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攝影：張小全/TNC

導(dǎo)語：海岸帶是人類活動聚集和人口定居的熱點地區(qū)，同時也是生態(tài)環(huán)境脆弱、自然災(zāi)害頻發(fā)的區(qū)域。隨著氣候變化而日益加劇的海岸帶災(zāi)害和海平面上升嚴重威脅著沿海社區(qū)居民的生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟發(fā)展。本期解鎖自然的力量系列長文將帶您了解海岸帶生態(tài)系統(tǒng)（如紅樹林、珊瑚礁、牡蠣礁、鹽沼濕地和海草床）抵御和減緩海岸帶災(zāi)害的作用，并將重點解讀：基于自然的解決方案（Nature-based Solutions, NbS）如何提升海岸帶韌性。

沿海地區(qū)是全球災(zāi)害的重災(zāi)區(qū)

近年來全球沿海地區(qū)的人口增長趨勢顯著，2010年全球19億人居住在距離海岸線不到100公里的區(qū)域，占全球總?cè)丝诘?8%，預(yù)計到2050年這一數(shù)據(jù)將超過24億。沿海地區(qū)的大多數(shù)人口都集中在人口密度高的城市中，例如，在2010年全球三十個人口數(shù)量超過5百萬的大型城市中，有十七個分布在沿海地區(qū)（Kummu et al.，2016）。

隨著氣候變化而造成的海平面上升、全球海水變暖以及熱帶氣旋等極端氣候事件日漸頻繁，導(dǎo)致如風(fēng)暴潮、海浪、洪澇、岸線侵蝕、臺風(fēng)等海岸帶災(zāi)害風(fēng)險正逐年增加，威脅著數(shù)以千萬計的沿海地區(qū)居民的生命財產(chǎn)安全，尤其是海拔低于10米的沿海低洼地區(qū)及生活在此的6.8億人口（IPCC，2019；World Bank，2016）。

全球沿海地區(qū)面臨的海平面上升的風(fēng)險 | 來源：IPCC（2019）

海岸帶災(zāi)害對沿海經(jīng)濟發(fā)展帶來了嚴重的負面影響。例如，過去10年間，保險行業(yè)賠付了超過3000億美元的海岸帶災(zāi)害險，用于重建應(yīng)對風(fēng)暴和洪澇的基礎(chǔ)設(shè)施（World Bank，2016）。到2050年，預(yù)計全球濱海城市每年遭受的洪水災(zāi)害將造成1百萬億美元的損失（Hallegatte et al.，2013）。

受2005年颶風(fēng)查利嚴重影響的美國佛羅里達州蓬塔戈爾達 | 攝影：Carlton Ward Jr./Courtesy of TNC

我國海岸帶災(zāi)害風(fēng)險

我國的海岸岸線全長約18000公里，全國70%以上的大城市都集中于此，東部沿海的省市更是在全國國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）排行中名列前茅，是我國經(jīng)濟最活躍、人口聚集程度最高的地區(qū)（王春子等，2013）。

中國也是世界上受海洋災(zāi)害影響最嚴重的國家之一，具有災(zāi)害種類多、分布廣、頻率高、損失大等特點，嚴重威脅著我國沿海地區(qū)人民群眾的生命財產(chǎn)安全和生態(tài)文明建設(shè)，成為制約沿海經(jīng)濟社會發(fā)展的重要因素之一。據(jù)《中國海洋災(zāi)害公報》統(tǒng)計，近10年來（2010-2019年）海洋災(zāi)害導(dǎo)致我國沿海地區(qū)直接經(jīng)濟損失1001.22億元，死亡（含失蹤）628人，其中僅2019年海岸帶災(zāi)害造成直接經(jīng)濟損失達117.03億元（自然資源部海洋預(yù)警監(jiān)測司，2011-2020）。

全國海洋災(zāi)害綜合風(fēng)險圖 | 來源：自然資源部海洋預(yù)警監(jiān)測司（2019)

