摘要
为系统评估海平面上升叠加风暴潮风险对城市不同类型景观的影响,以珠三角沿海城市广州市为研究区域,基于该地区土地利用和社会经济等数据,构建“敏感性-适应性”脆弱性评估框架,针对近期(2030年)、中期(2050年)和远期(2100年)3个不同时期海平面上升叠加风暴潮风险情景下广州城市景观系统的脆弱性特征进行评估。结果显示:从淹没范围和经济损失来看,未来不同风险情景下受淹没面积最大的是农业景观、公园绿地与湿地景观,而经济损失最为严重的是工业景观和商业与公共服务景观。从整体脆弱性空间分布来看,近期景观脆弱性较高的区域主要集中在广州中部的荔湾区、白云区和黄浦区,到中期和远期阶段,广州中部的海珠区景观脆弱性风险逐渐加剧。从各类景观脆弱性空间分布来看,与交通景观、居住区景观等其他各类景观相比,近期农业景观脆弱性程度偏高的区域最多,主要集中在广州南部的番禺区和南沙区;到中期和远期阶段,各类景观的脆弱性风险都有不同程度的加剧,其中,公园绿地与湿地景观脆弱性程度变化较为显著。研究结果表明,未来可以根据不同景观系统的脆弱性程度和空间分布特征,通过提升防御性设施建设、实施适应性技术以及加强合理利用土地等应对策略来降低该地区的受灾风险。
自1970年代以来,随着世界人口的迅速增长和社会经济的快速发展,全球气候变暖和由此引发的海平面上升成为各国政府和各国学者重点关注的问题。2021年,联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)发布的第六次评估报告(the sixth assessment report,AR6)中指出,在RCP8.5高排放情景下,2100年全球平均海平面将上升0.3~1.6
目前,国内外学者针对未来海平面上升情况下沿海城市的受灾风险已开展大量评估研究,主要涉及3个方面:一是评估海平面上升和风暴潮风险情景下沿海城市的洪涝风险。该类研究大多采用指标体系法、GIS技术评估法、数值模拟情景分析法等方法,通过收集数据和实例分析,系统梳理城市洪涝灾害影响因素和成灾机理,并针对沿海城市各地区的洪涝风险开展评
综上所述,已有相关研究主要集中于沿海城市的内涝灾害、海岸防护设施、自然生态系统或者社会经济脆弱性的评价。然而,海平面上升和风暴潮等风险对沿海城市造成的影响广泛,居住区、商业区、交通、农田等各类景观都会遭受破坏和影响。由此可见,城市景观系统是重要的承灾要素,但已有相关研究主要是针对湿地、农业等自然景观系统的评价,缺乏对城市多种景观类型受灾风险的综合考虑。与此同时,对于经济发达的珠三角地区,海平面上升及其对该地区城市造成的影响一直受到广泛关
本研究选取珠三角沿海城市广州市为研究区域,预测在近期(2030年)、中期(2050年)和远期(2100年)3个时间段海平面上升叠加风暴潮情景下各类景观系统的受淹没范围,以敏感性和适应性为基础构建评估体系,分别量化居住区景观、商业与公共服务景观、工业景观、交通景观、公园绿地与湿地景观以及农业景观的受灾程度和可能的经济损失,从而对海平面上升叠加风暴潮风险下的广州市景观系统脆弱性进行定量化评估,以期为广州市未来海岸灾害的风险管理与防范、提升城市韧性景观建设提供决策参考。
广州市位于广东省中南部(22°26′~23°56′N,112°57′~114°3′E),珠江三角洲北缘,是典型的河口城市。广州市域内水网密布,湖塘众多,景观资源丰富。同时,广州市人口密集,居住区、商业区等建筑群密布,城市化水平整体较高,是典型的高密度城市。近年来随着全球气候变暖和城市化进程的快速发展,海平面加速上升,风暴潮等海岸灾害加剧,造成广州市城市景观系统的脆弱性增大,尤其是常年受到海岸灾害影响的广州中部和南部临近海岸区域。
本研究所使用的数据主要包括(
项目 Item | 2030年 In 2030 | 2050年 In 2050 | 2100年 In 2100 |
---|---|---|---|
海平面上升高度 Height of sea level rise | 0.180 | 0.400 | 1.130 |
200年一遇风暴潮增水高度Height of the 200-year storm surge | 3.078 | ||
海平面上升叠加风暴潮增水高度Height of the sea level rise combined with storm surge | 3.258 | 3.478 | 4.208 |

