冰凍圈功能、服務與人類福祉

 基本概念

冰凍圈功能包括能量轉換、物質（尤其是水體）儲存與遷移、承載、天然冷能儲存與釋放、地表侵蝕或固結等內容，這些功能獨立存在于自然界中，均是冰凍圈的自然屬性。冰凍圈服務指冰凍圈能夠為人類社會提供的各種惠益。水體處于凍結狀態是冰凍圈區別于其他圈層或其他環境要素的主要特性；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。冰凍圈具有服務能力是由其特定的功能決定的，是冰凍圈自身環境特性和冰凍圈獨特的結構和過程綜合作用的結果（圖?2）。從冰凍圈功能到冰凍圈服務，不僅研究視角發生了變化，而且研究對象也從自然界跨越到與人類社會經濟的關聯方面。

基于冰凍圈服務的形成過程及其對人類福祉的影響過程，以生態系統服務為視角、系統性和可持續性為原則，冰凍圈服務可分為供給、調節、文化、承載和支持五大類型，以及淡水資源供給服務、冷能供給服務等?18?個亞類。冰凍圈服務與冰凍圈功能之間不只是“一對一”的關系，更多的是“多對一”和“一對多”的關系（圖?2）。

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

冰凍圈服務對人類福祉的影響也是一個復雜的過程：① 從冰凍圈服務供給到消費需要金融資本、人力資本、建設資本和社會資本的投入，并受到社會制度、市場調節、技術水平、價值選擇等一系列社會學和經濟學過程的影響。② 供給與消費之間可能存在空間的分離，因此人類從冰凍圈服務中獲得的實際收益與服務供給之間存在著復雜的非線性關系和滯后效應。③ 人類從冰凍圈中獲得的收益對人類福祉的貢獻也存在邊際遞減效應，并受人類生活需求狀況甚至精神狀態的影響。

在全球變暖下，隨著冰凍圈加速退縮，雖然短期內一些冰凍圈功能和服務（如水資源供給）將會增強，但從長期趨勢看將不斷衰退乃至衰竭，進而對區域可持續發展和人類福祉產生深遠影響。

 案例分析：全球“水塔”和極地系統的冰凍圈功能及其服務

全球高山冰凍圈服務以提供水資源和水文調節服務最為關鍵，極地冰凍圈則以極地系統對氣候調節、原住民生產生活和其他半球乃至全球尺度經濟社會影響最為顯著。這里以全球高山“水塔”的重要性和極地系統變化為例具體闡述冰凍圈功能和服務變化及其影響。

全球“水塔”的重要性

高山冰凍圈區被譽為“水塔”，用于描述和強調高山冰凍圈在維持下游生產生活和生態用水需求方面發揮的蓄水和供水作用。與其下游地區相比，“水塔”由于地形降水或通過在冰凍圈內儲存水及湖泊儲量而延遲水的釋放，為下游地區提供了穩定的水源。以流域為基礎，我們將全球“水塔”劃分為?78?個基本單元，通過從山區“供給側”——降水量、積雪、冰川和地表水儲量?4?個維度構建供給指數，從受影響區“需求側”——生活需水、工業需水、灌溉需水和自然需水4個維度構建需求指數，利用這些綜合指標對“水塔”的重要性進行了評估。

從供給側看，“水塔”單元供水能力存在相當大的空間差異。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”區域內年降水量的?15?倍。南美洲安第斯山區供水能力可觀，以智利為例，其南部西風帶季節性南北波動產生豐沛的地形雨，且冰雪儲量大。在北美洲，西北地區和努勒維特、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。

從需求側看，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，灌溉農業分布廣泛，且工業和生活用水需求相對也高；因此，這些區域需水指標最高，對山區水資源依賴性極高，特別當經歷不可持續消耗地下水而用于填補巨大用水缺口時，“水塔”單元的供水能力對于滿足需求和補給含水層至關重要。

極地系統冰凍圈功能及其服務衰退風險

極地系統變化不但深刻影響當地生態環境和社會經濟，而且通過冰凍圈氣候調節服務和航道服務等產生半球乃至全球效應。以北極為例，隨著全球變暖和冰凍圈退縮，極地系統變化已對當地人類社會經濟眾多部門產生深遠影響，包括商業捕魚、北極馴鹿放牧、生計系統、旅游業、北極非可再生資源開采、基礎設施、交通運輸、人體健康和沿海社區等。聯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告》（SROCC）系統評估了氣候變化對各部門產生的影響，并提出了適應措施?。

商業捕魚。氣候變化導致北極魚類豐度和分布發生不同程度的改變，海洋生態系統變化對漁業生產力產生影響。應開展資源本底評估，解決權益問題，基于監測、研究和公眾參與決策，開展適應性管理等。

生計系統。氣候變暖導致北極地區食物分布和豐度發生變化，另外交通可達性和交通安全，以及糧食生產、儲存和質量均受影響。應建立適應性管理系統，包括靈活調配食物種類、獲取方式和時間，動員公眾參與決策，保證生產權等。

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

旅游業。全球變暖環境下不斷形成開闊水域，對旅游業帶來機遇，公眾試圖抓住“最后”旅游機會。應鼓勵和放寬極地旅游，增加游客人數，提升旅游服務質量，同時制定政策確保旅游安全、文化完整和生態健康。

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展機遇，但極端水文事件和凍土退化等對生產和基礎設施產生了一定影響。應采取的適應性措施包括：開展氣候變化情景分析、優化開發方式等。

聚居區基礎設施。多年凍土退化影響地基穩定性，海岸遭受侵蝕。應開發新技術以適應凍土融沉，必要時要進行居民區搬遷。

海上運輸。雖然新增水域可以容納更多船只，商業獲益增加，但隨著運輸繁忙，也可能對生態和環境造成負面影響。應在增加船只和擴大旅游業的同時增強對危險性廢棄物、溢油和安全事故的應急與管控能力。

人體健康。北極系統變化將導致食物安全和居民身心健康遭受影響。應加強食物安全研究，投入人力和財政資源支持公共項目，提高社會應對健康問題的意識。

極地系統變化影響的溢出效應還將波及極地以外地區，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，加劇溫室效應增暖風險；極地變化使極地大氣環流趨于紊亂和能量外溢，導致其影響區域極端天氣氣候事件更加頻發。這些大尺度影響，只能通過全球共同減排和保護氣候的行動加以減緩和適應。