《中国海岸带和沿海地区对气候变化的响应及脆弱性研究》基于联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的气候变化综合风险理论，构建了中国海岸带和沿海地区自然与社会系统承灾体的气候变化综合风险评估体系，应用历史观测与调查资料、再分析资料和卫星遥感数据，以及数理统计、模式模拟和室内外实验等方法，分析了中国海岸带和沿海地区主要气候致灾因子危害（险）性的变化，评估了红树林、盐沼与海草床、珊瑚礁、河口、滨海城市、农田、森林、草地等生态系统，以及近海渔业资源、沿海港口和社会经济等承灾体对气候变化的响应、脆弱性和综合风险，研究并提出了承灾体的气候变化综合风险管理适应策略，以期为中国海岸带和沿海地区应对气候变化提供科学依据。

第1章 绪 论
　　1.1　引 言
　　在全球气候变暖背景下，*近几十年来中国海洋与气候发生了显著的变化，海岸带和沿海地区的自然和社会系统对此产生了明显的响应。其中，1960 ～ 2022 年中国近海尤其是渤海、黄海和东海（以下简称“中国东部海域”）有显著的变暖趋势，远超全球海洋平均增加量，中国东部海域升温速率（约0.016℃ /a）高于中国内陆的升温速率（约0.015℃/a）（Cai et al.，2017；Yan et al.，2020）。海水温度的快速上升导致海洋热浪（marineheatwave，MHW）的发生频率和强度显著增大。海洋热浪是指发生在海洋中的中短期气候尺度的极端高海温事件，其持续时间通常是数日到几个月，甚至更长，范围可延伸数百千米至上千千米，并可向深海发展（Hobday et al.，2016）。中国近海显著的升温变暖是海洋热浪频繁发生的重要原因之一。观测显示，自1982 年以来，中国近海海洋热浪增多变强，尤其是2010 ～ 2019 年的变化更显著，中国东部海域、南海（5 ～ 9 月）海洋热浪的平均发生频率分别是20 世纪80 年代的20 倍和4 倍（蔡榕硕和谭红建，2024；Tan et al.，2022，2023）。
　　近60 年来，在中国海洋升温变暖并频繁出现海洋热浪的同时，中国沿海地区的海平面呈现明显的上升趋势，并有显著的区域性特征。其中，自20 世纪80 年代以来，中国沿海地区海平面几乎每10 年上升一个明显的台阶（自然资源部，2022）。海平面的上升增加了沿海低洼地被淹没和滨海湿地生境丧失的风险，并且抬高了极值水位（极端海面）发生的基础水位，极值水位也呈现明显升高的趋势，未来极值水位的重现期明显缩短（许炜宏和蔡榕硕，2022）。值得注意的是，登陆中国沿海地区的强热带气旋如强或超强台风正在增多变强（蔡榕硕等，2020b），台风风暴潮叠加海平面变化对海岸带和沿海地区自然和社会系统造成的影响和风险也在持续加剧（蔡榕硕等，2020b，2021；蔡榕硕和许炜宏，2022）。研究还显示，未来登陆中国的台风将增多变强，这将增加海岸洪水发生的频率，沿海地区尤其是北方沿海地区将面临更严重的台风灾害（聂心宇等，2023），沿海地区洪涝灾害的加剧也将增加人员伤亡和社会经济损失。上述分析表明，中国海岸带和沿海地区正在经受气候变暖、海平面上升以及随之而来的各种增多变强的极端事件的影响。因此，有关中国海岸带和沿海地区自然和社会系统对气候变化的响应及脆弱性，包括气候变化影响、风险和适应等问题的研究愈显迫切。
　　为便于读者理解本书中气候变化及其影响等相关的基本概念，本章将*先介绍气候变化，影响、适应、脆弱性和风险，以及海面、海平面和极端事件等的基本概念与定义；其次回顾国内外研究进展，包括研究计划、研究现状及主要科学问题和关键技术问题；*后简要介绍本书结构。
　　1.2　基本概念与定义
　　1.2.1　气候变化
