脆弱性概念研究綜述

1脆弱性研究現狀自20世紀90年代以來，關于脆弱性的研究有所增加。根據steenm.a.其他科學家的研究，在1968年至2005年環境變化和人文因素領域出版的2286種出版物中，發現939種出版物與脆弱性有關，并在20世紀90年代以來迅速增加。學術界對脆弱性研究的關注程度越來越高,2001年4月《科學》雜志發表的“可持續性科學”(SustainabilityScience)一文把“特殊地區的自然-社會系統的脆弱性或恢復力”研究列為可持續性科學的7個核心問題之一。在全球變化的背景下,近年來,脆弱性研究已作為一項重要研究內容被許多國際性科學計劃和機構(IHDP、IPCC、IGBP等)提上研究日程[3~5],成為全球環境變化及可持續性科學領域關注的熱點問題和重要的分析工具,并且許多學者已把脆弱性研究作為一門新興的科學[7~9],DowningT.E在2000年IHDP第三份通訊報告中已明確提出“脆弱性科學”這一新的研究方向,并初步總結了脆弱性科學的基本特點及研究任務。脆弱性研究逐漸把人們的注意力轉向關注:(1)哪些人、事物、地區面對正在進行的人文與環境條件的變化較脆弱?(2)這些變化及其結果在不同的人與環境條件下是怎樣被減弱或增強的?(3)通過什么措施可以減少對這些變化的脆弱性?(4)怎樣建立更具恢復力和適應性的團體和社會?脆弱性術語已經成為分析人地相互作用程度、機理與過程、區域可持續發展的一個非?；A性的科學知識體系。目前,脆弱性的概念及評價方法是當前脆弱性科學的一個重要研究內容,同時也是脆弱性研究面臨的一個挑戰,脆弱性科學的發展很大程度上取決于能否建立一個通用的脆弱性概念框架及切實可行的脆弱性評價方法。由于脆弱性科學目前正處于起步研究階段,不同研究領域對“脆弱性”這一概念的理解尚存在差異,加之脆弱系統的復雜性,使脆弱性評價研究面臨很多困難,脆弱性評價研究尚未成熟,這極大的限制了脆弱性研究在決策制定中應用,同時也阻礙了脆弱性科學的發展。本文在閱讀大量國內外文獻的基礎上,對脆弱性的概念及其構成要素進行了深入探討,歸納和分析了目前國內外脆弱性評價研究中運用的主要方法,并指出了脆弱性評價中應遵循的基本原則及亟待開展的研究內容。2脆弱性概念2.1不同應用領域中研究對象和學科在研究領域的差異脆弱性這一概念起源于對自然災害的研究在地學領域,TimmermanP.(1981)首先提出了脆弱性的概念,目前脆弱性這一概念已被應用到很多研究領域,例如:災害管理、生態學、公共健康、氣候變化、土地利用、可持續性科學、經濟學、工程學等。由于不同應用領域間研究對象和學科視角的不同,不同應用領域對“脆弱性”這一概念的界定角度和方式有很大差異,并且同一概念被不同研究領域學者所運用時內涵有所不同。自然災害、氣候變化等自然科學領域認為脆弱性是系統由于災害等不利影響而遭受損害的程度或可能性,側重研究單一擾動所產生的多重影響;貧窮、可持續生計等社會科學領域認為脆弱性是系統承受不利影響的能力,注重對脆弱性產生的原因進行分析。歸納眾多學者對脆弱性這一概念的界定,可將脆弱性的概念劃分為以下四類(表1)。2.2概念的初步確立從上面列舉的幾類脆弱性概念可以看出,有些脆弱性概念(第一、二類)的界定角度側重于“結果”,而有些脆弱性概念(第三、四類)的界定則突出脆弱性的表現及其產生原因。鑒于不同研究領域對脆弱性概念的不同理解,很多學者開始呼吁要建立一種通用的脆弱性概念框架以方便不同領域學者之間的交流。近年來,學術界對“脆弱性”的概念及其構成展開了深入探討,試圖推動這一概念在不同研究領域間的交流和溝通。因此,近年來出現的脆弱性概念(第四類)包含的要素越來越多,從多維角度反映了脆弱性這一概念的內涵,“脆弱性”這一概念已經從日常生活中的一般含義逐漸演變成一個龐大的、獨立的概念體系,很難再將其局限于某一研究領域,不同研究領域關于“脆弱性”這一概念初步達成了一些共識。(1)脆弱性客體具有多層次性。