图1 广州市各类景观系统分布
Fig.1 Distribution of landscape systems in Guangzhou
1)构建评估框架。综合分析IPCC和不同研究人员对脆弱性的理

图2 评估框架
Fig.2 Assessment framework
2) 评估指标体系构建。基于评估框架,本研究从系统对外界干扰的敏感性和应对风险的适应性两方面构建了海平面上升叠加风暴潮影响下广州城市景观系统脆弱性评估指标体系,并根据已有相关基础数据计算各个敏感性和适应性指标(
项目层 Project | 指标层 Index | 计算方法 Calculation method | |
---|---|---|---|
敏感性Sensitivity | 居住区景观价值损失/百万元 | 深度-损失曲线值×淹没面积×(居住用地经济总量/ 居住用地面积) | |
商业与公共服务景观价值损失/百万元 | 深度-损失曲线值×淹没面积×(商业与公共服务用地经济总量/ 商业与公共服务用地面积) | ||
工业景观价值损失/百万元 | 深度-损失曲线值×淹没面积×(工业用地经济总量/工业用地面积) | ||
农业景观价值损失/百万元 | 深度-损失曲线值×淹没面积×(农业经济总量/农业用地面积) | ||
交通景观价值损失/百万元 | 深度-损失曲线值×同一类型道路淹没长度×平均道路长度建造成本 | ||
公园绿地与湿地景观价值损失/百万元 | (绿地深度-损失曲线值×绿地淹没面积×绿地单位面积生态价值)+(湿地深度-损失曲线值×湿地淹没面积×湿地单位面积价值) | ||
适应性Adaptability | 灾前预防能力 | 可渗透表面/% | 可渗透表面面积/总面积 |
自然抗洪区域/% | 湿地面积/总面积 | ||
灾中应急能力 | 临时避难所可达性(避灾人数)/万人 | (避灾场所数量×面积×单位面积避灾人数)/总人口数 | |
疏散路线(交叉点数)/万人 | 道路交叉点数量/总人口数 | ||
医疗能力(床位数)/万人 | (卫生组织数量×对应床位数)/总人口数 | ||
未退休人口比重/% | 低于60岁人口数/总人口数 | ||
政府组织(组织数)/万人 | 政府组织数量/总人口数 | ||
灾后恢复能力 | 大型零售分布(商店数)/万人 | 商店数量/总人口数 | |
工业补给潜力/(km/k | 铁路长度/面积 |
3)脆弱性指数计算及分级。基于脆弱性评估框架和评估指标体系,本研究计算脆弱性指数以评估海平面上升叠加风暴潮背景下广州市各类景观系统的脆弱性程度。参照Huang
(1) |
(2) |
(3) |
(4) |
(5) |
(6) |
式(
根据计算所得的脆弱性指数,在Arc GIS 10.8中利用自然间断点分级法将脆弱性程度分为极低、低、中、高、极高5个等级。自然间断点分级法可以对相似值进行最恰当的分组,使得各个类之间的差异最大
2030年的模拟结果显示,在RCP8.5高排放情景下,海平面上升叠加200年一遇风暴潮影响下的洪水高度可达3.258 m,广州市的淹没地区主要集中在珠江水系沿河低地区域,其中处于广州南部的南沙区和番禺区受淹情况尤为严重(