　　根据IPCC 有关气候变化的概念与定义，气候变化是指气候状态的变化，包括气候系统的自然变率和人为排放温室气体造成的变化，即气候变化的原因可能是自然的内部过程或外部强迫，如太阳周期的改变、火山喷发等，也可能是人为活动，如排放温室气体造成大气成分变化或土地开发利用变化。气候状态的变化可通过其长期的平均值和（或）变率的变化来判断，并且这种变化会持续较长时间，通常为几十年或更长时间。这也是IPCC 气候变化科学评估报告与联合国气候变化框架公约（UNFCCC）定义的气候变化的区别，UNFCCC 的**条将气候变化定义为：“除在可比时期内所观测到的自然气候变率之外，直接或间接归因于人类活动改变全球大气成分所导致的气候变化”。因此，UNFCCC 对人类活动改变大气成分后导致的气候变化与自然原因导致的气候变率作了明确的区分，即UNFCCC 定义的气候变化主要指人为活动影响造成的气候变化。
　　本书主要采用IPCC 对气候变化的定义。气候变化的概念与定义还存在狭义与广义之分。在传统的大气科学方面，气候以大气中的气温、气压、湿度和降水量等气象（候）要素在30 年内的长期平均状态来界定，这是狭义的气候变化。20 世纪初，人们认为气候是不变的，即30 年内平均的气象（候）要素值是稳定的。但之后人们认识到，30 年内的气候平均状态是变化的。后来，人们又认识到，表征海洋、冰雪、陆面和生物圈特征的代表性要素的长期平均值也是变化的。因此，气候变化的概念不仅限于大气科学，还可以延伸到其他领域。例如，人们采用海水的温度、盐度和流场等要素在30 年内的平均值来研究海洋的长期变化。因此，传统意义上气候变化的定义延伸至其他学科或用于分析自然现象等要素的长期变化，就成为广义的气候变化（蔡榕硕等，2022）。
　　1.2.2　影响、适应、脆弱性和风险
　　2014 年4 月，IPCC 第二工作组（WGⅡ）发布的第五次评估报告（AR5）基于影响、适应和脆弱性，评估了气候变化导致的风险，这是该报告的亮点。IPCC WG Ⅱ的AR5指出，就观测到的影响、脆弱性和暴露度而言，近几十年来气候变化已对所有大陆和海洋的自然与人类系统产生影响。对于自然系统而言，气候变化影响的证据是*有力和*全面的。IPCC WG Ⅱ的AR5 还指出，有关气候变化影响的风险（risk）来自气候变化的相关危害性（hazard）（包括危害性事件和趋势）与自然和人类系统的暴露度（exposure）和脆弱性（vulnerability）的相互作用；气候系统的变化与社会经济过程的变化（包括适应和减缓）是气候变化危害性、暴露度和脆弱性的驱动因子（IPCC，2014）。
　　2022 年2 月，IPCC WG Ⅱ发布的第六次评估报告（AR6）指出，风险概念是IPCC3 个工作组的核心，并再次强调，在气候变化的背景下，与气候有关的危险（危害）性、受影响的人类与生态系统的暴露度和脆弱性之间的动态相互作用可能产生风险，还指出人类对气候变化的反应可能带来的风险是风险概念中考虑的一个新方面，而自然和人类系统的脆弱性是风险的一个组成部分（IPCC，2022）。值得注意的是，IPCC WG Ⅱ的AR6 强调了韧性（resilience），也称为恢复力，具有广泛的意义。适应通常是围绕恢复力来组织的，即在受到扰动后反弹并恢复到以前的状态。同时，IPCC WG Ⅱ的AR6 特别关注系统转型和能源转型，其中系统转型指自然和人类系统的基本属性发生变化，这也与具有气候适应性的可持续发展紧密相关。
　　从IPCC WG Ⅱ的AR5 到AR6，有关气候变化的危害性、暴露度和脆弱性，以及影响、风险和适应等概念与定义基本保持不变。本书主要采用IPCC WG Ⅱ的AR5 和AR6 中的基本概念与定义。气候变化危害性（H）也称为危险性，是指可能发生的自然或人为等物理致灾事件（致灾因子）或趋势及其物理影响，可造成生命损失、伤害或其他健康影响，以及财产、基础设施、生计、服务提供、生态系统、环境资源的损害和损失。暴露度（E）是指自然和人类系统中人员、生计、物种或生态系统、环境功能、服务和资源、基础设施或经济、社会或文化资产有可能受到不利影响的位置和环境。脆弱性（V）也称为易损性，是指自然和人类系统中承灾体易受不利影响的倾向或习性，内含各种概念和要素，包括对危害的敏感性（S）或易感性以及应对和适应能力的缺乏，是一种容易受到致灾因子不利影响的状态，与其对气候致灾因子不利影响的敏感性和适应性（A）密切相关。具体而言，敏感性是承灾体容易感受到气候致灾因子和人类干扰的内在属性，适应性则是承灾体面对气候致灾因子和人类干扰时的应对能力及恢复能力。简言之，脆弱性是自然和人类系统等承灾体的内在属性，不论气候变化致灾事件是否发生，脆弱性均存在，而暴露度指自然物理致灾事件（气候致灾因子）发生时的影响范围与承灾体在空间分布上的交集，即承灾体受到气候致灾因子不利影响的范围或数量，范围越大或数量越多，则暴露度越大（秦大河，2015）。
