冰凍圈功能、服務(wù)與人類福祉

 基本概念

冰凍圈功能包括能量轉(zhuǎn)換、物質(zhì)（尤其是水體）儲存與遷移、承載、天然冷能儲存與釋放、地表侵蝕或固結(jié)等內(nèi)容，這些功能獨(dú)立存在于自然界中，均是冰凍圈的自然屬性。冰凍圈服務(wù)指冰凍圈能夠?yàn)槿祟惿鐣峁┑母鞣N惠益。水體處于凍結(jié)狀態(tài)是冰凍圈區(qū)別于其他圈層或其他環(huán)境要素的主要特性；冰凍圈過程反映了冰凍圈自身變化及其與其他圈層的相互作用。冰凍圈具有服務(wù)能力是由其特定的功能決定的，是冰凍圈自身環(huán)境特性和冰凍圈獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和過程綜合作用的結(jié)果（圖?2）。從冰凍圈功能到冰凍圈服務(wù)，不僅研究視角發(fā)生了變化，而且研究對象也從自然界跨越到與人類社會經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)方面。

基于冰凍圈服務(wù)的形成過程及其對人類福祉的影響過程，以生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)為視角、系統(tǒng)性和可持續(xù)性為原則，冰凍圈服務(wù)可分為供給、調(diào)節(jié)、文化、承載和支持五大類型，以及淡水資源供給服務(wù)、冷能供給服務(wù)等?18?個(gè)亞類。冰凍圈服務(wù)與冰凍圈功能之間不只是“一對一”的關(guān)系，更多的是“多對一”和“一對多”的關(guān)系（圖?2）。

人類福祉指人類健康、幸福并且物質(zhì)上富足的生活狀態(tài)，是一個(gè)由多要素組成的多層次體系，具有客觀與主觀兩個(gè)內(nèi)涵。千年生態(tài)系統(tǒng)評估（MA）將人類福祉分解為安全、維持高質(zhì)量生活的基本物質(zhì)條件、健康、良好的社會關(guān)系以及選擇與行動的自由5個(gè)方面。冰凍圈服務(wù)是人類福祉的重要貢獻(xiàn)因子，各類冰凍圈服務(wù)都或多或少，或直接或間接地對滿足人類的生理、經(jīng)濟(jì)和精神文化需求帶來了一定正面影響。

冰凍圈服務(wù)對人類福祉的影響也是一個(gè)復(fù)雜的過程：① 從冰凍圈服務(wù)供給到消費(fèi)需要金融資本、人力資本、建設(shè)資本和社會資本的投入，并受到社會制度、市場調(diào)節(jié)、技術(shù)水平、價(jià)值選擇等一系列社會學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)過程的影響。② 供給與消費(fèi)之間可能存在空間的分離，因此人類從冰凍圈服務(wù)中獲得的實(shí)際收益與服務(wù)供給之間存在著復(fù)雜的非線性關(guān)系和滯后效應(yīng)。③ 人類從冰凍圈中獲得的收益對人類福祉的貢獻(xiàn)也存在邊際遞減效應(yīng)，并受人類生活需求狀況甚至精神狀態(tài)的影響。

在全球變暖下，隨著冰凍圈加速退縮，雖然短期內(nèi)一些冰凍圈功能和服務(wù)（如水資源供給）將會增強(qiáng)，但從長期趨勢看將不斷衰退乃至衰竭，進(jìn)而對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和人類福祉產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

 案例分析：全球“水塔”和極地系統(tǒng)的冰凍圈功能及其服務(wù)

全球高山冰凍圈服務(wù)以提供水資源和水文調(diào)節(jié)服務(wù)最為關(guān)鍵，極地冰凍圈則以極地系統(tǒng)對氣候調(diào)節(jié)、原住民生產(chǎn)生活和其他半球乃至全球尺度經(jīng)濟(jì)社會影響最為顯著。這里以全球高山“水塔”的重要性和極地系統(tǒng)變化為例具體闡述冰凍圈功能和服務(wù)變化及其影響。

全球“水塔”的重要性

高山冰凍圈區(qū)被譽(yù)為“水塔”，用于描述和強(qiáng)調(diào)高山冰凍圈在維持下游生產(chǎn)生活和生態(tài)用水需求方面發(fā)揮的蓄水和供水作用。與其下游地區(qū)相比，“水塔”由于地形降水或通過在冰凍圈內(nèi)儲存水及湖泊儲量而延遲水的釋放，為下游地區(qū)提供了穩(wěn)定的水源。以流域?yàn)榛A(chǔ)，我們將全球“水塔”劃分為?78?個(gè)基本單元，通過從山區(qū)“供給側(cè)”——降水量、積雪、冰川和地表水儲量?4?個(gè)維度構(gòu)建供給指數(shù)，從受影響區(qū)“需求側(cè)”——生活需水、工業(yè)需水、灌溉需水和自然需水4個(gè)維度構(gòu)建需求指數(shù)，利用這些綜合指標(biāo)對“水塔”的重要性進(jìn)行了評估。

從供給側(cè)看，“水塔”單元供水能力存在相當(dāng)大的空間差異。在亞洲，青藏高原擁有豐富的冰雪資源，而且高原湖泊中儲存了大量的水，大氣降水也相對豐富，因此在供水能力上排名最高。在歐洲，北冰洋群島、冰島和斯堪的納維亞半島的“水塔”中擁有豐富的冰雪儲量，特別是冰島擁有地球上最厚的冰川，冰川儲量可觀，是其“水塔”區(qū)域內(nèi)年降水量的?15?倍。南美洲安第斯山區(qū)供水能力可觀，以智利為例，其南部西風(fēng)帶季節(jié)性南北波動產(chǎn)生豐沛的地形雨，且冰雪儲量大。在北美洲，西北地區(qū)和努勒維特、弗雷澤、太平洋和北極海岸是重要的“水塔”單元，其中西北地區(qū)和努勒維特的供水能力主要與豐富的冰雪資源以及地表水存儲有關(guān)。