我國的海洋災(zāi)害中，以風(fēng)暴潮和海浪（風(fēng)浪與涌浪）這兩種海岸帶災(zāi)害為主。過去十年間（2010—2019年），我國風(fēng)暴潮災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟損失超過865.9億元，約占海洋災(zāi)害總直接經(jīng)濟損失的86%。我國海浪災(zāi)害是發(fā)生最頻繁的災(zāi)害類型，導(dǎo)致的死亡（含失蹤）人數(shù)最多，占海洋災(zāi)害死亡人數(shù)的90%以上（自然資源部海洋預(yù)警監(jiān)測司，2011-2020）。

海岸帶生態(tài)系統(tǒng)

具有極其重要的防災(zāi)減災(zāi)功能

在海岸帶防災(zāi)減災(zāi)越來越緊迫，尤其是氣候變化對海岸帶帶來的影響越來越嚴峻的今天。降低海岸帶氣候變化風(fēng)險的措施可能包括：改變海岸帶開發(fā)建設(shè)空間布局、開發(fā)海洋災(zāi)害預(yù)警響應(yīng)系統(tǒng)，以及建設(shè)并強化海岸帶防護性設(shè)施（McIvor et al.，2012）。

在傳統(tǒng)海岸帶防護設(shè)施中，海堤、海墻、防波堤等“硬質(zhì)”工程或“灰色”基礎(chǔ)設(shè)施被廣泛應(yīng)用，但存在著維護成本高和難以更新的問題，更可能對生態(tài)環(huán)境造成傷害（World Bank，2016）。

佛羅里達州被颶風(fēng)厄瑪損壞的防波堤 | 攝影：Jennifer Adler/Courtesy of TNC

大量研究表明，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)在抵御海岸帶災(zāi)害方面發(fā)揮著重要的作用。紅樹林、鹽沼、海草床、珊瑚礁、牡蠣礁等海岸帶生態(tài)系統(tǒng)能夠有效消浪緩流、護淤促灘，并適應(yīng)海平面上升，從而減少風(fēng)暴、洪澇與岸線侵蝕對沿海社區(qū)和設(shè)施帶來的破壞（Losada et al.，2018）。如紅樹林、海草床和鹽沼等能夠穩(wěn)定水中的泥沙顆粒，作為緩沖帶減緩海浪沖擊到岸邊的力度。近岸潮下帶的珊瑚礁和牡蠣礁能夠起到類似防波堤的物理防護效果。這些生態(tài)系統(tǒng)還能夠通過增加下墊面摩擦阻力起到消浪緩流的作用[1]。

[1] https://coastalresilience.org/

健康的海岸帶生態(tài)系統(tǒng)通過消減波浪能對海岸帶設(shè)施的防護作用示意圖 | 來源：https://coastalresilience.org/

研究表明，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)平均可以消減浪高35-71% （Narayan et al.，2016）。紅樹林的防護效益體現(xiàn)在其消減風(fēng)浪與涌浪的波高、降低風(fēng)暴潮高峰水位、減弱海面風(fēng)速等作用。紅樹林的物理結(jié)構(gòu)特征，尤其是它們的氣生根，增加了海浪通過的生物體密度（即阻擋物），從而起到消減波浪能的作用；紅樹林還提高了下墊面粗糙度，增加了摩擦阻力，從而進一步降低水流速度；另外，紅樹林林冠也通過降低風(fēng)速，從而減少風(fēng)浪的形成。據(jù)研究，100米和500米寬的紅樹林帶可分別消減波高13-66%和50-99%（McIvor et al.，2012）。面對風(fēng)暴潮，每千米寬的紅樹林帶可將最高水位消減4-48厘米（Krauss et al.，2009；Zhang et al.，2012）。弱風(fēng)（<5米/秒）和強風(fēng)（>15米/秒）下紅樹林可分別減低風(fēng)速85%和50%以上（陳玉軍等，2012）。紅樹林甚至可以在一定程度上抵御海嘯災(zāi)害，降低其洪澇深度、流速、增水高度和淹沒范圍等。數(shù)值模型預(yù)測，數(shù)百米寬度的紅樹林可以使海嘯造成的洪澇深度降低5-30%（World Bank，2016）。

