海岸带弹性

概览

方法框架与工具

应用工具举例

案例一

海洋快讯

海岸带弹性

概览

海岸带弹性(Coastal Resilience)指海岸带自然生态、社会及经济系统在遭受灾害带来的外界干扰时(例如风暴、海平面上升、海岸线侵蚀等),抵抗、恢复及适应其负面影响的能力。长久以来,海岸带就是人口聚集的地区,然而也因此,随着海平面上升、全球海水变暖以及热带气旋等极端气候事件频率和强度的变化,海岸带灾害风险正逐年增加,威胁着沿海地区居民人身财产安全。

在传统海岸带防护中,海堤、防波堤等“硬质”工程被广泛使用,但存在着维护成本高且难以更新,更可能对环境造成伤害等问题。其实,越来越多的科学研究表明,自然生态系统在抵御海岸带灾害影响上可能更有效果,它们通过减缓波浪能来降低浪高和海水流速,进而减少岸线侵蚀、洪涝与风暴潮对海岸带人口和设施带来的损失。另外,这些自然生态系统还可以随着海平面上升而生长,从而提升气候变化下的海岸带弹性。例如,红树林和盐沼湿地不仅稳定水中的泥沙,还可以减少海浪对海岸带的冲刷;近岸珊瑚礁和牡蛎礁则能起到类似防波堤的效果——一份全球性的研究报告显示,潮下带珊瑚礁平均可削弱97%的波浪能。

                                                          随着海平面上升,红树林内的土壤也会随之升高,起到提防效果


      基于沿海地区对提升海岸带弹性的迫切需求,TNC2008年起发起了海岸带弹性项目,致力于评估海岸带遭受的自然灾害风险、识别基于自然生态系统来降低灾害风险的潜力。该项目是第一个探索基于自然的解决方案的成本有效性的工具,并且能够识别出基于自然的解决方案在哪里成本有效性最高。在一套循序渐进的方法框架下,TNC的科学家们开发了基于网站的可视工具,在空间上规划适应气候变化的生态系统保护和修复方案,并与各方合作伙伴一同开展减少海岸带灾害风险的行动。


方法框架与工具

海岸带弹性的核心是由四个步骤组成的决策框架,在每一个步骤中,都会有相应的工具将多重考虑的信息进行综合和叠加。这四个步骤是:评估风险与脆弱性、 识别解决方案  采取实地行动  监测评估成效。

1. 评估风险与脆弱性

通过模拟当前及未来滨海风暴强度和海平面上升情景,海岸带弹性工具可识别海岸带灾害多发区域,尤其是对社会经济影响严重的地区。

风险评估时并不只单单评估在可能灾害下的暴露性(自然情况以及气候变化情景下,各地区面临灾害的可能性),同时也会考虑社会因素,如贫困、老龄等脆弱性人群的分布。暴露性和脆弱性共同决定了一个地区的潜在风险。

2. 识别解决方案

在评估和描绘风险分布后,海岸带弹性工具也可用以寻找解决方案,探索如何最有效地利用自然生态系统,减缓风险对社会经济带来的影响(即最具减灾潜力的方案)。基于自然的防护作用主要来自于五种滨海栖息地(珊瑚礁、牡蛎礁、红树林、盐沼湿地以及海草床),例如:

-  保护或修复盐沼湿地及红树林,作为缓冲带。

推广将自然栖息地与传统海防工程相结合的混合模式。

-  设计具有防波堤功能的牡蛎礁与珊瑚礁修复项目,降低海浪高度和能量。

-  避免在具有高风险、高生态屏障效果的栖息地上进行开发建设。

3. 采取实地行动 

在识别出的重点区域,协助当地社区实施减缓灾害、降低风险的栖息地保护和修复行动,以生态工程的方式提升适应气候变化的海岸带弹性。自2001年起,TNC与美国国家海洋和大气管理局(NOAA)合作,开展了超过120个滨海栖息地修复项目,以建设自然防护屏障、缓冲区。修复的盐沼湿地、珊瑚礁、牡蛎礁、红树林及海草床等栖息地,不仅起到了防护海岸带的作用,也提升了随之而来的其他生态系统服务功能,如净化水质、提高生物多样性等。

4. 监测评估成效

为确保行动的有效性,海岸带弹性项目落地后,每一个项目都应根据自身情况,科学地对社区和生态系统都进行监测评估,并实施适应性管理。



海岸带弹性由四个步骤组成的决策框架


基于网页的应用模型和制图工具

海岸带弹性工具借助网络平台(http://coastalresilience.org/),与ESRI地理信息技术结合,将一系列应用、模型以及计算结果通过互动、可视化地图的形式展示,便于协助多方合作伙伴、利益相关方之间的沟通。

 


海岸带弹性包括的一系列应用工具


2008年起,TNC首先针对纽约地区,开发第一款使用交互页面的应用工具——洪水与海平面升高模型。通过与当地及联邦政府合作,集合了海平面上升、风暴潮、社会经济指标、财产分布、社区脆弱性以及自然资源等多重信息,综合评估了纽约地区海岸带面临的灾害风险,并将其制成可视化的地图形式,通过网络平台向公众展示。这些工具解决了当地官员及城市规划者对于将地理信息可视化的强烈需求,同时也为其提供了决策工具,以此增强了各行各业相关方的参与。


