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中国沿海地区对全球变化的响应及风险研究

发布时间:2020-02-05 17:58所属平台:学报论文发表浏览:

摘要:中国沿海地区对全球变化的响应及风险具有高度的复杂性及不确定性,亟需深入开展相关研究。本研究着重回顾了近年来有关我国沿海地区陆域及海域对全球变化的响应特征、机制以及风险的若干研究成果。分析表明,自1960年代以来,全球变暖背景下我国沿海地区

  摘要:中国沿海地区对全球变化的响应及风险具有高度的复杂性及不确定性,亟需深入开展相关研究。本研究着重回顾了近年来有关我国沿海地区陆域及海域对全球变化的响应特征、机制以及风险的若干研究成果。分析表明,自1960年代以来,全球变暖背景下我国沿海地区陆域及相邻海域的表面温度上升趋势十分显著,上升幅度和速率均高于全球平均值;生物与非生物的物候变化显著,温暖期(春、秋季)明显变长,并以东中国海(渤、黄、东海)最为显著;海洋物种地理分布变化、生物季节演替和群落结构与功能异常突显,赤潮、绿潮等生态灾害频繁,赤潮有年代际增加现象,热带海域珊瑚白化加剧。

  分析还表明,自1980年以来,我国沿海地区出现越来越多的高温热浪,沿海海平面持续上升并不断达到新高度,特别是破纪录的极端高海温事件、超强台风-风暴潮和极端高水位频发,这使得沿海地区社会-生态系统的气候暴露度不断增大;同时,沿岸海域富营养化、大规模围填海、破坏性以及过度捕捞等人类活动加剧了社会-生态系统的气候脆弱性,沿海地区的洪涝灾害严重,滨海湿地生境和生物多样性减少。未来不同气候情景下中国东部尤其是东中国海很可能是全球升温和海平面上升幅度最大的海区之一。这表明未来我国沿海地区的灾害风险格局趋于复杂多变。为此,本研究指出了急需深入研究我国沿海地区全球变化综合风险的若干科学问题与关键技术。

  关键词:物理海洋学;中国东部;沿海区域;全球变化;响应;风险

全球经济

  近百年来,全球自然环境,特别是气候环境,正在经历以变暖为主要特征的变化,地球气候、环境和生态系统及生物多样性随之产生显著的变化[1]。全球变化正以各种形式不断出现,如气候变暖、海平面上升、旱涝灾害频繁、生物多样性减少以及近海富营养化加剧等现象。其中,全球变化的核心问题是气候变化。地球上的生态系统及生物多样性受到了气候变化的明显影响[2],未来难以适应气候变化的生态系统将面临生物多样性减少,甚至物种消失的威胁[3]。人类社会作为地球系统的重要成员也因此面临前所未有的威胁。

  由于地球自然环境变化较大,不同区域对全球变化的响应也有较大的差别。因此,陆地和海洋、沿海和内陆、平原和高原对全球变化的响应均有较大差异。在全球气候变化背景下,我国沿海地区面临日益严重的高温热浪、海平面上升、强台风-风暴潮和洪涝灾害等气候致灾事件的影响,气候灾害的形成机理、发生规律、时空特征和损失程度呈现出新的特点,尤其是灾害的突发性、异常性、难以预见性日益突出,灾害风险进一步加大[4]。我国沿海地区大约只占我国陆地总面积的14%,但居住了超过42%的人口,国内生产总值(GDP)占全国60%以上[5]。

  随着我国沿海地区经济快速发展,各类产业和人口还将向沿海地区加速聚集。与此同时,为弥补沿海地区土地资源短缺,实施了大规模的填海造地。仅2003—2011年期间,我国沿海围垦面积约为874.9km2[6]。调查表明,在1950—2003年期间,3次大规模的填海工程,我国失去了面积约2.19×104km2的沿海湿地,约占我国滨海沿岸湿地总量的50%[7]。

