海平面上升对海岛影响与对策的国际研究进展

　　摘要：越来越多的研究显示, 全球气候系统正在经历以变暖为主要特征的显著变化。海平面上升作为一种由此引发的脆弱性外生变量, 直接或间接影响着海岛国家和地区可持续发展的演进状态和发展趋势。海平面上升对海岛的影响与对策研究, 是保障海岛生态系统安全的重要前提。利用CiteSpace软件绘制了海平面上升对海岛影响和对策的国际研究知识图谱, 从生态系统、产业发展和安全隐患三个方面阐述了海平面上升对海岛的空间影响, 从适应性增强、居住地变迁和持续性管理三个方面总结了海岛应对海平面上升的相关对策, 以便为海岛国家或地区推进应对海平面上升的实践工作提供参考借鉴。
　　
　　关键词：海平面上升; 海岛; 国际研究进展; CiteSpace;
　　
　　海平面上升是由全球气候变暖、极地冰川融化、上层海水变热膨胀等引起的缓发性海洋灾害, 包括全球性绝对海平面上升和区域性相对海平面上升, 对人口集中、经济发达、城市化快速发展的低洼沿海地区构成极大威胁, 给自然生态、居住环境、城市防护、土地利用、工农业生产、海洋权益、国家安全等带来了一系列直接或间接损失, 成为当今社会普遍关注的全球性热点问题之一。根据政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 第四次评估报告可知, 过去100年间, 全球海平面平均上升了10—20cm, 年均上升速率约1—2mm, 到21世纪末全球海平面将平均上升18—59cm, 未来几个世纪还会持续上升[1]。
　　海岛是人类迈向海洋的前进支点和拓展发展空间的重要依托, 具有不可估量的经济、政治、军事、生态和科研价值, 正在引起越来越多的关注。然而, 海岛作为与大陆相隔断的自然综合体, 经济结构较单一、资源数量相对有限、环境容量整体不高, 是海陆相互作用的敏感地带和典型的生态环境脆弱地区。海平面上升给海岛国家或地区经济社会系统的可持续发展带来了严重威胁, 导致低洼滨海湿地淹没、咸水对陆地水资源入侵、珊瑚礁白化甚至大范围死亡、生态系统恢复力降低等。联合国环境规划署指出, 世界主要海岛国家尤其是小岛屿发展中国家如马尔代夫、图瓦卢、马绍尔群岛和基里巴斯均已受到海平面上升的显著影响, 其中2004年的南亚大海啸淹没了马尔代夫约2/3的国土, 2011年马绍尔群岛首都被淹等, 成为全球气候变化领域评估的重点内容和治理的特殊区域, 如果气候变化势头得不到遏制, 这些海岛国家或或地区将不适宜人类居住, 甚至面临“灭顶之灾”。
　　基于此, 本文以2006—2016年为时间段, 利用Cite Space软件绘制了海平面上升对海岛影响与对策的国际研究知识图谱, 系统梳理了海平面上升对海岛影响及其响应策略的研究文献, 旨在为我国海岛地区应对海平面上升这一气候变化, 保护海岛生态安全, 加快海岛经济社会可持续发展, 全面实现海洋强国战略等实践工作提供理论基础和参考借鉴。
　　
　　1.基于Cite Space的知识图谱分析
　　
　　1.1 研究方法与数据来源
　　
　　Cite Space是由美国德雷赛尔大学陈超美教授于2005年最早开发的, 这是一种基于可视“共引网络”JAVA应用程序, 通过分析特定知识领域科学文献的研究学者、来源地区和研究热点等, 探析文献发展新趋势和新动态的可视化工具。运用Cite Space软件得出的可视化图形称为“科学知识图谱”, 其中图谱颜色由蓝到红表示时间推进, 节点大小表示出现频率, 节点连线表示存在共引或共线关系等, 能直观地展示各个节点在知识网络中的位置和大小[2]。
