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气候变化脆弱性概念及评价方法研究


气候变化脆弱性评价相关理论及方法研究 气候变化脆弱性评价相关理论及方法研究
一、气候变化脆弱性相关理论研究 1、气候变化脆弱性的概念体系 脆弱性一词最早出现于地学领域的风险和灾害方面的文献中, 但是在不同领 域有着不同的认识和理解(刘燕华,李秀彬,2001)。1979 年,联合国救减组织 (UNDRO)将脆弱性定义为:脆弱性表示灾害(自然事件,包括它们的强度、力量和 持

续时间)和风险(暴露在灾害事件中的概率)之间的关系(Wilhelmi,2001)。美 国农业部的 Reilly(1996),针对局地系统对气候变化的脆弱性,将脆弱性定义 为:在一定地区,很难通过适应措施改变的气候变化负面影响的程度;联合国粮 农组织(FAO)将脆弱性定义为:存在可能导致地方居民出现食物安全问题或营养 不良的因素(Reilly J,1996)。Chambers(1983)认为,脆弱性包含两个方面:外 在表现为风险、打击和胁迫等对易于受害的个人或家庭的影响;内在表现为无抵 抗能力,即缺乏暂时应对灾害的能力。Downing T E,(1993)针对脆弱性的不同 理解,总结了 1985-1992 年间许多科学家有关脆弱性问题的研究成果,认为脆弱 性主要包括三个方面:首先,脆弱性应作为一个结果而不是一种原因来研究;其 次,针对其它不敏感因子而言,其影响是负面;最后,脆弱性是一个区别于社会 经济集团或地区的相对概念而不是一个绝对的损害程度的度量单位。 20 世纪 80 年代末 90 年代初全球气候变暖及其影响逐渐受到国际社会的关 注,脆弱性概念开始引入气候变化影响研究和评估当中,随后其内涵不断得到丰 富和发展。1988 年成立了政府间气候变化专门委员会(IPCC),并于 1990 年出版 第一次评估报告,对气候变化的脆弱性进行初步的论述,脆弱性问题开始受到普 遍关注。IPCC 在 1996 年的第二次评估报告就将脆弱性定义为气候变化对系统损 伤或危害的程度,并指出脆弱性不仅取决于系统对气候变化的敏感性(系统对给 定气候变化情景的反映,包括有益的和有害的影响),还与系统对新的气候条件 的适应能力(在一定气候变化情景下,通过实践、过程或结构上的调整措施能够 减缓或弥补潜在危害或可利用机会的程度)有关(IPCC,1996)。随着脆弱性问题 研究的不断深化和普及,2001 年 IPCC 在第三次评估报告中进一步明确给出气候

变化的敏感性、适应性和脆弱性的定义。敏感性是指系统受到与气候有关的刺激 因素的程度,包括有利和不利影响。适应性是指系统的活动、过程或结构本身对 气候变化的适应、减少潜在损失或应付气候变化后果的能力,社会经济的基础条 件以及人为影响、干预有关。脆弱性是指系统容易遭受或没有能力应付气候变化 (包括气候变率和极端气候事件)不利影响的程度,是系统内的气候变率特征、幅 度和变化速率及其敏感性和适应能力的函数(IPCC,2001)。并将脆弱性看作敏感 性和适应能力函数。IPCC 对气候变化脆弱性进行的界定,认为气候变化脆弱性是 系统对气候负面影响的敏感度,也是系统不能应对负面影响的能力反映,而气候 变化脆弱性的关键参数是系统暴露、敏感性和适应能力。脆弱性一方面受外界气 候变化的影响,取决于系统对气候变化影响的敏感性或敏感程度;另一方面也受 系统自身调节与恢复能力的制约,也就是取决于系统适应新的气候条件的能力。 一个对气候变化比较敏感但其适应能力较差的系统,其脆弱性比较大,易受气候 变化的影响;而一个对气候变化比较敏感而其适应能力强的系统不一定是脆弱 的,不易受气候变化的影响。通常,最脆弱的系统是那些对气候最敏感和适应能 力最差的系统。适应能力是指系统通过调整来适应气候变化,包括气候变率和极 端气候事件,从而减轻潜在损失、利用机遇的潜在能力水平。生态系统对气候变 化的脆弱性是敏感性和适应能力的综合体, 因此脆弱性的评价基本也包含了这两 个层次的问题。 尽管不同的研究者对脆弱性强调的内容和着重点有所差异,但总体上看,气 候变化脆弱性的内涵理解可以归纳为两大类型,即终点概念(End-point)和始点 概念(Starting-point)(○’Brien et al.,2004)。这两种脆弱性研究的角色, 与适应研究相对应,构成了对脆弱性理解的基础,按照终点理解的脆弱性表示在 全球气候变化达到一定水平时,考虑适应性的净影响,主要面向气候变化减缓和 补偿政策的制定; 按照始点理解的脆弱性集中于削减任何气候灾害的内在社会经 济脆弱性,强调适应政策和区域社会的可持续发展需要(Smit et al.,1999; Burton et al.,2002)。两种气候变化脆弱性概念类型的比较见表 l。用终点概 念理解气候变化脆弱性已经广泛应用于各种灾害、 包括气候灾害在内的风险评估, 灾害风险评估的应用主要关注短期的自然灾害.相反,归因于人类活动,人类气候 变化的主要特征是长期的、动态的、全球的,而且具有空间异质性,包括多重气候 灾害和极大的不确定性.灾害风险评估则将气候灾害作为静态的、脆弱性作为固