  因此,我国沿海地区社会-生态系统(概念见“2.2”)面对气候变化的暴露度和脆弱性愈加突显,综合风险格局复杂多变且存在较大不确定性。鉴于升温及海平面的上升是全球和我国沿海地区的两个主要气候特征,因此,本研究主要概述全球变化背景下我国沿海地区的陆域和相邻海域表面温度和海平面对气候变化的响应特征及机制,分析气候变化对我国沿海地区社会-生态系统的影响,从灾害风险理论的角度,总结分析未来气候情景下我国沿海地区的变化及未来的综合风险,提出需迫切开展的我国沿海地区全球变化综合风险研究的若干科学与评估技术问题。

  1我国东部地区对全球变化的响应特征、机制及其影响

  1.1温度

  我国东部地区(100°E以东的区域)位于欧亚大陆东边和北太平洋西部,在本研究中主要指我国沿海地区以及近海区域(渤海、黄海、东海和南海以及邻近海域,0°~45°N,100°~140°E。我国沿海地区拥有约1.8万km的漫长海岸线,而近海区域为西北太平洋的边缘海,有丰富的生境和生物多样性,对我国沿海地区经济社会的可持续发展有重要的支撑作用,但该地区对全球变化高度敏感[8-11]。

  最近的研究表明,20世纪60年代以来中国沿海地区的陆域及相邻海域呈现显著的变暖趋势。从西北延伸至东部沿海地区的陆域有明显的升温趋势,从台湾海峡南部向北至琉球群岛以西的我国渤海、黄海和东海(本研究简称为东中国海)的升温尤其显著;并且,东中国海的变暖速度要快于相邻陆地[8,12-13]。其中,1958—2018年,中国近海区域平均海表面温度(SST)的线性增量为0.98±0.19℃[12]。

  上述分析表明,全球变暖背景下中国沿海地区陆域和海域表面温度均呈现快速的上升,其中,陆域以内蒙古、华北地区及东南沿海等地的上升较为明显,东部相邻海域东中国海的升温最为显著。内蒙古、华北地区的显著升温可能与欧亚大气环流的年代际异常有关[8],还可能与土地开发利用引起的植被覆盖、地表蒸发、反照率的变化相关[14]。我国近海区域特别是东中国海快速升温的主要原因是由于全球变化背景下东亚季风的年代际减弱,以及北太平洋西边界流黑潮暖水入侵陆架的增强所致,而西北太平洋海气热通量的年代际变化则是次要原因。

  西北太平洋副热带高压的年代际增强和西伸既是我国沿海地区陆域和海域变暖,也是沿海和近海高温热浪频繁发生的重要原因[12,15-16]。近几十年来,全球和我国沿海地区的气候除了呈现显著的变暖趋势之外,夏季还频繁出现极端高温事件[17-19]。1982—2010年期间,全球约38%的沿岸地区极端高温出现频率明显增加[20],并对沿海经济社会造成严重影响。例如,2013年夏季中国东部大范围高温酷暑天气对经济社会的严重影响[21]。21世纪以来,我国东南沿海城市福州市的高温指数甚至超过传统的几大“火炉”城市[22]。

  随着全球气候变暖的加剧,夏季我国沿海地区的极端高温天气有愈演愈烈之势。在1960—2017年间,我国沿海地区年平均气温和SST以每十年0.30℃和0.15℃的速率上升,且屡屡出现破纪录的极端高温天气和海洋热浪(极端高SST)[15,17,23-24]。2016年8月东中国海出现破纪录的极端高SST,该海域SST的28.5℃和30.0℃等值线甚至延伸到36°N和32°N,为1980年以来的最北纬度[15。2017年和2018年继续出现海洋热浪,并造成重大经济损失[24-25]。

  2未来变化及综合风险

  2.1未来预估

  人类活动排放的CO2等温室气体引起的气候变化对地球系统产生了显著的影响,并将继续下去。IPCCAR5考虑了受社会经济条件影响的4种典型温室气候浓度路径(RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5,RCPs)情景及其在2100年相应的辐射强迫值,分别为2.6、4.5、6.0、8.5W/m2[58]。未来气候情景下中国近海很可能将继续显著升温,东中国海(渤、黄和东海)的升温幅度仍然最为突出[59-61]。

