高抒

河口海岸區(qū)域是海洋與陸地之間的地帶，其向海一側(cè)的邊界位于大陸架邊緣，而向陸一側(cè)的邊界位于海洋因素（如潮汐、臺風(fēng)、海陸風(fēng)等）能夠起作用的范圍界限，占地球表面積的15%～20%。從全球范圍來看，河口海岸區(qū)域集聚了大部分人口和大都市，是人口分布和經(jīng)濟社會發(fā)展的重心所在。在我國，東部沿海是經(jīng)濟相對發(fā)達的區(qū)域，而最發(fā)達的地方又集中于長三角、珠三角、京津唐等少數(shù)幾個區(qū)域。長江三角洲有一個世界紀(jì)錄，即單位面積土地能夠養(yǎng)活的人口最多。上海就坐落在富饒的長江三角洲上，2017年上海GDP總量為30 134億元，上海市面積為6 340平方公里，因此每畝土地產(chǎn)出31.7萬元。

然而，在繁榮現(xiàn)狀背后也有一個深深的擔(dān)憂：按照目前的發(fā)展方式和速度，河口海岸區(qū)域的資源、環(huán)境、生態(tài)、災(zāi)害、人地關(guān)系在不久的將來會難以為繼。為了應(yīng)對這個新情況，人們提出了河口海岸藍(lán)圖重繪策略，國際政府間學(xué)術(shù)組織“未來地球海岸”（ Future Earth Coasts ）也把海岸帶藍(lán)圖重繪作為近期研究工作的重點。為了理解藍(lán)圖重繪的內(nèi)涵，需要弄清河口海岸經(jīng)濟社會發(fā)展的內(nèi)在邏輯。

河口海岸所依賴的自然條件

海岸線的位置不是一成不變的。潮漲潮落使水邊線發(fā)生水平遷移，沉積物堆積和沖刷造成岸線的進退。在更長的歷史時期里，地球還經(jīng)歷了海面變化。例如，1.8萬年前岸線位置比現(xiàn)在低130米，岸線離開上海有600千米遠(yuǎn)，那時整個東海陸架都是出露的。此外，就算岸線被固定，岸線兩側(cè)的環(huán)境特征也會同時受到海洋、陸地的影響，如海上刮來的臺風(fēng)可深入陸地很遠(yuǎn)，而陸地河流進入海洋，也對海洋有影響。因此，岸線兩側(cè)的地帶實際上構(gòu)成一個海洋與陸地之間的過渡地帶。河口是海岸帶的重要組成部分，是陸地向海洋輸送物質(zhì)的必經(jīng)通道。

河流向海洋輸入淡水和營養(yǎng)物質(zhì)，在近岸水域轉(zhuǎn)化為魚蝦貝藻等生物資源。事實上，海洋雖然面積廣大，但其生物資源大部分集中在近岸水域，深海大洋的生物資源量相對較少。河流還向海洋輸入沉積物，在入?？谛纬闪撕涌谌侵蓿卩徑鼌^(qū)域則形成海岸平原。在長三角生活的人們，對于長三角和蘇北平原海岸這片肥沃的土地是非常熟悉的。海水里含有大量的鹽分，把海水蒸干就能得到食鹽，歷史上長江三角洲北翼就是一個海鹽生產(chǎn)基地。河口與海灣往往是航船的避風(fēng)港，船舶從這里出發(fā)，可以由海路到達世界各地，這種貿(mào)易的成本比航運和鐵路都低。海岸帶吹來陣陣的海風(fēng)，使空氣變得清爽宜人。波浪沖刷形成的海岸陡崖，迷人的珊瑚礁、紅樹林、鹽沼濕地，還有天水一色相伴的海灘，使得人們流連忘返。河口海岸自然資源豐富、交通便利、土地肥沃、氣候溫和，所以最能吸引人。

從歷史的眼光看，人們會有一個疑問：既然河口海岸自然資源這么豐沛，為何古代我國社會的重心卻是在內(nèi)地呢？這與當(dāng)時的科技水平有關(guān)。從古代社會的經(jīng)濟發(fā)展水平看，從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最為現(xiàn)實，所以內(nèi)地是比較適合的區(qū)域。河口、三角洲、海岸地區(qū)自然資源條件雖好，但也更容易受到洪澇、臺風(fēng)、暴潮等事件的影響。災(zāi)害的防范在古代是個難題，而現(xiàn)在不同了，極端事件預(yù)報能力、海岸防護能力、抗災(zāi)救災(zāi)能力的提高已經(jīng)基本解決了海岸帶開發(fā)的各種障礙。自然災(zāi)害問題解決了，資源開發(fā)就有了保障。