定的来看待,而长期的气候变化时间尺度,则需要把焦点转向将来的风险,需要考 虑脆弱性因素随着时间的变化而变化的动态评估框架.系统对气候变化的未来风 险主要由气候灾害未来的暴露、气候灾害未来的敏感性所决定(这里使用的敏感 性用语相当于内在的综合脆弱性),未来的敏感性取决于目前系统的敏感性和目 前、 将来的适应能力.因此,任何气候变化脆弱性概念需要考虑脆弱性的适应能力, 很大程度上,决定了敏感性是如何随着时间的推移而进化的(Füssel H M 2007) 。 系统对气候灾害的未来暴露不仅取决于全球尺度未来的灾害水平,而且还取 决于区域暴露因素,这类信息原则上源于下一级尺度气候变化情景,但与极大的 不确定性相关联.如果我们用潜在的灾害风险概念模型来完全描述 “灾害” “脆 和 弱性”两种风险要素,那么,对全球气候变化未来脆弱性的定义,脆弱性概念就需 要包括区域暴露因素(Füssel H M 2007)。
表 1 两种关于气候变化脆弱性概念的理解比较 “终点”理解 问题起源 政策背景 主要解决的政策 问题 主要解决的研究 问题 脆弱性和适应能 力的关系 适应类型 研究的出发点 主要学科 适应能力决定脆弱性 适应未来的气候变化 未来气候变化的情景 自然科学 不同区域气候变化的预期净影响是什么? 气候变化 气候变化减缓、补偿;技术适应 气候变化减缓政策带来的好处是哪些? “始点”理解 社会脆弱性 社会适应、可持续发展 如何减少社会系统对气候变化风险的 脆弱性? 为什么某些区域和群体的脆弱性较 高? 脆弱性决定适应能力 适应目前的气候变率 目前气候变化的脆弱性 社会科学

全球气候变化一定水平下的预期净影响; 由社会经济因素决定的对气候变化和 脆弱性理解 面向全球气候变化的动态以及综合的脆 弱性 变率的脆弱性;面向所有尺度气候变 化胁迫的现状以及内部的社会经济脆 弱性

2、气候变化脆弱性评价的主要流派 近年来一些国外学者基于不同学科背景的大量相关研究实例, 从脆弱性评价 的目的、 脆弱性分析的概念核心、 关注的问题、 评价的时空以及决策尺度等方面,

把脆弱性评价主要分为三个主要的流派,分别为风险灾害学派、政治经济/生态 学派以及生态恢复学派,各学派的主要特点见表 2 ( Eakin H and Luers,2006)。

表 2 不同脆弱性评价学派的主要特征比较 比较方面 风险灾害
什么灾害和风险? 什么影响? 关注问题 何时何地发生?

政治经济/生态
人群和地区是如何受到 不同的影响? 如何解释不同应对和适 应能力的差异? 哪些因素导致脆弱性的 原因和结果?

生态恢复
系统为什么以及如何改 变? 响应变化的能力是什么? 控制应对和适应能力的 潜在过程机制是什么?

暴露性 关键属性 敏感性

能力 敏感性 暴露性

变化阈值 重组能力

暴露单元

地区、部分、活动、景观、 个体、 家庭、 社会群体、 社区、 生态系统、人和自然的复合系 区域 生活 本地、区域、全球 “个人或社会群体对某种自 然灾害影响的参与、 应对、 抵 抗和恢复能力的特征”; “脆弱性主要表现在落后和 社会经济的边缘性的集聚, 以 及无法获得足够的资源去维 持自然资源的基础和应对气 候和生态的扰动”。 统 景观、生态区、复合尺度 “脆弱性是恢复力的反义 词,恢复力是指系统承受干扰 以及维持其功能和控制性的 能力”; “恢复力主要包括以下几个 方面因素:l)系统可以承受的 变化程度 2)系统自组织能力 的程度 3)系统构建调节和适 应能力的程度。

决策尺度

区域、全球 “个体或是群体暴露在某 类风险灾害下的程度和负 面影响。它反映了受胁迫 区域和社区社会相互作用

概念定义 (脆弱性)

特征”; “某种在考虑到对可能气 候变化采取胁迫适应性措 施的背景下,仍很难缓解 负面影响的可能性”。

3、气候变化脆弱性评价不同演化阶段的概念模型和特征 气候变化脆弱性评价不同演化阶段的概念模型和特征 气候变化脆弱性评价是在某种决策语境或是研究目的的背景下, 面向不同的 相关利益群体,对关注的问题展开研究。根据应对气候变化的主要响应类型,脆 弱性评价主要是为以下 3 种类型的决策情景提供信息。 (l)为减缓全球气候变暖而制定长期的减排目标, 并提供详细的论述和科学 信息;

(2)辨识关键的脆弱区域和脆弱群体, 从而优化资源配置来满足研究和适应 气候变化的需求; (3)针对某区域和领域,制定具体的适应性政策。 通过综合分析气候变化评价演化趋势和特征,根据 Fussel 和 Klein(2006) 的相关研究成果,把气候变化脆弱性评价分为四种演化阶段或是基本类型,分别 为影响评价、第一代脆弱性评价、第二代脆弱性评价和适应政策评价。需要指出 的是,以上四种脆弱性评价类型是从理论分析的角度来区分和归纳,然而对于实 际的脆弱性评价,常常是各种类型的结合。上述 4 种类型共同构成了气候变化脆 弱性评价的内涵,其各自的特点见表 3。
表 3 不同气候变化脆弱性评价演化类型的特征比较 比较方面 主要政策 主要结果 时间尺度 空间尺度 气候变率、非气候变化因子 和适应性的考虑度 不确定性的考虑度 自然科学和社会科学结合 相关利益者的参与度 很少考虑 较低 较低 气候变化潜在 主要阐述的问题 自然影响是什 么? 部分考虑 较低一中等 较低 气候变化会导致哪 些有可能的社会经 济影响? 部分考虑 中等一高 中等 考虑到可能的适应 性,气候变化的脆 弱性如何? 充分考虑 高 高 采取哪些适应性 性策略来减缓对 气候变化和气候 变率的脆弱性? 影响评价 减排政策 潜在的影响 长期 国家一全球 很少考虑 第一代脆弱性评价 减排政策 预期适应的脆弱性 长期 国家一全球 部分考虑 第二代脆弱性评价 资源分配 后适应的脆弱性 中期-长期 本地区域一全球 充分考虑 适应政策评价 适应政策 建议的适应策略 短期-长期 本地区域一全球 充分考虑

