摄影：张小全/TNC

导语：海岸带是人类活动聚集和人口定居的热点地区，同时也是生态环境脆弱、自然灾害频发的区域。随着气候变化而日益加剧的海岸带灾害和海平面上升严重威胁着沿海社区居民的生命财产安全和社会经济发展。本期解锁自然的力量系列长文将带您了解海岸带生态系统（如红树林、珊瑚礁、牡蛎礁、盐沼湿地和海草床）抵御和减缓海岸带灾害的作用，并将重点解读：基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）如何提升海岸带韧性。

沿海地区是全球灾害的重灾区

近年来全球沿海地区的人口增长趋势显著，2010年全球19亿人居住在距离海岸线不到100公里的区域，占全球总人口的28%，预计到2050年这一数据将超过24亿。沿海地区的大多数人口都集中在人口密度高的城市中，例如，在2010年全球三十个人口数量超过5百万的大型城市中，有十七个分布在沿海地区（Kummu et al.，2016）。

随着气候变化而造成的海平面上升、全球海水变暖以及热带气旋等极端气候事件日渐频繁，导致如风暴潮、海浪、洪涝、岸线侵蚀、台风等海岸带灾害风险正逐年增加，威胁着数以千万计的沿海地区居民的生命财产安全，尤其是海拔低于10米的沿海低洼地区及生活在此的6.8亿人口（IPCC，2019；World Bank，2016）。

全球沿海地区面临的海平面上升的风险 | 来源：IPCC（2019）

海岸带灾害对沿海经济发展带来了严重的负面影响。例如，过去10年间，保险行业赔付了超过3000亿美元的海岸带灾害险，用于重建应对风暴和洪涝的基础设施（World Bank，2016）。到2050年，预计全球滨海城市每年遭受的洪水灾害将造成1百万亿美元的损失（Hallegatte et al.，2013）。

受2005年飓风查利严重影响的美国佛罗里达州蓬塔戈尔达 | 摄影：Carlton Ward Jr./Courtesy of TNC

我国海岸带灾害风险

我国的海岸岸线全长约18000公里，全国70%以上的大城市都集中于此，东部沿海的省市更是在全国国内生产总值（GDP）排行中名列前茅，是我国经济最活跃、人口聚集程度最高的地区（王春子等，2013）。

中国也是世界上受海洋灾害影响最严重的国家之一，具有灾害种类多、分布广、频率高、损失大等特点，严重威胁着我国沿海地区人民群众的生命财产安全和生态文明建设，成为制约沿海经济社会发展的重要因素之一。据《中国海洋灾害公报》统计，近10年来（2010-2019年）海洋灾害导致我国沿海地区直接经济损失1001.22亿元，死亡（含失踪）628人，其中仅2019年海岸带灾害造成直接经济损失达117.03亿元（自然资源部海洋预警监测司，2011-2020）。

全国海洋灾害综合风险图 | 来源：自然资源部海洋预警监测司（2019)

我国的海洋灾害中，以风暴潮和海浪（风浪与涌浪）这两种海岸带灾害为主。过去十年间（2010—2019年），我国风暴潮灾害造成的直接经济损失超过865.9亿元，约占海洋灾害总直接经济损失的86%。我国海浪灾害是发生最频繁的灾害类型，导致的死亡（含失踪）人数最多，占海洋灾害死亡人数的90%以上（自然资源部海洋预警监测司，2011-2020）。

海岸带生态系统

具有极其重要的防灾减灾功能

在海岸带防灾减灾越来越紧迫，尤其是气候变化对海岸带带来的影响越来越严峻的今天。降低海岸带气候变化风险的措施可能包括：改变海岸带开发建设空间布局、开发海洋灾害预警响应系统，以及建设并强化海岸带防护性设施（McIvor et al.，2012）。

在传统海岸带防护设施中，海堤、海墙、防波堤等“硬质”工程或“灰色”基础设施被广泛应用，但存在着维护成本高和难以更新的问题，更可能对生态环境造成伤害（World Bank，2016）。