河口海岸自然資源開發(fā)進程

河口海岸區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展走到今天這一步，是多年開發(fā)的結(jié)果。早期開發(fā)是一個對環(huán)境逐漸適應(yīng)的過程，人們逐漸掌握了一套生存策略，就像各種生物在海岸帶找到了生存繁殖之道一樣。

隨后，河口海岸開發(fā)越來越依靠科學(xué)技術(shù)。在過去很長一段時期里，我們河口海岸學(xué)國家重點實驗室的任務(wù)之一是要解決經(jīng)濟、社會持續(xù)發(fā)展中的資源、環(huán)境、生態(tài)、災(zāi)害和人地關(guān)系問題。直到不久以前，長三角的開發(fā)還是以自然資源利用、災(zāi)害防治為主，環(huán)境和生態(tài)問題居于次要地位。自然資源的情況要摸透，才能更好地開發(fā)利用。在這個階段，我們實驗室的前輩們致力于上海市土地圍墾、港口航道建設(shè)、長江淡水資源開發(fā)等工作，為浦東機場、上海港、青草沙水庫等大型工程建設(shè)做出了突出貢獻。

上海的經(jīng)濟社會發(fā)展，在一定程度上是上海人多年與灘地打交道的結(jié)果，因而有“上海灘”這個詞。在長江河口地勢低洼的區(qū)域，上海人堅持不懈地開墾土地、建設(shè)港口和航道，終于使上海灘發(fā)展成為一個繁榮的大都市。可以說，上海人是“玩灘高手”。

近年來，環(huán)境和生態(tài)問題受到了越來越多的關(guān)注。環(huán)境的惡化一方面是由于人們隨意改變自然環(huán)境的形態(tài)，另一方面是由于生產(chǎn)生活中排放的人造物質(zhì)增多。而生態(tài)系統(tǒng)退化則主要是由于野生動植物棲息地遭到破壞和生物資源的過度使用。為了修復(fù)自然環(huán)境和生態(tài)，上海市現(xiàn)在提出要把崇明島建設(shè)成為世界級生態(tài)島。因此我們實驗室多了一項新任務(wù)，就是要在資源開發(fā)利用的同時，保護好生態(tài)環(huán)境。在目前的經(jīng)濟社會發(fā)展階段，采用科學(xué)技術(shù)手段，既發(fā)展生產(chǎn)，又維持生態(tài)系統(tǒng)的產(chǎn)品和服務(wù)價值，這個任務(wù)雖然有難度，但仍然是可能的。例如，我們可考慮提高自然資源的使用效率，提升產(chǎn)品的質(zhì)量而不是數(shù)量，根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)價值指標(biāo)進行土地利用管理，優(yōu)化區(qū)域發(fā)展格局等。

課題組研究生們在灘涂開展野外工作

為何重繪藍(lán)圖？

迄今為止，河口海岸區(qū)域自然資源開發(fā)進程是比較順利的，也在一定程度上實現(xiàn)了經(jīng)濟社會的繁榮發(fā)展。既然如此，藍(lán)圖重繪從何談起呢？答案是看現(xiàn)狀和趨勢，未來的河口海岸區(qū)域?qū)⒊霈F(xiàn)許多新情況。

宏觀上看，這些新情況是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的結(jié)果。系統(tǒng)狀態(tài)的意思是一個系統(tǒng)有很多影響因素，每個影響因素又可能由多個變量來表達，例如潮汐這個因素是由潮差、潮周期、潮流流速等變量來表達的，而每個變量又有其定義域，如江蘇海岸的潮差在1.5～9.4米之間變化；如果一個河口海岸系統(tǒng)影響因素的個數(shù)和變量定義域均為已知，則該系統(tǒng)的特征和行為就可以被預(yù)測。系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換的意思是一個系統(tǒng)增加或減少了影響因素，或者各個變量的定義域發(fā)生顯著變化。在此情形下，這個系統(tǒng)的特征和行為就不能用原來的方法來預(yù)測，必須要建立起新的方法。