目前,脆弱性的概念已經被應用到家庭、社區、地區、國家等不同層次,研究對象涉及人群、動植物群落、特定區域(島國、城市)、市場、產業等多種有形或無形的客體,“脆弱性”已經成為當今世界無法回避的一個重要問題,脆弱性客體具有多層次性。(2)施加在脆弱性研究客體上的擾動具有多尺度性。系統通常暴露于多重擾動,這些擾動既有來自于系統內部的,也有來自于系統外部的,并且不同尺度的擾動之間還存在復雜的相互作用。(3)脆弱性概念的界定中出現了一些共同的術語。敏感性、應對能力、恢復力、適應能力等概念已成為脆弱性概念的重要構成要素,其中敏感性是指單位擾動施加在系統上所導致系統產生的變化,應對能力是指系統在擾動所產生的不利影響中復原或適應不利影響的能力,一定程度上包含了恢復力和適應能力的概念。(4)脆弱性總是針對特定的擾動而言。系統并不是針對任何一種擾動都是脆弱的,面對不同的擾動會表現出不同的脆弱性,因此,脆弱性總是與施加在系統上的特定擾動密切相關。目前,雖然不同研究領域對脆弱性這一概念的認識日趨統一,但關于脆弱性的本質以及構成要素的問題尚存在分歧。一些學者認為脆弱性是系統與其所在環境相互作用的一種屬性,也有些學者認為脆弱性是耦合系統(社會-生態系統、人-環境耦合系統、人地系統)的一個重要屬性,這種對“脆弱性”本質認識上的差異直接導致不同學者對脆弱性構成要素的認識上存在分歧,爭論的焦點在于“系統對擾動的暴露是否是構成脆弱性的要素之一?”。MitchellJ.etal(1989)和BohleH.G.(2001)認為脆弱性包含內部、外部兩個方面,內部方面是指系統對外部擾動或沖擊的應對能力,外部方面是指系統對外部擾動或沖擊的暴露,還有一些學者認為系統對外界干擾的暴露、系統的敏感性、系統的適應能力是脆弱性的關鍵構成要素;但GallopínG.C.(2003)認為暴露并不是脆弱性的構成要素,脆弱性是由系統面對外界擾動的敏感性和反應能力構成,是系統的屬性,這種屬性在系統受到擾動和壓力時就會顯現出來,并認為系統狀態的改變是系統的脆弱性、系統面臨的擾動的屬性以及系統對擾動的暴露三者構成的函數。2.3系統的內部屬性和外在屬性綜合以上不同學者對脆弱性概念的理解,本文認為脆弱性是指由于系統(子系統、系統組分)對系統內外擾動的敏感性以及缺乏應對能力從而使系統的結構和功能容易發生改變的一種屬性。它是源于系統內部的、與生俱來的一種屬性,只是當系統遭受擾動時這種屬性才表現出來。系統的內部特征是系統脆弱性產生的主要、直接原因,而擾動與系統之間的相互作用使其脆弱性放大或縮小,是系統脆弱性發生變化的驅動因素,但這種驅動因素的作用是通過影響該系統內部特征而使系統的脆弱性發生改變,并最終通過系統面對擾動的敏感性以及應對能力來體現。3發展能力的確定脆弱性評價是對某一自然、人文系統自身的結構、功能進行探討,預測和評價外部脅迫(自然的和人為的)對系統可能造成的影響,以及評估系統自身對外部脅迫的抵抗力以及從不利影響中恢復的能力,其目的是維護系統的可持續發展,減輕外部脅迫對系統的不利影響和為退化系統的綜合整治提供決策依據。脆弱性評估主要關注以下問題:(1)研究對象面臨的主要擾動是什么?(2)脆弱性較高(低)的單元具有什么典型特征?(3)研究區域(內)的脆弱性時間、空間格局?(4)決定脆弱性格局的因素?(5)如何降低評價單元的脆弱性?目前,脆弱性評價的研究在自然災害脆弱性、全球環境變化脆弱性、生態環境脆弱性等研究領域成果相對較多,一些定量或半定量的脆弱性評價方法已經被提出并得到應用,根據脆弱評價的思路將脆弱性評價方法分為以下五類。3.1各因素間的脆弱性評價該方法從脆弱性表現特征、發生原因等方面建立評價指標體系,利用統計方法或其他數學方法綜合成脆弱性指數,來表示評價單元脆弱性程度的相對大小,是目前脆弱性評價中較常用的一種方法。美國國際開發署(USAID)資助的早期饑荒預警系統(FEWS)研究就利用綜合指數法計算了非洲大陸不同地區對糧食安全的脆弱性;南太平洋應用地學委員會(SOPAC)利用50個指標構建了環境脆弱性指數,用來反映一國自然環境容易受到損害及發生退化的程度。