　　根据Cite Space对数据来源的要求, 本文选择Web of Science核心合集数据库, 以“sea level rise”为检索标题, 并以“island”精炼检索结果, 以2006—2016年为时间跨度, 数据获取时间为2017年1月1日, 得到196条记录构成文献数据库, 通过论文关键词和来源期刊的系统分析, 反映近十年海平面上升对海岛影响与对策的国际研究进展。
　　
　　1.2 研究文献可视化分析
　　
　　本文运用Cite Space对2006—2016年WOS中所刊文献的关键词和期刊来源进行分析, 以每一年作为一个时间切片, 探索国外关于海平面上升对海岛影响与对策研究的知识基础和前沿演进轨迹。根据图1、图2 (见封三) 可知:①国外关于海平面上升对海岛影响与对策的研究重点在于气候变化、海平面上升、海岛、脆弱性、演化、侵蚀、模型、影响、保护、不确定性等关键难题上, 集中性为0.41, 各关键词相互之前的联系程度较高, 可见学者们研究海平面上升对海岛影响与对策问题的出发点和切入点较为相似, 研究内容相对集中。②关于海平面上升对海岛影响与对策的绝大多数研究成果来源于《沿海研究》 (J Coastal Res) 和《地球物理研究》 (Geophys Res Lett) 两个期刊, 集中性为0.33, 更多地是从自然科学的视角开展相关研究, 涉及海平面波动情况的全新世分析和未来预测、海平面上升的自然环境影响等, 也有部分成果发表于科学 (Science) 、气候变化 (Climate Change) 、自然 (Nature) 、海洋地理 (Mar Geol) 等期刊上, 期刊之间的联系程度较为密切, 可见这些期刊关于海平面上升对海岛影响与对策的研究内容存在交叉、互引甚至是重复现象。
　　
　　2.海平面上升对海岛空间的影响
　　
　　海平面上升不仅是资源环境问题, 还是经济、社会和政治问题, 它对海岛产生的空间影响是多尺度和多层次的, 主要体现在脆弱性评估上。Md Ashraful Islam指出, 孟加拉国具有独特的地理位置, 低海拔、高人口密度、强资源依赖性特征, 容易受到全球变暖等气候变化的影响。以该国最大岛屿波拉岛为例, 通过建立沿海脆弱性指数 (CVI) , 运用遥感和GIS等地理空间技术评价了海平面变化对沿岸脆弱性的影响。根据脆弱性结果可知, 其超高风险面积、高风险面积、中等风险面积和低风险面积的比例分别为22%、29%、25%和24%[3]。Colin D Woodroffe以印度洋东部和太平洋西部地区为研究区域, 分析了海平面上升对环状珊瑚岛边缘地区脆弱性的影响, 认为基于地势和基质的海岸线脆弱性评估有利于提高这种类型岛屿的自然恢复力[4]。James B Shope定量分析了代表性浓度为4.5和8.5情境下, 极端海浪变化对西热带太平洋岛屿脆弱性和可持续性的影响等[5]。
　　
　　2.1 海平面上升破坏海岛生态系统
　　
　　海平面上升导致珊瑚生长所依赖的海藻减少, 珊瑚与海藻之间的共存关系被打破, 进而产生严重的珊瑚白化现象, 珊瑚失去能量而死亡, 这一问题在赤道及附近的热带、亚热带地区尤为突出。Miller M W以加勒比海地区无人居住的纳瓦萨岛为例, 分析了环礁温度与珊瑚白化的关系, 得出海水质量的变化影响珊瑚白化, 海水深度在18—37m的白化程度高于深度小于10m的白化程度[6]。Keivan Kabiri以波斯湾基什岛为例, 运用快鸟遥测影像数据提高了珊瑚白化监测的准确性[7]。
　　作为海岸交错带的“海岸卫士”, 红树林成为海平面变化最为敏感的生态系统之一。当潮滩淤积速率大于海平面上升速率时, 红树林处于稳定或向海洋扩展状态;当潮滩淤积速率小于海平面上升速率时, 红树林受到侵害并向陆地迁移。Robin Pouteau以南太平洋新喀里多尼亚岛为例, 分析了9种气候变化情境下469种本土树种的变化, 预测到2070年87%—96%的树种将减少, 52—84%的树种减少1/2, 0—15%的树种将灭绝[8]。Marlon C Franca认为, 红树林受到海平面震荡的作用十分显著, 以巴西北部世界上最大的冲积岛———马拉若岛为例, 分析了相对海平面变化对红树林的影响[9]。Marcelo Cancela Lisboa Cohen通过对弗拉门戈泻湖古环境重建, 分析了全新世中晚期海平面上升对波多黎各西南沿海瓜尼卡地区红树林的影响[10]。
