21世纪沿海湿地对海平面上升的反应仍不确定。全球预测表明，目前沿海湿地面积将减少20%至90%（分别针对低海平面和高海平面上升情景），这反过来将导致生物多样性和高价值生态系统服务的丧失。这些预测不一定考虑到所有必要的地貌和社会经济系统反馈。在这里，我们提出了一种综合的全球建模方法，该方法既考虑了沿海湿地通过沉积物增生垂直堆积的能力，也考虑了容纳空间，即可细沉积物积累和湿地植被定植的垂直和横向空间。我们利用这种方法来评估21世纪全球海平面上升和人为沿海占领对沿海湿地面积变化的影响。根据我们的模拟结果，我们发现，如果超过37%（我们对当前容纳空间的上限估计）的沿海湿地拥有足够的容纳空间，并且沉积物供应保持在现有水平，那么全球湿地面积不但不会增加，反而有可能增加至当前面积的60%。与之前的研究相反，我们预测，到2100年，全球沿海湿地面积的损失将在0%到30%之间，假设在当前水平之外没有进一步的容纳空间。我们的模拟表明，全球湿地的恢复力主要取决于容纳空间的可用性，而容纳空间的可用性受到沿海地区人为基础设施建设的强烈影响，预计此类基础设施将在21世纪发生变化。我们的研究结果表明，大规模沿海湿地丧失并非全球海平面上升的必然结果，而是可以避免的，如果能够通过谨慎的基于自然的沿海管理适应解决方案创造足够的额外容纳空间。

研究方法

1. 模型框架

本研究的核心方法是使用DIVA模型框架，构建了12,148个海岸线段的沿海剖面。这些海岸线段构成了模型的空间单元，具有平均长度57公里。研究基于Shuttle Radar Topography Mission (SRTM)洪泛区数据，细致地建立了每个海岸线段的地形剖面。这些剖面基于不同海拔层次的洪泛区面积进行计算，帮助更好地理解沿海湿地的时空分布特征，并根据不同海拔高度（如1.5m、2.5m等）推算浸水长度，从而绘制出湿地可能淹没的区域。

2. 湿地适应性评分（WAS）

湿地的适应性评分（WAS）是本研究中的关键因素。WAS旨在评估沿海湿地在海平面上升过程中是否能够通过垂直沉积积累来维持其生态功能。该评分基于沉积物供应量和潮差的关系，计算得到。沉积物供应丰富的地区能够通过沉积积累来对抗海平面上升的影响，而沉积物供应不足的地区则容易发生湿地淹没。因此，WAS值越高，代表湿地的适应能力越强，湿地在海平面上升下的丧失将得到减缓。

3. 湿地变化的计算

本研究中，湿地变化分为两部分：海侧湿地的损失和内陆湿地的增益。随着海平面上升，海侧湿地将逐渐受到淹没，而内陆湿地则会向陆地迁移。然而，内陆湿地迁移可能受到人类活动、基础设施建设（如堤坝、城市发展等）的制约，这种限制通过人口密度在1/100年极端水位洪泛区的分布进行建模。在没有人为障碍的情况下，湿地将向内陆迁移，并逐步形成新的湿地区域。通过湿地适应性评分（WAS）和海岸线段的地形特征，研究计算了每个海岸线段在不同情景下的湿地丧失与增益。

4. 数据来源与情景分析

本研究使用了多个全球性数据集，包括SRTM数据、全球人口密度数据、潮差数据、沉积物供应数据等。这些数据为建立全球海岸线段的沿海剖面提供了空间和时间上的详细信息。研究还利用三种全球海平面上升情景（RCP 2.6、4.5和8.5）以及不同的人类适应情景，分析未来海平面变化对湿地的潜在影响。

通过假设不同的人类适应情景（如自然适应情景和现状保持情景），我们模拟了不同的沿海湿地迁移过程和沉积物积累过程。例如，假设在较为稀疏的人口区域，沿海社会可能会撤离海岸，移除沿海防护设施，从而允许湿地自由迁移；而在人口密集的区域，可能会建造更多的防护设施，限制湿地迁移。这些假设为我们分析湿地适应能力提供了不同的情境背景。

5. 假设情景与灵敏度分析

为了量化湿地迁移与沉积物积累对整体湿地适应能力的贡献，本研究使用了四种假设情景。这些假设情景包括：仅湿地迁移情景、仅沉积物积累情景、最大适应能力情景（同时考虑湿地迁移和沉积物积累）、以及无适应能力情景（不考虑湿地迁移和沉积物积累）。这些情景虽然从社会经济或物理角度来看不完全现实，但通过这些假设情景，我们能够定量比较湿地迁移和沉积物积累对湿地适应能力的相对贡献。