  随着全球气候与海洋的持续变暖,我国沿海海平面还将进一步升高。研究表明,21世纪末东海海平面上升幅度将高于南海[62]。基于CMIP5模式输出的动力海平面和比容海平面的分析表明,在RCP4.5情景下,到2100年东海和南海海平面将分别上升33~84cm和34~79cm(相对于1986—2005年平均);在RCP8.5情景下,东海和南海海平面分别上升47~122cm、49~109cm[63]。

  并且,相对于1986—2005年平均而言,21世纪的中国沿海的海平面将继续上升,至2050年将上升13~30cm[63];相对于20世纪末而言,到2100年,我国沿海海平面将上升28~64cm[64],东海海平面上升幅度将高于南海[62-63]。基于IPCC模式耦合比较计划第五阶段(CMPI5)的结果分析表明,在RCP4.5情景下我国近海区域普遍将继续升温并超过1℃。其中,东中国海的升温幅度最为明显,在2030—2039年、2060—2069年和2090—2099年间升温将会分别超过1、2、3℃左右,高于南海。到21世纪末,东中国海的升温将会接近5℃[61]。这与IPCCAR5预估的全球最大升温幅度(4.8℃)接近[65]。

  因此,未来东中国海有可能是全球升温和海平面上升幅度最大的海区之一[61-64];并且,在21世纪的近期(2020—2030年)、中期(2050—2060年)和远期(2090-2100年)等3个时期,东中国海的升温幅度都大于南海,且RCP8.5比RCP4.5情景的升温更显著[66]。

  3结语

  综上所述,全球变化背景下我国沿海地区的气候与环境发生了显著变化,沿海地区的社会-生态系统对全球变化产生了明显的响应。在海平面不断上升和强台风、强降水、极端径流等极端事件趋强趋繁的影响下,沿海地区百年一遇洪涝灾害重现期缩短,海岸面临海水入侵、海岸侵蚀和湿地生境丧失等影响。在海洋持续变暖、海平面上升和人类活动的干扰影响下,我国海岸带和海洋生态系统的结构和服务功能存在进一步变异的较高风险,包括滨海湿地进一步减少,珊瑚礁和红树林生态系统结构受损与功能退化,海洋生物资源分布格局的剧烈变化,近海渔业资源的严重衰退。

  这对依赖海洋生态系统提供支撑服务的沿海地区经济社会很可能产生更严重的负面影响。换言之,沿海地区经济社会的可持续发展将受到生态系统结构和服务功能变化的制约。未来在不同RCPs气候情景下,我国沿海地区将继续变暖,海平面持续上升、强台风、极端高温和海洋热浪等极端事件将很可能进一步加剧,并且,随着沿海地区经济社会的发展和人口聚集,社会-生态承灾体系统的暴露度和脆弱性呈现更为显著的动态变化。因此,多气候致灾因子与承灾体暴露度和脆弱性的相互作用将趋于复杂多变,既使得沿海地区全球变化风险格局存在极大不确定性,也使得对沿海地区全球变化风险的研究与评估存在极大困难。为深入认识未来不同气候情景下我国海岸带和沿海地区全球变化综合风险格局,急需开展以下若干科学问题的研究及关键技术的研发。

  一方面,需要加强开展未来不同RCPs气候情景下多气候致灾因子的演变、发生和发展规律及其致灾叠加影响研究,如未来气候情景下区域相对海平面的变化叠加超强台风、强降水和极端径流等气候致灾因子的危险性,以及我国沿海地区多承灾体系统,如社会经济、港口工程、海岸带和海洋生态系统对海平面变化、超强台风、极端径流、极端高温和海洋热浪的响应特征、机制及暴露度与脆弱性;另一方面,还需要加强多气候致灾因子与多承灾体系统暴露度和脆弱性相互作用机理的研究以及脆弱性与综合风险评估关键技术的研发,定量研究与评估未来气候变化对沿海地区经济社会可持续发展的影响及综合风险,从而为我国沿海地区应对气候变化,开展全球变化综合风险防范以及经济社会的可持续发展提供科学支撑。

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