　　海平面上升不断吞噬着多种生物的存活空间, 加快海岛珍稀物种的灭绝速度, 降低了海岛生物多样性。Katherina D Gieder指出, 海平面上升及其海岸保护工程建设对岸禽鸟类的栖息地尤其是障壁岛 (堰洲岛) 低洼地区的栖息地产生了直接影响, 并以美国马里兰州阿萨蒂格岛国家海滨区为例, 运用贝叶斯网络方法成功预测到海平面上升、人类活动与笛行乌巢穴选择的关系[11]。Marlin Medina指出, 热带环境中的蜥蜴对气温变化具有较低的忍耐力和较高的敏感度, 以墨西哥东南部金塔纳罗奥州钦乔罗浅滩为例, 分析得知气候变暖情境下红树林栖息地的阿氏安乐蜥具有脆弱性, 多选择移居到较寒冷的地区[12]。总之, 海岛生物多样性研究与管理必须充分考虑海平面上升的问题。
　　
　　2.2 海平面上升阻滞了海岛产业发展
　　
　　主要表现在以下几方面:①海平面上升导致沿海地势较低的滨海养殖水域、林地、农田、园地等被淹没, 减少了相关产业部门的就业岗位和就业机会, 造成严重的经济损失和社会不稳定性, 阻滞了海岛经济社会的可持续发展。海水入侵带来的土地盐渍化在一定程度上影响着农业生产, 水源盐渍化使许多经济作物无法生长, 这对土地面积原本就十分有限的海岛表现得尤为突出, 其中图瓦卢由于低洼地带被海平面上升淹没, 其主食种植完全成为不可能。②海平面上升导致鱼群比以往潜得更深, 近海渔业资源减少, 对靠渔业收入为主的海岛而言, 海洋渔业和海水养殖业难以为继。Madan Mohan Dey指出, 海面温度升高、海水酸化和海平面上升是渔业资源减少和渔业产量减低的直接原因, 并以所罗门群岛为例, 运用局部均衡模型分析了气候变化和气候变化适应性策略对渔业部门尤其是食品安全的经济影响[13]。③海平面上升对文化历史遗产方面同样产生不可估量的损失。Giuseppe Forino建立了包括灾害、暴露度和脆弱性分析在内的文化遗产风险指数 (CHRI) , 以此评价气候变化相关风险如海平面上升、洪水和丛林大火等对澳大利亚纽卡斯尔文化遗产保护的影响[14]。
　　
　　2.3 海平面上升增加海岛的安全隐患
　　
　　主要表现在以下几方面:①海平面上升加速了海水向内陆地区流入并渗入地下, 使河口段盐度升高、水质变坏, 地下淡水资源枯竭, 居民饮水出现困难, 直接影响到了海岛水质量安全。Andrew C Ross通过对1950年以来美国东北部特拉华河口的分析得出, 海平面上升与河口盐度的增加呈现正相关, 海平面每上升1m, 河口盐度上升2.5—4.4[15]。②海平面上升直接影响着对气温升高敏感的中纬度地区, 为病菌的繁殖和传播提供了更好的温床, 热带、亚热带各类传染病如疟疾、登革热等向南北扩散, 威胁着更多人口的生命健康, 降低了人们的生活水平与质量, 人居环境逐渐恶化。海平面上升导致南太平洋岛国图瓦卢的经济作物不能种植, 蔬菜尤为稀缺和高昂, 因此以肉食为主的饮食结构使当地居民心脏病、脂肪肝等问题普遍存在。Anna Lyth以地处温带的澳大利亚塔斯马尼亚岛为例, 阐述了气候变化背景下罗斯河病毒病的发生对人类潜在脆弱性的影响, 即气候变化对人类健康的间接影响[16]。③沿海地区公路、铁路、航运等交通运输设施面临海平面上升带来的威胁, 交通基础设施受到破坏, 铁路扭曲、桥梁和港口淹没等, 在降低交通运输能力的同时增加了交通运输安全隐患, 甚至形成灾害。Hande Demirel指出, 对交通运输体系而言, 海平面上升及其风暴潮在所有气候变化中是最具破坏性的, 通过探寻欧洲交通网络的暴露度、脆弱性和连通性概念, 评价了海平面上升和风暴潮对交通基础设施的潜在敏感性[17]。David Dawson以英国道利什沿海铁路线为例, 运用半经验模型分析了过去150年海平面变化与铁路事故发生存在正相关关系, 预测到2100年海平面上升0.55—0.81m时, 铁路运输受限天数将达到年均84—120天, 产生更多的社会经济费用[18]。
