本文基於成本—效益分析，評估海平面上升背景下佛羅里達州西北部的基礎設施適應性規劃策略。通過分析基礎設施之間的相互依賴性來考慮海平面上升對該區域的直接和間接影響。從研究結果來看，雖然全面的海岸線保護能夠帶來更多的效益，但最有效的策略還是保護部分土地使其免受海水淹沒，同時升級可能被淹沒的交通網絡。基於總效益和成本效益兩個標準對目標規劃年份的適應性規劃策略進行對比分析，結果表明：將2080年定為長期基礎設施規劃的目標年份將是最為經濟有效的。由於總成本會分攤到多個年份，基礎設施的經濟效益會隨著時間的推移越來越大，但這並不表明規劃目標年限越長，適應性規劃策略就越經濟有效。
1文獻綜述
1.1 適應海平面上升的成本和效益
目前，國內已有研究關注不同尺度、不同區域海平面上升的變化特徵；部分學者關注海平面上升帶來的影響；還有部分學者關注如何應對海平面上升的風險。
在適應性規劃研究方面，目前我國對氣候變化的適應性研究較少。在國外相關研究中，有研究採用了多種模型方法來評估適應性規劃，從而減小海平面影響的總成本。但相關研究很少涉及沿海城市被洪水淹沒的極端情況。一些研究試圖使用可計算的一般均衡（CGE）模型來評估沿海地區土地價值損失和保護費用增長的間接經濟影響，然而考慮到區域間海平面的差異以及沿海城市地形的差異，經濟影響會隨沿海城市的實際情況而發生變化。
1.2 基礎設施適應的成本和效益
基礎設施是應對海平面上升的適應性規劃的關鍵組成部分。基礎設施的成本取決於兩個方面：基礎設施適應性解決方案的成本和不受氣候影響基礎設施的成本。交通網絡是學者和規劃界經常討論的另一種關鍵的基礎設施。在土地利用適應性策略的經濟評估、土地使用價值和房地產方面，也均有學者進行了探索研究。
2方法和數據
2.1 適應性規劃策略的分析框架
首先，基於半地方模型來預測規劃年份的海平面。該模型不僅考慮了海平面的全球影響，還考慮了地方沿海城市的地形。其次，使用修改後的浴缸模型以量化規劃年份的被淹沒區域。根據淹沒地圖，提取被淹沒的基礎設施。同時基於規劃的角度，從基礎設施保護和調節方面分析規劃策略。最後，本文提出4種特定情景下的規劃策略，並介紹3種成本—效益計算的方法。
適應性規劃策略的成本—效益分析框架
來源：筆者自繪。
2.2 淹沒的時空分析
在全球層面，聯合國政府間氣候變化專門委員會第6次氣候變化評估報告指出，目前海平面上升處於加速狀態，並會在未來持續上升且呈現不可逆趨勢。全球預測顯然不可能適用於當地的每個社區，因為海平面高度還取決於沿海地區的地形。本文採用由美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）及美國陸軍工程兵團（USACE）開發的海平面上升預測模型。這些模型基於附近潮汐測量儀的數據進行預測，更為準確。本文分析中將考慮多種情景，並採用半地方模型對2040年、2060年、2080年和2100年進行預測，即在預測模型中同時考慮全局和局部預測。
每個沿海地區的海平面上升預測模型使用公式（1），其在已有的研究中已被廣泛使用。不同情景下的參數決定了不同的海平面加速率，導致海平面預測的變化。
（1）
式中：ΔE是適應性規劃項目開始年份（2018年）的海平面變化量；ΔT2指目標年份減去參考年份（本文中是1992年）；α是地方的平均海平面上升率，根據美國國家海洋和大氣管理局提供的佛羅里達州西北部的相對海平面趨勢，該值為0.00239 m/y；β是全球海平面的上升率，根據不同的海平面上升預測方法而確定。海平面上升預測中通常進行最壞情況下的分析，因此本文取NOAA情景下的β值。
