中國沿海海平面上升風險區劃方法研究

李響，劉克修，董軍興，王慧，段曉峰，張建立，林峰竹

（國家海洋信息中心，天津 300171）

1 引言

海平面上升是緩發性災害，已經成為人類的主要威脅之一。海平面的持續上升將加劇中國沿海地區土地淹沒、風暴潮和洪澇災害，城市抗災能力降低，土壤鹽漬化加重，以及由咸潮入侵造成的水資源短缺，沿海地區建筑物安全及生態資源受到威脅，直接影響社會經濟發展和人民生產生活。為此，區劃海平面上升的潛在風險，有助于估算全球氣候變暖條件下未來中國近海海平面上升的影響程度，對科學應對海平面上升可能造成的影響有著重要的意義[1]。

全球海平面上升將帶來嚴重影響，已引起各國政府和科學家廣泛關注。最早的海岸脆弱性評估方法是基于Gornitz[2]提出的海岸脆弱性指數（Coast?al Vulnerability Index）和風險等級（Risk Class）的概念，隨后多判據分析方法被引入海岸風險評估中[3-6]。在我國，中國科學院地學部[7]組織對珠江、長江、黃河和天津地區進行了海平面上升影響調研，并編寫了調研報告。近年來，大量研究涉及海平面上升對海岸環境和社會經濟的影響，重點在于海平面上升對我國大型三角洲及其沿岸大中城市的影響，一般利用遙感和GIS技術對海岸受淹面積、受淹人口、港口及防洪排澇設施、風暴潮災害、相關損失等方面進行分析或估算[8-12]。

由于各地區間的自然環境與社會經濟發展水平差異較大，對全球變化帶來的影響表現不同，各地方管理和決策者應對防范措施和適應性管理方式也不完全一致，因此區劃各地區海平面上升的風險更具有現實意義。本文基于自然災害風險理論研究提出了一套適用于中國沿海地區海平面上升風險區劃的方法，根據沿海地區地理狀況、社會經濟和抗災能力以及未來海平面上升預估結果，評估海平面上升對我國11個沿海省（自治區、直轄市）和53個沿海城市（地區）社會經濟發展產生的風險并作出區劃。

2 方法

基于自然災害風險形成機制[13]和海平面上升致災過程及原理，海平面上升風險區劃，分別從危險性[14]、暴露性[15]、脆弱性[16]和防災減災能力[14]4 個方面對海平面風險進行分析。

2.1 指標體系

綜合考慮海平面上升風險區劃指標體系確定的目的性、系統性、科學性、可比性和可操作性原則，結合我國沿海地區各評估單元的實際情況和資料獲取的難易程度，確定海平面上升風險指標體系，分為因子層、副因子層和指標層，并選取了11個指標用來描述海平面上升風險（見表1）。海平面上升的危險性主要考慮自然因素的影響，評估海平面變化、地形狀況和潮位水位三個方面；海平面上升及其引發的次生災害會對社會經濟和人民生產生活產生較大影響，主要從人口和經濟兩個方面分別評估海平面上升的暴露性和脆弱性；科學的應對海平面上升能夠減緩相對海平面上升和降低災損程度，主要從人力資源狀況和財力狀況兩個方面評估防災減災能力。

各指標說明：

上升速率（H1）：根據沿海地區海平面監測站觀測數據計算得到的相對海平面上升速率，mm/a；

年較差（H2）：根據沿海地區海平面監測站觀測數據計算得到的年最高月均海平面和最低月均海平面的高度差，cm；

地面高程狀況（H3）：基于數字地面高程數據，計算評估單元高程5 m以下的面積占總面積的比例，%；

岸線長度（H4）：評估單元大陸海岸線總長度，km；

最高高潮位（H5）：相對于當地平均海平面的最高高潮位觀測值，cm；

表1 海平面上升風險區劃指標體系

居民總數（E1）：評估單元人口總數，萬人；

GDP（E2）：評估單元地區生產總值，億元；

人口密度（V1）：評估單元居民總數/評估單元總面積，人/km2；

單位平方公里GDP（V2）：評估單元地區生產總值/評估單元總面積，萬元/km2；

從業人口比例（R1）：評估單元從業人口/評估單元人口總數，%；

地方財政收入（R2）：評估單元地方財政一般預算收入，億元。

由于各項指標的特征和影響程度不同，利用專家打分和層次分析方法計算各區劃指標的權重系數。海平面上升風險區劃指標體系的各層次因子（指標）的權重系數，見圖1。

（1）危險性指標分析

海平面變化特征分別選取海平面上升速率和海平面上升的年較差來表征評估單元相對海平面變化狀況，海平面上升的速率越大、年較差越大，則危險性越大。選用平均地面高程和海岸線長度來表征地形因素的影響，高程越低、岸線越長，則評估單元面臨海平面上升的危險性越大。海平面上升加劇了風暴潮、海浪等海洋災害的致災程度，選用相對于當地平均海平面的歷史最高高潮位表征潮位水位狀況，最高高潮位越高，危險性越大。