　　
　　3.岛应对海平面上升的对策分析
　　
　　3.1 适应性增强
　　
　　适应性战略是针对海平面变化采取相应措施的行动计划, 通过修复海岸带生态环境等主动适应, 有效降低海平面上升对海岛产生的威胁。Marcello Sano以澳大利亚昆士兰州东南部为例, 通过建立“暴露度—敏感度—适应能力”脆弱性评价指标体系, 指出面对气候变化尤其是海平面上升的影响, 适应能力的提升才是脆弱性增强的首要选择, 包括将海平面上升和海浪气候数据纳入沿海规划或沿岸侵蚀管理规划中, 建立适应气候变化的动态缓冲区概念, 逐渐改变气候预测的不确定性问题等[19]。Natasha Kuruppu针对最不发达的小岛屿发展中国家面对气候变化尤其是海平面变化情境下存在管理、认知、文化、资金和技术等障碍, 针对性地提出减缓这些壁垒的适应性措施[20]。Arthur P Webb以太平洋中部27个环状珊瑚岛为例, 借助历史航拍图片和遥感影像, 通过定量分析年均海平面上升率与海岛面积变化的关系可知, 43%的海岛面积保持稳定, 43%的海岛面积增加, 14%的海岛面积减小, 并指出地貌变化的风格和幅度随着岛屿的不同而异, 未来海岛国家必须优先解决这一变化风格与幅度问题, 重新考虑适应性策略的调整[21]。
　　
　　3.2 居住地变迁
　　
　　建造人工居住地是海岛应对海平面上升的重要选择。拥有1192个珊瑚礁岛的马尔代夫大部分国土仅仅高出海平面1.5m, 面对海平面上升将淹没国土的危险, 在首都马累东北部1.3km处填海建造的人工岛———胡鲁马累岛比马累高出海面1倍, 可以安置约5万名居民。由热带太平洋珊瑚环礁组成的基里巴斯同样是一个地势低洼的岛国, 面对海水变暖导致愈发严重且频繁的珊瑚白化问题, 海平面上升的威胁越来越大, 部分滨海居民被迫移至内陆, 并考虑举国迁至类似海上石油钻井平台的人造漂浮岛。Overton C T以加利福尼亚长嘴秧鸡为例, 指出在海平面上升导致沼泽栖息环境发生变化的情况下, 人工栖息地的修建能在短期内有效保护这一鸟类物种[22]。
　　移居国外甚至举国迁徙是海岛国家应对海平面上升, 力求生存的一大策略和长远打算。例如, 马尔代夫通过建立“主权财富基金”, 用于购买新国土, 考虑举国搬迁至印度、斯里兰卡和澳大利亚;图瓦卢由9个环形珊瑚岛群组成, 海拔最高处4.5m, 打算迁至新西兰和澳大利亚等国。此外, Alex Arnall通过阐述马尔代夫精英阶层和非精英阶层关于气候变化尤其是海平面上升与移民进程的争议, 认为应增加双方在这一问题上的对话协商, 从不同的视角更加有效地整合彼此的意见, 妥善解决海平面上升带来的威胁[23]。Carol Farbotko以图瓦卢为例, 阐释了气候移民在未来很可能成为现实, 但不应该产生难民危机, 应充分考虑到利益相关者尤其是海岛居民的情感、价值观念和动机, 提高公众的参与度等[24]。
　　
　　3.3 持续性管理
　　
　　一个完善与成功的管理系统是海岛应对海平面上升问题的最有效举措。通过引入时空决策框架体系, 充分考虑在海平面上升影响下的空间动态特征, 提高获取时空信息的能力, 解决多个利益相关者多重决策标准的问题, 制定更加有效和可持续的管理政策, 为复杂的沿海系统治理注入新的见解[25], 尽可能做好海平面上升与过度拥挤、城市化、土地利用变化和文化规范转换等非气候因子的相互作用, 逐渐降低多重压力背景下的脆弱性[26]。