6. 海平面上升与人类活动的综合影响

通过结合全球海平面上升情景和区域化的人类活动影响，本研究探讨了不同情景下人类活动对湿地的影响。例如，人口密度高的地区通常有更多的沿海基础设施，这些设施会妨碍湿地的内陆迁移。在模拟中，我们依据不同的国家和区域的海平面上升预测、人口增长情景（如SSP2），以及极端水位洪泛区的人口分布，评估人类活动对湿地丧失和恢复的影响。

7. 模型校准与验证

为了确保模型的准确性，研究使用了基于全球潮湿沼泽和红树林的现场数据对模型进行校准。通过对比实测的垂直沉积增长数据，校准模型参数，并与其他现有数据进行对比，确保模型能够合理地预测湿地的沉积物盈亏状态。校准后的模型能够在约78%的海岸线段中准确预测湿地的适应性变化。

研究结果

在所有海平面上升情景下，20人/平方公里都是一个关键的人口密度阈值。如果采用更高的人口密度阈值，则有足够容纳空间向内陆迁移的沿海湿地会增多，从而导致全球沿海湿地面积总体增加（图1）。如果考虑较低的阈值，则有足够容纳空间的沿海湿地会减少，从而导致全球总体损失。20人/平方公里的人口密度阈值与我们估计的当前全球平均水平相符，超过该水平的沿海社区将受到某种沿海保护基础设施的保护，因此只有 37% 的全球沿海湿地可以向内陆迁移。300人/平方公里的人口密度阈值是欧盟委员会22定义的城市发展的下限，并设定了潜在湿地内陆迁移的上限（NB 2 情景）。在此阈值下的最高海平面上升情景导致全球沿海湿地面积大幅增加（ 60%）。在同样的海平面上升情景下，如果人口密度阈值为5人/平方公里，则全球净损失为30%（图1）。在最低海平面上升情景下，人口密度阈值在5至300人/平方公里之间的沿海湿地面积变化仅在-8%（损失）和 15%（增加）之间（图1）。红树林的变化最大，它们从一开始就对全球湿地面积的贡献最大（69%）。值得注意的是，即使在容纳空间最少的人类适应情景下，盐沼的损失也小得多（图1）。

在容纳空间的BAU情景（5-20人/平方公里）下，全球沿海湿地范围的变化在最低海平面上升情景下介于-8%（损失）和0%（无变化）之间，在最高海平面上升情景下介于-30%（损失）和-8%（损失）之间。这些损失主要归因于沉积物日益减少，阻碍了湿地在垂直方向上跟上海平面上升的速度。如果未来为沿海湿地提供更多的容纳空间（例如，在实施基于自然的适应解决方案的背景下），全球沿海湿地的面积可能会增加（图1）。我们的中等基于自然的适应情景（NB 1：20-150人/平方公里）导致低海平面上升情景下增加0%至12%，高海平面上升情景下增加 -8%（损失）至 42%。在更为极端的适应情景（NB 2：150-300人/平方公里）下，我们预计增幅会更高，低海平面上升情景下增幅在12%至15%之间，高海平面上升情景下增幅在42%至60%之间（图1）。与基本情况情景（BAU）相比，中等和极端基于自然的适应情景（NB 1和NB 2）的这些增长是由内陆湿地迁移而非垂直沉积物沉积驱动的，因此与沉积物供应量无关。

图1 全球沿海湿地面积变化。

在BAU情景下（下限：5人/平方公里），预计沿海湿地面积的绝对损失大部分（约 66%）将发生在加勒比海、美国东南部海岸和东南亚部分地区（图2a）。同样，东南亚此前被确定为红树林抵御海平面上升影响的关键区域。湿地面积预期相对变化模式（即百分比增加或减少）有所不同，但基本证实了动态交互式脆弱性评估 (DIVA) 建模结果2；相对面积损失最大的地区（同样是在居住空间高度受限的情景下）位于加勒比海、美国东海岸、波罗的海西部、地中海、红海和东南亚部分地区（图2b）。

图2 滨海湿地变化的空间分布。

沿海湿地损失的空间模式与模拟的当今沉积物平衡模式非常相似，即沿海湿地表面垂直跟上当前当地相对海平面上升所需的沉积物与当前沉积物可用性之间的差值（图3）。例如，在加勒比海、波罗的海西部、地中海以及美国东海岸和西海岸发现了大片沉积物不足的区域（图3）。这些区域与在容纳空间高度受限的情况下相对湿地面积损失的热点区域基本重合（图2b）。同时，亚洲、南美洲和欧洲西北部的大部分地区都显示出充足或过剩的沉积物可用性（图3），这对应于即使在容纳空间有限的情况下相对湿地损失较小的区域，因为垂直沉积物增生抵消了相对海平面上升（图2b）。

图3 当今全球沉积物平衡。

文章信息

Schuerch M, Spencer T, Temmerman S, et al. Future response of global coastal wetlands to sea-level rise. Nature, 2018, 561(7722): 231-234.

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-018-0476-5