4、气候变化脆弱性评价案例分析 气候变化脆弱性评价案例分析 (1)国外气候变化脆弱性评价案例分析 20 世纪 80 年代末 90 年代初,随着脆弱性概念的引入及对系统受气候变化 影响认识的不断深入,国际上 IPCC、UFCCC、UNEP 等相关机构以及美国、欧盟、 加拿大、孟加拉、坦桑尼亚等国家相继在国家和区域尺度上,开展了气候变化对 农业、林业、水资源、生态环境、社会经济以及人体健康等方面的脆弱性评价, 并结合未来经济及人口发展情景做出相应预测。自加世纪 90 年代以来,仅在全

球变化领域内涉及到脆弱性研究的科技论文约为 939 篇(Janssen et al., 2006)。 目前,国外相关学者在气候变化脆弱性案例研究方面,主要集中在以下领域。 l)基于气候变化影响的脆弱性评价 20 世纪 90 年代初期,国外一些机构和学者逐渐开始气候变化脆弱性研究, 这个阶段的脆弱性评价基本等同于气候变化的潜在影响评价, 主要通过气候模式 和模型模拟的耦合, 通过分析不同气候变化情景下系统某些方面的负面影响和社 会经济指标的损失量来表征脆弱性的大小, 属于气候变化脆弱性评价演化发展的 第一个阶段。在实际案例研究中,一些学者将气候变化的负面影响结果混淆为包 含因果过程和条件要素的脆弱性评价, Iglesias 等(19%)采用作物动态生长模 如 型和气候模式数据,通过土地适宜性、作物产量以及农民收入等因子在不同气候 变化情景下的损失量来反映亚洲农作物生产力响应气候变化脆弱性; 这一阶段的 研究最有代表性的是“美国国家研究计划”(united stat Country studies Program,USCSP),该计划旨在帮助发展中国家实现 LJNFCC 框架下的应对气候变 化职责,主要针对各个国家的海岸带资源、农业、森林、渔业、生物多样性等部 门开展脆弱性评价, 评价方法主要是结合气候变化情景数据和相关生物物理影响 模型(Smith et al.,1996) 2)气候变化脆弱性的阈值研究 气候变化脆弱性的阈值研究关键在于如何确定脆弱性评价的参照基准或气 候变化的阂值。如 AIR 一 CLIM 项目评价气候变化对欧洲自然生态系统脆弱性的 影响情况时,将第一性生产力(NPP)作为生态系统响应气候变化的指标,以 NPP 的变化量不超过多年平均的 10%作为划分系统脆弱与否的闭值(VanMinnen et al.,2002);Christensen 等(2004)基于 SAVANNA 草地模型,模拟了气候变化和 放牧交互影响下蒙古地区草地生产力的变化, 辨识了在不同放牧强度和气候变化 情景下草地生态系统状态变化的阈值。此外,一些学者开始探索社会经济系统响 应 气 候 变 化 的 脆 弱 性 阈 值 , 如 Antle 等 (2004) 基 于 耦 合 过 程 模 型 (coupled-process model),采用农业生产的经济利润指标来评价美国北方大草 原农业系统在不同气候变化情景和 CO2 施肥水平下的脆弱性阈值。 3)基于 GIS 的气候变化脆弱性区划 无论是气候变化脆弱性相关指标的空间评价和图形化表达, 还是气候变化情 景和影响模拟评估,GIS 已经成为气候变化脆弱性空间评价中的核心工具。近年

来 , 一 些 学 者 在 不 同 空 间 尺 度 上 应 用 GIS 展 开 气 候 变 化 脆 弱 性 研 究 。 如 Peterson(2002)应用 GIS 概率模型, 评估气候变化引起的植被类型变化下佛罗里 达北部森林景观的脆弱性;O’Brien 等(2004)在 GIS 平台上,选取空间相关评 价因子,综合评估印度农业人群在全球经济和气候变化胁迫下的脆弱性,辨识受 未来全球经济和气候变化双重影响的关键区域。 4)基于综合指标体系的气候变化脆弱性评价 目前, 大约 1/3 的气候变化脆弱性研究关注脆弱性指标体系的构建和案例评 价。如南太平洋应用地学委员会(SOPAC)的环境脆弱性指标体系(EVI)从风险、抵 抗力、损害和退化角度提出 57 个评价指标,以衡量气候变化对沿海岛屿国家的 影响(Ursula et. al,1999)。欧洲环境保护署(EEA,2005)分别从环境脆弱性、 社会经济脆弱性以及针对脆弱事件的适应性措施三个方面, 在欧洲区域展开气候 变化脆弱性评价。Moss 等(2001)基于 VRIP 模型(vulnerability-resilience indicator prototype)对全球 38 个国家开展气候变化脆弱性的综合评价,该评 价体系包括敏感度和适应能力评价,其中敏感度评价分为人居环境、食品安全、 人类健康、生态系统和水资源等五个方面:适应能力评价由经济能力、人力资源 以及环境能力三方面构成。Brooks 等(2005)从经济发展、健康和营养、教育、 基础设施、政府管理、地理和人口、农业、生态以及技术等方面,构建面向国家 尺度的气候变化脆弱性指标体系, 并通过与气候变化相关的人口死亡率数据进行 相关性分析,筛选出 11 个核心指标。 5)气候变化的社会经济脆弱性研究 根据气候变化脆弱性的始点(starting-point)概念理论, 脆弱性集中于削减 任何气候灾害的内在社会经济脆弱性,强调适应政策和广义社会发展的需要 (Adger,2006)。国外一些人类学、社会学以及经济学领域的学者,从政治经济 学和权利理论的角度,研究气候变化的社会经济脆弱性,强调气候变化脆弱性作 为一种环境变化的脆弱性不能脱离资源利用的广域政治经济而存在, 在加强自身 利益、自然和生态系统相互作用力量分配的过程中,人类活动有意、无意地在驱 动脆弱性(Adger,2006)。因此,一该领域的气候变化脆弱性研究主要是分析构 成系统脆弱性的社会和制度驱动因素, 以及如何描述特定区域和人群的脆弱系统 属性,注重对资源和财富支配和可达性、社会多样性、社会公平、公共参与等方 面的研究(Eakin and Luers,2006)。如 Liverman(1990)建立了社会生态系统属