　　考虑到海岛的地理隔离特性, 在面对海平面上升危机时必须引起全世界的广泛关注, 这就要求积极加强区域合作, 尤其是与非政府组织的合作, 建立跨区域合作治理网络, 整合不同利益相关者, 进一步明确责任和义务问题, 增强可持续性[27]。此外, 还要充分发挥小岛屿国家联盟 (AOSIS) 、太平洋岛国论坛 (PIA) 、环印度洋地区合作联盟 (IOR-ARC) 等载体和平台的作用, 联合应对海平面上升问题。
　　
　　4.结论与展望
　　
　　通过梳理海平面上升对海岛影响与对策的国际研究进展, 初步得出以下结论:①2006年以来, 国外关于海平面上升对海岛影响与对策问题的研究重点在于气候变化、海平面上升、海岛、脆弱性等关键难题上, 绝大多数研究成果来源于《沿海研究》和《地球物理研究》两个期刊, 研究内容相对集中, 且存在交叉、互引甚至重复现象。②海平面上升对海岛产生空间的影响是多尺度和多层次的, 主要体现在脆弱性评估上, 涉及敏感性、暴露度和适应能力等, 具体包括破坏生态系统、阻滞产业发展和增加安全隐患三个方面。③海岛国家或地区应对海平面上升的对策既有沿海地区的一般性策略, 又有根据自身特点制定的特殊性手段, 主要包括适应性增强、居住地变迁、持续性管理三个方面。
　　联合国政府间气候变化专门委员会指出, 全球气候变暖是不可逆的, 海平面上升已成为一个不争的事实。虽然海平面上升具有缓变性、长周期性、容易受到多因素干扰等特征, 但是对沿海地区海洋灾害的威胁程度起到了推波助澜的作用, 加大了海岛的淹没风险, 这就需要我们居安思危, 做好防范准备。世界主要海岛国家和地区处于对抗气候变化的前线, 而且生态系统相对孤立且脆弱、自我恢复能力有限, 海平面上升往往成为其致命损害因素, 关乎到他们的命运、生存与发展, 因此未来必须将应对海平面上升的政策体系整合到国家中长期生存安全与发展战略之中, 提高适应海平面上升工作的战略高度, 这是实现海岛经济可续发展的重要保证[28,29]。此外, 世界上绝大多数小岛屿发展中国家经济条件较差, 有的甚至完全依赖富国援助, 资金和技术问题是其海平面上升治理的约束条件, 这就需要国际社会尤其是二氧化碳排放量较高的发达国家伸出援助之手, 不能将经济发展减缓作为忽视气候变化的借口, 在进一步加大温室气体减排力度的同时, 应该更多地承担相关责任, 给小岛屿发展中国家提供尽可能的资金支持, 以更加合理的方式加快环境无害技术的转让, 并通过建立国际援助分配机制, 将其落到实处。
　　众所周知, 海平面上升对海岛的影响及对策研究属于交叉范畴, 涉及海洋科学、气候学、经济学、灾害学、管理学等多个学科, 海岛脆弱性的全方位提升和生态系统的全面维护必将是一个漫长的过程。本文关于海平面上升对海岛影响与对策的国际研究进展成果是较初步的, 今后将重点围绕海平面上升对海岛的脆弱性评估、海平面上升对不同类型海岛的异质性影响、我国典型海岛应对海平面上升实践工作的推进等问题进行深入探索。
　　
　　参考文献
　　
　　[1]IPCC, 2007:Climate Change 2007:The Physical Science Basis[M].//Solomon S, Qin D, Manning M, et al.Contribution of Working GroupⅠto the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.Cambridge, United Kingdom and New York, N Y, USA:Cambridge University Press, 2007∶996.