目前在綜合指數法中較常用的數學統計方法有加權求和(平均)法、主成分分析法(PCA)[36~39]、層次分析法(AHP)[40~44]、模糊綜合評價法[45~47]等四種。綜合指數法由于其簡單、容易操作,在脆弱性評價中廣泛應用,但該方法對脆弱性的評價缺乏系統的觀點,忽略脆弱性各構成要素間的相互作用機制,與脆弱性內涵之間缺乏相互對應的關系;同時在指標的選擇和權重的確定上缺乏有效的方法;脆弱性形成原因及表現特征在空間上具有較強的區域差異性,在時間上具有動態變化性,因此建立跨區域、跨時段的脆弱性評價指標體系非常困難;此外,指標體系評價法所得出的評價結果的有效性很少被驗證。3.2不同擾動下的脆弱性空間差異近幾年來,隨著GIS技術的日益普及和完善,應用GIS技術評估自然和人文系統的脆弱性已呈上升趨勢,圖層疊置法就是基于GIS技術發展起來的一種脆弱性評價方法,根據其評價的思路可分為兩種疊置方法:(1)脆弱性構成要素圖層間的疊置。CutterS.L.等(2000)把美國卡羅來納州南部喬治敦郡的自然脆弱性與該區域社會脆弱性的空間差異分布圖進行疊置,對區域災害脆弱性進行了分析;郝璐等(2003)分別分析了內蒙古牧區雪災孕災環境的敏感性以及區域畜牧業承災體對雪災適應性的空間差異,將二者疊置進行分析,得出了內蒙古牧區草地畜牧業雪災脆弱性的空間差異;MetzgerM.J.等(2005)把全球變化對區域潛在影響程度的差異分布圖與區域應對能力差異分布圖結合起來,對全球變化背景下區域脆弱性差異進行了評價。這種方法比較適用于區域在極端災害事件擾動背景下的脆弱性評價,能夠反映區域災害脆弱性的空間差異,還能反映區域受災害影響的風險性、敏感性及應對能力的空間差異;但在擾動的類型和數量上存在局限性,當擾動的數量超過一個時(多種自然災害),會造成應對能力指標只能選取決定區域對不同災害類型應對能力的共性指標,致使應對能力指標的選取上缺乏針對性,并且最終評價結果不能反映區域針對某種災害的脆弱性程度;(2)針對不同擾動的脆弱性圖層間的疊置。O’BrienK.等(2004)把表示研究區域針對不同擾動的脆弱性空間差異圖層進行疊置,來表示區域在多重擾動背景下的脆弱性空間差異狀況,并以印度農業生產部門在氣候變化和經濟全球化雙重擾動背景下的脆弱性為例進行了實證分析。該方法為多重擾動(自然的、經濟的)背景下的脆弱性評價提供了研究思路,但該方法沒有考慮各種擾動的風險及其對系統整體脆弱性影響程度的差異,因此評價結果中很難反映出影響區域脆弱性的主要因素,對如何減少系統脆弱性的啟示不大。3.3基于估計模型的脆弱性評估該方法基于對脆弱性的理解,首先對脆弱性的各構成要素進行定量評價,然后從脆弱性構成要素之間的相互作用關系出發,建立脆弱性評價模型。史培軍(2002)提出了廣義的災害脆弱性評估模型和狹義的災害脆弱性評估模型,認為廣義的災害脆弱性是由區域時空脆弱性、孕災環境脆弱性、承載體脆弱性構成,狹義的脆弱性評估模型由經濟脆弱性、人文脆弱性、政治脆弱性構成,并分別給出了廣義和狹義災害脆弱性評估的函數模型。LuersA.L.等(2003)認為系統的脆弱性是由系統內某些變量面對擾動的敏感性與這些變量臨近傷害臨界值的程度構成的函數,脆弱性的度量可用二者比值的期望來表示,此外,他還在考慮系統適應能力的基礎上提出了最小潛在脆弱性的評價方法。MetzgerM.J.等(2005)在IPCC提出的脆弱性函數構成形式的基礎上,認為脆弱性是由系統在擾動作用下所遭受的潛在影響與系統適應能力二者構成的函數。與上述幾種脆弱性評價方法相比,函數模型評價法在脆弱性評價的思路上與脆弱性內涵之間對應較強,能夠體現脆弱性構成要素之間的相互作用關系,有利于解釋脆弱性成因及特征,評價結果能夠反映系統整體脆弱程度及脆弱性構成要素的情況。但目前關于脆弱性的概念、構成要素及其相互作用關系尚無統一的認識,并且脆弱性構成要素的定量表達較困難,使得該評價方法進展較為緩慢,但該方法在脆弱性評價研究中已越來越受到學者關注。