纽约州海平面上升模拟结果,蓝色为不同气候变化情境下的淹没几率


此后,TNC与各界合作伙伴共同开发了多种海岸带弹性工具,在美国及世界其他地区得以应用,用来评估海岸带所面临的风险,识别减缓风险的办法,并在不同尺度上,提出基于生态的海岸带防灾减灾行动建议,帮助规划单位、政府机构以及周边社区开发风险规避、岸线修复以及增强恢复能力的策略。


应用工具举例

海岸线防护工具 Coastal Defense

“海岸线防护”工具是寻找基于自然的解决办法时的一款重要工具,专门用于量化滨海栖息地减低波浪冲击能量的程度。它使用传统工程学技术模拟波浪能,并基于此就如何利用这些栖息地起到岸线防护的效果提出建议。

这款应用由大自然保护协会、南密西西比大学、加利福尼亚大学圣克鲁兹分校、美国地质勘探局、以及自然资本项目共同开发。在2014年于纽约举办的联合国气候变化大会上,获得了最佳灾害风险弹性的专业及科学应用奖项;也作为洛克菲勒基金会100个弹性城市计划的唯一环境领域合作方,为其提供基于自然的蓝色基础设施建设的技术支持。


海岸线防护”工具概念示意图


该应用使用的海浪能模型,通过对风速、吹送距离、海湾区域内的平均水深,以及滨海栖息地的存在情况的模拟,计算浪高及波浪能量。通过加入栖息地的存在与否、离岸边距离等不同情景条件,可计算出不同栖息地的波浪衰减作用。


波浪能量模型示意图


在互动的网页版工具中进行计算时,用户可自主选择在什么位置、对什么栖息地类型进行保护或修复,同时也可以选择生态与传统工程相结合的“混合”岸线防护方式。模型运算结果以图表形式,显示各方案能够降低的浪高程度。利用这个易懂且便于使用的工具,决策者及海岸带开发规划者可以快速的找到适合自己区域的防护措施。


“海岸线防护”工具输出页面,图表显示为当前所选生态防护措施减低浪高

该应用被运用在华盛顿Puget Sound的潮间带盐沼地、阿拉巴马州Mobile Bay的牡蛎礁、以及佛罗里达州的珊瑚礁与红树林,其产出更被应用在实地的海岸带栖息地保护及修复决策上。现在,“海岸线防护”工具将扩展到其他地区,包括全部南佛罗里达州、新泽西州、北卡罗莱纳州、弗吉尼亚州,乃至加勒比地区以及墨西哥湾的其他城市。

跨领域、多方合作伙伴的全球联盟

现在,关于海岸带弹性工具的使用与应用已经有全球超过100个社区参与,相关项目已经在美国十七个沿海州、加勒比海、墨西哥、中美洲地区实施。在美国,这套方法为很多项目提供了科学理论支持,如康涅狄格州的海岸线上升应对政策、墨西哥湾在漏油事件后的生态修复、以及加利福尼亚州海军基地迁地项目等。

同样的,海岸带弹性工具也在国际上得到应用,例如在格林纳达,与红十字会共同开展的珊瑚礁修复项目;更有与瑞士再保险公司合作,建立方法学,量化自然栖息地与传统工程带来的岸线防护设施的投入产出比,从而改变保险金额评估机制,以及最优化的减灾措施。

更多信息请点击:coastalresilience.org


案例一

阿拉巴马州牡蛎礁修复项目

位于墨西哥湾北部的阿拉巴马州,历史上沿海分布着超过三米高的潮下带牡蛎礁,保护海岸上盐沼湿地中松散的泥沙不被海浪冲刷而流失,也为海草床提供干净的水质和生长环境。然而,据NOAA统计,墨西哥湾的牡蛎礁比历史记录已经减少了50%,随之而来的,是盐沼湿地、海草床以及滩涂地的大面积退化—— 现在,阿拉巴马州的海岸线正以每年1.52米的速度侵蚀流失,结合该州600英里的海岸线长度,在五十年将损失18000英亩土地,价值18亿

      在墨西哥湾漏油事件后,阿拉巴马州的包括TNC在内的四家环境保护组织共同发起了“100-1000修复阿拉巴马州海岸”项目,旨在修复100英里的牡蛎礁,进而稳固海岸线,促进恢复1000英亩的盐沼湿地与海草床。该项目很快联合了公私合作伙伴30余家,开展了一系列牡蛎礁修复工作。

这100英里牡蛎礁修复项目的选址与设计是在与当地各利益相关方及合作伙伴的共同商讨下决定。其中,TNC作为科学支持,利用海岸带弹性工具,不仅从理论上识别出建设牡蛎礁“防波堤”最具效果、最能保护沿岸财产安全的位置,也利用这套工具可视化、直观的特点,在多次社区讨论会上使用,使各方迅速达成共识。例如,使用应用修复指南,参数涉及牡蛎生长的环境与生态条件,以及社会经济条件,如岸线侵蚀速率、就业率等,从数据上分析出修复项目落地的最佳位置。