　　[2]Chaomei Chen.Cite Space II Detecting and Visualizing Emerging Trends and Transient Patterns in Scientific Literature[J].Journal of the American Society for Information Science and Technology, 2006, 57 (3) ∶359-377.
　　[3]Md Ashraful Islam, Md Shakhawat Hossain, Sanzida Murshed.Assessment of Coastal Vulnerability due to Sea Level Change at Bhola Island, Bangladesh:Using Geospatial Techniques[J].J Indian Soc Remote Sens, 2015, 43 (3) ∶625-637.
　　[4]Colin D Woodroffe.Reef-island Topography and the Vulnerability of Atolls to Sea-level Rise[J].Global and Planetary Change, 2008, 62 (1-2) ∶77-96.
　　[5]James B Shope, Curt D Storlazzi, Li H Erikson, et al.Changes to Extreme Wave Climates of Islands Within the Western Tropical Pacific Throughout the21st Century under RCP 4.5 and RCP 8.5, with Implications for Island Vulnerability and Sustainability[J].Global and Planetary Change, 2016, 141 (6) ∶25-38.
　　[6]Miller M W, Piniak G A, Williams D E.Coral Mass Bleaching and Reef Temperatures at Navassa Island, 2006[J].Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2011, 91 (1) ∶42-50.
　　[7]Keivan Kabiri, Biswajeet Pradhan, Kaveh Samimi-Namin, et al.Detecting Coral Bleaching, Using Quick Bird Multi-temporal Data:A Feasibility Study at Kish Island, the Persian Gulf[J].Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2013, 117 (1) ∶273-281.
　　[8]Robin Pouteau, Philippe Birnbaum.Island Biodiversity Hotspots Are Getting Hotter:Vulnerability of Tree Species to Climate Change in New Caledonia[J].Biological Conservation, 2016, 201 (9) ∶111-119.
　　[9]Marlon C, Fran?a Mariah I Francisquini, Marcelo C L Cohen, et al.The Last Mangroves of MarajóIsland——Eastern Amazon:Impact of Climate and/or Relative Sea-level Changes[J].Review of Palaeobotany and Palynology, 2012, 187 (6) ∶50-65.
　　[10]Marcelo Cancela Lisboa Cohen, Rubén JoséLara, Elvira Cuevas, et al.Effects of Sea-level Rise and Climatic Changes on Mangroves from Southwestern Littoral of Puerto Rico During the Middle and Llate Holocene[J].Catena, 2016, 143 (8) ∶187-200.
　　[11]Katherina D Gieder, Sarah M Karpanty, James D Fraser, et al.A Bayesian Network Approach to Predicting Nest Presence of the Federally-threatened Piping Plover (Charadrius Melodus) Using Barrier Island Features[J].Ecological Modelling, 2014, 276 (3) ∶38-50.
　　[12]Marlin Medina, Jimena B Fernández, Pierre Charruau, et al.Vulnerability to Climate change of Anolis Allisoni in the Mangrove Habitats of Banco Chinchorro Islands, Mexico[J].Journal of Thermal Biology, 2016, 58 (5) ∶8-14.