推荐文献:自1985年以来泛洪区城市快速增长的全球证据

学术   2024-02-29 10:00   北京  

(2024年229)

图1 河滨居住地的扩张
科学问题

全球的城市正在迅速发展,这是由于人们从周边地区迁移到城市以寻找经济(工作)机会。城市化和经济发展传统上是齐头并进的。例如,城市通过雇主和求职者、卖家和买家、资本和项目,以及支持生产性基础设施之间的互动,实现了集聚经济。但城市的快速发展也会造成一些负面效应。例如,增加了对自然灾害的暴露以及对公共服务和基础设施的压力,这对低收入和中等收入国家尤为重要,因为这些国家既缺乏城市风险预警的和基础设施规划能力,也缺乏投资于交通和保护基础设施的资源。此外,远离洪水的安全空间被越来越多地占用,由此导致的土地稀缺可能会推动新的开发不成比例地进入以前避开的地区,包括河床和洪泛区。尽管快速城市化趋势与洪水灾害之间的相互作用越来越大,但缺乏高分辨率洪水灾害地图和逐年居住地足迹数据一直是限制全球洪水暴露趋势分析的关键因素。为此,本研究通过考虑逐年频率的洪水暴露趋势,证明了持续监测洪水暴露演变的价值;其次,本研究区分了洪水暴露与洪水安全空间发展的增长动态,以记录洪水暴露区域在城市化过程中增加或减少的差异;第三,本研究不是专注于某一种洪水类型,而是将不同的洪水类型结合起来,评估整体风险;第四,本研究通过使用高分辨率全球数据集,它以一种一致的方法记录了覆盖全球的趋势。并通过估算城市化和洪水暴露的变化趋势,为政策制定者提供具体证据,以确定风险预防、减少和准备措施的优先次序。

解决方法
本研究估计了全球暴露在高危险洪水下的居住地的面积和比例,并评估了这种暴露如何随着时间的推移而演变。利用洪水灾害和居住地范围的高分辨率全球数据集,可以对225个国家和地区进行分析,并将其分为3307个次国家单位。本研究给出的结果是通过处理大量空间数据得出的,可以将其简化为以下分析步骤:

步骤1:使用WSF-Evo数据集识别居住地,该数据集从1985年到2015年每年将每个30 × 30米分辨率的像素分类为居住地或非居住地。

步骤2:将每个居住地像元分配给五种考虑的洪水灾害类别之一。我们对全球上所有的居住地和每一年都重复这一步骤。

步骤3:在步骤2的基础上,本研究统计了每个次国家行政单位的每个洪水灾害类别的总居住地面积,并计算其相对于总居住地面积的比例。

表1 本研究中洪水灾害的分类

研究结果

全球范围内,洪水易发地区的城市化速度更快。2015年,全球至少有11.3%的建成区面临严重或非常严重的洪水灾害;也就是说,在百年一遇的洪水事件中,淹没深度至少为50 cm。暴露程度最低的是撒哈拉以南非洲(4.6%)和北美(4.5%),最高的是东亚和太平洋地区(18.4%)。从1985年到2015年,世界建成区增长了85%,从69.3万km2增加到128万km2。与此同时,洪水安全地区的居住地比例下降了1.9%,高风险类别的居住地比例增加了。2015年,20%的居住地位于中等及以上洪涝灾害区,高于1985年的17.9%。最高危险类别的比例增长最快,从4.3%增长到5.2%。

图2 在(洪水)灾害最危险的区域,居住地增长速度最快

洪水易发地区的居住地扩张速度超过了洪水安全地区的增长速度。尽管全球总体建成区面积增长了85.4%,但洪涝灾害高暴露度的建成区增长了105.8%,洪涝灾害暴露程度最高的建成区面积增长了121.6%。自20世纪90年代初以来,最高危险洪水类别的居住地每年增长近3%,一直超过洪水安全地区的增长。2007年至2010年的居住地扩张放缓恰逢全球经济衰退。但总的来说,无论考虑哪种类型的洪水,暴露在洪水下的居住地的增长速度都超过了洪水安全区的增长速度。