性相互作用的综合框架,在对墨西哥千旱脆弱性研究中,提出了基于脆弱性驱动 力定量评估的综合途经,指出灌溉和土地开垦对引诱干旱脆弱性具有重要的影 响,表明区域、人和社会生态系统的驱动力导致脆弱性。Eakin(2003,2005)在 对墨西哥中部和普埃布拉的研究表明, 由于新自由主义政策改革而带来的农民对 资源可达性的不确定性,会增加其对气候灾害的脆弱性。 6)注重相关利益者参与过程的气候变化脆弱性评价 当气候变化脆弱性发展到适应性政策评价阶段的时候, 很多学者指出如果气 候变化脆弱性是面向应对策略和政策制定时, 现实或潜在脆弱性群体在整个脆弱 性评价过程中的参与是非常必要的(UND 只 2004)。 Bales 等(2004)在美国西南 如 部地区气候变化脆弱性评价研究中,通过专题讨论会、访谈、问卷调查等多种形 式, 让地方学者、 政府决策者以及不同经济部门代表人员参与到整个评价过程中, 从而在脆弱性评价中建立了高效的相关利益者参与机制。 (2)国内气候变化脆弱性评价案例分析 中国对气候变化下系统脆弱性与适应性的研究始于 20 世纪 90 年代, 主要选 取农业、森林、水资源等自然系统为研究对象开展候变化影响的脆弱性评估,并 初步划定了中国气候变化影响下的敏感区和脆弱区(孙芳和杨修,2005;殷永元 和王桂新,2004)。目前,国内自然生态系统的气候变化脆弱性研究方法主要包 括模型模拟、指标评价以及对比研究(淤利和曹明奎,2005)。 农业生态系统脆弱性研究方面,主要应用实地调查法、产量分析法、相似 分析法、案例研究法、统计模型法和物理模型法以及指标综合评估等方法(孙芳 和杨修,2005;刘文泉,2002)。如林而达和王京华(1994)通过对全国降水量和 蒸发量的统计分析研究了中国农业对全球气候变暖的敏感性, 并划分了农业敏感 区;依据灌溉面积与耕地面积的比率、农牧用地比率、产量和复种指数、农民收 入等指标对中国农业脆弱性进行了定量评价,划分了中国农业气候脆弱区。蔡运 龙等(1996)定性分析了农业系统对气候变化脆弱性, 并提出了相应适应对策和建 议。刘文泉等首次将层次分析法应用于农业气候变化脆弱性指标权重的确定,并 运用于黄土高原区农业生产的研究,取得了预期效果(刘文泉和雷向杰,2002; 王馥堂和刘文泉,2003)。孙芳(2005)运用作物模型和气候模型,选择农作物产 量和相关生态系统功能指标,量化评估农田系统对气候变化的脆弱性。近年来, 一些学者综合运用指标体系、气候模式以及社会经济情景等方法,对我国北方农

牧交错带和宁夏等区域的农业生产气候脆弱性开展了现状和预测评估(何磊, 2007;唐为安,2007)。 森林生态系统方面, 李克让等(1996)采用了林地质量、 林龄结构、 森林灾害、 薪材供应情况和类型变化、生产力变化、森林火险等指标来衡量中国森林的现实 脆弱性和未来脆弱性情况,研究表明我国西南、华中和华南等地区的森林生态系 统气候变化脆弱性较高。李双成等(2005)从生态系统的结构、功能和生境三个方 面构建了生态系统脆弱性的指标体系,结合人工神经网络模型,对燕山地区温带 落叶阔叶林区域进行定量评价。 朱建华等(2007)对气候变化条件下森林生态系统 的脆弱性和适应性评估方法进行总结评述。 水资源脆弱性研究方面, 唐国平等(2000)研究指出水资源脆弱性评估是水资 源系统的综合评估,主要包括水资源的供给和需求平衡的评估;并探讨了气候变 化下水资源脆弱性综合评估的主要步骤,分别为选择气候变化的方案,水资源供 给系统的评估,水资源的需求评估以及水资源供需平衡的评估。王国庆等(2005) 在分析近几十年我国淡水资源的变化特点及气候波动对河川径流水资源的现实 影响的基础上,较系统地总结了近 10 年我国淡水资源对气候变化的敏感性和水 资源在气候变化情景下的脆弱性方面的研究,指出我国水资源系统最脆弱的地 区,其脆弱性的主要原因是由于用水量大、供水量小、地下水超采严重、径流年 际变化大以及蓄水工程不足等引起的。 近年来,在一些国际基金和组织的支持下,国内的相关研究机构开始关注某 个区域综合气候变化脆弱性的评价。如国际环境基金(GEF)AIACC 研究计划资助 的“气候变化对中国西部地区影响的脆弱性和适应性综合评价(AS25 项目)”应 用综合评估(Integrated Assessment,IA)的分析系统及工具来估测中国西部地 区生态环境和经济系统对气候变异的脆弱性, 以及各种气候变化情景对这一地区 可能造成的危害(殷永元, 2004); 在世界自然基金(WWF)资助下, 徐明等(2009) 对整个长江流域的气候变化脆弱性开展了评估,包括流域内的农田生态系统、湿 地生态系统、植被生态系统、水文水资源以及河口城市等。 脆弱性评价方法 二、脆弱性评价方法 脆弱性评价是对某一自然、人文系统自身的结构、功能进行探讨,预测和评 价外部胁迫(自然的和人为的)对系统可能造成的影响,以及评估系统自身对外部

