一类新型港口群应对气候变化风险的协同运作机制

王恬妮 葛颖恩 陈琼

摘要：为响应国家全面建成世界一流港口、形成若干个世界级港口群的目标，对港口群应对气候变化风险的协同运作机制展开研究。从港口气候变化风险源、港口气候变化风险与适应性对策评估、港口群应对气候变化的适应性规划等三个维度进行全面概述，揭示气候变化与港口发展的内在关系，为港口群提供从“气候风险识别”“适应性策略选择”“适应性策略实施、监控和评估”到“适应性规划经验分享”等4个阶段的气候变化适应性方案。结果表明，交通运输部门制定港口气候变化风险评估与对策指南并建立有效的区域港口群协同运作机制至关重要。研究成果可为港口群应对气候变化的安全管理、风险评估、投资规划、环境政策制定和其他相关研究提供参考。

关键词：  气候变化; 港口群; 风险管理; 适应性规划; 协同运作机制

中图分类号：  U698.1; U698.5

文献标志码：  A

收稿日期： 2021-04-02

修回日期： 2021-05-12

基金项目：

国家自然科学基金（71671110）;国家社会科学基金（18ZDA052）;国家重点研发计划（2020YFE0201200）

作者简介：

王恬妮（1992—），女，江西九江人，讲师，博士，研究方向为气候变化与交通运输、适应性规划、物流与供应链管理等，

（E-mail）wangt@shmtu.edu.cn;

葛颖恩（1971—），男，安徽太和人，教授，博导，博士，研究方向为交通运输管理、交通运输与环境、运输经济学与政策，

（E-mail）yege@shmtu.edu.cn

Meeting of the Waterborne Transport Division， World Transport Convention 2021 （WTC 2021）

Coordinated operation mechanism of a new type of

port cluster facing climate change risk

WANG Tianni， GE Yingen， CHEN Qiong

（School of Transport & Communications， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China）

Abstract： In response to the goal of fully building world-class ports and forming several world-class port clusters in China， the coordinated operation mechanism of port clusters facing climate change risk is studied. Through a comprehensive review on the three dimensions， including the source of port climate change risk， the evaluation of port climate change risk and adaptive countermeasure， and the adaptive planning for port cluster facing climate change， the relation between climate change and port development is revealed. This paper provides port clusters with a four-stage climate change adaptation scheme from “climate risk identification”， “adaptive strategy selection”， “adaptive strategy implementation， monitoring and evaluation” to “adaptive planning experience sharing”. The results show that it is vital for transport departments to formulate the guidelines in climate change risk evaluation and countermeasure， and establish the effective coordinated operation mechanism for port clusters. The research results can provide reference for safety management， risk evaluation， investment planning， environmental policy formulation and other related research in port clusters facing climate change.

Key words： climate change; port cluster; risk management; adaptive planning; coordinated operation mechanism

0 引 言

近年來，全球气候变化对港口规划、投资决策、政策制定和基础设施管理等各个方面产生了深刻的影响。气候变化所引发的全球灾害事件已造成严重的经济损失，例如：2021年苏伊士运河集装箱船搁浅原因之一就是强风天气影响，该事故预计索赔金额将超10亿美元[1]。自20世纪以来，我国长三角区域港口已发生潮灾15次以上，单次经济损失高达10亿元人民币[2]。

我国港口的可持续发展不仅关系到我国港口的世界领先地位，且与世界一流港口及港口群建设、一带一路建设、国家综合立体交通网构建、交通强国建设息息相关。根据《第三次气候变化国家评估报告》[3]和不同港口群区域气候独特性，在未来的几十年极端天气（比如海平面上升、台风暴潮和台风灾害等）不仅可能严重影响我国港口运营，还会危及港口经济（如旅游业、渔业和制造业等）和全球供应链的发展。

迄今为止，一些港口（如加拿大温哥华港和美国圣地亚哥港）已经认识到这一问题，并采取了较为有效的适应性措施[4]。然而，目前关于气候变化对港口领域的风险评估、投资决策和规划等方面影响的研究尚缺乏精准的数据、定量分析方法和工具。大多数研究仅着眼于气候变化的短期影响，而对于气候变化的长期影响还有待研究和探索。

此外，尽管我国在港口气候风险管理和应对方面的研究已取得一些进展，但整体来看目前的研究仍局限于少数港口的样本环境;港口对气候变化的适应性研究还处于初步探索阶段，且尚未涉及港口群领域。因此，在当前我国港口群高速发展阶段，迫切需要在更广的区域内进一步展开气候变化的影响与适应性战略的调研，包括系统化地开展港口群的气候风险评估，了解港口气候适应性规划现状并建立有效的应对气候风险的协同运作机制。