　　本书中有关气候变化的影响（impact）主要是指气候变化（包括极端天气气候事件）对自然和人类系统等承灾体的影响，通常也是指某一特定时期的气候变化或危险气候事件之间的相互作用以及暴露的自然和人类系统的脆弱性，对生命、生活、健康状况、生态系统、经济、社会、文化、服务和基础设施产生的作用。风险（R）是指造成有价值的事物（承载体）处于险境且结果不确定的可能性，通常表述为危害性事件或趋势发生的概率与其可能影响的乘积，或表达为气候致灾因子危害性（H）、承灾体暴露度（E）和脆弱性（V）3 个因素构成的函数，即R=f (H，E，V)。
　　书中的风险主要是指气候变化影响的风险，且风险主要来自脆弱性、暴露度以及危害性的相互作用。此外，适应还指对实际或预期的气候及其影响进行调整的过程。在某些系统中，适应是为了趋利避害。在自然系统中，人为干预可能会促进对预期的气候及其影响的调整。
　　1.2.3　海面、海平面和极端事件
　　海面是海洋表面的简称，主要呈现海流、波浪和潮汐等海水不停运动的各种状态。海平面是指人们为了更容易认识海洋表面的变化，消除了海洋中波浪和潮汐等波动后在一定时间内海面高度的平均状态，通常是指长期观测19 年以上通过各种滤波后的平均海面。因此，海平面实际上是指假定海面波动停止或静止时的水位，是一种无形的水平面。平均海平面一般采用观测19 年以上每小时潮位高度的平均值，这是为了消除天文潮18.61 年的交点分潮。
　　沿海地区发生的极端事件包括极值水位（极端水位）、极端高海温、强和超强台风等。其中，极值水位或极端水位又称为极端海面或极端海平面（extreme sea level，ESL），是指在一定时间内海洋中包括沿海某处观测水位的极值，一般采用1 年内的极大值。极值水位主要由海平面、风暴增水和潮汐等组成。值得注意的是，即使是小幅度的海平面上升，也能显著增加沿海地区低洼地海岸洪水发生的频率和强度，这是由于海平面的上升抬高了潮汐、波浪和风暴潮的基础水位，这种变化在沿海地区尤其是陆架海区尤为显著（Oppenheimer et al.，2019；蔡榕硕和谭红建，2020）。
　　极端高海温事件又称为海洋热浪，通常以30 年作为基准期，如1982 ～ 2011 年，当海水表面温度至少连续5d 超过季节性变化的阈值（通常将日变化的第90 百分位数定义为热浪阈值），即表明发生海洋热浪，并且将间隔时间小于等于2d 的两次极端高海温事件也看作同一次海洋热浪（Hobday et al.，2016）。海洋热浪一旦发生，可用一系列指标来定量描述海洋热浪的特征，包含热浪的平均强度、持续时间、*大强度、累积强度、发生频次等。强热带气旋（如台风或强台风）是指发生在热带或副热带洋面上的热带天气系统，将热带气旋底层中心附近*大平均风力（风速）达12 级及以上的，统称为台风。强（超强）台风经常伴随破坏性的大风、强降水、风暴潮和大浪，通常对沿海地区的自然和社会系统产生严重影响。
　　本书涉及的极端降水和极端温度等其他极端事件将在相关章节作必要解释。
　　1.2.4　研究对象
　　与海岸带和沿海地区有密切联系的自然和经济社会尤其容易受到海洋变化的影响，包括海平面上升、台风风暴潮、海洋热浪等极端事件。远离海岸的其他社区也会受到海洋变化的影响，如极端高海温等事件。当前，全球沿海低洼地区居住着约6.8 亿人（约占2010 年全球人口的10%），预计到2050 年将超过10 亿人（IPCC，2014）。本书的研究对象为中国海岸带和沿海地区自然和社会系统，包括红树林、盐沼与海草床、珊瑚礁、河口，近海渔业资源，沿海地区的滨海城市、农田、草地、森林等生态系统，沿海地区与滨海城市的社会经济及港口建设。具体的研究对象与界定将在后续各章节分别详述。