測量站海平面預測（單位：m）
來源：筆者自製。
為了劃分不同情景下的淹沒區域，本文採用基於地方數字高程模型（DEM）的修正「浴缸」模型。為了設想最壞的情況，將採用八邊法則來顯示最大潛在淹沒區域。
2.3 適應性規劃策略
根據以往文獻中提出的適應性規劃策略，本文將其歸納為4類應對路徑：維持原狀、保護、調節和有規劃性的搬遷。根據提出的適應性規劃策略，計算每種策略的效益和成本。一旦選擇了規劃策略，成本是固定的，因此選擇策略的效益取決於適應性策略的成本—效益分析方法。
適應性規劃策略與效益計算
來源：筆者自製。
2.4 成本—效益分析模型
本文基於3種效益計算方法對提出的適應性策略進行成本—效益分析。這3種效益計算方式的主要區別在於是否考慮間接的經濟影響和基礎設施的相互依賴性。首先，計算淨效益現值來評估策略的績效，可以定義為淨現值成本減去淨現值效益。
（2）
式中：PVNB是淨效益現值；Bt表示目標年份t的效益；Ct表示目標年份t的成本；d表示貼現率，本文設為0.04進行初步分析。
但是，高淨效益現值並不意味著該策略是最具實踐價值的，因為所需的成本可能高得多。為了比較提出策略的經濟效益，採用成本—效益分析來探討如果投資一個單位成本可以獲得多少效益。
（3）
除了考慮交通網絡與用地之間的相關性外，本文還考慮了土地價格的空間相關性。為了反映土地價格的空間相關性，並計算鄰近地區的潛在增減，本文採用學術界廣泛使用的空間計量模型——空間滯後模型（SLM）和空間誤差模型（SEM）。SLM模型可以定義如下：
（4）
式中：ρ是自回歸參數向量；W表示N×N空間加權矩陣；y是因變量（N×1）；X是獨立變量（N×K）；ln是截距（N×1向量）。SEM模型可以表示為：
（5）
式中：λ是空間自相關參數；u表示殘差（N×1向量）。
研究區域可按社區進行劃分，內生變量為就業密度、人口密度和建築密度。因變量是平均地價，因變量在SLM中的影響（W）將根據TAZs之間的距離進行加權，表現較好的模型將用於本文成本—效益分析。
3研究區域和數據
3.1 研究區域
作為美國易受氣候變化影響的地區之一，佛羅里達州飽受海平面上升之苦。本文選取佛羅里達州西北部13個縣作為研究區域。根據現有的地方規劃文件和報告，將目標年份設定為2040年、2060年、2080年和2100年。
研究區域
來源：筆者自繪。
3.2 數據
佛羅里達地理資料庫提供了對土地利用和房價信息的免費訪問與下載。增加的出行時間也被認為是淹沒路段的一種間接影響，可以在美國交通規劃軟體Cube中的FSUTMS模型中進行計算。該模型本身包含社區級別的就業數據。出行時間的價值通常用佛羅里達州2017年時薪的一半來衡量。根據美國統計數據，佛羅里達州的平均工資為25.2美元/（h•人），因此出行時間的價值為12.6美元/（h•人）。1 m海堤建設費為3 280 840美元/km，年維護費為328084美元/km。1m道路提高的平均成本為124.2萬美元/km，排水系統建設費為133421美元/km，維護費為22966美元/km。根據上述數據，可以在研究區域進行成本—效益分析。
4結果
4.1 海平面上升對基礎設施的影響
繪製4個規劃年份的淹沒區域地圖，並在預測的海水淹沒區域上疊加交通網絡和土地利用範圍。利用FSUTMS模型，基於經典的美國道路局（BPR）函數，計算洪水淹沒前後的出行時間差。
不同年份海平面淹沒情景
來源：筆者自繪。
不同年份淹沒的道路
來源：筆者自繪。
不同年份淹沒的用地範圍
來源：筆者自繪。
不同策略下的經濟影響
來源：筆者自製。
4.2 成本—效益分析