本文通过对最近几十年发表的期刊文章进行全面的综述，梳理有关气候变化的研究进展。笔者将从“港口气候变化风险源”、“港口气候变化风险与適应性对策评估”和“港口群与气候变化的适应性规划”等3个维度分析研究现状、不足和未来研究方向。

1 港口气候变化风险源

全球变暖已势不可挡，这对全球的环境、经济和生活等造成了一系列的影响[5]。气候变化给我国环境和生态资源带来的负面影响日益凸显，包括风暴潮、海平面上升和极端天气（极端高温、极端低温、极端干旱、极端降水等）在内的气候变化将在未来几十年对交通造成不同程度的影响[6]。急剧的气候变化对港口基础设施和生产运营造成了极大的挑战。参考相关文献[7-9]，总结出影响港口基础设施和生产运营的主要气候参数，见表1。

海平面上升、大风、风暴潮、暴雨洪水、大雾、寒潮等灾害将持续影响我国港口发展[10-12]。近期，相关人士开展了我国港口相关人员对气候变化和适应性规划的认知调查研究[13]。研究表明，虽然大多数被调查的港口相关人员表示已经意识到气候变化的影响并制定了一些规划与对策，但从整体看我国港口对气候变化的适应性战略实施还处于起步阶段。这很大程度上源于相关人员对规划和战略的制定没有充分的知识和教育基础，所在港口有关部门尚未成立专门的部门或团队处理与气候变化有关的问题。以上海洋山港为例，台风、暴雨、大雾、寒潮和极端天气对码头作业、大桥通行、基础设施建设、集疏运系统管理等都具有不同程度的影响，然而，目前上海洋山港对气候相关的研究多侧重于海域的波浪特征、水文地形特征和船舶污染排放等方面，关于如何有效地应对气候变化影响的研究尚未展开。其最主要的原因是，港口有关部门对气候变化和适应性战略评估缺乏可靠的预测。因此，港口未来发展需要依靠政府的相关政策以及激励措施。本研究将理论与实践相结合，探讨多个港口和港口群应对气候变化影响，以期促进港口利益相关者广泛地参与适应性计划实施[14]。

2 港口气候变化风险与适应性对策评估

与气候变化研究的主流碳排放研究相比，气候变化适应性战略还未受到足够关注[15]。

近年来的节能减排措施未能完全消除气候变化对交通系统的影响[16-17]。越来越多的国家开始认识到适应性战略的重要性并将适应性战略纳入其政治和科学议程，但对适应性战略的研究大多数还处于最初的气候风险评估阶段[18]。气候相关灾难事件的频繁发生，促使港口当局考虑其港口设施和运营风险，但实际上只有少数港口实施了适应性策略[14]。鉴于气候变化过程的不可逆转性[19]，气候变化研究逐渐从纯粹的减缓变化向同时减缓和适应变化的战略转移[20]。

通过检索近年来我国交通领域有关气候变化的论文发现，涉及气候与港口、水运关系的研究非常有限。吴喜德等[21]分析了包括海平面上升、高温、江河水位下降和洪涝在内的气候变化对我国港口产生的直接和间接影响。祝毅然[12]针对上海地区的海平面上升和极端天气频发的情况，详细讨论了该地区已采取的适应性措施和当前仍存在的问题。该研究表明，上海虽然在港口和轨道交通等领域建立了初步的气象预警平台和交通事故应急反应机制，但在应对气候变化的交通基础设施设计规范、管理水平和应急能力方面还有很大提升空间。此外，港口相关研究人员正面临严峻挑战：气候变化给未来港口运营带来高度的不确定性，而精确的气候变化预测和成本效益分析都缺乏数据;对于气候变化的方向、规模和严重程度的认知匮乏可能导致应对战略的失败[22]。因此，对气候变化的潜在影响进行定量估算和成本效益评估时，制定运输系统的具体适应计划显得至关重要。

3 港口群与气候变化的适应性规划

近二十年来，中国许多港口都参与了港口整合，从而形成区域港口一体化的显著特征。中国大陆沿海从北到南的海岸线上已形成环渤海、长三角、东南沿海、珠三角和西南沿海五大港口群。我国在港口群和环境方面的研究已取得了一定的进展。余剑锋等[23]就宁波舟山港的沿海溢油污染问题进行了环境风险评估并提出对策。杨燕[24]对南通港口低碳发展提出具体建议。罗俊浩等[25]利用SBM-DEA模型对我国八大集装箱港口环境效率进行了评价。针对港口的气候变化方面，相关的经济模型研究仍处于发展初期。RANDRIANARISOA等[26]通过对现有模型的回顾发现，目前已有运用博弈论和实物期权方法模拟港口投资时机、气候变化不确定性、港口市场结构对投资决策影响的理论研究。一般来说，如果某港口极易遭受与气候有关的灾害且存在港口竞争，则该港口应尽早实施适应性投资。延迟投资有利于港口掌握灾难发生概率和适应效果等信息从而提高投资效率。同时，港口内部和港口间存在“搭便车效应”且公共港口的过度投资不能带来最佳社会福利。然而，目前港口针对气候变化的投资决策模型尚未考虑气候风险水平、应对成本和社会效益等其他重要因素。此外，大多数港口竞合研究着眼于对两个港口的比较分析，而实际上存在两个以上港口争夺同一腹地货源的情况。因此，在考虑社会福利因素的同时，建立多港口经济模型是目前港口群研究的趋势。

