气候变化影响下国外沿海城市应对海平面上升的景观策略与启示

陈崇贤 刘京一

联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，简称IPCC）第五次评估报告表明，20世纪50年代以来，全球气候系统正经历过去近百年以来史无前例的变化，在人类活动的影响下，全球气候正处于以全球变暖为主的变化趋势。由于气候变暖影响，在1901—2010年间全球平均海平面上升了0.19 m，IPCC预测如果温室气体排放继续加剧，到21世纪末海平面将上升0.52～0.98 m[1]。伴随气候变化所引发的冰川融化、海平面上升以及极端天气事件频发，人类将处于更加不确定且难以控制的气候风险中[2]。

沿海地区是陆地和海洋各种过程相互作用的活跃地带，气候变化带来的海平面上升将加剧风暴潮、海水入侵和海岸侵蚀等灾害，给沿海地区的自然环境和社会经济发展造成巨大影响[3-4]。尤其是处于沿海地带的城市将成为高风险区域，据估计目前全球近一半的百万人口城市位于沿海地带[5]，这些地区经济发达、人口密集，对区域、国家甚至是全球范围内的社会经济发展起到重要的推动作用。然而，沿海城市生态环境系统构成复杂，社会经济和自然资源高度集中。随着人类活动日益频繁和对海岸资源的依赖，沿海城市的环境压力加剧，面对海岸自然灾害更加脆弱敏感[6]。

目前，中国超过42%的人口居住在沿海地区，经济比重占全国国内生产总值60%以上，已呈现出“区域发展沿海化”的特征，在社会经济发展中处于重要战略地位[6-7]。在气候变化和海平面上升背景下，中国沿海城市灾害风险加大，极端风暴潮发生频率增加，海岸线侵蚀严重，水环境安全受到威胁[8-9]。同时，《2018年中国海平面公报》显示，2009—2018年中国沿海海平面上升速率约为5.5 mm/a，呈加速上升趋势[10]，给沿海城市防护基础设施带来巨大压力，加剧了中国沿海低地城市淹没和洪涝风险。因此，面对气候变化给中国沿海城市未来发展带来的挑战，减缓海岸自然灾害的风险和破坏，构建弹性且安全的城市景观环境的目标也更加艰巨。基于此，笔者将重点介绍国外沿海城市环境应对海平面上升风险的探索与实践，分析其主要形式和特征，为中国的沿海城市景观建设提供参考。

1 海平面上升对沿海城市的影响及对策

1.1 海平面上升对沿海城市的影响

20世纪60—70年代国内外学者开始关注海平面上升造成的影响，自90年代以来对沿海城市环境受灾风险的关注逐渐增多。目前海平面上升对沿海城市影响的相关研究主要涉及5个方面：1）海平面上升给沿海城市社会经济带来的受灾损失风险，包括不同的土地类型、基础设施以及人口规模等[11-12]；2）海平面上升对海岸防护工程设施防御能力的影响，例如削弱沿海的海堤、挡潮闸及市政排洪管道等工程设施的防灾能力[13-15]；3）沿海城市遭受风暴潮和洪涝灾害的风险，例如海平面上升加剧风暴潮灾害，使得城市环境的淹没范围及深度进一步扩大和加深[16-17]；4）沿海城市水环境安全受到海平面上升的影响，包括引发海水入侵及地下淡水资源的供水安全问题[18-19]；5）海平面上升对沿海城市生态环境造成破坏，例如加剧海岸侵蚀、淹没低地，从而影响海岸湿地生长及其生态服务功能的发挥[20-22]。