胁迫的抵抗力以及从不利影响中恢复的能力,其目的是维护系统的可持续发展, 减轻外部胁迫对系统的不利影响和为退化系统的综合整治提供决策依据(刘燕 华,李秀彬,2001)。脆弱性评估主要关注以下问题: (1)研究对象面临的主要扰动是什么? (2)脆弱性较高(低)的单元具有什么典型特征? (3)研究区域(内)的脆弱性时间、空间格局? (4)决定脆弱性格局的因素? (5)如何降低评价单元的脆弱性? 目前,脆弱性评价的研究在自然灾害脆弱性、全球环境变化脆弱性、生态环 境脆弱性等研究领域成果相对较多,一些定量或半定量的脆弱性评价方法已经被 提出并得到应用,根据脆弱评价的思路将脆弱性评价方法分为以下四类。 1、模型模拟法 模型模拟法 采用模型进行模拟预测是当前最常用也是发展最迅速的研究方法之一, 特别 是在定量评价研究中,模型的应用更是必不可少。该方法基于对脆弱性的理解, 首先对脆弱性的各构成要素进行定量评价,然后从脆弱性构成要素之间的相互作 用关系出发,建立脆弱性评价模型。史培军(2002)提出了广义的灾害脆弱性评估 模型和狭义的灾害脆弱性评估模型,认为广义的灾害脆弱性是由区域时空脆弱 性、孕灾环境脆弱性、承载体脆弱性构成,狭义的脆弱性评估模型由经济脆弱性、 人文脆弱性、政治脆弱性构成,并分别给出了广义和狭义灾害脆弱性评估的函数 模型。Luers A.L.等(2003)认为系统的脆弱性是由系统内某些变量面对扰动的敏 感性与这些变量临近伤害临界值的程度构成的函数,脆弱性的度量可用二者比值 的期望来表示,此外,他还在考虑系统适应能力的基础上提出了最小潜在脆弱性 的评价方法。Metzger M.J.等(2005)在IPCC提出的脆弱性函数构成形式的基础上, 认为脆弱性是由系统在扰动作用下所遭受的潜在影响与系统适应能力二者构成 的函数。与上述几种脆弱性评价方法相比,函数模型评价法在脆弱性评价的思路 上与脆弱性内涵之间对应较强,能够体现脆弱性构成要素之间的相互作用关系, 有利于解释脆弱性成因及特征,评价结果能够反映系统整体脆弱程度及脆弱性构 成要素的情况。但目前关于脆弱性的概念、构成要素及其相互作用关系尚无统一 的认识,并且脆弱性构成要素的定量表达较困难,使得该评价方法进展较为缓慢, 但该方法在脆弱性评价研究中已越来越受到学者关注。

现有的气候变化影响研究大多数都是针对各部门进行的气候变化影响评价, 然后以不同的社会经济发展情景假设进行量化分析, 从而得出气候变化对社会经 济以及生态环境等的综合影响, 其结果通常以经济指标来表示或是定性地加以说 明 (James J, et al 2001) 此类气候评价模型有很多, 。 如IMAGE、 MAIGCC、 SimCLIM、 PACCLIM 模型等
[17-19]

。这类模型优势在于它能计算不同假设情景下以及多个因素

同时作用的结果,综合考虑了自然一社会一经济各种关系和反馈过程;对来自不 同行业、不同量纲的数据进行标准化,给出了定量分析结果。但此类模型的运用 主要是针对全球或区域尺度上如何减缓气候变化影响而进行的, 对气候变化可能 造成的影响、系统的脆弱性和适应性等问题则关注不够(James J, et al 2001)。 在气候变化影响评价研究中模型的运用还集中表现在评价生物地理分布、 格 局和结构变化上,如在气候变化对自然生态系统或自然植被的脆弱性影响研究 中,多种植物生理生态模型被用来预测植被或植物种对气候变化的响应,如 Gapmodel、BlOME2/3、MAPSS、VEMAP、SDGVM 以及Holdridge Model 等
[20-23]

,这

些模型可概括为经验性(或静态)的统计模型和机理性(或过程)的动力学模型两 种类型。模型的应用为气候变化及其影响研究提供了有效的分析手段,使得定量 地描述生态系统响应及环境变化成为可能, 是定量评价气候变化影响的有力工具 之一,近年来得到了迅速发展。但是在评价生态系统脆弱性情况时,缺乏以模型 输出的生态系统过程和功能特征量如生产力和生物地球循环参数等的变化来进 行脆弱性等级的划分的方法,也就是说难以确定生态系统承受气候变化的阈值 (刘春葵 1999)。 2、指标评价法 指标评价法 定量评价生态系统或环境脆弱性的另一种常用方法就是利用指示物种或系 统对气候变化的响应或者是以能够反应系统状况及其敏感性、 适应能力等指标来 衡量脆弱性,是目前脆弱性评价中较常用的一种方法。例如美国国际开发署 (USAID)资助的早期饥荒预警系统(FEWS)研究就利用指标评价研究计算了非洲大 陆不同地区对粮食安全的脆弱性;南太平洋应用地学委员会(SOPAC)确定的环境 脆弱性指标(EVI),由环境风险指标、环境恢复力指标以及环境退化指标三部分 组成,共有57 个指标,涵盖了食物安全、人口压力、自然灾害以及生态环境等 多方面,以衡量气候变化对沿海岛屿国家的影响。千年生态系统评估项目在评价 气候变化生态系统的影响中以被管理土地的百分比和肥料消耗量来表示生态系