从气候变化适应性规划和港口群的最新发展趋势看，港口群与气候变化适应性规划的研究在全球范围内依然相对分散，缺乏主导期刊、研究人员和理论，并且同行评审也很少阐明有关气候适应性的知识[27]。目前的港口投资和规划也无法充分应对气候变化的影响。首先，随着气候变化加速，相对不可逆转的基础设施投资可能无法在新的气候参数下达到预期的效果和利润，预计较短的交通基础设施寿命无法应对愈发频繁和严重的气候事件的发生[28]。其次，相对较短的规划周期（通常为5～10 a）与基础设施寿命（通常超过50 a）不匹配，从而导致运输网络出现故障[22]。港口气候变化适应性战略应充分考虑包括投资规模、投资时机、港口间的竞争与合作、港口管理组织架构在内的多种因素[29-31]。

从港口群研究现状来看，我国已形成区域港口一体化的显著特征，学者们在港口环境风险、效率评估、港口群演变、港口竞合与投资等诸多方面展开了深入探讨。尽管如此，目前我国港口群研究尚未涉及气候变化方面的考量，多港口的气候相关理论与实践是当前港口气候变化适应性研究的新方向（目前相关文献还极为有限）。目前港口群的竞合与投资决策是一个主要研究方向且已积累了一些实践性经验，但大多数研究仅着眼于对两个港口的比较分析，未为特定区域内的多港口整合提出有效的投资措施。目前的投资决策模型尚未考虑气候风险水平、应对成本和社会效益等其他重要因素，且有待在一个区域港口群内开展案例分析和拓展。探究港口群在一体化合作背景下的气候变化应对战略，将进一步促进我国不同地区港口实现环境和整体效益的最大化，并为其他港口群的气候变化研究提供数据、理论和实践经验。

4 港口群对气候变化风险的应对机制

未来城市适应指南针[32-33]是开发城市气候防护区域的指导工具。城市的大多数政府部门（卫生、交通、灾害和水管理部门）都面临着气候变化带来的影响。然而，应对气候变化带来的影响与实现城市其他发展目标之间可能存在冲突和利益权衡[33]。为解决这个问题，一个名为“未来城市

——面对气候变化的城市网络”的项目诞生了。基于欧盟未来城市项目[32]，笔者结合英国内陆交通系统的实践，进一步提出分阶段气候适应性规划理论框架[34]。

在区域一体化背景下，本文提出一个港口群对气候变化风险的应对机制，可分为以下4个阶段：（1）识别各港口的气候变化风险;（2）评估气候变化风险和选择气候变化适应性策略;（3）各港口协同实施适应性策略，共同监控和评估适应性策略;（4）港口内与港口间总结和分享适应性规划经验。通过政府部门引导，各港口间密切合作，以及企业、相关组织和学界等多方参与，保证各环节的有序进行和无缝对接。

本文提出港口群对气候变化风险的应对机制结构见图1。

阶段一：识别各港口的气候变化风险。可通过文献综述（参考表1和各区域港口具体气候特征）、专家访谈和问卷调查等途径，识别影响各港口的主要气候参数，筛选气候变化对港口群的主要影响因子，评估高、中、低三种不同气候风险情境下港口群的风险源。

阶段二：评估气候变化风险和选择气候变化适应性策略。首先，可通过调查问卷收集相关专家对目标港口群气候变化风险的认知，运用模糊贝叶斯模型[31，34]量化每项气候变化风险并根据各项风险指标进行排序，从而最终确认各港口的气候变化风险等级。其次，整合文献和行业专家

给出的所有适应性措施，并运用模糊贝叶斯模型和矩阵推理方法将气候变化风险和相关成本纳入适应性措施評估，从而获得最具有成本效益的适应性方案。具体来说，在港口气候变化风险研究中，主要考虑气候变化发生的时间、可能性、后果严重程度以及运输系统柔性。在先前模糊贝叶斯模型的基础上，可进一步根据3种不同风险情境分别评价气候变化风险，并配合层次分析法界定每项参数的权重。通过贝叶斯网络方法可以计算每项气候变化风险，得出气候变化风险水平的排序。最后，通过矩阵推理方法将每项适应性措施实施后的风险水平结果与原风险水平之间的差值与适应性措施成本相结合，最终得出最具成本效益的适应性措施的优先排序。

