàn)中國沿海地區(qū)治理現(xiàn)代化和發(fā)展生態(tài)化.

[1] Nicholls R J, Cazenave A. Sea-level rise and its impact on coastal zones[J]. Science, 2010, 328(5985):1517-1520.

[2] Yin J, Yin Z E, Wang J, et al. National assessment of coastal vulnerability to sea-level rise for the Chinese coast [J]. Journal of Coastal Conservation, 2012, 16(1):123-133.

[3] 何蕾, 李國勝, 李闊, 等. 珠江三角洲地區(qū)風暴潮災害工程性適應的損益分析[J]. 地理研究, 2019, 38(2):427-436.

[4] 王潔, 王衛(wèi)安, 王守芬. 氣候變化背景下中國沿海地區(qū)典型區(qū)域脆弱性評價——以長三角為例[J]. 測繪與空間地理信息, 2017, 40(3):81-85; 89.

[5] Ma Z J, Melville D S, Liu J G, et al. Rethinking China’s new great wall[J]. Science, 2014, 346(6212):912-914.

[6] Hinkel J, Lincke D, Vafeidis A T, et al. Coastal flood damage and adaptation costs under 21st century sea-level rise[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2014, 111(9):3292-3297.

[7] Mendelsohn R, Emanuel K, Chonabayashi S, et al. The impact of climate change on global tropical cyclone damage[J]. Nature Climate Change, 2012, 2(3):205-209.

[8] 溫家洪, 袁穗萍, 李大力, 等. 海平面上升及其風險管理[J]. 地球科學進展, 2018, 33(4):350-360.

[9] 吳濤, 康建成, 李衛(wèi)江, 等. 中國近海海平面變化研究進展[J]. 海洋地質(zhì)與第四紀地質(zhì), 2007, 27(4):123-130.

[10] 武強, 鄭銑鑫, 應玉飛, 等. 21世紀中國沿海地區(qū)相對海平面上升及其防治策略[J]. 中國科學(D輯: 地球科學), 2002, 32(9):760-766.

[11] 高超, 汪麗, 陳財, 等. 海平面上升風險中國大陸沿海地區(qū)人口與經(jīng)濟暴露度[J]. 地理學報, 2019, 74(8): 1590-1604.

[12] Syvitski J P M, Kettner A J, Overeem I, et al. Sinking deltas due to human activities[J]. Nature Geoscience, 2009, 2(10):681-686.

[13] 方佳毅, 史培軍. 全球氣候變化背景下海岸洪水災害風險評估研究進展與展望[J]. 地理科學進展, 2019, 38(5):625-636.

[14] 任美鍔. 全球氣候變化及海平面上升問題研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢——為《地理科學》創(chuàng)刊十年而作[J]. 地理科學, 1990, 10(3):195-207; 291.

[15] 鄭銑鑫, 武強, 應玉飛, 等. 中國沿海地區(qū)相對海平面上升的影響及地面沉降防治策略[J]. 科技通報, 2001, 17(6):51-55.

[16] Kouda A, Nagata K, Sato T. Factor analysis on land subsidence in the Nobi Plain, southwest Japan[J]. Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences, 2015, 372:95-99.

[17] 陳美香, 白如冰, 左軍成, 等. 我國沿海海平面變化預測方法探究[J]. 海洋環(huán)境科學, 2013, 32(3):451-455.

[18] O’Neill B C, Kriegler E, Ebi K L, et al. The roads ahead: Narratives for shared socioeconomic pathways describing world futures in the 21st century[J]. Global Enviro- nmental Change, 2017, 42:169-180.

[19] Abadie L M. Sea level damage risk with probabilistic weighting of IPCC scenarios: An application to major coastal cities[J]. Journal of Cleaner Production, 2018, 175: 582-598.

[20] Suroso D S A, Firman T. The role of spatial planning in reducing exposure towards impacts of global sea level rise case study: Northern coast of Java, Indonesia[J]. Ocean & Coastal Management, 2018, 153:84-97.