利用沿海城市和佛羅里達州西北部交通出行小區的數據，計算Moran's I指數，衡量因變量的空間自相關。Moran's I指數為-0.11，對應的標準差為0.0074，P值為0.032，在統計上具有顯著的空間自相關。繼而，測試OLS回歸，並校正SLM和SEM。
兩個模型中的內生變量都是顯著的。由於SLM的R2高於SEM和OLS，本文選擇SLM進行經濟影響評估。假設淹沒地區的地價為零，並運行實證的SLM重新計算地價，從而得到未受影響的地價變化。
空間經濟模型回歸結果
來源：筆者自製。
大部分策略都具有正的成本效益值，即這些策略在經濟上是合理的，可以被決策者所接受。但是無論採用何種效益計算方法，策略D均為負值。可以理解為，策略D沒有效益（方法I）或沒有足夠的效益（方法II和方法III），因為在這種情況下，只有節省出行時間才能被視為有效益。進一步觀察不包含間接淹沒影響的方法I，可以發現策略A具有最高的淨效益現值，但是成本—效益分析並未證明它是最具成本效益的。
成本—效益分析結果
來源：筆者自製。
成本—效益分析結果與淨效益現值趨勢一致，也就是說，方法III計算出的策略C的成本效益值高於其他策略。這是因為無論是否考慮基礎設施的相互依賴性，這種策略只保護了關鍵土地。如果從橫截面的角度比較成本—效益分析的結果，可以發現方法III顯示出最大的成本效益值。這是因為方法III考慮的間接影響類型最多，並且空間自相關導致的地價上漲超過了排水系統改造和維護的成本。然而，如果再比較4個規劃年份內的成本效益結果，就會發現距離現在更遙遠的規劃年份並不意味著更高的有效性，雖然可能淨效益現值仍在增加。
總之，無論採用何種效益計算方法，如果規劃管理者只關心總效益，那麼保護整個海岸線的規劃方案似乎是最佳選擇。但是如果想要讓項目中的每一分錢都得到回報，規劃者應該對關鍵土地進行部分保護，並提高路段的高度。
4.3 敏感性分析
在成本—效益分析中，本文將貼現率設為0.04，但是在現實中，貼現率可能會隨時間而變化，這意味著存在影響結果的不確定性。因此，成本—效益分析的一個重要步驟就是確定貼現率。本文通過方法II重新計算了各策略在2040年的效益和成本。總體而言，除了策略D，無論貼現率如何，策略都將獲利。如果貼現率增加，總效益和淨效益現值會降低。因此，可以得出結論，即淨效益現值對貼現率不敏感。如果規劃者想要實現社會效益和經濟效益的最大化，就需要考慮到不同利益相關者的需求，這對於決策者來說是一個重要的權衡。
敏感性分析——貼現率從1%到10%的參數
來源：筆者自製。
5討論
對於我國沿海城市，通常可以從多方面來應對海平面上升的影響，包括：（1）建設和完善相關的基礎設施；（2）優化應對海平面上升風險的技術；（3）加強制度建設與觀念普及；（4）通過金融手段轉移風險；（5）建立主動規劃和預警信息系統。對於沿海城市的適應性規劃來說，其具體過程包括氣候災害評估、適應性規劃目標確立、現有風險的適應性戰略的制定，以及適應性政策的實施。在未來沿海城市的適應性策略和方案中，應更多關注基礎設施之間的相互依賴性，採取可行的適應性措施；通過情景分析法模擬多種情景，規劃和完善城市的基礎設施；建立相關的沿海基礎設施配套機制，保證基礎設施的穩定運行。為避免採取不當或無效策略，所有方案的有效性都將被討論並評估，以確定其是否適用於當地情況。
詳情請關注《上海城市規劃》2022年第6期《基於成本—效益分析的海平面上升背景下基礎設施適應性規劃策略——以美國佛羅里達為例》，作者：翟煒，美國德克薩斯大學聖安東尼奧分校；黃文亮，南京大學建築與城市規劃學院。本文內容僅代表作者觀點。
（來源：上海城市規劃雜誌）