气候变化脆弱性概念及评价方法研究.docx

1、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)

2、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8

3、0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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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(Fssel 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”和“脆弱性”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(F

9、ssel 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“始点”理解问题起源气候变化社会脆弱性政策背景气候变化减缓、补偿；技术适应社会适应、可持续发展主要解决的政策问题气候变化减缓政策带来的好处是哪些?如何减少社会系统对气候变化风险的脆弱性?主要解决的研究问题不同区域气候变化的预期净影响是什么?为什么某些区域和群体的脆弱性较高?脆弱性和适应能力的关系适应能力决定脆弱性脆弱性决定适应能力适应类型适应未来的气候变化适应目前的气候变率研究的出发点未来气候变化的情景目前气候变化的脆弱性主要学科自然科学社会科学脆弱性理解全球气候变化一定水平下的预期净影响；面向全球气候变化的动

10、态以及综合的脆弱性由社会经济因素决定的对气候变化和变率的脆弱性；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政治经济/生态生态恢复关注问题什么灾害和风险?什么影响?何时何地发生?人群和地区是如何受到不

11、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?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?关键属性暴露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、区域个体、家庭、社会群体、社区、生活生态系统、人和自然的复合系统决策尺度区域、全球本地、区域、全球景观、生态区、复合尺度概念定义（脆弱性）“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”。“个人或社会群体对某种自然灾害影响

12、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”。“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。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

13、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

14、化脆弱性评价演化类型的特征比较比较方面影响评价第一代脆弱性评价第二代脆弱性评价适应政策评价主要政策减排政策减排政策资源分配适应政策主要结果潜在的影响预期适应的脆弱性后适应的脆弱性建议的适应策略时间尺度长期长期中期-长期短期-长期空间尺度国家一全球国家一全球本地区域一全球本地区域一全球气候变率、非气候变化因子和适应性的考虑度很少考虑部分考虑充分考虑充分考虑不确定性的考虑度很少考虑部分考虑部分考虑充分考虑XX文库 - 让每个人平等地提升自我自然科学和社会科学结合较低较低一中等中等一高高相关利益者的参与度较低较低中等高主要阐述的问题气候变化潜在自然影响是什么?气候变化会导致哪些有可能的社会经济影响?

15、考虑到可能的适应性，气候变化的脆弱性如何?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?4、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 a

16、l.，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，如Iglesias等(19%)采用作物动态生长模型和气候模式数据，通过土地适宜性、作物产量以及农民收

17、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

18、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

19、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；OBrien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

20、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

21、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

22、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

23、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)。如Bales等(2004)在美国西南部地区气候变化脆弱性评价

24、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

25、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

26、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

27、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

28、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，200

29、4)；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。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

30、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

31、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

32、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