[21] 王慧, 劉秋林, 李歡, 等. 海平面變化研究進展[J]. 海洋信息, 2018, 33(3):19-25; 54.

[22] Gambolati G, 李金柱. 地面沉降模擬與預測[J]. 上海國土資源, 2014, 35(4):1-11.

[23] Cao A, Esteban M, Valenzuela V P B, et al. Future of Asian deltaic megacities under sea level rise and land subsidence: Current adaptation pathways for Tokyo, Jakarta, Manila, and Ho Chi Minh City[J]. Current Opinion in Environmental Sustainability, 2021, 50:87-97.

[24] 陳長霖, 左軍成, 杜凌, 等. IPCC氣候情景下全球海平面長期趨勢變化[J]. 海洋學報(中文版), 2012, 34(1): 29-38.

[25] Mitrovica J X, Forte A M. A new inference of mantle viscosity based upon joint inversion of convection and glacial isostatic adjustment data[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2004, 225(1/2):177-189.

[26] Khan N S, Ashe E, Shaw T A, et al. Holocene relative sea-level changes from near-, intermediate-, and far-field locations[J]. Current Climate Change Reports, 2015, 1(4): 247-262.

[27] 侯艷聲, 鄭銑鑫, 應玉飛. 中國沿海地區(qū)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與地面沉降系統(tǒng)防治[J]. 中國地質(zhì)災害與防治學報, 2000, 11(2):30-33; 50.

[28] Minderhoud P S J, Erkens G, Pham V H, et al. Assessing the potential of the multi-aquifer subsurface of the Mekong Delta (Vietnam) for land subsidence due to groundwater extraction[J]. Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences, 2015, 372:73-76.

[29] Yang T L, Yan X X, Wang H M, et al. Comprehensive experimental study on prevention of land subsidence caused by dewatering in deep foundation pit with hanging waterproof curtain[J]. Proceedings of the International Association of Hydrological Sciences, 2015, 372:1-5.

[30] 潘云, 潘建剛, 宮輝力, 等. 天津市區(qū)地下水開采與地面沉降關系研究[J]. 地球與環(huán)境, 2004, 32(2):36-39.

[31] 龔士良. 上海地下水流場變化及對地面沉降發(fā)展的影響[J]. 水資源與水工程學報, 2009, 20(3):1-6.

[32] 狄勝同, 賈超, 張少鵬, 等. 華北平原魯北地區(qū)地下水超采導致地面沉降區(qū)域特征及演化趨勢預測[J]. 地質(zhì)學報, 2020, 94(5):1638-1654.

[33] Cao A, Esteban M, Mino T. Adapting wastewater treatment plants to sea level rise: Learning from land subsidence in Tohoku, Japan[J]. Natural Hazards, 2020, 103(1):885-902.

[34] Prudhomme K D, Khalil M A, Shaw G D, et al. Integrated geophysical methods to characterize urban subsidence in Butte, Montana, USA[J]. Journal of Applied Geophysics, 2019, 164:87-105.

[35] 殷躍平, 張作辰, 張開軍. 我國地面沉降現(xiàn)狀及防治對策研究[J]. 中國地質(zhì)災害與防治學報, 2005, 16(2):1-8.

[36] 岳建平, 方露. 城市地面沉降監(jiān)控技術研究進展[J]. 測繪通報, 2008(3):1-4.

[37] 左軍成, 左常圣, 李娟, 等. 近十年我國海平面變化研究進展[J]. 河海大學學報(自然科學版), 2015, 43(5): 442-449.

[38] 程和琴, 陳祖軍, 阮仁良, 等. 海平面變化與城市安全——以上海市為例[J]. 第四紀研究, 2015, 35(2):363-373.

[39] 于宜法. 中國近海海平面變化研究進展[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版), 2004, 34(5):713-719.