图3 2030年广州市总体受灾风险
Fig.3 Overall disaster risk of Guangzhou in 2030
A:2030年广州市淹没范围Inundate area of Guangzhou in 2030;B:2030 年广州市总体脆弱性空间分布Spatial distribution of overall vulnerability of Guangzhou in 2030.
在广州市景观的淹没情况和经济损失方面(
系统类型 System type | 淹没面积/hm² Inundated area | 经济损失/亿元 Economic loss | ||||
---|---|---|---|---|---|---|
2030年 In 2030 | 2050年 In 2050 | 2100年 In 2100 | 2030年 In 2030 | 2050年 In 2050 | 2100年 In 2100 | |
居住区景观 Residential landscape | 2 848.8 | 3 390.6 | 3 957.4 | 656.872 | 770.284 | 948.232 |
商业与公共服务景观 Commercial and public service landscape | 6 776.2 | 8 062.4 | 9 257.4 | 2 442.801 | 2 885.444 | 3 468.156 |
工业景观 Industrial landscape | 2 588.3 | 3 028.2 | 3 736.5 | 2 041.647 | 2 277.981 | 3 031.630 |
交通景观 Transportation landscape | 1 602.1 | 2 250.8 | 2 483.9 | 231.454 | 345.388 | 400.878 |
农业景观 Agricultural landscape | 18 028.6 | 20 047.9 | 24 461.1 | 49.572 | 54.448 | 61.417 |
公园绿地与湿地景观 Public park and wetland landscape | 12 251.1 | 12 993.2 | 14 060.5 | 88.954 | 94.211 | 99.828 |

图4 2030年广州市各类景观系统脆弱性空间分布
Fig.4 Spatial distribution of various landscape systems vulnerability of Guangzhou in 2030
A:居住区景观Residential landscape;B:商业与公共服务景观Commercial and public service landscape;C:工业景观Industrial landscape;D:交通景观Transportation landscape;E:农业景观Agricultural landscape;F:公园绿地与湿地景观Public park and wetland landscape.
2050年的预测结果显示,珠江口在未来30 a的海平面上升高度可达0.4 m。在海平面上升叠加200年一遇风暴潮的影响下,洪水高度可达3.478 m。结合海平面上升叠加风暴潮的淹没模拟图和广州卫星图分析,至2050年,广州市的淹没地区仍然主要集中在珠江水系沿海和沿河低地地区,但淹没方向有向内陆发展的趋势(

图5 2050年广州市总体受灾风险
Fig.5 Overall disaster risk of Guangzhou in 2050
A:2050年广州市淹没范围Inundate area of Guangzhou in 2050;B:2050年广州市总体脆弱性空间分布Spatial distribution of overall vulnerability of Guangzhou in 2050.
在广州市景观的淹没情况和经济损失方面(

图6 2050年广州市各类景观系统脆弱性空间分布
Fig.6 Spatial distribution of various landscape systems vulnerability of Guangzhou in 2050
A:居住区景观Residential landscape;B:商业与公共服务景观Commercial and public service landscape;C:工业景观Industrial landscape;D:交通景观Transportation landscape;E:农业景观Agricultural landscape;F:公园绿地与湿地景观Public park and wetland landscape.
2100年的预测结果显示,珠江口在未来80 a的海平面上升高度可达1.13 m。在海平面上升叠加200年一遇风暴潮的影响下,洪水高度可达4.208 m。至2100年,除了临近珠江水系的低地区域以外,广州市中部和北部的淹没范围也有所增加(

图7 2100年广州市总体受灾风险
Fig.7 Overall disaster risk of Guangzhou in 2100
A:2100年广州市淹没范围Inundate area of Guangzhou in 2100;B:2100年广州市总体脆弱性空间分布Spatial distribution of overall vulnerability of Guangzhou in 2100.
在广州市景观的淹没情况和经济损失方面(

