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海平面上升之忧

2020-04-21 10:25:10    来源: 中国自然资源报    作者:赵宁

海洋占地球表面积71%,然而随着气候变化导致全球海平面上升,台(飓)风风暴潮产生的破坏性灾害随之上升。即使海平面上升10厘米,对全球许多沿海地区也将带来更大的灾害风险。

今年的4月22日是第51个世界地球日。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》显示,气候变化正在改变海洋,海平面在加速上升。近日,自然资源部第三海洋研究所研究员蔡榕硕针对我国沿海地区陆域及海域对全球海平面上升的响应特征、机制以及风险进行了分析,并提出应对海平面上升等气候变化现象的措施和建议。

持续上升的海平面

IPCC发布的特别报告指出,19世纪末至20世纪初,全球海平面从过去两千年相对较低的平均上升速率向更高的上升速率转变。20世纪初以来,全球海平面上升速率不断加快。1901~2010年期间,全球平均海平面上升了0.19米。

“在全球变暖背景下,覆盖地球表面积71%的海洋吸收了约93% 因温室效应产生的额外能量,海洋从表层至深层不断升温变暖,海水体积受热而发生膨胀。”蔡榕硕说,与此同时,占地球表面积约10%的陆地冰川和冰盖也因吸收热量不断融化,冰川、冰盖和积雪融化产生的淡水流入海洋,增加了海洋的体积和质量,全球平均海平面因而持续上升。

报告显示,在气候变暖背景下,全球海平面上升明显加速。其中,陆地冰川和冰盖的快速融化以及海洋热膨胀是海平面上升的主要原因。根据应用全球验潮站和卫星高度计观测数据的分析,近几十年来,全球海平面上升速率有显著增加现象,海平面的上升速率从 1901~1990 年的 1.4 毫米/年,增加至1970~2015 年 的 2.1 毫米/年, 再到 1993~2015年的 3.2毫米/年,并进一步增加至 2006~2015 年的 3.6 毫米/年。其中,2006 年以来,陆地冰川和冰盖融化对海平面上升速率的贡献已超过海水热膨胀效应。

“全球海平面上升的幅度在空间上并不是一致的。”蔡榕硕指出,海平面变化在年代际至多年代际尺度上具有显著的区域性特征。例如,1980年迄今,我国沿海海平面的上升速率均高于同期全球平均。区域海平面(尺度约为 100千米)的变化主要是由于区域的风场、气压、海气热通量和淡水通量,以及陆地冰融化等变动引起的。

“尺度小于10千米的局地海平面变化与区域海平面变化相比又有很大差别。这是因为局地海平面的变化不仅受到全球或区域尺度变化的影响,还受到局地的海洋大气动力和人为地面沉降等过程的影响。”蔡榕硕说,例如受到台风、风暴潮、波浪、潮汐、风力强迫、河流入海流量及人为地面沉降等因素的综合影响,局地海平面在短时间内可能会达到异常的高度(极值水位)。

报告称,到 21 世纪末,全球海平面相对于 1986~2005 年平均值分别上升约 0.43 米(0.29 ~ 0.59 米),海平面上升速率预计将分别增加至 4 ~ 9毫米/年 和 10 ~ 20 毫米/年。

“这表明全球海平面的上升将进一步抬升发生极值水位的基础水位高度。”蔡榕硕说,极值水位主要由海平面高度、风暴增水和潮汐等构成。即便是海平面的小幅上升也会显著增加沿海低洼地洪水发生的频率和强度,这是因为海平面的上升抬高了风暴潮、潮汐和波浪的基础水位,并且这种变化在陆架海区尤为显著。

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沿海是我国人口和经济的聚集区。 黄冉 摄

沿海地区灾害风险加剧

据了解,我国沿海地区拥有1.8 万多千米的漫长海岸线,且海拔低于 10 米的区域面积约 12.6 万平方千米,因此,我国也是全球低海拔地区人口最多的国家。自 1978 年以来,随着我国改革开放取得的巨大成功,大量的人口、经济产业和社会财富快速聚集于沿海地区,沿海地区经济社会因此遭受海平面上升和(超)强台风等气候致灾事件的灾害损失程度趋于增大。

“未来几十年至本世纪末,全球包括我国沿海低洼地百年一遇极端水位事件将趋于频繁,如变为一年一遇或更加频繁的事件,也就是说,气候变暖情景下沿海地区的气候致灾事件强度将增强,海平面变化和台风 - 风暴潮等致灾风险将增加。”蔡榕硕说。