[40] 施雅風, 朱季文, 謝志仁, 等. 長江三角洲及毗連地區(qū)海平面上升影響預測與防治對策[J]. 中國科學(D輯: 地球科學), 2000, 30(3):225-232.

[41] 楊桂山, 施雅風, 張琛, 等. 未來海岸環(huán)境變化的易損范圍及評估——江蘇濱海平原個例研究[J]. 地理學報, 2000, 55(4):385-394.

[42] 連展, 魏澤勛, 方國洪, 等. 氣候變暖下海面高度變化的數(shù)值模擬[J]. 海洋科學進展, 2013, 31(4):455-464.

[43] Moore J C, Grinsted A, Zwinger T, et al. Semiempirical and process-based global sea level projections[J]. Reviews of Geophysics, 2013, 51(3):484-522.

[44] Thomas M, Pidgeon N, Whitmarsh L, et al. Expert judgements of sea-level rise at the local scale[J]. Journal of Risk Research, 2016, 19(5):664-685.

[45] 段曉峰, 許學工. 海平面上升的風險評估研究進展與展望[J]. 海洋湖沼通報, 2008(4):116-122.

[46] 張平, 孔昊, 王代鋒, 等. 海平面上升疊加風暴潮對2050年中國海洋經(jīng)濟的影響研究[J]. 海洋環(huán)境科學, 2017, 36(1):129-135.

[47] Yin J, Yin Z E, Hu X M, et al. Multiple scenario analyses forecasting the confounding impacts of sea level rise and tides from storm induced coastal flooding in the city of Shanghai, China[J]. Environmental Earth Sciences, 2011, 63(2):407-414.

[48] Hu P, Zhang Q, Shi P J, et al. Flood-induced mortality across the globe: Spatiotemporal pattern and influencing factors[J]. Science of the Total Environment, 2018, 643: 171-182.

[49] Werner A D, Sharp H K, Galvis S C, et al. Hydrogeology and management of freshwater lenses on atoll islands: Review of current knowledge and research needs[J]. Journal of Hydrology, 2017, 551:819-844.

[50] Genua-Olmedo A, Alcaraz C, Caiola N, et al. Sea level rise impacts on rice production: The Ebro delta as an example[J]. Science of the Total Environment, 2016, 571: 1200-1210.

[51] 孫志林, 李光輝, 許丹, 等. 海平面上升對錢塘江河口鹽水入侵影響的預測研究[J]. 中國環(huán)境科學, 2017, 37(10):3882-3890.

[52] McKee K L, Vervaeke W C. Will fluctuations in salt marsh-mangrove dominance alter vulnerability of a subtropical wetland to sea-level rise?[J]. Global Change Biology, 2018, 24(3):1224-1238.

[53] 崔利芳, 王寧, 葛振鳴, 等. 海平面上升影響下長江口濱海濕地脆弱性評價[J]. 應用生態(tài)學報, 2014, 25(2): 553-561.

[54] 王寶強, 蘇珊, 彭仲仁, 等. 海平面上升對沿海濕地的影響評估[J]. 同濟大學學報(自然科學版), 2015, 43(4): 569-575.

[55] 張維然, 王仁濤. 2001—2020年上海市地面沉降災害經(jīng)濟損失評估[J]. 水科學進展, 2005, 16(6):870-874.

[56] 高超, 查芊郁, 阮甜, 等. 海平面上升研究進展的文獻分析[J]. 海洋科學, 2019, 43(2):97-107.

[57] Gao C, Ruan T. Bibliometric analysis of global research progress on coastal flooding 1995-2016[J]. Chinese Geographical Science, 2018, 28(6):998-1008.

[58] 劉源鑫, 趙文武. 未來地球——全球可持續(xù)性研究計劃[J]. 生態(tài)學報, 2013, 33(23):7610-7613.