东亚地区的暴露度增幅最高。不同地区的城市化和洪水暴露动态存在显著差异。东亚和太平洋地区拥有最高的城市增长率和洪水灾害类别。1985至2015年间,“无危险”居住地面积增长了100%以上,而“非常高危险”居住地面积增长了160%以上。在拉丁美洲和加勒比地区、欧洲和中亚以及东亚和太平洋地区,受洪水影响的增长速度超过了未受洪水影响的增长,而在撒哈拉以南非洲、北美、中东和北非地区,情况正好相反。在北美,“无危险”居住地面积扩大了75%,而在危险性最高地区扩大了49%。然而,即使在这些地区,高危洪水区的居住地也在不断增长。

图3 按灾害等级划分的居住地增长情况

洪水暴露的差异越来越大。国家收入分组进一步阐明了城市化和洪水灾害的模式。自1985年以来,在“非常高危险”的3.65万km2的居住地中,1.1%位于低收入国家,20.5%位于中低收入国家,60.8%位于中上收入国家,17.6%位于高收入国家。中等收入国家的城市增长速度是1985年以来最快的,2015年,全球14.46万km2的建成区中有72%位于高风险洪水区。平均而言,高风险洪水区的增长大大超过了洪水安全区的增长。在中低收入国家中,自1985年以来,“非常高危险”居住地扩大了132%,而总居住地增长的比例为86%。这些高风险地区不断扩大的居住地与洪水风险结合在一起,凸显了未来的损失和增加防洪投资的必要性。高收入国家在最高危险地区的居住地比例高于任何其他群体。自1985年以来,这些居住地增长了184%,几乎是洪水安全居住地(96%)的两倍。

图4 居住地范围的比例

a、全球居住地面积比例;b、全球高风险洪水区的居住地范围比例;c、全球新建成的高风险洪水区的居住地范围比例。

相比之下,自1985年以来,低收入国家的居住地增长比较缓慢。与中等收入国家相比,洪水安全地区(87%)和高危险区或极高危险区(77%)的增长差异不那么明显。平均而言,高风险地区的居住地增长速度并没有超过洪水安全地区的增长速度,但随着经济增长和城市化的加速,这一趋势有可能在未来发生逆转。

总的来说,上述结果表明各国面临洪水灾害的程度存在差异。虽然洪水安全区居住地增长在一些国家占主导地位,但其他国家正在积极增加其相对暴露于洪水灾害的风险。次国家尺度的结果表明,这种差异也在所有区域的国家内部出现。

图5 1985至2015年安全和高风险地区居住地增长的相对差异

中国的居住地扩张推动了中高收入国家洪灾风险的大幅增加。1985年至2015年间,中国建成区面积增加了165%,其中“非常高危险”的居住地增长了223%。中国拥有比其他任何国家更大的居住地面积。中国是全球“非常高危险”的居住地扩张的最大贡献者,占全球新建高风险居住地中7.64万km2的46%。此外,越南和孟加拉国作为中低收入国家也很突出,因为它们有大量的居住地暴露在“非常高危险”的洪水灾害类别中。

尽管在过去的30年里,高收入国家的人口增长相对缓慢且不受洪水影响,但包括日本、美国和荷兰在内的许多高收入国家在1985年就已经在洪涝高发区拥有了大片居住地,并在保护这些地区方面投入了大量资金。在荷兰,海堤可以抵御万年一遇的风暴潮。然而,即使在高收入国家,许多居住地也没有受到本研究中考虑的百年一遇的洪水灾害的保护。最近发生在美国、英国和德国的灾害表明,洪涝灾害继续对生命、生计和资产构成重大风险。图6显示了洪水暴露的前20个国家的居住地份额。在荷兰,超过35%的居住地在水文和海拔方面处于高危险区域,尽管这些风险通过先进的(但并非绝对可靠的)保护基础设施得到缓解。但在大多数低收入国家和中等收入国家,情况并非如此,如老挝(34%)和越南(25.4%),许多居住地在没有强有力的保护系统的情况下高度暴露。对于那些定居点集中在河谷和流域的国家(如不丹、埃及和孟加拉国)和沿海地区(如斐济和越南),洪水风险尤其高。