　　1.3　国内外研究进展
　　1.3.1　研究计划
　　有关气候变化的影响、脆弱性和适应，以及

目录
第1章 绪论1
1.1 引言1
1.2 基本概念与定义2
1.2.1 气候变化2
1.2.2 影响、适应、脆弱性和风险2
1.2.3 海面、海平面和极端事件3
1.2.4 研究对象4
1.3 国内外研究进展4
1.3.1 研究计划4
1.3.2 研究现状5
1.3.3 主要科学问题和关键技术问题6
1.4 本书结构7
参考文献7
第2章 红树林9
2.1 引言9
2.2 数据与方法10
2.2.1 数据10
2.2.2 方法18
2.3 结果与分析26
2.3.1 红树林演变特征及归因分析26
2.3.2 红树林气候致灾因子危害性分析33
2.3.3 全国红树林暴露度、脆弱性及综合风险评估37
2.3.4 ***和省级自然保护区红树林暴露度、脆弱性及综合风险评估42
2.3.5 红树林适应性分析79
2.4 结语86
参考文献88
第3章 盐沼与海草床97
3.1 引言97
3.2 数据与方法99
3.2.1 数据993.2.2 方法102
3.3 结果与分析108
3.3.1 盐沼的历史变化及归因分析108
3.3.2 海草床的历史变化及归因分析115
3.3.3 典型盐沼、海草床气候致灾因子危害性分析119
3.3.4 典型盐沼暴露度、脆弱性及综合风险评估121
3.3.5 典型海草床暴露度、脆弱性及综合风险评估140
3.3.6 典型盐沼、海草床评估结果综合分析150
3.3.7 盐沼与海草床适应性分析153
3.4 结语160
参考文献161
第4章 珊瑚礁170
4.1 引言170
4.2 数据与方法171
4.2.1 数据171
4.2.2 方法174
4.3 结果与分析176
4.3.1 珊瑚礁变化趋势及归因分析176
4.3.2 珊瑚礁气候致灾因子危害性分析179
4.3.3 珊瑚礁暴露度、脆弱性及综合风险评估182
4.3.4 珊瑚礁适应性分析190
4.4 结语194
参考文献195
第5章 河口浮游植物生态系统199
5.1 引言199
5.2 数据与方法201
5.2.1 数据201
5.2.2 方法203
5.3 结果与分析206
5.3.1 长江口及邻近海域浮游植物生态系统对气候变化的响应特征及归因分析206
5.3.2 长江口及邻近海域浮游植物生态系统气候致灾因子危害性分析211
5.3.3 长江口及邻近海域浮游植物生态系统暴露度、脆弱性及综合风险评估213
5.3.4 长江口及邻近海域赤潮暴发灾害风险预估218
5.3.5 长江口及邻近海域浮游植物生态系统适应性分析220
5.4 结语220
参考文献221
第6章 近海重要渔业资源226
6.1 引言226
6.2 数据与方法227
6.2.1 数据227
6.2.2 方法228
6.3 结果与分析232
6.3.1 气候变化对渔业资源影响的检测与归因分析232
6.3.2 渔业资源气候致灾因子危害性分析234
6.3.3 渔业资源暴露度、脆弱性及综合风险评估236
6.3.4 气候变化下主要经济种类栖息地变化257
6.3.5 气候变化对重要渔业资源“三场一通道”的影响264
6.3.6 渔业资源适应性分析267
6.4 结语268
参考文献268
第7章 近海重要渔场271
7.1 引言271
7.2 数据与方法272
7.2.1 数据272
7.2.2 方法272
7.3 结果与分析272
7.3.1 初级生产力272
7.3.2 叶绿素273
7.3.3 浮游植物274
7.3.4 浮游动物275
7.3.5 溶解氧276
7.3.6 总氮277
7.3.7 应对策略278
7.4 结语279
参考文献279