 
应用“修复指南”分析阿拉巴马州海岸线,建议牡蛎礁修复项目的适宜位置(深蓝色为最具生态及社会经济价值的修复区域)


目前,已有10个牡蛎礁“防波堤”得到落地执行,总长度达3600米保护着2英里的海岸线

已经投放的牡蛎礁将被持续监测及评估,以帮助后续项目选择最合适的修复技术。在阿拉巴马港口处建造的0.52英里长的牡蛎礁,已经促进其后海草床与盐沼湿地的扩张,减缓了海浪对该处海岸线的侵蚀。


 
阿拉巴马州牡蛎礁修复局部卫星图,在2007-2016年间,监测到修复后的牡蛎礁促使盐沼湿地扩张恢复

海洋快讯

TNC参展2018中国航海博物馆“航海生活节”

7月5日,在由中国航海博物馆主办的“航海生活节”上,大自然保护协会(TNC)将带来一场有关牡蛎的科普。在这里,你将全面了解属于牡蛎的诸多秘密,比如,世界上有多少种牡蛎、牡蛎能活多久、雌雄牡蛎的分辨、牡蛎如何繁殖、牡蛎如何呼吸、素食主义者牡蛎、牡蛎怎么便便、群居的牡蛎、天然滤水器牡蛎,以及TNC在全球范围内开展的修复牡蛎礁项目、创新性推出的播种牡蛎壳的修复方式等,欢迎来围观,探寻牡蛎的“秘密”。

TNC香港牡蛎礁恢复项目正式实施

5月底,大自然保护协会(TNC)全球及香港团队,与合作伙伴香港大学、后海湾牡蛎养殖协会一起,在位于香港西北部的后海湾,建造了首个牡蛎礁恢复项目点。TNC希望通过该项目,恢复这里极具保护价值的生态系统和生物多样性,并帮助保护当地水产养殖业所形成的文化遗产,以及提高社区的环境管理。

海洋科学家发声:濒危贝类礁急需保护

贝类礁是遭受最严重威胁的礁体种类。只是,大部分贝类礁早在我们出生前就已经消失,所以,我们根本没有意识到我们已经失去了它们。

科技开启科学保护的未来之窗

3月3日,在今年的世界野生动物日上,大自然保护协会(TNC)宣布,公众可通过Google Voyager(谷歌地球旅行者工具),很精准地俯瞰Arnavon群岛玳瑁海龟的栖息地,以及了解它们是如何完成迁徙的。

保护夏威夷珊瑚礁 TNC添助力

随着全球变暖,海水温度上升,珊瑚白化危机愈演愈烈。在夏威夷大岛西部 (WestHawaii),近80%的杯形珊瑚 (cauliflowercorals)发生了白化 ,滨 珊 瑚(mounding coral )群落白化率则高达93%。此次灾难中,珊瑚礁并未“全军覆没”,一半的珊瑚礁在大规模白化中存活下来,甚至还发现有两种珊瑚物种几乎未受影响。科学家们决定从此入手,探讨通过引进这些有能力幸存的珊瑚物种,或者培育可以抵御水温升高的珊瑚物种,来保护和修复珊瑚礁的可能性。

石油企业为什么去保护牡蛎礁?

在20年前很难想象,一个国际石油企业会通过保护牡蛎和它们的栖息环境来修复海岸线,保护自己的基础设施。这显示着商业主体正悄然改变对自然的看法。

用计算机技术拯救牡蛎礁

牡蛎实在太神奇了!很多人钟爱牡蛎那咸咸冷冷的口感。新鲜牡蛎更是让人回味无穷!TNC海洋生态科学家伯彦·迪格利斯(Bryan DeAngelis)也是迷恋牡蛎一族,但他更关注的是牡蛎和它们生存的基础----牡蛎礁所面临的危机。

TNC邀请中外科学家考察中国牡蛎礁

3月中旬,大自然保护协会(TNC)全球海洋栖息地修复科学家博兹·汉克博士(Boze Hancock)邀请南澳大利亚水产政策与环境部门主管海迪·欧维(Heidi Alleway)博士、中国水产科学院东海水产研究所全为民博士共同考察了中国牡蛎礁,为开展牡蛎礁恢复项目做准备。

珊瑚礁正陷入白化危机

上周,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)指出,全球温度的不断提高致使珊瑚大规模白化。目前这一现象已蔓延至太平洋热带区域、印度洋及大西洋海域。

中国TNC关注牡蛎礁保护

8月中旬,大自然保护协会(TNC)海洋保护专家、工作人员与中国水产科学研究院东海水产研究所全为民教授一起对江苏省海门蛎岈山、上海小洋山深水港区和浙江宁波象山港的牡蛎礁生境与牡蛎生存状况进行了实地考察。

气候变化危害珊瑚礁

气候变化导致北极冰盖加速融化,海平面上升,而珊瑚礁作为地球上最重要的多样性的生态系统之一也受到它的影响。在全球范围,珊瑚礁的数量正呈下降趋势。