（2）暴露性指標分析

選用評估單元總人口數表征人口的暴露性，選用評估單元地區生產總值（GDP）表征經濟的暴露性，人口越多，GDP越高，則該地區暴露在海平面上升危險因子的人和財產越多，可能遭受潛在損失就越大，海平面上升風險越大。

（3）脆弱性指標分析

選用評估單元人口密度表征人口脆弱性，選用單位平方公里GDP表征經濟脆弱性，人口密度越大，單位GDP越高，則受災財產價值密度越高，海平面上升危險因素可能造成的傷害或潛在損失程度就越大，海平面上升風險越大。

圖1 區劃指標權重系數

（4）防災減災能力指標分析

選用從業人口比例表征抗災人力資源情況，從業人口比例越高，防災減災中能夠調動的人員就越多，防災減災能力越高。選用地方財政一般預算收入表征減災財力投入，地方稅收越高，可以用于防災減災的資金越多，防災減災能力也越高，可能遭受潛在損失越小，海平面上升風險越小。

2.2 數據處理模型

由于各指標的單位和量級不同，為了合理和方便計算，采用數據處理模型將指標進行標準化。數據處理應遵循可比較原則，對各評估單元間的評估指標進行標準化處理，形成的標準化量值反映海平面上升對評估因子在不同評估單元間的影響程度。評估指標的標準化量值用于評估模型的計算。

將各評估單元某指標p的數值排列成一數據序列 p1，p2，……，pn，其中n為評估單元的個數。

處理公式如下：

式（1）中,Ai為第i個評估單元指標 p的標準化量值；i為評估單元序號，i=1，2，…，n；Pi為第 i個評估單元的指標數值；N為量化參數，一般將量化參數N取為4，即Ai的取值范圍應介于1—5之間。

2.3 風險評估模型

利用加權綜合評分法，構建海平面上升風險評估模型，利用各評估單元指標分級后的結果分別計算危險性指數（H）、暴露性指數（E）、脆弱性指數（V）和防災減災能力指數（R）等風險因子，綜合各風險因子計算獲得海平面上升風險指數。

危險度指數計算模型：

式（2）中，H為危險度指數，Hi為危險度評估的第i個指標，ai為第i個危險度指標的權重系數，n為危險度指標的個數。

暴露性指數計算模型：

式（3）中，E為暴露性指數，Ei為暴露性評估的第i個指標，bi為第i個暴露性指標的權重系數，n為暴露性指標的個數。

脆弱性指數計算模型：

式（4）中，V為脆弱性指數，Vi為脆弱性評估的第i個指標，ci為第i個脆弱性指標的權重系數，n為脆弱性指標的個數。

防災減災能力指數計算模型：

式（5）中，R為防災減災能力指數，Hi為防災減災能力評估的第i個指標，di為第i個防災減災能力指標的權重系數，n為防災減災能力指標的個數。

風險指數計算模型：

式（6）中，SLRI為海平面上升的風險指數，α、β、γ、δ分別為危險度、暴露性、脆弱性和防災減災能力指數的權重系數。

該模型在滿足一定條件時對SLRI和各因子適用。當風險區沒有危險性、暴露性和脆弱性，那么這里也就沒有災害風險存在，即H=0或E=0或V=0時，SLRI=0；當風險區沒有實際的防災減災能力，那么風險就等同于危險性、暴露性和脆弱性共同產生的后果，即 R=0，則SLRI=Hα×Eβ×Vγ。

2.4 風險區劃標準

為了沿海各級政府科學應對海平面上升可能帶來的影響，根據計算的海平面上升風險值的大小和中國沿海地區海平面上升及影響的現狀，設置海平面上升風險等級劃分標準，將各評估單元的海平面上升風險由高到低區劃為Ⅰ級（高風險）、Ⅱ級（較高風險）、Ⅲ級（中等風險）和Ⅳ級（低風險）風險等級。

表2 海平面上升風險等級劃分

3 風險分析與區劃

國際上一般定義靠近海岸線、海拔10 m以下的地區為低海拔沿海地區（LECZ），低海拔沿海地區目前僅占世界陸地面積的2%，卻居住了13%的城市人口，是海平面上升和氣候變化的脆弱區域。根據中國沿海90 m分辨率數字地面高程數據（DEM）計算得到，我國沿海海拔低于10 m的區域面積約為12.6萬平方千米，約占國土總面積的1.3%（見圖2）。我國生活在這一地區的人口約為1.4億人，是全球低海拔地區人口最多的國家。隨著沿海經濟發展，目前我國人口向沿海移動的趨勢仍然十分明顯，這個區域生活的人們需要根據當地的實際情況考慮他們面臨的潛在風險。