紅樹林氣生根的消浪緩流作用 | 攝影：Shane Gross/Courtesy of TNC

珊瑚礁可消減高達97%的波浪能（Ferrario et al.，2014）。造礁珊瑚產(chǎn)生的大量碳酸鈣外骨骼所形成的高大立體的礁體，可以通過物理阻擋使海浪破碎，同時在水流通過時增加下墊面摩擦阻力，起到與低矮防波堤相似的海岸線防護作用，甚至能在如臺風(fēng)、颶風(fēng)等熱帶氣旋通過時提供關(guān)鍵的防護作用（World Bank，2016）。鹽沼對波高的消減率最高可達72%，海草床為36%（Narayan et al.，2016）。

海岸帶生態(tài)系統(tǒng)作為海岸帶防護的一種手段，無論是單獨作為防災(zāi)減災(zāi)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施，或是與其他防護措施（如海堤等工程結(jié)構(gòu)）共同構(gòu)成“灰-綠“復(fù)合型的生態(tài)海防體系，在減少災(zāi)害風(fēng)險方面都能起到重要作用，加強海岸帶的生態(tài)和社會經(jīng)濟韌性（Lewis，2005）。

海岸帶生態(tài)系統(tǒng)面臨的威脅

人類活動、海岸帶開發(fā)建設(shè)和氣候變化也導(dǎo)致了關(guān)鍵的海岸帶生態(tài)系統(tǒng)急劇退化，削弱了其防災(zāi)減災(zāi)功能。世界上58%的主要珊瑚礁位于十萬人口以上城市的25公里范圍內(nèi)，64%的紅樹林分布在人口聚集中心附近（Hassan et al.，2005）。在過度捕撈、水質(zhì)污染、沿岸開發(fā)建設(shè)（造成沉積物堆積或直接砍伐）等區(qū)域性威脅以及全球性海水變暖和酸化的影響下，全球30-50%的濱海生態(tài)系統(tǒng)已退化（Zedler et al.，2005）。1980~2010年間19%的紅樹林已消失（Spaldinget al.，2010），至少75%的珊瑚礁正面臨威脅（Burke et al.，2011），85%的牡蠣礁已消失（Beck et al.，2009）。隨之失去的是這些生態(tài)系統(tǒng)重要的生態(tài)效益，包括海岸線防護作用，致使沿海地區(qū)居民的生命財產(chǎn)安全更多的暴露在海岸帶災(zāi)害風(fēng)險之下。

基于自然的解決方案：

海岸帶韌性工具(NbS-CR)

利用諸如紅樹林、珊瑚礁等自然生態(tài)系統(tǒng)進行防災(zāi)減災(zāi)的措施需要因地制宜，依據(jù)當(dāng)?shù)睾０稁?zāi)害風(fēng)險、社會經(jīng)濟損失和自然生態(tài)系統(tǒng)狀況，識別在哪里、以何種形式NbS能夠最適宜、最具成本效益的減緩災(zāi)害影響（Ferdana et al.，2010）。

為此，大自然保護協(xié)會（TNC）自2007年起，與美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）、自然資本項目（Natural Capital Project）、ESRI（地理信息系統(tǒng)技術(shù)提供商）以及多所高校和研究院所等合作伙伴，共同開發(fā)了海岸帶韌性工具（Coastal Resilience，CR），用于評估海岸帶災(zāi)害風(fēng)險及其分布，并提出基于自然生態(tài)的減災(zāi)行動建議，旨在幫助規(guī)劃單位、政府機構(gòu)以及周邊社區(qū)制定風(fēng)險規(guī)避、岸線修復(fù)以及增強恢復(fù)能力的空間規(guī)劃與策略[2]。

[2] http://coastalresilience.org

基于網(wǎng)頁的應(yīng)用模型和制圖工具

海平面上升預(yù)測工具：模擬不同氣候變化情景下的海平面上升程度，及其導(dǎo)致的土地淹沒幾率。

紐約州海平面上升模擬結(jié)果，藍色為不同氣候變化情景下的淹沒幾率 | 來源：coastalresilience.org

災(zāi)害風(fēng)險評估工具：風(fēng)險指數(shù)是由暴露度與脆弱性共同決定的。暴露度是通過模擬地形、地貌、波高、風(fēng)向等自然因素，結(jié)合海平面上升計算未來海岸帶風(fēng)暴等災(zāi)害發(fā)生的幾率；而脆弱性則是從社會經(jīng)濟角度，分析當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)在災(zāi)害發(fā)生時應(yīng)對的條件和能力，考慮的指標(biāo)包括財產(chǎn)分布和人口密度等。