佛罗里达州被飓风厄玛损坏的防波堤 | 摄影：Jennifer Adler/Courtesy of TNC

大量研究表明，海岸带生态系统在抵御海岸带灾害方面发挥着重要的作用。红树林、盐沼、海草床、珊瑚礁、牡蛎礁等海岸带生态系统能够有效消浪缓流、护淤促滩，并适应海平面上升，从而减少风暴、洪涝与岸线侵蚀对沿海社区和设施带来的破坏（Losada et al.，2018）。如红树林、海草床和盐沼等能够稳定水中的泥沙颗粒，作为缓冲带减缓海浪冲击到岸边的力度。近岸潮下带的珊瑚礁和牡蛎礁能够起到类似防波堤的物理防护效果。这些生态系统还能够通过增加下垫面摩擦阻力起到消浪缓流的作用[1]。

[1] https://coastalresilience.org/

健康的海岸带生态系统通过消减波浪能对海岸带设施的防护作用示意图 | 来源：https://coastalresilience.org/

研究表明，海岸带生态系统平均可以消减浪高35-71% （Narayan et al.，2016）。红树林的防护效益体现在其消减风浪与涌浪的波高、降低风暴潮高峰水位、减弱海面风速等作用。红树林的物理结构特征，尤其是它们的气生根，增加了海浪通过的生物体密度（即阻挡物），从而起到消减波浪能的作用；红树林还提高了下垫面粗糙度，增加了摩擦阻力，从而进一步降低水流速度；另外，红树林林冠也通过降低风速，从而减少风浪的形成。据研究，100米和500米宽的红树林带可分别消减波高13-66%和50-99%（McIvor et al.，2012）。面对风暴潮，每千米宽的红树林带可将最高水位消减4-48厘米（Krauss et al.，2009；Zhang et al.，2012）。弱风（<5米/秒）和强风（>15米/秒）下红树林可分别减低风速85%和50%以上（陈玉军等，2012）。红树林甚至可以在一定程度上抵御海啸灾害，降低其洪涝深度、流速、增水高度和淹没范围等。数值模型预测，数百米宽度的红树林可以使海啸造成的洪涝深度降低5-30%（World Bank，2016）。

红树林气生根的消浪缓流作用 | 摄影：Shane Gross/Courtesy of TNC

珊瑚礁可消减高达97%的波浪能（Ferrario et al.，2014）。造礁珊瑚产生的大量碳酸钙外骨骼所形成的高大立体的礁体，可以通过物理阻挡使海浪破碎，同时在水流通过时增加下垫面摩擦阻力，起到与低矮防波堤相似的海岸线防护作用，甚至能在如台风、飓风等热带气旋通过时提供关键的防护作用（World Bank，2016）。盐沼对波高的消减率最高可达72%，海草床为36%（Narayan et al.，2016）。

海岸带生态系统作为海岸带防护的一种手段，无论是单独作为防灾减灾的绿色基础设施，或是与其他防护措施（如海堤等工程结构）共同构成“灰-绿“复合型的生态海防体系，在减少灾害风险方面都能起到重要作用，加强海岸带的生态和社会经济韧性（Lewis，2005）。

海岸带生态系统面临的威胁

人类活动、海岸带开发建设和气候变化也导致了关键的海岸带生态系统急剧退化，削弱了其防灾减灾功能。世界上58%的主要珊瑚礁位于十万人口以上城市的25公里范围内，64%的红树林分布在人口聚集中心附近（Hassan et al.，2005）。在过度捕捞、水质污染、沿岸开发建设（造成沉积物堆积或直接砍伐）等区域性威胁以及全球性海水变暖和酸化的影响下，全球30-50%的滨海生态系统已退化（Zedler et al.，2005）。1980~2010年间19%的红树林已消失（Spaldinget al.，2010），至少75%的珊瑚礁正面临威胁（Burke et al.，2011），85%的牡蛎礁已消失（Beck et al.，2009）。随之失去的是这些生态系统重要的生态效益，包括海岸线防护作用，致使沿海地区居民的生命财产安全更多的暴露在海岸带灾害风险之下。