為了更好的向國家和地方政府提供參考，按照沿海省和沿海城市兩級進行區劃。省級評估按照11個沿海省（直轄市、自治區）劃分為11個評估單元。市級評估劃分為52個評估單元，其中包括：遼寧省的6個沿海城市、河北省的3個沿海城市、山東省的7個沿海城市、江蘇省的3個沿海城市、浙江省的7個沿海城市、福建省的6個沿海城市、廣東省的14個沿海城市、廣西的3個沿海城市、天津和上海2個直轄市以及海南地區（由于海南省采用省管縣的行政管理模式，為了和其它評估單元匹配，將其整體作為一個評估單元）。這樣劃分的優點在于：適應當前我國以行政區為單位的管理特點；許多評估數據，特別是社會、經濟的統計數據有可靠的數據來源，便于進行信息匯聚和分析評估；制定防災減災應對策略時更具有針對性和可實施性，如規劃、組織生產、抗災、救災、投資和工程設計等。

圖2 中國低海拔沿海地區分布

3.1 指標數據及處理

對收集到的海平面影響相關數據進行整理計算，獲得各評估指標值，其中海平面及潮位數據通過中國沿海35個長期驗潮站數據計算得到，地形數據為SRTM衛星遙感90m分辨率數字地面高程數據產品，各沿海城市社會經濟數據引自中國統計年鑒2011年的統計數據[17]，各沿海省社會經濟數據采用所轄沿海城市的數據累加結果。用指標數據的處理模型將各項評估指標值標準化，由于篇幅所限本文不在這里將各個沿海省、沿海城市的各項指標數據及標準化后的結果一一列出。

3.2 以沿海城市為評估單元的風險區劃

根據風險評估模型和計算方法，將53個沿海城市的各評估指標標準化量值帶入風險評估模型公式中，計算中國沿海地區各市級評估單元海平面上升的危險性指數（H）、暴露性指數（E）、脆弱性指數（V）、防災減災能力指數（R）和風險指數（SLRI），計算結果見表3。

（1）風險分析

從各評估單元的自然環境來分析，上海、天津、南通、鹽城、嘉興、連云港、盤錦等城市的海平面上升速率較高且地勢低洼，極易受到海平面上升的直接影響，危險性最大；大連、舟山、海南、湛江等地區海平面上升速率高岸線長度長，易受到海平面上升的影響，其危險性較大；廣西和福建沿海、浙江和廣東沿海大部分地區、山東和遼寧沿海的部分地區多丘陵、地勢較高受到海平面上升的影響較小，其危險性較低。從人口和經濟的暴露性來看，上海、天津、廣州、青島、深圳、杭州等城市的居民總數或地區生產總值較大，它們暴露在海平面上升風險下的程度也較高；葫蘆島市、丹東市、潮州市、珠海市、盤錦市、北海市、舟山市、防城港市等城市的居民總數或地區生產總值較小，它們暴露在海平面上升風險下的程度也較低。從人口和經濟的脆弱性來看，上海、深圳、廣州、天津、廈門、南通、嘉興等城市不但居民總數或地區生產總值較高而且轄區面積相對不大，人口密度、單位面積上的經濟發展程度高，海平面上升后受到的影響明顯，是海平面上升較為脆弱的地區。上海、深圳、廣州、天津、杭州、寧波、廈門、大連、青島、珠海等城市的從業人口比例高或財政收入高，抗御海洋災害的能力強，其應對海平面上升的防災減災能力較高。

表3 沿海城市風險評估指數計算結果

（續表）

綜合各沿海城市的海平面上升危險性、人口和經濟的暴露性和脆弱性、防災減災能力評估結論，計算出沿海城市評估單元的海平面上升風險指數。上海和天津的危險性、暴露性、脆弱性和防災減災能力指數都比較高，其風險程度也是最大的。南通、嘉興的危險性大、人口和經濟的暴露性和脆弱性較大，但防災減災能力較弱，其風險程度很大。鹽城、連云港等城市雖然人口和經濟的暴露性或脆弱性較低，但危險性非常，其海平面上升的風險也比較高。廣州、深圳、杭州、寧波等城市的防災減災能力強，使得它們的海平面上升風險程度降低。

（2）風險區劃

根據各沿海城市的海平面上升風險值，參照風險等級劃分標準（見表2），劃分沿海城市的風險等級結果見表4。

根據沿海城市等級劃分結果，按照Ⅰ級（高風險）、Ⅱ級（較高風險）、Ⅲ級（中等風險）和Ⅳ級（低風險）4個風險等級，繪制中國沿海海平面上升的地市級風險區劃圖（見圖3a、b、c），可為國家和各沿海省（自治區、直轄市）沿海地區制定發展規劃提供參考依據。