图8 2100年广州市各类景观系统脆弱性空间分布
Fig.8 Spatial distribution of various landscape systems vulnerability of Guangzhou in 2100
A:居住区景观Residential landscape;B:商业与公共服务景观Commercial and public service landscape;C:工业景观Industrial landscape;D:交通景观Transportation landscape;E:农业景观Agricultural landscape;F:公园绿地与湿地景观Public park and wetland landscape.
全球气候变暖加速了海平面上升,对海岸地区经济、社会和生态环境等造成了严重威
1)在淹没范围和经济损失方面,从整体来看,近期海平面上升对广州南沙区域的影响严重,但随着中期和远期海平面进一步上升,广州北部为主的内陆区域受淹没范围也逐渐增加。从各类景观系统来看,未来不同情景下受淹没面积最大的始终是农业景观和公园绿地与湿地景观,而经济损失最为严重的是商业与公共服务景观和工业景观。
2)从整体脆弱性空间分布来看,近期海平面上升阶段脆弱性较高的区域主要集中在广州中部的荔湾区、白云区和黄浦区,中期和远期在整体上基本延续近期脆弱性空间分布的特点,但广州中部区域的海珠区和黄浦区脆弱性程度会根据淹没范围和深度的增加而升高。
3)从各类景观系统的脆弱性空间分布来看,近期居住区景观、商业与公共服务景观脆弱性较高的区域主要分布在广州中部的白云区、荔湾区和黄浦区;工业景观、公园绿地与湿地景观的较高脆弱性区域主要分布在广州中部的海珠区和黄浦区以及广州南部的南沙区;交通景观和农业景观脆弱性较高的区域主要集中在广州南部的番禺区和南沙区。同时,在各类景观中,农业景观的较高脆弱性区域最多。在中期和远期海平面上升阶段,整体基本延续近期的脆弱性空间分布特点,但各类景观的脆弱性风险都有不同程度的加剧,其中公园绿地与湿地景观的脆弱性程度变化较为显著,在广州中部的海珠区和黄浦区,以及广州南部的番禺区和南沙区均分布有较高脆弱性的区域。
根据以上评估结果可以看出,未来海平面上升和风暴潮风险对广州景观系统的影响显著,制定有效的海岸灾害应对策略是该地区未来发展的必要性工作。结合当前沿海地区普遍采用的相关策略,本研究基于研究区域的现状条件和评估结果,提出3点建议来提升应对未来灾害风险的能力:
1)对于农业景观、公园绿地与湿地景观这类淹没面积较大的区域,尤其是沿岸地区的农田、公园和湿地受海水冲刷和侵蚀的破坏风险较大,可以采用防御性策略为主的应对方式。一方面,加强该区域现有的硬性工程防御措施,提高海岸的防护能力;另一方面,在现有工程设施的基础上引入人工沙丘等软性防御设施,形成自然缓冲区,从而避免景观系统遭受海水的侵蚀和冲刷。同时,对于受损的湿地景观及时开展修复和重建工程,并严格控制大规模的湿地围垦。此外,农业景观还可以通过调整农业类型、结构及生产方式以适应未来的环境变化,例如,可以借鉴桑基鱼塘等可循环模式,加强传统农业与水产养殖业的结合,提高景观系统的灾前预防能力;未来还可以通过工程技术手段在海上构建悬挑或漂浮结构的农业种植基础设施,进一步适应新的海岸环境,也在一定程度上带动休闲旅游业的发展。
2)对于处于高密度城区环境的商业与公共服务景观、工业景观、居住区景观以及交通景观,由于这类景观区域人口密度较大、人类活动强度较高,且因淹没而导致的经济损失较为严重,主要采用预防和减小经济损失的适应性策略来应对灾害风险。例如,増加城市排水系统,实施多渠道疏水,以减少洪水的淹没时间和深度;增加应急避灾点,提高景观系统的灾中应急和灾后恢复能力;在建筑物外层使用防水涂料,做好建筑性减灾措施等。
3)此外,对于地势较低、易受海水淹没的居住区、商业区、工厂及交通基础设施等,可以将其迁移至地势较高或远离海岸线的区域,以此限制高风险地区土地的使用,从而减少海岸灾害造成的损失。
然而,由于气候变化和沿海城市景观系统的复杂性与动态性,目前人类对气候变化的认识及其影响下海岸带景观系统响应机制的研究尚有很多不足,从而导致系统的脆弱性评价结果产生一定的局限性和不确定性,这也是目前气候变化背景下海岸灾害风险对沿海城市影响评价中的难点和挑
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