基于自然的解决方案：

海岸带韧性工具(NbS-CR)

利用诸如红树林、珊瑚礁等自然生态系统进行防灾减灾的措施需要因地制宜，依据当地海岸带灾害风险、社会经济损失和自然生态系统状况，识别在哪里、以何种形式NbS能够最适宜、最具成本效益的减缓灾害影响（Ferdana et al.，2010）。

为此，大自然保护协会（TNC）自2007年起，与美国国家海洋和大气管理局（NOAA）、自然资本项目（Natural Capital Project）、ESRI（地理信息系统技术提供商）以及多所高校和研究院所等合作伙伴，共同开发了海岸带韧性工具（Coastal Resilience，CR），用于评估海岸带灾害风险及其分布，并提出基于自然生态的减灾行动建议，旨在帮助规划单位、政府机构以及周边社区制定风险规避、岸线修复以及增强恢复能力的空间规划与策略[2]。

[2] http://coastalresilience.org

基于网页的应用模型和制图工具

海平面上升预测工具：模拟不同气候变化情景下的海平面上升程度，及其导致的土地淹没几率。

纽约州海平面上升模拟结果，蓝色为不同气候变化情景下的淹没几率 | 来源：coastalresilience.org

灾害风险评估工具：风险指数是由暴露度与脆弱性共同决定的。暴露度是通过模拟地形、地貌、波高、风向等自然因素，结合海平面上升计算未来海岸带风暴等灾害发生的几率；而脆弱性则是从社会经济角度，分析当地社区在灾害发生时应对的条件和能力，考虑的指标包括财产分布和人口密度等。海岸线防护应用工具：专门用于量化海岸带生态系统消减波浪能的程度，可针对珊瑚礁、红树林、海草床、盐沼湿地和牡蛎礁进行模拟运算。

目前这套工具在全球已经有超过100个社区参与，涉及11个国家，包括美国十七个沿海州、加勒比海的格林纳达、墨西哥以及亚太地区的澳大利亚等地，为当地采用基于自然的防灾减灾方案提供了理论依据。

案例：

美国阿拉巴马州牡蛎礁生态减灾最佳修复点的识别

背景

位于美国墨西哥湾北部的阿拉巴马州，其海岸带地区曾分布着超过三米高的潮下带牡蛎礁，防护着海岸线上的盐沼湿地不受侵蚀，也为海草床的生长提供了清洁的水质和平静的生长环境（Scyphers et al.，2011）。然而，据NOAA统计，墨西哥湾的牡蛎礁已经减少了50%，随之而来的是盐沼湿地、海草床以及滩涂的大面积退化——部分海岸线因侵蚀而流失的速率最高可达每年1.86米（Jones et al.，2012）。按该州600英里的海岸线长度预计在五十年内将损失18000英亩土地，价值18亿美元（Ysebaert et al.，2019）。

措施

在墨西哥湾漏油事件后，由TNC牵头的海岸带修复联盟在阿拉巴马州共同发起了“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1000英亩的盐沼湿地与海草床恢复（Ysebaert et al.，2019）。

利用海岸带韧性工具，识别出要修复的100英里牡蛎礁组成的“防波堤”最具效果的位点。除了使用上述风险评估工具识别受灾严重的区域外，还应用了“修复指南”工具，根据牡蛎生长所需的环境因素与生态条件、社会经济条件（如就业率）以及受灾情况（如岸线侵蚀速率）等，分析出生态减灾修复项目最适宜的地点。

左图：海岸带韧性模型识别的阿拉巴马州Mobile海湾风险指数分布图，红色为高风险区，蓝色为低风险区；右图：用“修复指南”工具分析该海湾适宜牡蛎礁生态减灾的位置，深蓝色为最具生态及社会经济价值的修复区域 | 来源：coastalresilience.org