蔡榕硕及科研团队针对我国沿海地区陆域及海域对全球变化的响应特征、机制以及风险进行了分析。研究发现,在强热带气旋影响下我国沿海极端水位高度有显著的上升趋势,特别是2000 年以来,影响我国的超强台风和风暴潮的发生频次显著增加。在海平面持续上升的背景下,(超)强台风 - 风暴增水更易形成灾害性水位,特别是叠加高海平面和天文大潮时,更易造成严重灾害,加剧洪涝灾害的程度。

例如,1999年10月的强台风“丹恩”和2013年10月的强台风“菲特”分别影响福建和浙江沿海地区。由于沿海海平面较常年异常偏高,加上强台风登陆期间,恰逢天文大潮高潮位、最大风暴增水和强降水等三者的“碰头”叠加,导致福建厦门和浙江余姚发生严重的洪涝灾害,并造成重大的人员伤亡和经济损失。其中,台风“丹恩”期间,厦门地区长达1160米的堤岸损毁,沿岸街区被淹,造成巨大经济损失。蔡榕硕及科研团队的研究还发现,这次严重灾情是海平面上升背景下风(向岸强风)、雨(强降水)、浪(巨浪)、潮(天文高潮位)、流(涨急潮流)等多致灾因子共同作用的结果。台风“菲特”期间,余姚市全城有70%地区被淹,内涝达数天之久。2018 年 8 月,台风“摩羯”登陆浙江温岭沿海,其间恰逢天文大潮,高海平面和天文大潮加剧了灾害的影响。

IPCC发布的特别报告指出,不断上升的海平面和极值水位等沿海危害(险)性事件或者趋势影响海岸带。这些危害(险)性事件或趋势包括:沿海低洼地的永久淹没;趋频趋强的洪涝灾害;增强的海岸侵蚀;海岸生境损失和生态系统的变化;土壤、表层和地下水的盐碱化;沿海地区受影响的防洪排涝系统。

“20 世纪以来,与海平面上升相关的局地环境变化,特别是人为驱动因素的影响,增加了沿海地区的社会 - 生态系统面对上述危害(险)性事件或趋势的暴露度和脆弱性。”蔡榕硕说,许多沿海地区和低洼岛屿(如沿海大城市、城市环礁群岛、热带农业三角洲地区和北极沿岸社区)到 21 世纪末将面临从高至很高的风险。蔡榕硕及科研团队发现,在气候变暖背景下,本世纪强台风的危险性将显著增强,并且,到本世纪末,我国沿海地区如厦门沿海当前百年一遇的极值水位事件随着气候变暖的程度不同,将变为一年一遇或更为频繁。“这为我们提出了加快沿海地区应对海平面上升及其影响的迫切需要。”蔡榕硕说。

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被侵蚀的海岸线

积极应对海平面上升

“应对海平面上升及其影响的各种措施仍面临多种挑战。”蔡榕硕指出,这些措施需要认真权衡有关投入的成本、收益和取舍,并随时间加以调整。而一系列的决策分析、土地利用规划、公众参与和冲突的解决方法有助于促进如何选择应对海平面上升及其影响的措施。

“对于土地空间匮乏的大多数沿海城市,大力推进向海的建设(如围填海)在经济上可能是有效的,但从长期的角度来看,可能导致暴露度的增加。”IPCC的特别报告指出,对于沿海地区风险很高而人口密度很低的地方,采取搬迁撤离等措施可能特别有效,但在社会和政治上却面临着挑战。值得一提的是,在任何情况下,防洪工程和极值水位的早期预警系统等措施通常都具有低成本和高收益的效果。

此外,随着海平面的持续上升,海岸工程等硬防护适应措施将面临不断增加的经济成本和社会治理等方面的挑战。除了海平面上升及其不确定性之外,其他危害(险)性事件等驱动因素的影响也是重要原因。例如海洋变暖和酸化、人类活动等其他影响因素。因此,如何选择和实施应对海平面上升的措施,给沿海地区和社会既定的发展规划和决策实施带来了深刻的挑战和艰难的抉择。

“为应对未来不同气候情景下我国海岸带和沿海地区可能面对的全球变化综合风险,我们还需提高相应的科学认识并解决诸多的技术问题。”蔡榕硕说,例如认识多气候致灾事件的演变、发生和发展规律及其致灾的叠加放大效应与关键风险等问题。此外,还需发展多气候致灾事件与经济社会生态系统暴露度和脆弱性相互作用的理论以及综合风险评估关键技术,同时还要深入开展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的定量研究与评估。这些问题的解决将可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必要的科学支撑。

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