表4 以沿海城市為評估單元的海平面上升風險區域劃分

3.3 以沿海省為評估單元的風險區劃

根據風險評估模型和計算方法，將11沿海省（自治區、直轄市）的各評估指標標準化量值帶入風險評估模型公式中，計算獲得中國沿海地區各省級評估單元的危險性指數（H）、暴露性指數（E）、脆弱性指數（V）、防災減災能力指數（R）和海平面上升風險指數（SLRI），計算結果見表5。

表5 沿海省風險評估指數計算結果

（1） 風險分析

危險性主要考察評估區的自然屬性，上海、江蘇、天津、遼寧和浙江由于海平面上升速率較大、海岸線長，其中上海、江蘇、天津低海拔地區的范圍占轄區面積的比例非常高，導致其危險性指數較高；廣西沿海由于海平面上升速率相對較低、受影響的范圍小、岸線長度較短等其海平面上升的危險性最低。人口和經濟的暴露性主要評估各評估單元沿海地區的人口數和GDP，廣東沿海人口多經濟水平高，暴露在海平面上升危險下的程度較高，山東、浙江、上海等次之；遼寧、河北、廣西和海南沿海人口相對較少、經濟發展程度還相對較低，暴露在海平面上升危險下的程度較低。從人口和經濟的脆弱性角度來分析，上海、天津等地區人口密度大、單位面積上的地區生產總值高，其人口和經濟的脆弱性相對較高；其它省區由于沿海地區面積較大，導致整體的人口密度和單位GDP相對較低，脆弱性也較低。對沿海省防災減災能力的評估主要考察其財政收入狀況和從業人員占總人口的比例，廣東、浙江、上海等地區的防災減災能力較強，廣西、海南等地區的防災減災能力較弱。

綜合各沿海省的海平面上升危險性、人口和經濟的暴露性和脆弱性、防災減災能力評估結論，計算出沿海省海平面上升風險指數。上海、江蘇、天津的風險指數較大，浙江、廣東、遼寧、山東、福建的風險指數次之，河北、海南、廣西的海平面上升風險程度相對較低。

（2）風險區劃

根據各沿海省（自治區、直轄市）的海平面上升風險值，參照風險等級劃分標準（見表2），劃分沿海省（自治區、直轄市）的風險等級結果見表6。

表6 以沿海省為評估單元的海平面上升風險區域劃分

需要特別說明的是，個別評估單元如廣東省，由于采取沿海城市數據平均的原因，在省級評估中它的海平面風險并不高，但廣東一些城市（如廣州、深圳、湛江、汕頭和中山等）的海平面上升風險還是較高的，所以管理海平面上升風險應根據不同的管理層級區分對待，在不同的管理層級采用相對應的處置措施，科學應對海平面上升。

根據沿海省（自治區、直轄市）等級劃分結果，按照Ⅰ級（高風險）、Ⅱ級（較高風險）、Ⅲ級（中等風險）和Ⅳ級（低風險）4個風險等級，繪制中國沿海海平面上升的省級風險區劃圖（見圖4）。

圖3 沿海城市海平面上升風險等級區劃圖

圖4 中國沿海省海平面上升風險等級區劃圖

4 結論和討論

從風險管理的角度，對于不同的風險等級需要采取的處置和應對方式不同。對于高風險的地區，需要立即采取相關措施，需要行政關注，在海岸帶開發建設是應充分考慮海平面上升的影響，進一步進行調查分析和開展海岸帶脆弱性評估；對于較高風險的地區，需要高層管理者關注，在海岸帶開發建設是應充分考慮海平面上升的影響，可根據需求進一步調查分析和評估海岸帶脆弱性；對于中等風險的地區，可能需要采取必要的應對措施，必須明確風險管理職責；對于低風險的地區，可以暫不需要采取行動、按常規管理程序處理。

風險區劃的結果直接受制于所能獲取的信息量，只有得到充足的數據信息才能使評估結論可靠和實用。本文的指標體系有待進一步完善，可以設置更多的指標，以使得區劃結果更加客觀全面。但是，由于搜集中國沿海大量海平面及其影響信息、社會經濟發展和生態環境數據是十分困難的，受到數據資料的影響，本文的風險區劃綜合考慮了我國沿海地區各評估單元的實際情況和資料獲取的難易程度，選擇的11個指標數據可從一些公開渠道獲取其來源可靠，相比之下較為實用。此外，本文的風險區劃主要考慮了社會經濟方面的影響，而沒有涉及生態環境方面，可以適當增加生態環境方面的指標，但由于全國沿海的相關數據較少，此項工作目前還存在較大的難度。

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