成果

目前，已有10个牡蛎礁“防波堤”通过现有修复技术实施落地，总长度达到3600米，保护着2英里的海岸线。

阿拉巴马州的牡蛎礁防波堤采用的技术措施，自左上开始分别为：牡蛎壳袋、笼、牡蛎礁堡、牡蛎礁球及礁块 | 来源：coastalresilience.org

监测表明，该牡蛎礁修复项目有效减缓了岸线侵蚀。例如，在Swift Tract历史上（1957-1981）岸线侵蚀速度为每年流失0.35米，而在牡蛎礁修复四年后降低到每年仅流失约0.02米（Ysebaert et al.，2019）。

除了防灾减灾外，该牡蛎礁修复项目也为当地社区带来了就业机会，为有经济价值的鱼、虾、蟹等生物提供栖息地，促进了当地商业捕捞和休闲海钓等相关产业的发展。

美国墨西哥湾路易斯安那州沿岸牡蛎礁生态减灾修复项目，与阿拉巴马州采用了相似的防波堤状设计 | 摄影：Erika Nortemann/TNC

海岸带生态系统防灾减灾效益的经济价值

从经济学角度上定量评估海岸带生态系统所提供的防灾减灾效益的价值，能够为这些生态系统的保护与修复工作提供更多的依据，也便于在规划阶段就纳入这一自然基础设施，设计出减缓海岸带灾害风险的最佳方案。

根据世界银行导则推荐的“预期损失模型 “（Expected Damage Function，EDF）（World Bank，2016）的模拟分析表明，全球红树林每年保护着1800万人免于受灾和价值820亿美元经济财产不受损失。在我国，如果没有红树林，那么沿海风暴每年将会额外造成190亿美元（即1340亿元人民币）的损失（Losada et al.，2018）。

澳大利亚昆士兰州大片的红树林 | 摄影：Christopher Brunner /TNC Photo Contest 2019

通过EDF方法分析还表明，全球每年因为珊瑚礁的存在而避免了价值40亿美元的预期损失，珊瑚礁保护了超过20万人口安全。如果没有珊瑚礁，每年由海岸带灾害造成的损失将会翻倍（Beck et al.，2018）。

美国佛吉尼亚州沿岸的盐沼湿地起到缓冲带作用，保护着当地社区 | 摄影：Peter Frank Edwards/Courtesy of TNC

基于自然的防灾减灾方案，

更具成本有效性

大量证据表明，利用海岸带生态系统降低灾害风险的这种基于自然的防灾减灾方案，可能比传统“硬质”防护工程更具成本有效性，尤其是考虑到自然生态系统能够随海平面上升而自我修复补充的特性（Narayan et al.，2016；Losada et al.，2018；Reguero et al.，2018）。对比修复后的生态系统与传统建造的防波堤，在消波率相仿的情况下，在越南修复红树林的项目比建造防波堤的成本低了五倍；欧洲和美国的部分盐沼湿地修复项目也比硬质工程便宜了三倍（Narayan et al. 2016）；一般在热带地区人工建造防波堤的成本平均为每米1.98万美元，而珊瑚礁修复项目每米平均成本仅需1290美元（Ferrario et al.，2014）。

摄影：Jennifer Adler

推动基于自然的生态减灾措施：

建议与机会

2004-2013年的十年间，全球共有总值近1980亿美元的经费用于建筑海岸带硬质防护工程，然而仅140亿美元用于保护海岸带生态系统，如果能将用于建筑硬质工程10%的资金投入到保护和修复海岸带生态系统上，那么我们在有效提升海岸带应对灾害韧性的同时，还能收获其他生态系统服务功能（McCreless et al.，2016）。

在海防体系中更多且适宜地采用基于自然的解决方案的建议包括：

鼓励更多的采用“灰-绿”结合的海岸防护体系，例如生态堤；关注海岸带生态系统的灾后修复工作，以维持其防护效益；在土地利用和开发建设的空间规划中，应充分考虑并结合海岸带生态系统的减灾效益，预留出增长空间；挖掘针对海岸带生态系统的减灾出现的可持续创新金融机制，如GDP计量体系、巨灾险和志愿交易市场等模式（World Bank，2017；Shepard et al.，2016）。

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