[59] 文超祥, 劉健梟. 基于陸海統(tǒng)籌的海岸帶空間規(guī)劃研究綜述與展望[J]. 規(guī)劃師, 2019, 35(7):5-11.

[60] 秦大河. 氣候變化科學與人類可持續(xù)發(fā)展[J]. 地理科學進展, 2014, 33(7):874-883.

[61] 劉曙光, 劉洋, 尹鵬. 海平面上升對策問題國際研究進展[J]. 中國海洋大學學報(社會科學版), 2017(6):7-10.

[62] 王寶, 高峰, 王金平. 海岸帶綜合管理研究新趨勢及其對我國的啟示[J]. 世界科技研究與發(fā)展, 2015, 37(1): 105-109.

[63] Aerts J C J H, Botzen W J W, Emanuel K, et al. Evaluating flood resilience strategies for coastal megacities [J]. Science, 2014, 344(6183):473-475.

[64] Ward P J, Jongman B, Aerts J C J H, et al. A global framework for future costs and benefits of river-flood protection in urban areas[J]. Nature Climate Change, 2017, 7(9):642-646.

Research progresses in relative sea-level rise in China’s coastal regions

ZHENG Kaiyuan1, GAO Chao1,2,3*, ZHENG Xianxin4, YI Liaili5, TAN Linshan1,2, HUANG Yimeng6

( 1.School of Geography and Tourism Culture, Ningbo University, Ningbo 315211, China; 2.Ningbo Universities Collaborative Innovation Center for Land and Marine Spatial Utilization and Governance Research at Ningbo University, Ningbo 315211, China; 3.Institute of East China Sea, Ningbo University, Ningbo 315211, China; 4.Ningbo Administration and Service Center for Marine and Ecological Restoration of Natural Resource, Ningbo 315042, China; 5.Shenzhen High School of Science, Shenzhen 518129, China; 6.College of Teacher Education, Ningbo University, Ningbo 315211, China )

The coastal regions of China are deemed at risk due to their littoral locations from the world geographic perspective. The relative sea-level rise, which is super-imposed caused by sea-level rise and land subsidence, has become one of the critical issues for the economic development in the coastal regions across the world. Also, land subsidence has become the major determinant to affecting the relative sea-level rise in coastal regions of China for decades to come. The literature analysis is conducted to summarize research progresses on absolute sea-level rise and land subsidence. The investigations on the relative sea-level rise are now focused on causes, mechanism, simulation, risk assessment, dynamic monitoring, control, and management at home and abroad. Compared with the measures taken by some developed countries, the research conducted in this program on relative sea-level rise lags behind, especially in terms of land-and-sea cases, corresponding policies, and management. To fast implement the strategy of “the Belt and Road Initiative”, the research on the relative sea-level rise should be in conjunction with the characteristics of urbanization and trend of relative sea-level rise as well as meet the needs of eco-civilization and sustainable development. The key points and directions of relative sea-level rise research in the future would be focused on building the prediction model, risk appraisal, and hazards management systems, suitable for China’s coastal regions.

coastal regions; relative sea-level rise; land subsidence; trend; sustainable development

P33

A

1001-5132（2022）02-0113-08

2021?04?07.

寧波大學學報（理工版）網(wǎng)址: http://journallg.nbu.edu.cn/

國家自然科學基金（41871024, 42001014, 42001025）; 教育部人文社會科學研究一般項目（20YJCZH180）;浙江省基礎公益研究計劃項目（GF21D010009）; 寧波市公益類科技計劃項目（202002N3200）.

鄭楷源（1997－）, 男, 浙江寧波人, 在讀碩士研究生, 主要研究方向: 水文及海岸帶自然災害. E-mail: zky490547738@163.com

高超（1978－）, 男, 安徽全椒人, 博士/教授, 主要研究方向: 氣候變化與水文水資源. E-mail: gaoqinchao1@163.com

（責任編輯 史小麗）