1.2 国外沿海城市应对海平面上升的发展策略

由于受到海平面上升和风暴潮灾害的影响，国外许多沿海城市制定了应对气候变化和海平面上升等影响的发展策略。2012年桑迪飓风对美国纽约造成严重破坏，为了提高城市整体弹性并应对未来的海平面上升和极端灾害事件，2013年纽约市发布了《建立更强大的弹性纽约》（AStronger,MoreResilient NewYork）的规划对策[23]。该对策评估了“桑迪”飓风对城市的影响，预测未来整个城市的灾害风险，并在城市滨水空间、基础设施系统和社区环境等方面提出增强弹性和抵御风险的应对措施。美国波士顿分别在2013年和2016年发布了《应对海水上升》（Preparing fortheRisingTide）和《波士顿气候变化应对策略》（ClimateReady Boston）[24-25]，这些报告评估了气候变化和海平面上升导致越来越严峻的洪水风险，并探讨波士顿的不同城市区域应对未来灾害风险的规划工作。2011年英国伦敦发布了《弹性建设和风险管控》（ManagingRisksandIncreasing Resilience）[26]，在评估多种极端气候风险的基础上，该报告制定了就业、投资及经济发展和提高生活水平等一系列管控措施，包括针对由气候变化引发的海平面上升和洪涝风险的公共应对策略。2013年荷兰鹿特丹发布了《鹿特丹气候变化适应策略》（Rotterdam ClimateChangeAdaptationStrategy）[27]，提出了雨洪管理网络建设、城市公共空间及建筑的防范设计标准，并构建了城市不同地区未来应对海岸气候风险的发展模式。总体而言，这些城市的应对发展策略主要涉及加强海岸防护、提高建筑物的防洪标准、控制土地发展、优化城市基础设施及雨洪管理等方面内容，为未来海岸空间的利用和发展提供重要的框架性指导。

2 国外沿海城市景观应对策略

1 应对海平面上升的景观策略Landscape strategies coping with sea level rise

为应对气候变化和海平面上升造成的灾害风险，当前国外许多沿海城市除了在城市总体发展上制定对应措施，同时，在城市景观建设方面也形成了不同的应对策略，这些策略在形式和内容上具有不同特点，分别涉及海岸土地利用、防御基础设施建设、自然动态过程及景观技术应用四大方面（图1）。

2.1 基于海岸土地利用的应对模式

土地利用是一种包含着人类利用土地目的和意图的活动，体现了人类对土地自然属性的利用方式及状况[28]。土地利用和开发模式对景观元素在空间上的分布和配置起到重要影响作用，也决定了景观空间结构的基本特征。不合理的空间结构影响生态系统功能的发挥，从而进一步降低防御灾害的能力。因此，改变土地利用模式或优化景观空间结构可以进一步提高景观系统抵御灾害风险的能力。目前，沿海城市应对气候变化和海平面上升的土地利用策略主要包括：后退、防护及顺应。3种不同形式决定了景观形式、机理和空间布局上的差异。

2010年英国“建造未 来”（Building Futures）机构和市政工程研究所（Institution of Civil Engineers） 联合研究英格兰南部港口城市朴次茅斯（Portsmouth）应对未来海平面上升的城市空间发展策略[29]。朴次茅斯市有近20万的居住人口，也是英国高密度人口地区之一，整个城市几乎围绕水岸发展和建设，大部分地区仅位于海拔高出海平面3 m以上的地方，来自海洋的潮洪是这个城市的主要威胁，有近20%的土地处于洪涝风险区内。研究团队基于土地空间利用策略制定了后退、防护及顺应3种不同发展预设，为城市应对未来不确定的海岸风险提供了多种发展可能，用以降低不必要的损失（图2）。

2 3种不同土地利用模式下的景观结构特征Landscape patterns under three different land use development modes

表1 不同土地利用模式应对策略下的景观特征差异比较Tab.1 Comparison of landscape characteristics under different land use development modes

1）在后退模式下，城市海岸空间将更多地回归自然景观系统。重要的交通干线和关键基础设施以及人的生产和生活被迁移到高海拔的安全地区。例如改变土地使用模式，恢复原有海岸建成区域的盐沼湿地景观，弥补失去的野生动物栖息地。同时，社区迁移到安全区域适应当地的地形，构成类似梯田的居住空间模式，以保证洪水来临时的相对安全。

2）在防护模式下，城市的海岸线进一步通过加强工程设施建设，保障海岸居住区域或重要基础设施免受海岸灾害的影响。该模式下朴次茅斯港口区域将新建闸门抵御洪水的侵袭，同时充分利用海岸防护设施，面向海洋一侧构建坚固而稳定的防潮堤坝，而内侧将防护功能与居住、办公及商业等相结合。这种发展模式能够在一定程度上提高土地开发价值，从而有助于减轻海岸防护工程建设的成本投入压力。

3）在顺应模式下，城市将通过一系列现代工程或科技手段实现向海岸的延伸，为城市提供更多的发展空间。海岸区域通过构建双层交通基础设施连接城市内部居住和生活单元，下层主要用于交通通行，而上层则提供人行和活动的公共空间。同时，为适应洪水入侵，建筑设计采用“高跷”形式，空间布局和城市公共活动场所预留洪水通道和可淹没区域，并且在风浪较小区域构建漂浮社区，以应对未来海平面上升的威胁。