统对气候变化的敏感性。 李克让等在分析气候变化对中国森林的脆弱性影响采用 了林地质量、林龄结构、森林灾害、薪材供应情况和类型变化、生产力变化、森 林火险等指标分别来衡量中国森林的现实脆弱性和未来气候变化情景下的脆弱 性情况。与脆弱性评价研究相类似的生态统健康评价也多从系统的活力、组织结 构和恢复力等几个方面确定能够反应系统健康状况的特征指标对其进行评价。 在众多的评价气候变化对生态系统脆弱性的影响研究中常见的指标有生产 力、植被覆盖度、植被功能型、生物量、物种多样性、能量流、营养循环、食物 链、 种群优势度、 外来种入侵率等等, 此外还有脆弱性形成的成因指标, 如气候、 土壤、地形地质等环境因子以及结果表现指标如产业结构及水平、生产资料占有 量等等。因为气候变化的影响涉及生态系统的方方面面,因此反映生态系统变化 的指标也是多种多样的。 从生态系统的现实状况和外在扰动下生态系统的行为反 应考虑出发,以下途径常用于生态系统的脆弱性评价:①以生态系统受到压力而 出现的非正常综合症状为指标,来诊断生态系统的状态;②以生态系统受到干扰 后产生的回归原有状态的趋势,来衡量生态系统的抗力和恢复力;③以生态系统 作为受体,评价外界胁迫因子对生态系统造成的生态风险。在评价的指标类型方 面,常用的有以下几类:①状况表征指标:是生态系统现状和趋势的指标,可用 于评价生态系统数量、质量、受威胁的和灭绝的物种以及栖息地类型;②压力表 征指标:是温室气体驱动的气候变化因子,如CO2浓度变化、温度升高、降水量变 化等;③利用通用指标:是生态系统利用价值的指标(包括产品财货和生态服务 功能两个方面);④响应表征指标:是生态系统受到气候变化因子后可能出现的 “症状” 指标,如物种多样性的增减、 第一性生产力的变化等等。 Haskell (1992) 等提出一个健康的生态系统应该远离“危困综合症(distress syndrome)”,其 具体的症状有:第一性生产力降低、营养流失、生物多样性损失、关键种群波动 增加、生物结构衰退,并且疾病广泛发生和更加严重。Costanza(1992)试图构 建一个能对复杂系统在所有尺度上都容易应用的实践性的定义。 该定义能综合测 度系统回复力、平衡、组织(多样性)和活力(新陈代谢),并要求使用权重因素去 比较和综合系统中的不同组分。Rapport(1985)等考察了一些压力和它们的症 状,并且给了生态系统压力的5个指标:营养库、初级生产力、尺度分布、物种多 样性和系统恢复力。 Cairns (1993) 把生态系统评价指标体系分为物理化学指标、 生态学指标和社会经济指标三大类。物理化学指标包括水质、大气污染、土壤理

化性质等,生态学指标包括物质和能量流动、食物链、初级生产力、恢复力、抵 抗力、群落结构、稳定性、生态系统服务功能等,社会经济指标包括人类健康水 平、区域经济的发展水平、技术发展水平、公众环境质量和生活质量的观念、政 府决策等。Rice(2003)综述了生态系统健康状态评价工作现状后,提出了选择 评价因子的若干准则,并特别指出能否设置参照点应当是选择的重要依据之一。 到目前为止, 对于采用哪些指标来衡量生态系统的脆弱性还没有一个明确的 标准。 在今后的研究工作中对脆弱性评价的指标体系的研究还需要做进一步深入 探讨,力求能建立准确客观、可操作性强的评价指标体系。除了确定指标外,对 不同指标权重的赋值也是研究工作中的关键。可以使用的方法很多,有专家打分 法、层次分析法(AHP)、统计平均值法、主成分分析法、模糊逆方程法、灰色关 联法等诸多方法,其中以专家打分法和层次分析法的使用更为常见。指标评价由 于其简单、 容易操作,在脆弱性评价中广泛应用,但该方法对脆弱性的评价缺乏系 统的观点,忽略脆弱性各构成要素间的相互作用机制,与脆弱性内涵之间缺乏相 互对应的关系;同时在指标的选择和权重的确定上缺乏有效的方法;脆弱性形成 原因及表现特征在空间上具有较强的区域差异性,在时间上具有动态变化性,因 此建立跨区域、 跨时段的脆弱性评价指标体系非常困难;此外,指标体系评价法所 得出的评价结果的有效性很少被验证。 在实际研究中,上述两种方法常被结合使用,尤其是在评价生物地理影响的 时候,模型用来模拟生态系统对气候变化的响应情况,而指标评价则用来确定系 统的脆弱程度。如AIR-CLIM 项目组建立一种危急气候变化来定量评价气候变化 对欧洲自然生态系统的影响,他们用BIOME3 模拟植被的分布情况和植被的第一 性生产力(NPP),并将其作为生态系统响应气候变化的指标,通过多年的NPP 的 波动情况确定植被对气候变化的响应情况, 最后确定以NPP 的变化量不超过多年 平均的10%作为划分系统脆弱与否的标准,评价气候变化对欧洲自然生态系统脆 弱性的影响情况,取得了不错的效果。 3、图层叠置法 近几年来,随着GIS技术的日益普及和完善,应用GIS技术评估自然和人文系 统的脆弱性已呈上升趋势,图层叠置法就是基于GIS技术发展起来的一种脆弱性 评价方法,根据其评价的思路可分为两种叠置方法:(1)脆弱性构成要素图层间 的叠置。Cutter S.L.等(2000)把美国卡罗来纳州南部乔治敦郡的自然脆弱性与