3.4與最優參照狀態的鄰近度對區域水安全評價模糊物元評價法是通過計算各研究區域與一個選定參照狀態(脆弱性最高或最低)的相似程度來判別各研究區域的相對脆弱程度。陳鴻起等(2007)利用物元分析的基本理論和方法,結合模糊集合理論和歐式貼近度概念建立了基于歐式貼近度的模糊物元模型,利用各地區與最優參照狀態的貼近度對區域水安全進行了評價。祝云舫、王忠郴(2006)運用模糊集貼近度理論分別構建了城市風險程度排序中“最優序城市”、“中序城市”、“最劣序城市”3個數學模型,利用待評價城市與“最優序城市”“中序城市”、“最劣序城市”的貼近程度來反映城市環境風險程度。鄒君、楊玉蓉、田亞平等(2007)運用基于歐氏貼近度的模糊物元模型對衡陽盆地7個縣(市)農業水資源脆弱度進行評判。該方法對脆弱性的評價角度與前幾種不同,不是將眾多指標合成一個綜合指數,因此不必考慮變量間的相關性問題,可以充分利用原始變量的信息;缺點在于對參照單元的界定缺乏科學合理的方法,評價結果對參照單元選取標準的變化十分敏感,并且評價結果反映出的信息量較少,只能反映各研究區域脆弱性的相對大小,難以反映脆弱性空間差異的決定因素及脆弱性特征等方面的信息。3.5脆弱性評價方法該方法計算研究單元各變量現狀矢量值與自然狀態下各變量矢量值之間的歐氏距離,認為距離越大系統越脆弱,越容易使系統的結構和功能發生徹底的改變。該方法多用于生態環境脆弱性評價,能夠反映系統偏離自然狀態的程度,進而一定程度上反映了研究單元的生態危險程度;另一方面由于該方法參照狀態的設定中將人類活動設定為零,而其他生態變量的取值范圍在自然狀態下相對較穩定,因此參照狀態的選取變化不大,這使評價結果對參照點的選取較穩定。該方法的不足之處在于:假設自然狀態下的區域是脆弱性最小的區域,這種假設忽視了人類活動對生態環境改善的促進作用;同時自然狀態的設定存在很多不確定性,該方法對這些不確定性的處理通常采用設定一些模糊值,但容易產生大多數研究單元較接近自然狀態,少數研究單元脆弱性較高的評價結果;該方法雖然能夠反映研究單元的生態危險程度,但不能反應系統脆弱性達到何種程度時系統結構和功能就會發生根本改變,沒有確定的脆弱性閾值。目前,隨著脆弱性研究的深入,脆弱性評價方法也日益多樣化、復雜化,但脆弱性評價還應從簡單的評價方法入手,在對評價區域的脆弱性有了一個整體認識的基礎上,再選用復雜的評價方法進行深入細致的評價分析,如果幾種評價方法所實現的評價目的或得到的評價結果是相似的,應優先選用簡單的脆弱性評價方法。同時,脆弱性評價不僅要對評價區域的脆弱性程度給出科學合理的度量,同時還要將這種定量評價轉化為指導實踐的有用信息傳達給決策者,這就要求評價者必須要在數據的轉換和評價結果的解釋之間作到合理的平衡。此外,脆弱性評價的客體都是具有動態開放性的多結構、多層次、多形態的高度復雜的系統,但脆弱性評價不能面面俱到,需要抓住復雜系統脆弱性產生的關鍵過程及機制展開脆弱性評價。上面介紹的脆弱性評價方法在處理復雜系統問題上都有各自的優缺點,需要評價者根據評價目的采用互補的方式對方法進行集成,加強綜合集成的方法在脆弱性評價中的應用。4脆弱性研究形勢展望脆弱性研究具有重要的理論和方法論價值,是全球變化及可持續發展研究領域出現的一個新的研究范式。但由于脆弱性概念的模糊性及脆弱系統的復雜性,脆弱性評價方法的研究進展緩慢,使脆弱性研究在實踐中的應用受到限制。本文認為系統面對擾動的敏感性以及缺乏應對能力是系統脆弱性的主要表現,提出脆弱性評價在方法選擇上應遵循從簡單到復雜的原則,要在數據的轉換和評價結果的解釋之間作到合理的平衡,需要抓住復雜系統脆弱性產生的關鍵過程及機制展開脆弱性評價,加強綜合集成的方法在脆弱性評價中的應用。目前,全球變化研究從側重于關注全球變化的自然因素研究向強調自然與人文因素的綜合作用研究發展,缺少人文因素的全球變化研究已經不能代表當今的潮流。在這種大背景下,脆