尽管3种不同土地利用模式形成了不同的海岸景观形式和特征，但三者对社会和环境的影响各有不同。从短期来看，后退模式比防护模式对社会的负面影响更大，但从长期来看，防护模式可能对海岸生态环境的负面影响更大。同时，顺应模式对工程和科技的要求较高，需要较大的投资。因此，需要结合沿海城市的具体条件来综合实施不同的土地利用和景观建设模式（表1）。

2.2 基于防御基础设施建设的应对模式

通过景观防御工程建设应对风暴潮、洪水和海岸侵蚀等灾害，是一种常见的加强城市海岸防护能力的方式。目前，国际上沿海城市采取防御景观基础设施策略主要包括以人工建设为主导的硬性基础防御设施、以自然景观为主导的软性基础防御设施以及将两者进行软硬结合的综合方式。

1）硬性基础防御设施主要以人工硬质工程建设为主，通常包括护岸海堤、防波堤、丁坝及防洪闸等。国外许多沿海城市通过建设硬性基础防御设施抵御海岸灾害的风险，为城市发展获得新的空间，例如荷兰鹿特丹马仕朗大坝（Maeslantkering）、英国伦敦泰晤士河的防洪闸工程以及意大利威尼斯的“摩西”（MOSE）水利工程项目。这些硬性景观工程设施所创造的海岸硬质边界对高度城市化的区域能够带来显著的防御效果。虽然这类工程投资巨大，但有研究表明相较海岸灾害破坏带来的经济损失而言，工程建设耗资要小得多[30]。另外，尽管硬性景观防御设施是许多沿海城市采用的重要防御手段，但其也存在风险并对海岸生态环境具有潜在破坏影响。这些工程设施可能会加剧侵蚀情况发生，改变泥沙堆积，影响海岸生物的栖息环境。同时，海洋的物理环境和生物系统的变化也会对人工硬质工程设施造成破坏，从而降低其防御效果和作用[31]。

2）与硬性基础防御设施不同，软性基础防御设施主要基于海岸带自然系统的建设，包括沙丘、红树林、盐沼湿地及珊瑚礁等。通过这些自然系统构建的防御体系相比人工硬质工程设施成本要低，对环境产生的负面影响更小，并且可能提供相同或更优的防御能力[32]。软性防御基础设施所倡导的理念是不破坏海岸原有生态环境的前提下，利用自然环境条件构建起来的一种自然保护系统。例如：在一些东南亚沿海地区，人们恢复由于城市扩张和人类生产活动受到破坏的海岸红树林湿地；在南非的开普敦，许多海岸地区通过人工培育红树林来提高城市海岸带的防护能力。近年来，也有研究显示，海岸带的珊瑚礁可以成为应对海岸灾害的有效防御系统，它能够通过增加沉积物从而减缓海岸侵蚀，弥补了堤坝类工程设施的缺陷，同样可以减弱风暴和海浪对海岸线的破坏[33]。为了起到保护纽约海岸线的作用，纽约市民在2014年发起了一项称为“十亿牡蛎项目”（Billion Oyster Project），希望通过公众的参与和支持来恢复历史上海岸地区的牡蛎礁。这些牡蛎礁不但能够对岸线水体污染起到净化作用，同时提供了各种海洋生物栖息地，也构成了城市第一道海岸防线，有效减弱海浪和风暴的破坏力。

3 弹性波士顿港湾计划Resilient Boston Harbor vision

3）随着沿海城市海岸空间的不断扩张，其所面临的防护与发展之间的矛盾往往是复杂多样的，因此多功能的综合性防御基础设施受到越来越多的关注。这种形式结合了软性工程防御设施和硬性工程防御设施的优势，能够在生态、社会和经济等方面起到很好的平衡作用。在“桑迪”飓风之后，BIG建筑事务所针对曼哈顿沿岸进一步提出了更加综合的“BIG-U”策略。该提案着眼于长远发展和各方利益，将软性防御基础设施和硬性防御基础设施良好地融合在一起，并与城市各种公共活动空间紧密结合，形成一个具有弹性和吸引力的滨水公共空间。同样地，为了提高海岸线应对海平面上升风险的能力，2017年波士顿政府发起了一项“弹性波士顿港湾”（Resilient Boston Harbor）的计划，希望通过在海岸线构建一系列连续的湿地公园系统来应对洪水和风暴的风险，同时为市民提供娱乐和休闲场所（图3）。综合来看，硬性防御设施具有较强的抵御海岸洪涝风险能力，但资金投入高，对海岸生态环境可能造成破坏性影响，而软性防御设施顺应自然变化规律，对海岸的生态环境破坏较小，可以避免大量的资金投入。同时，在面对问题多样而复杂的城市区域，将两者结合的方式能够有效平衡不同的防护灾害、生态保护和活动功能的需要。