该区域社会脆弱性的空间差异分布图进行叠置,对区域灾害脆弱性进行了分析; 郝璐等(2003)分别分析了内蒙古牧区雪灾孕灾环境的敏感性以及区域畜牧业承 灾体对雪灾适应性的空间差异,将二者叠置进行分析,得出了内蒙古牧区草地畜 牧业雪灾脆弱性的空间差异;Metzger M.J.等(2005)把全球变化对区域潜在影响 程度的差异分布图与区域应对能力差异分布图结合起来, 对全球变化背景下区域 脆弱性差异进行了评价。 这种方法比较适用于区域在极端灾害事件扰动背景下的 脆弱性评价,能够反映区域灾害脆弱性的空间差异,还能反映区域受灾害影响的 风险性、敏感性及应对能力的空间差异;但在扰动的类型和数量上存在局限性, 当扰动的数量超过一个时(多种自然灾害), 会造成应对能力指标只能选取决定区 域对不同灾害类型应对能力的共性指标,致使应对能力指标的选取上缺乏针对 性,并且最终评价结果不能反映区域针对某种灾害的脆弱性程度;(2)针对不同 扰动的脆弱性图层间的叠置。O’Brien K.等(2004)把表示研究区域针对不同扰 动的脆弱性空间差异图层进行叠置, 来表示区域在多重扰动背景下的脆弱性空间 差异状况, 并以印度农业生产部门在气候变化和经济全球化双重扰动背景下的脆 弱性为例进行了实证分析。该方法为多重扰动(自然的、经济的)背景下的脆弱性 评价提供了研究思路, 但该方法没有考虑各种扰动的风险及其对系统整体脆弱性 影响程度的差异,因此评价结果中很难反映出影响区域脆弱性的主要因素,对如 何减少系统脆弱性的启示不大。 4、对比研究 对比研究在脆弱性影响评价研究中也是常用的方法之一。 这种方法的关键之 处在于如何确定脆弱性评价的参照基准或气候变化的阈值。 目前的研究通常是使 用自行定义的基准点阈值作为评价标准进行对比,如AIR-CLIM 项目定义了“危 急气候条件”作为气候变化阈值,即依据NPP 对气候变化的响应情况,将NPP 划 分成可接受和不可接受范围, 采用不同气候因子组合输入模型计算NPP(主要为气 温和降水),若NPP 的变化超出可以接受的范围,此时的气候条件即为危急气候 条件。而Amy 等人则通过建立敏感性、适应能力与脆弱性的函数关系,假定不同 的系统适应能力, 来定量的评价气候变化对墨西哥雅基河谷农业生态系统的脆弱 性。此外还有根据生态系统关键成分的生理生态幅度计算其基础生态位,将其作 为基准点,或者取系统特征量在目前地表各个区域的平均值为基准进行评价的。 对比研究还可以历史资料或历史事件为参照, 即在历史上寻求气候在时间或空间

上的相似性作对比,这种方法也可获取很多有价值的信息。 在实际研究中, 多种方法常被结合使用, 尤其是在评价生物地理影响的时候, 模型用来模拟生态系统对气候变化的响应情况, 而指标评价则用来确定系统的脆 弱程度。 三、气候变化脆弱性评价目的意义 气候变化脆弱性评价目的意义 气候变化将引起一系列社会问题,甚至威胁到人类的生存与发展,因此,近 年来随着国际全球变化研究战略的调整, 全球变化的适应问题已被提升到可持续 发展能力建设的高度, 全球变化的影响与适应研究不仅是今后一个时期科学研究 的重点,而且会成为国际社会关注的焦点。而针对气候变化下生态系统脆弱性和 适应性评价理论和方法研究,首先需要界定生态系统脆弱性的基本概念,在此基 础上探讨气候变化背景下生态系统脆弱性的理论与方法,进而分析我国自然-社 会资源变化情况,构建生态系统脆弱性评价指标体系,最终提出评估气候变化背 景下区域生态系统脆弱性的模型与途径。 脆弱性评价有利于科学家和决策者理解 环境变化的影响,探索阻碍社会有效响应的潜在因素,了解脆弱人群分布、脆弱 性表现以及脆弱性成因,并寻找降低脆弱性的方法,增强脆弱人群的适应能力。 因此脆弱性研究的目的是通过适应性调整,评估缓和与削减气候变化负面影响、 认识正面作用、避免气候变化对人类和生态系统产生风险的程度。分析气候变化 脆弱性,就是判断适应性对系统产生的可能效果,估计气候变化影响、 筛选有效的 适应性策略和途经。

四、气候变化脆弱性评价研究的发展趋势及展望 气候变化脆弱性评价研究的发展趋势及展望 目前,随着脆弱性研究的深入,脆弱性评价方法也日益多样化、复杂化,但脆 弱性评价还应从简单的评价方法入手,在对评价区域的脆弱性有了一个整体认识 的基础上,再选用复杂的评价方法进行深入细致的评价分析,如果几种评价方法 所实现的评价目的或得到的评价结果是相似的,应优先选用简单的脆弱性评价方 法。 同时,脆弱性评价不仅要对评价区域的脆弱性程度给出科学合理的度量,同时 还要将这种定量评价转化为指导实践的有用信息传达给决策者,这就要求评价者 必须要在数据的转换和评价结果的解释之间作到合理的平衡。此外,脆弱性评价 的客体都是具有动态开放性的多结构、多层次、多形态的高度复杂的系统,但脆 弱性评价不能面面俱到,需要抓住复杂系统脆弱性产生的关键过程及机制展开脆