現(xiàn)今河口海岸正在發(fā)生系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，主要是由人類活動加劇和氣候變化造成的。過去我們常說，相對于自然人類是渺小的，人類活動難以改變整體的自然環(huán)境。我們對氣候的春夏秋冬變化也早已習(xí)以為常，不會認(rèn)為有什么“不對勁”的地方，但在不知不覺中，我們的自然環(huán)境已經(jīng)由于人類活動加劇和氣候變化而悄然生變了。

譬如，河口三角洲海岸原本有許多天然的潮間帶濕地，現(xiàn)在由于圍墾，濕地地貌顯著改變，并且其演化方向已經(jīng)脫離了正常的自然演化格局；人工引種互花米草，使得原來生態(tài)系統(tǒng)中的鹽地堿蓬等植物難以生存，進而影響自然保護區(qū)里鳥類的生活環(huán)境；海岸帶灘涂被大規(guī)模開發(fā)為養(yǎng)殖區(qū)域，收獲魚蝦貝藻，同時也可能引發(fā)綠藻爆發(fā)等環(huán)境問題。這些都是人類活動影響的例子。

在氣候變化方面，其影響主要體現(xiàn)在風(fēng)暴事件強度提高、海面上升加快等趨勢上。全球變暖意味著高低緯度之間氣溫梯度增加，因而在有些區(qū)域臺風(fēng)強度會大幅度提高。全球變暖還導(dǎo)致兩極冰蓋的融化，由此產(chǎn)生的海面上升速度目前約為每年3毫米。北極地區(qū)的冰蓋已經(jīng)在幾千年前全部融化了，目前還剩下一個格陵蘭冰蓋，但目前格陵蘭冰蓋正面臨著加速融化的危險，這也成了塵埃落定之前的最大不確定性因素。假如格陵蘭冰蓋融化，海面將在短時間內(nèi)上升約6米。過去上海地區(qū)的臺風(fēng)發(fā)生頻率較低，海面上升幅度也較小，公眾或管理部門對氣候變化及海平面上升帶來的影響已經(jīng)有點麻木了，認(rèn)為這點變化對海岸防護不會產(chǎn)生什么影響，而實際上氣候變化危機正悄然向我們逼近，河口海岸區(qū)域日益集中的財富也越來越暴露于自然災(zāi)害的威脅之下。

與全球格局相比，我國還有一些特殊情況。相對于我國的人均國土面積，我們的人均海岸帶面積很小，這個特征與美國有很大差異。美國的總?cè)丝诩s為我國的1/4，但擁有大西洋、太平洋和墨西哥灣的漫長岸線，東、南、西三面都是海岸帶。計算下來，我國人均擁有的海岸帶面積還不到美國的1/10。海岸帶區(qū)域的相對狹小也能解釋我國沿海城市的擁擠狀況。以上海為例，交通、城市建筑的擁擠程度不用說，生產(chǎn)生活用地也已接近目前生產(chǎn)方式所能支撐的極限。

如前所述，河口海岸發(fā)生了如此顯著的系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，那么，原先的經(jīng)濟社會發(fā)展模式是否也需要進行調(diào)整？按照系統(tǒng)分析的觀點，新的系統(tǒng)狀態(tài)必然要有新的應(yīng)對方法，而目前提出的對策就是河口海岸藍(lán)圖重繪。

新藍(lán)圖有何要求？

河口海岸區(qū)域藍(lán)圖重繪的要點是更加合理地利用自然資源，重建健康生態(tài)系統(tǒng)。

首先，新藍(lán)圖要十分重視空間資源的合理利用。我國的河口海岸區(qū)域有著城市多、人口眾、地域擠的特征，但在土地利用方面卻很不經(jīng)濟，如在市區(qū)、道路、工業(yè)區(qū)有很多缺乏有效生產(chǎn)生活功能的地塊，甚至是廢棄的死角地塊。未來需要實現(xiàn)城市土地利用精細(xì)化，市區(qū)擴建、道路和交通要按照汽車社會的要求進行調(diào)整，盡量使用立體空間。每一塊土地，無論面積多么小，也要發(fā)揮其環(huán)境、生態(tài)功能。