阶段三：制定各港口协同实施适应性策略。通过问卷调查和对主要港口的访谈，深入了解港口群对气候变化风险认知和适应性规划的相关问题（影响规划的主要因素，规划计划的流程，评估风险的工具和参考资料等）。首先，通过构建共识模型[35]评估不同受访者对气候变化风险的认知共识，通过皮尔逊相关系数衡量不同对象之间的关联或一致性。其次，采用主题编码分析法以及定性综合分析法，从所有访谈数据中提取受访者对风险认知和适应性规划中的关键因素，识别各个要素与适应性战略的内在联系，并对这些关键因素进行总结分类。再次，通过构建一个多港口实物期权博弈和社会福利均衡模型，确定气候变化适应性投资的时机和周期及港口一体化的规模。考虑港口间竞合关系，以长三角港口群中的宁波舟山港、上海港、南京港和芜湖港为例，可构建一个具有4个“地主港”的双期实物期权博弈模型[30，36]。该模型中每个港口均包括一个上游港口当局和一个下游运营商公司，4个上游

港口当局和4个下游运营商公司相互竞争。除大多数文献所提及的灾难发生的概率、港口风险信息、下游运营商公司的市场结构、港口竞争程度外，该模型还考虑到气候变化的风险等级和应对成本（数据可以通过调查问卷获得）。同时，基于外部交通运输系统社会福利最大化的经济原理[14]，构建一个社会福利均衡模型，通过计算气候变化适应性策略实施后的总运输成本，得出港口群应对气候变化的最优规模。

阶段四：总结港口群适应性规划经验，共同监控和调整适应性规划方案。通过对港口管理人员的问卷调查、深入访谈和文献资料的案例研究，总结港口群在适应性方案实施过程中暴露的问题，同其他国家和地区港口群分享适应性规划经验，提供理论与实践范例。

最后，笔者建议交通运输部门制定重要港口群应对气候变化风险的评估与对策指南，形成区域港口群协同工作机制。初步架构如下：

（一）战略层面。以港口群为单位，整合港口资源，系统化地将各港口群中的重要港口联合起来。通过港口投资结构调整、港口基础设施共建与共享等途径，实现港口群协同发展的战略目标。各港口企业结合该战略目标和自身发展定位，根据气候变化风险现状、

应对气候变化相关政策法规及市场发展需要，制定其在气候变化背景下的中长期发展战略。

（二）战术层面。通过调整港口组织架构、共享人力资源等方式，搭建五大港口群应对气候变化信息共享与风险评估决策平台。政府和各港口行业相关人士（利益相关者）共同参与，并配合地方政府制定相关激励机制，协助各港口群制定气候适应性规划方案。

（三）运作层面。运用港口气候变化信息共享与风险评估决策平台和大数据分析等技术，对适应性方案的实施过程进行定时监控和调整。灵活运用港航、气象

和统计等多学科领域知识，实现港口群内部和外部运作、资本运作、物流调度等方面的协同发展。如运用仿真等方法，构建在极端气象灾害发生时各港口决策（选择等待时间、最优路径与转运方案等）优化模型并运用于各港口群的实践。

5 结束语

通过对近年来相关文献的全面梳理发现，当前我国港口相关部门和业界人士还未清晰地认识到气候变化的风险并制定有效的适应性战略。该课题在我国起步较晚，目前还处于初始阶段。在影响研究方面，缺乏准确的气候预测数据、定量分析方法和协同运作工具[6]。虽然我国港口在气候变化适应性方面的研究已取得初步进展，但是目前研究缺乏有力的样本和全面的案例支持[13]，且关于港口群的研究尚未起步。因此，迫切需要进一步探索气候变化对我国港口当前和未来的风险影响，尤其是对港口群的影响（包括详细分析当前措施、处理气候变化问题的困境和长期适应性规划），并为港口相关部门提出解决方案。

作为一类新型港口群应对气候变化风险的协同运作机制研究，基于欧盟未来城市项目[32-33]及英国铁路与公路系统气候变化适应框架[31，34，37]，结合港口群的发展特点，本文提出一个从“气候风险识别”“适应性策略选择”“适应性策略实施、监控和评估”到“适应性规划经验分享”的应对气候变化风险的协同运作机制的理论框架，同时建议交通运输部门制定气候变化风险评估与对策指南和区域港口群协同工作机制。

本研究成果将为未来我国港口和港口群的气候变化适应性研究奠定理论基础。港口群协同运作方案中所涉及的模型构建、数据采集与分析、规划设计等也将为港口决策者在未来气候变化风险大数据分析、适应性规划以及智能港口、新基建投资等热点领域提供参考。未来研究可基于提出的应对机制的4個阶段，有针对性地开展具体研究。

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（編辑 贾裙平）