第8章 滨海城市生态系统280
8.1 引言280
8.2 数据与方法281
8.2.1 数据281
8.2.2 方法283
8.3 结果与分析285
8.3.1 沿海地区城市化过程285
8.3.2 极端气候危害性分析288
8.3.3 暴露度评估290
8.3.4 脆弱性评估292
8.3.5 综合风险评估292
8.4 结语300
参考文献300
第9章 农田生态系统304
9.1 引言304
9.2 数据与方法306
9.2.1 数据306
9.2.2 方法306
9.3 结果与分析308
9.3.1 极端气候危害性分析308
9.3.2 暴露度评估311
9.3.3 脆弱性评估312
9.3.4 综合风险评估322
9.4 结语323
参考文献323
第10章 森林生态系统326
10.1 引言326
10.2 数据与方法327
10.2.1 基于BIOME-BGC模型的森林生态系统生产力模拟327
10.2.2 光合作用328
10.2.3 自养呼吸和异养呼吸328
10.2.4 植被蒸腾330
10.3 结果与分析331
10.3.1 极端气候的空间格局和变化过程331
10.3.2 暴露度评估333
10.3.3 脆弱性评估334
10.3.4 综合风险评估339
10.4 结语340
参考文献340
第11章 草地生态系统344
11.1 引言344
11.2 数据与方法345
11.2.1 碳水通量过程观测方法345
11.2.2 碳水通量的估算方法348
11.2.3 基于CASA模型的草地生态系统生产力模拟350
11.2.4 基于陆地生态系统模型（TESim）的草地生态系统生产力模拟351
11.3 结果与分析353
11.3.1 极端气候的空间格局和变化过程353
11.3.2 暴露度评估355
11.3.3 脆弱性评估356
11.3.4 综合风险评估359
11.4 结语360
参考文献361
第12章 沿海地区社会经济365
12.1 引言365
12.2 数据与方法366
12.2.1 数据367
12.2.2 方法368
12.3 结果与分析372
12.3.1 气候致灾因子危害性分析372
12.3.2 暴露度评估374
12.3.3 脆弱性评估379
12.3.4 综合风险评估383
12.3.5 适应性分析387
12.4 结语389
参考文献390
第13章 滨海城市社会经济392
13.1 引言392
13.2 数据与方法393
13.2.1 数据393
13.2.2 方法394
13.3 结果与分析402
13.3.1 海岸洪水危害性分析402
13.3.2 暴露度评估409
13.3.3 脆弱性评估421
13.3.4 综合风险评估428
13.3.5 适应性分析439
13.4 结语442
参考文献444
第14章 港口建设449
14.1 引言449
14.2 数据与方法450
14.2.1 数据450
14.2.2 方法451
14.3 结果与分析464
14.3.1 中国沿海验潮站余水位特征464
14.3.2 中国沿海港口极值水位重现期变化469
14.3.3 海平面上升对中国港口建设的影响、风险及应对措施474
14.4 结语475
参考文献476
第15章 影响、风险和适应综合评估478
15.1 引言478
15.2 气候变化危害性基本特征479
15.2.1 温度变化479
15.2.2 海平面变化481
15.2.3 登陆中国的热带气旋变化482
15.2.4 中国东部区域和沿海地区极端天气气候483
15.3 自然系统484
15.3.1 海岸带生态系统484
15.3.2 近海渔业资源490
15.3.3 沿海地区陆域生态系统491
15.4 社会系统495
15.4.1 沿海地区495
15.4.2 滨海城市496
15.4.3 港口建设499
15.5 综合风险与适应对策501
15.5.1 综合风险501
15.5.2 适应对策502
参考文献504