图6 按洪水危险等级划分的居住地面积排名前20位的国家

气候变化下的城市化。气候变化迫使各国采取措施以适应日益加剧的自然灾害。然而,追踪各国在适应气候变化方面取得的成效已被证明是困难的,甚至是误导的。除了气候本身的变化,人类对气候灾害的暴露程度也由空间发展的选择决定。人口和经济增长伴随着从农村向城市地区的迁徙,导致城市扩张,并且新社区和工业园区如雨后春笋般出现,通常在洪水易发地区。此外,人类对气候冲击的脆弱性是由社会、经济、体制和历史因素的复杂背景决定的。本研究记录了各国在洪灾风险暴露方面的差异,结果表明许多国家不仅没有适应气候灾害,反而在积极增加气候灾害的暴露度。这些现象表明,各种潜在的潜在驱动因素对城市化日益严重的洪水风险产生了影响,包括土地稀缺、社会经济趋势以及体制和监管因素。

当城市规划不能优先考虑安全区域的密集化以避免扩展到危险区域时,风险就会加剧。例如,在越南,几乎三分之一的海岸线已经被建设起来,最安全、最具生产力的地方越来越多地被占领。因此,新的开发项目不成比例地被迫进入危险土地和以前避免的地区,例如河床或洪泛平原。来自美国大西洋沿岸的证据表明,近几十年来,在人口稀少的地区,新建筑避开了洪水易发地区,在人口稠密的地区,新建筑却出现在“最不严重”的洪水易发地区。

这项研究的案例和机制反映了一种全球趋势。那就是在中等收入国家,由于其经济和城市中心的快速增长,洪水易发地区的居住地增长速度超过了洪水安全地区的增长速度。1985年至2015年期间,全球范围内居住地面积扩大了85%,而面临最高洪水风险的居住地增加了122%。这些发现对城市规划者和决策者具有具体意义。在洪水风险已经很高的地区,防灾投资对于减轻损失至关重要。在洪水风险仍然较低但增长迅速的地区,迫切需要修订土地利用和城市规划。虽然土地稀缺和地理限制可能意味着无法总是避免在洪涝区定居,但防洪系统和备灾措施仍然可以支持有复原力(韧性)的社会经济发展。除了解决暴露问题外,解决人们脆弱性的根本驱动因素也至关重要。

个人评价

本文在全球尺度上,使用高分辨率的居住地数据和洪水灾害数据,发现自1985年以来“非常高危险”的居住地面积的增长速度远超非危险区的增长速度。本文在写作和数据上值得借鉴,在写作上,格局-过程-趋势的写法值得学习,在数据上,高分辨率的灾害数据和居住区数据可供未来研究使用。但本文也有一些不足,例如在数据方面并非本文原创,方法仅仅利用叠加分析统计了洪水灾害区域的居住地增长情况,由此,本文的结果还有待进一步挖掘。
原文
Title:

Global evidence of rapid urban growth in flood zones since 1985

Abstract

Disaster losses are increasing and evidence is mounting that climate change is driving up the probability of extreme natural shocks. Yet it has also proved politically expedient to invoke climate change as an exogenous force that supposedly places disasters beyond the influence of local and national authorities. However, locally determined patterns of urbanization and spatial development are key factors to the exposure and vulnerability of people to climatic shocks6. Using high-resolution annual data, this study shows that, since 1985, human settlements around the world—from villages to megacities—have expanded continuously and rapidly into present-day flood zones. In many regions, growth in the most hazardous flood zones is outpacing growth in non-exposed zones by a large margin, particularly in East Asia, where high-hazard settlements have expanded 60% faster than flood-safe settlements. These results provide systematic evidence of a divergence in the exposure of countries to flood hazards. Instead of adapting their exposure, many countries continue to actively amplify their exposure to increasingly frequent climatic shocks.

Citation

Rentschler, J., Avner, P., Marconcini, M. et al. Global evidence of rapid urban growth in flood zones since 1985. Nature 622, 87–92 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06468-9


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景观可持续科学与地理设计
在何春阳教授带领下,北京师范大学“景观可持续科学与地理设计”研究小组坚持可持续科学理念,聚焦人与环境/土地系统,开展不同尺度的景观/区域可持续性研究。自2024年1月起,本号同时发布中国自然资源学会资源持续利用与减灾专业委员会的相关通知。
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