海岸線防護應(yīng)用工具：專門用于量化海岸帶生態(tài)系統(tǒng)消減波浪能的程度，可針對珊瑚礁、紅樹林、海草床、鹽沼濕地和牡蠣礁進行模擬運算。

目前這套工具在全球已經(jīng)有超過100個社區(qū)參與，涉及11個國家，包括美國十七個沿海州、加勒比海的格林納達、墨西哥以及亞太地區(qū)的澳大利亞等地，為當(dāng)?shù)夭捎没谧匀坏姆罏?zāi)減災(zāi)方案提供了理論依據(jù)。

案例：

美國阿拉巴馬州牡蠣礁生態(tài)減災(zāi)最佳修復(fù)點的識別

背景

位于美國墨西哥灣北部的阿拉巴馬州，其海岸帶地區(qū)曾分布著超過三米高的潮下帶牡蠣礁，防護著海岸線上的鹽沼濕地不受侵蝕，也為海草床的生長提供了清潔的水質(zhì)和平靜的生長環(huán)境（Scyphers et al.，2011）。然而，據(jù)NOAA統(tǒng)計，墨西哥灣的牡蠣礁已經(jīng)減少了50%，隨之而來的是鹽沼濕地、海草床以及灘涂的大面積退化——部分海岸線因侵蝕而流失的速率最高可達每年1.86米（Jones et al.，2012）。按該州600英里的海岸線長度預(yù)計在五十年內(nèi)將損失18000英畝土地，價值18億美元（Ysebaert et al.，2019）。

措施

在墨西哥灣漏油事件后，由TNC牽頭的海岸帶修復(fù)聯(lián)盟在阿拉巴馬州共同發(fā)起了“100-1000：修復(fù)阿拉巴馬州海岸”項目，旨在修復(fù)100英里的牡蠣礁，進而穩(wěn)固海岸線，促進1000英畝的鹽沼濕地與海草床恢復(fù)（Ysebaert et al.，2019）。

利用海岸帶韌性工具，識別出要修復(fù)的100英里牡蠣礁組成的“防波堤”最具效果的位點。除了使用上述風(fēng)險評估工具識別受災(zāi)嚴重的區(qū)域外，還應(yīng)用了“修復(fù)指南”工具，根據(jù)牡蠣生長所需的環(huán)境因素與生態(tài)條件、社會經(jīng)濟條件（如就業(yè)率）以及受災(zāi)情況（如岸線侵蝕速率）等，分析出生態(tài)減災(zāi)修復(fù)項目最適宜的地點。

左圖：海岸帶韌性模型識別的阿拉巴馬州Mobile海灣風(fēng)險指數(shù)分布圖，紅色為高風(fēng)險區(qū)，藍色為低風(fēng)險區(qū)；右圖：用“修復(fù)指南”工具分析該海灣適宜牡蠣礁生態(tài)減災(zāi)的位置，深藍色為最具生態(tài)及社會經(jīng)濟價值的修復(fù)區(qū)域 | 來源：coastalresilience.org

成果

目前，已有10個牡蠣礁“防波堤”通過現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)實施落地，總長度達到3600米，保護著2英里的海岸線。

阿拉巴馬州的牡蠣礁防波堤采用的技術(shù)措施，自左上開始分別為：牡蠣殼袋、籠、牡蠣礁堡、牡蠣礁球及礁塊 | 來源：coastalresilience.org

監(jiān)測表明，該牡蠣礁修復(fù)項目有效減緩了岸線侵蝕。例如，在Swift Tract歷史上（1957-1981）岸線侵蝕速度為每年流失0.35米，而在牡蠣礁修復(fù)四年后降低到每年僅流失約0.02米（Ysebaert et al.，2019）。

除了防災(zāi)減災(zāi)外，該牡蠣礁修復(fù)項目也為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)帶來了就業(yè)機會，為有經(jīng)濟價值的魚、蝦、蟹等生物提供棲息地，促進了當(dāng)?shù)厣虡I(yè)捕撈和休閑海釣等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