其次，自然資源配置要向經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的高端產(chǎn)業(yè)傾斜。例如，傳統(tǒng)經(jīng)濟使得以上海為代表的長三角地區(qū)成為我國經(jīng)濟相對發(fā)達的地區(qū)，但是，受制于自然資源環(huán)境條件，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度必然逐漸放緩，最終停滯在一個水平上。與此同時，人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、生態(tài)旅游等新興產(chǎn)業(yè)正在快速發(fā)展。只有將傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)所占據(jù)的一部分資源轉(zhuǎn)移到新興產(chǎn)業(yè)上，才有可能保持經(jīng)濟發(fā)展的勢頭。為此，需要按照市場經(jīng)濟運行方式，實現(xiàn)資源配置的轉(zhuǎn)移。

再次，自然資源保護及能否做到可持續(xù)使用將成為未來發(fā)展的關(guān)鍵。自然資源的一部分是可再生的（如樹林），一部分是不可再生的（如巖石礦物），這兩個單元之間，存在著大量過渡類型的自然資源，如果管理得當(dāng)它們是可再生的，否則就是不可再生的（如海岸帶漁業(yè)資源）。構(gòu)建先進的資源管理體系，擴大可再生資源的比例，在眾多生產(chǎn)活動中力求達到資源零消耗的目標(biāo)，是非常重要的任務(wù)。以水資源為例，目前上海的淡水資源可以支撐2 500萬人口，如要進一步增加人口，水資源是一個制約因素，因此要解決如何最大限度地保有淡水資源的問題。還有土地資源問題，過去長三角岸線不斷淤積，而現(xiàn)在淤積已經(jīng)停止，甚至進入蝕退狀態(tài)，土地資源保護的重要性已經(jīng)凸顯。

最后，資源再緊張，環(huán)境壓力再大，也要保障生態(tài)系統(tǒng)健康。像上海這樣的寸土寸金之地，要維持健康的、有生態(tài)功能的生態(tài)系統(tǒng)難度很大，但如果生態(tài)系統(tǒng)被破壞，人居環(huán)境質(zhì)量下降，河口海岸的整體優(yōu)勢將失去。目前在崇明島進行的國際生態(tài)島建設(shè)，其目標(biāo)就是要達到開發(fā)與保護的融合，提供一個如何在人口密集區(qū)重建生態(tài)系統(tǒng)、提升其產(chǎn)品與服務(wù)價值的范例。

崇明東灘海堤

藍(lán)圖重繪的科學(xué)問題

藍(lán)圖重繪需要科學(xué)研究，把資源配置和環(huán)境生態(tài)安全問題轉(zhuǎn)化為科學(xué)問題。從地球與環(huán)境科學(xué)的視角，這些科學(xué)問題是針對河口海岸系統(tǒng)特征與演化、重要現(xiàn)象的機理、實驗和數(shù)值模擬等方法技術(shù)的。研究中要特別關(guān)注時空尺度問題，因為不同時空尺度上起主導(dǎo)作用的過程和機理是不同的。在這里，“過程”是指影響系統(tǒng)行為的各種因素以及它們起作用的方式（如通過能量、物質(zhì)、信息等），而“機理”是與特定現(xiàn)象相關(guān)聯(lián)的多種過程的組合方式。

根據(jù)這一思路，可以凝練出長江三角洲藍(lán)圖重繪的一系列關(guān)鍵科學(xué)問題，例如北極格陵蘭冰蓋動態(tài)和本區(qū)域因素共同影響下的未來海面變化格局、極端風(fēng)暴事件強度和發(fā)生頻率變化、海岸線動態(tài)機理、重構(gòu)海岸帶岸線防護體系、海岸濕地產(chǎn)品和服務(wù)價值、大型野生動物的食物網(wǎng)和遷移通道、海岸帶對經(jīng)濟社會支撐的可持續(xù)性等等。

在整個長江流域，上海是經(jīng)濟發(fā)展的龍頭，上海的持續(xù)發(fā)展可以維持從沿海到內(nèi)地的經(jīng)濟發(fā)展水平梯度，這個梯度代表了河口海岸區(qū)域?qū)?jīng)濟社會發(fā)展支撐力的可持續(xù)性。為了長遠(yuǎn)地保持這個梯度，必須不斷調(diào)整區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的方式。由長三角推及全球河口海岸，藍(lán)圖重繪需定期進行，歷史上是這樣，未來也是這樣。