從需求側(cè)看，灌溉用水需求在各大洲用水類型中都是最高的。亞洲的河流流域，特別是印度河、阿姆河、底格里斯河、恒河、雅魯藏布江和塔里木河流域，人口稠密，灌溉農(nóng)業(yè)分布廣泛，且工業(yè)和生活用水需求相對也高；因此，這些區(qū)域需水指標(biāo)最高，對山區(qū)水資源依賴性極高，特別當(dāng)經(jīng)歷不可持續(xù)消耗地下水而用于填補(bǔ)巨大用水缺口時(shí)，“水塔”單元的供水能力對于滿足需求和補(bǔ)給含水層至關(guān)重要。

極地系統(tǒng)冰凍圈功能及其服務(wù)衰退風(fēng)險(xiǎn)

極地系統(tǒng)變化不但深刻影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)，而且通過冰凍圈氣候調(diào)節(jié)服務(wù)和航道服務(wù)等產(chǎn)生半球乃至全球效應(yīng)。以北極為例，隨著全球變暖和冰凍圈退縮，極地系統(tǒng)變化已對當(dāng)?shù)厝祟惿鐣?jīng)濟(jì)眾多部門產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，包括商業(yè)捕魚、北極馴鹿放牧、生計(jì)系統(tǒng)、旅游業(yè)、北極非可再生資源開采、基礎(chǔ)設(shè)施、交通運(yùn)輸、人體健康和沿海社區(qū)等。聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）《氣候變化中的海洋與冰凍圈變化特別報(bào)告》（SROCC）系統(tǒng)評估了氣候變化對各部門產(chǎn)生的影響，并提出了適應(yīng)措施?。

商業(yè)捕魚。氣候變化導(dǎo)致北極魚類豐度和分布發(fā)生不同程度的改變，海洋生態(tài)系統(tǒng)變化對漁業(yè)生產(chǎn)力產(chǎn)生影響。應(yīng)開展資源本底評估，解決權(quán)益問題，基于監(jiān)測、研究和公眾參與決策，開展適應(yīng)性管理等。

生計(jì)系統(tǒng)。氣候變暖導(dǎo)致北極地區(qū)食物分布和豐度發(fā)生變化，另外交通可達(dá)性和交通安全，以及糧食生產(chǎn)、儲存和質(zhì)量均受影響。應(yīng)建立適應(yīng)性管理系統(tǒng)，包括靈活調(diào)配食物種類、獲取方式和時(shí)間，動員公眾參與決策，保證生產(chǎn)權(quán)等。

馴鹿放牧。雨澆雪事件導(dǎo)致鹿群高死亡率，苔原牧場的灌叢化降低了草料質(zhì)量等。應(yīng)改變牧民活動方式，制定較為自由的放牧政策，確保土地使用權(quán)，加強(qiáng)食物補(bǔ)給等。

旅游業(yè)。全球變暖環(huán)境下不斷形成開闊水域，對旅游業(yè)帶來機(jī)遇，公眾試圖抓住“最后”旅游機(jī)會。應(yīng)鼓勵和放寬極地旅游，增加游客人數(shù)，提升旅游服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)制定政策確保旅游安全、文化完整和生態(tài)健康。

北極非可再生資源開采。隨著海冰和冰川減退，帶來一些新的開采和發(fā)展機(jī)遇，但極端水文事件和凍土退化等對生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生了一定影響。應(yīng)采取的適應(yīng)性措施包括：開展氣候變化情景分析、優(yōu)化開發(fā)方式等。

聚居區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施。多年凍土退化影響地基穩(wěn)定性，海岸遭受侵蝕。應(yīng)開發(fā)新技術(shù)以適應(yīng)凍土融沉，必要時(shí)要進(jìn)行居民區(qū)搬遷。

海上運(yùn)輸。雖然新增水域可以容納更多船只，商業(yè)獲益增加，但隨著運(yùn)輸繁忙，也可能對生態(tài)和環(huán)境造成負(fù)面影響。應(yīng)在增加船只和擴(kuò)大旅游業(yè)的同時(shí)增強(qiáng)對危險(xiǎn)性廢棄物、溢油和安全事故的應(yīng)急與管控能力。

人體健康。北極系統(tǒng)變化將導(dǎo)致食物安全和居民身心健康遭受影響。應(yīng)加強(qiáng)食物安全研究，投入人力和財(cái)政資源支持公共項(xiàng)目，提高社會應(yīng)對健康問題的意識。

極地系統(tǒng)變化影響的溢出效應(yīng)還將波及極地以外地區(qū)，甚至具有全球影響。主要有：極地冰凍圈（主要是冰蓋和冰川）對水的固持功能減退，導(dǎo)致全球海平面上升；多年凍土碳固持功能下降，加劇溫室效應(yīng)增暖風(fēng)險(xiǎn)；極地變化使極地大氣環(huán)流趨于紊亂和能量外溢，導(dǎo)致其影響區(qū)域極端天氣氣候事件更加頻發(fā)。這些大尺度影響，只能通過全球共同減排和保護(hù)氣候的行動加以減緩和適應(yīng)。