美國墨西哥灣路易斯安那州沿岸牡蠣礁生態(tài)減災(zāi)修復(fù)項目，與阿拉巴馬州采用了相似的防波堤狀設(shè)計 | 攝影：Erika Nortemann/TNC

海岸帶生態(tài)系統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)效益的經(jīng)濟價值

從經(jīng)濟學(xué)角度上定量評估海岸帶生態(tài)系統(tǒng)所提供的防災(zāi)減災(zāi)效益的價值，能夠為這些生態(tài)系統(tǒng)的保護與修復(fù)工作提供更多的依據(jù)，也便于在規(guī)劃階段就納入這一自然基礎(chǔ)設(shè)施，設(shè)計出減緩海岸帶災(zāi)害風(fēng)險的最佳方案。

根據(jù)世界銀行導(dǎo)則推薦的“預(yù)期損失模型 “（Expected Damage Function，EDF）（World Bank，2016）的模擬分析表明，全球紅樹林每年保護著1800萬人免于受災(zāi)和價值820億美元經(jīng)濟財產(chǎn)不受損失。在我國，如果沒有紅樹林，那么沿海風(fēng)暴每年將會額外造成190億美元（即1340億元人民幣）的損失（Losada et al.，2018）。

澳大利亞昆士蘭州大片的紅樹林 | 攝影：Christopher Brunner /TNC Photo Contest 2019

通過EDF方法分析還表明，全球每年因為珊瑚礁的存在而避免了價值40億美元的預(yù)期損失，珊瑚礁保護了超過20萬人口安全。如果沒有珊瑚礁，每年由海岸帶災(zāi)害造成的損失將會翻倍（Beck et al.，2018）。

美國佛吉尼亞州沿岸的鹽沼濕地起到緩沖帶作用，保護著當(dāng)?shù)厣鐓^(qū) | 攝影：Peter Frank Edwards/Courtesy of TNC

基于自然的防災(zāi)減災(zāi)方案，

更具成本有效性

大量證據(jù)表明，利用海岸帶生態(tài)系統(tǒng)降低災(zāi)害風(fēng)險的這種基于自然的防災(zāi)減災(zāi)方案，可能比傳統(tǒng)“硬質(zhì)”防護工程更具成本有效性，尤其是考慮到自然生態(tài)系統(tǒng)能夠隨海平面上升而自我修復(fù)補充的特性（Narayan et al.，2016；Losada et al.，2018；Reguero et al.，2018）。對比修復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)與傳統(tǒng)建造的防波堤，在消波率相仿的情況下，在越南修復(fù)紅樹林的項目比建造防波堤的成本低了五倍；歐洲和美國的部分鹽沼濕地修復(fù)項目也比硬質(zhì)工程便宜了三倍（Narayan et al. 2016）；一般在熱帶地區(qū)人工建造防波堤的成本平均為每米1.98萬美元，而珊瑚礁修復(fù)項目每米平均成本僅需1290美元（Ferrario et al.，2014）。

攝影：Jennifer Adler

推動基于自然的生態(tài)減災(zāi)措施：

建議與機會

2004-2013年的十年間，全球共有總值近1980億美元的經(jīng)費用于建筑海岸帶硬質(zhì)防護工程，然而僅140億美元用于保護海岸帶生態(tài)系統(tǒng)，如果能將用于建筑硬質(zhì)工程10%的資金投入到保護和修復(fù)海岸帶生態(tài)系統(tǒng)上，那么我們在有效提升海岸帶應(yīng)對災(zāi)害韌性的同時，還能收獲其他生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能（McCreless et al.，2016）。

在海防體系中更多且適宜地采用基于自然的解決方案的建議包括：

鼓勵更多的采用“灰-綠”結(jié)合的海岸防護體系，例如生態(tài)堤；

關(guān)注海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的災(zāi)后修復(fù)工作，以維持其防護效益；

在土地利用和開發(fā)建設(shè)的空間規(guī)劃中，應(yīng)充分考慮并結(jié)合海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的減災(zāi)效益，預(yù)留出增長空間；

挖掘針對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)的減災(zāi)出現(xiàn)的可持續(xù)創(chuàng)新金融機制，如GDP計量體系、巨災(zāi)險和志愿交易市場等模式（World Bank，2017；Shepard et al.，2016）。

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