2.3 基于自然动态过程的应对模式

海岸环境无时无刻不在发生动态的变化，包括风向、潮汐流动、泥沙堆积、海洋生物和植物的生长等非生物过程和生物过程，这也为创造多样的海岸景观形式提供了可能性。在海平面上升过程中，将造成海岸低地淹没、岸线侵蚀、海水入侵及栖息地变迁等灾害和现象。因此，如何了解海岸自然动态过程的内在演变规律和机制，将不利的自然过程转化为新的设计形式和机会是应对海平面上升过程风景园林设计实践需要解决的重要问题。

在海平面上升影响下，海洋潮汐规律将发生改变，潮差会不断加大，一方面会加剧侵蚀和淹没的风险；但另一方面潮汐作为一种自然的动态变化过程蕴含了巨大的可利用潜力。目前，在荷兰和美国已有实践和研究探索如何利用海岸自然动态过程构建防御体系，以应对未来气候变化带来海平面上升的影响。例如荷兰南荷兰省韦斯特兰市（Westland）海岸在2011年发起了一项人工育滩“成沙引擎”（Sand Motor）工程，该项目通过利用海洋波浪、水流及风等自然过程的作用向海滩缓慢输沙，以此形成海岸沙滩和沙丘，建立海滩防护屏障。已有研究显示这种模式与传统人工育滩工程相比，具有增加海岸的利用和使用、成本低、效果好等优点[34]。2018年美国旧金山湾区的“韧性设计”（Resilient by Design）重塑计划中，SCAPE事务所的设计同样通过借助潮汐的变化过程，让海岸带边缘在垂直方向上堆积足够的沉积物以支持沼泽和滩涂的形成，从而形成一道缓冲屏障抵御海平面上升的威胁。

海水入侵、土壤盐碱化加剧是海平面上升过程给海岸地区带来的另一严重灾害。研究显示，在海平面上升的趋势下中国许多沿海城市和地区海水入侵严重，对沿海地区生态系统造成破坏，影响了传统工农业的生产和发展[35]。因此，通过工程和生态措施或创造新的景观形式适应海岸带土壤环境的变化过程，是沿海地区景观环境的营造和土地利用需要解决的关键问题。美国佛罗里达南部的“盐碱都市化”（Salty Urbanism）研究项目（图4），提出了新的城市规划形式，改变已有建筑和公共空间的设计和布局，以适应受海平面上升过程逐渐盐碱化的景观环境[36]。该研究的策略框架能够将气候变化和海平面上升的风险过程与城市发展、生态环境及公共景观空间的建设很好地协调并融合在一起，而非通过传统的大坝及水闸等工程防御手段。由此可见，尽管海平面上升引发诸多自然灾害的威胁和风险，但充分考虑自然系统的动态过程，能够为设计应对创造更多的机会。

2.4 基于景观技术应用的应对模式

表2 不同适应策略的比较Tab.2 Comparison of different adaptation strategies

由于海平面上升将促使一系列海岸环境变化，引发许多不可预料的灾害风险，因此过往的景观形式和技术或许难以满足复杂的海岸环境条件。探索新的景观技术无疑能够为未来海岸景观建设和开发提供重要的途径。目前，应对海平面上升风险的景观技术探索主要包括2个方面：1）未来风险的评估与预测；2）灾害适应性景观工程技术的应用。

对沿海城市和地区进行海平面上升风险的分析和评估，能够为制定未来城市的发展和灾前防御策略提供基本依据，减少灾害对社会环境造成严重损失。随着现代计算机技术的发展，越来越多的海岸风险研究从采用传统的定性方法，逐渐走向运用计算机数值模拟的定量评估。当前，许多研究人员通过计算机模拟平台如地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）、水环境模拟软件（Delft3D）、海平面上升影响湿地模型（Sea Level Affecting Marshes Model，简称SLAMM）等来分析未来海平面上升对海岸环境造成的影响和破坏，以此为海岸景观的发展和利用提出策略。这些分析软件和技术，能够在不同程度上综合海岸环境的社会、地理、水文及气象等复杂信息，模拟海平面上升的影响从二维到三维的动态变化过程，并最终生成量化和空间可视化的结果，为海岸地区的风景园林规划设计提供极大帮助。例如，“在水上：栅栏湾”（On the Water / Palisade Bay）项目中，研究团队利用GIS和流体动力模型评估和分析纽约新泽西西湾区域受海平面上升和风暴潮灾害的风险情况，最终为整个湾区“软性”基础设施的布局建立基础[37]。