弱性评价。 上面介绍的脆弱性评价方法在处理复杂系统问题上都有各自的优缺点, 需要评价者根据评价目的采用互补的方式对方法进行集成,加强综合集成的方法 在脆弱性评价中的应用。 1、气候变化脆弱性评价研究的发展趋势 气候变化脆弱性评价研究的发展趋势 (1)从线性的评价到更加复杂,以至基于不同发展情景的多元体系评价; (2)从无视适应性到适应能力的考虑, 以至面向缓解未来气候变化风险和影 响的具体适应政策的制定和评估; (3)从气候变化科学事实驱动的评价到为制定应对气候变化的社会政策需 求驱动; (4)从单纯的气候变化绝对量化分析到社会经济体系中定性分析的结合; (5)从缺乏利益相关者的需求分析到把不同利益相关者的需求和意见和实 际的评价过程结合起来; (6)从单一考虑气候变化的压力因子, 到综合考虑其他非气候变化的环境胁 迫以及社会经济发展的人为因子在气候变化脆弱性评价中作用。

2、研究展望 气候变化已经发生,并将继续到可预见的未来,从而将在不同的时间和空间 尺度上对不同生态系统产生深刻影响。为最大限度地减小气候变化的不利影响, 利用气候变化的有利方面,迫切需要加强全球气候变化背景下关键生态因子与不 同尺度上生态系统的相互影响研究,揭示其适应的机理。 考虑到目前的研究状况, 未来我国关于生态系统脆弱性研究需加强以下方面的研究: (1)研究方法有待进一步提高 气候变化所带来的影响逐渐为人们所关注, 但不同的领域所关注的脆弱性各 不相同,从脆弱性的理论体系到研究方法和手段也都因研究对象、研究尺度以及 关注程度不同而差别较大,难以形成清晰明确的认识,导致使用现有的技术手段 和研究方法所获得的结果对有效避免或减缓气候变化的不利影响难有实质性的 帮助,同时能提供给决策者做出决策依据的信息也很有限。因此,今后的脆弱性 评价研究的主要任务之一将是努力发展更为有效的方法或技术手段, 如采用多尺 度的生态系统联合观测获取更多的系统响应信息,采用跨尺度的数据-模型融合 技术来开展气候变化的脆弱性评价研究,使之能够形成客观的、易于理解的、定

量化的结论,为决策者提供切实有效的决策依据,为缓解气候变化的不利影响提 供科学帮助。 (2)提高脆弱性评价的全面性和客观性 现有的研究多是基于理想状态下的评估, 简化或者忽略了系统与外界的各种 相互作用,例如现实情况下生态系统面临的各种扰动,如病虫害、火灾以及极端 气候事件等等, 这些干扰因子对生态系统的结构成分以及功能格局都有着重要的 影响,而现有的评价都还没能综合考虑这些干扰因子的影响,结果可能会与实际 情况有较大偏差,从而增加了评价结果的不确定性。随着研究工作的全面开展, 提高气候变化的脆弱性评价研究中的全面性和客观性将是未来工作的必然趋势。 如增加与气候变化相关的干扰因子的影响研究,将气候变化与病虫害发生模型、 气候变化与火灾发生模型以及不同气候变化情景下极端气候事件的发生概率等 与脆弱性评价模型相耦合,全面地评价系统的脆弱性,提高评价结果的准确性。 由于系统的脆弱性具有一定的模糊性, 关注外界因素干扰下系统的变化趋势也是 全面评价系统脆弱性的重要研究内容之一。 (3)加强对自然生态系统的脆弱性评价研究 现有的研究已经表明人类活动可能是导致气候变化的主要原因之一, 因此气 候变化的脆弱性评价研究对人类活动的关注也相对较多, 在研究工作中多考虑到 人类活动的影响如人口增加、 土地利用方式的改变以及社会经济发展的水平等因 素,而对受人类影响比较小的自然生态系统的研究目前还不多见,也有观点认为 脆弱性是相对人类而言。 尽管人类的干预无论是对气候变化还是生态系统而言都 有显著的作用,但是从中区分出自然的干扰其意义在于可以确定最原始的信息, 区分问题产生的原因,获得我们应该重点应对的问题,这一点对经济尚不发达的 国家或地区而言尤为重要。因此正确看待人类活动在气候变化中的作用,应尽可 能地区分人类活动和自然因素的影响, 加强对生态系统自身适应能力和变化趋势 的分析,在此基础上,根据系统的状态判断人类作用的大小。现有的研究结果也 表明技术发达地区对气候变化的适应能力相对较强, 而自然生态系统多处于相对 贫困落后的地方,对气候变化的承受能力较弱,这些区域生态系统服务功能变化 对社会经济往往起着更为重要的作用, 因此应当加强自然生态系统对气候变化的 响应研究,以全面了解系统可能应对的气候变化影响的范围和程度,最大程度上 减缓气候变化的不利影响。

(4)加强对不确定性的分析,改进结果的表现形式 加强对不确定性的分析,改进结果的表现形式 全球变化研究是一个及其复杂的地球系统科学问题, 其中的不确定性是客观 存在的,包括研究资料、研究手段和研究方法的不确定性,还有气候变化机制以 及系统之间相互作用的不确定性。 正是由于这些客观存在的不确定性导致了现有 的研究对其处理的欠缺和不足,特别是为决策提供科学信息方面。因此对不确定 性的分析非常有必要,通过分析改进并提高结果的可信度和可比性。此外,还可 以尝试从研究方法或技术手段上加以改进, 如改进气候模式提高气候变化情景的 准确性;或者通过采用多个气候情景进行预测,并给出结果可能发生的概率;结 合评价研究中所使用的模型对结果的不确定性进行分析说明, 针对模型中对生态 系统过程简化方法明确误差的来源及可能的范围, 以增加不同模型的研究结果的 可比性。

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