海岸带韧性提升
©Jason Houston
概况
海岸带韧性（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韧性。例如，红树林和盐沼湿地不仅能稳定水中的泥沙，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。
图1 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韧性的迫切需求，TNC自2008年起发起了海岸带韧性项目，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。
逐步的决策方法框架
图2 海岸带弹性由四个步骤组成的决策框架
海岸带韧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，海岸带韧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（即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，海岸带韧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，海岸带韧性项目落地后，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。
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。
2008年起，TNC首先针对纽约地区，开发了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。
图3 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韧性工具，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。
“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（TNC）、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个韧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。
图4“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。
图5 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。
图6 “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，关于海岸带韧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，海岸带韧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。
更多请见：http://coastalresilience.org/
案例介绍—— 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米的速度被侵蚀流失，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18亿美元。
在墨西哥湾漏油事件后，阿拉巴马州的包括TNC在内的四家自然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，利用海岸带韧性工具，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。
图7 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，总长度达到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。
图8 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