另外，新的景观工程技术也为海岸地区在防护结构、人工湿地和岛屿以及海上漂浮结构等建设方面创造了条件。这些建造形式能够很好地适应新的水岸环境变化，为未来的海上空间开发和利用奠定基础。近年来，为应对沿海地区海平面上升和洪水的威胁，漂浮结构越来越受到设计师的关注，也产生了许多新的城市景观构想[38]。2017年，新西兰奥克兰LandLAB设计事务所在传统的航海和造船技术基础上，设计了一种新型漂浮岛屿，承载了生态和社会活动功能，也象征了奥克兰市海湾的新型公共空间模式（图5-1）。同样地，在更大的城市尺度上，2019年丹麦BIG建筑事务所联合麻省理工学院海洋工程中心等机构提出“浮动城市”概念，旨在建设一个弹性化且可持续发展的社区。该社区通过现代科技手段充分利用海洋水下资源，创造一个能够让能源、水、食物和废弃物循环流动的人工生态系统，满足了居住、商业、休闲娱乐及农业生产等功能，为应对未来海平面上升和洪水风险，构建了水上城市的蓝图（图 5-2）。

3 对中国沿海城市景观建设的启示

目前，气候变化和海平面上升已经成为全球沿海城市和地区发展面临的严峻挑战。一方面，海平面上升将导致沿海低地受灾风险加大，对社会经济发展和生态环境造成不利影响；另一方面，上升的海平面将使得传统的沿海城市景观在建造形式和技术上难以适应逐渐改变的海岸环境。近年来，国外许多沿海城市已经在应对策略的实践和研究层面做了很多有价值的探索，主要包括海岸土地利用、防御基础设施建设、自然动态过程及景观技术应用等方面。通过比较分析可以发现，这些应对策略具有不同优劣势和适宜采用的前提条件（表2），因此，不同城市海岸景观的规划和设计需要综合考虑和评估其现有的条件和目标，才能合理借鉴国际已有经验，提升城市海岸应对未来海平面上升风险的能力。

同时，中国是一个海洋大国，并且绝大多数的经济发达城市和地区都位于沿海地区，在气候变化和海平面上升影响下，需要进一步加强未来沿海城市的建设和发展应对措施。基于国外现阶段已有经验和成果，对中国沿海城市未来应对气候变化和海平面上升的景观建设提出如下建议。

1）加快城市景观适应性策略的制定。应尽快制定海岸城市应对未来气候变化和海平面上升风险的策略，并形成完善的应对策略框架，将其纳入城市整体的景观规划和管理考虑之中。鼓励和支持沿海城市开展应对海平面上升的景观规划和设计行动计划，研究探讨适合不同城市发展的景观应对策略，建立城市公共空间、关键景观基础设施和建筑物的设计防范标准与要求。

2）探索景观工程的新技术和新方法。积极改进和革新传统的景观技术手段，探索和发展新的景观建造技术和方法以适应未来不断变化的海岸环境。一方面可以通过科学研究、工程技术手段创新等方式，增强新的海岸景观弹性，例如漂浮结构和海洋能源的利用。另一方面，可以优化海岸景观结构，充分结合海岸自然动态变化过程，创造防护、休闲娱乐和居住等多功能复合的模式。

3）加强城市景观风险评估和监测。加强多部门合作，在大数据时代背景下，整合不同部门的气象、土地及水文等数据信息，构建完善的城市风险评估和监测数据库。应用计算机模拟平台结合相关数据对城市景观系统进行海平面上升及风暴潮等灾害风险评估，并定期监测海岸生态环境的变化和受到的影响，进而为合理利用海岸空间资源提供参考和依据。

图表来源(Sources of Figures and Tables)：

图1由作者绘制；图2引自参考文献[29]；图3由Resilient Boston Harbor（https://www.boston.gov/）提供；图 4引自参考文献[36]；图5-1由LandLAB设计事务所提供；图5-2由BIG建筑事务所提供；表1由作者根据参考文献[29]进行归纳总结；表2由作者整理。