研究，部分进行了专题介绍山区可持续土地利用实践:全球变化下生态系统动态、社会经济影响和政策影响的综合分析

通过跨学科过程构建一致的多尺度情景:面对全球变化的山区案例

• 摘要
• 简介
• 研究区域
• 设计与方法
  • 利益相关者分析与选择
  • 形成场景分析，包括外部一致性分析
• 结果
  • 网格系统
  • 多尺度的场景
• 讨论
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

自欧洲工业化以来，瑞士山区经历了根本的社会和经济变化(Collantes 2009)。许多偏远村庄的人口已经减少，并集中在山谷底部的小城镇。农业和木材工业等传统部门下降，而服务业，特别是旅游业，已成为许多地区的经济支柱(联邦空间发展办公室2005年，Kopainsky 2005年，Soliva 2007年，Schild和Sharma 2011年)。这些社会和经济转型往往伴随着定居点和基础设施的扩大以及农业活动的减少。因此，它们往往会导致生态系统服务的显著变化，如风景优美、娱乐和雪崩防护(Grêt-Regamey等，2008年)。与此同时，预计瑞士高山地区将经历严重的气候变化影响，例如，积雪可靠性下降，冰川融化，自然灾害频率更高(Beniston 2005, OcCC 2007)。beplay竞技

为了更好地理解这些现实世界的挑战，除了自然科学的基础研究产生可概括的结果之外，还需要跨学科框架，考虑到人类-环境系统(HES)的复杂性，并将自然与社会科学知识联系起来(Folke 2006, Liu et al. 2007, Ostrom 2009, Scholz 2011)。多尺度场景被认为是实现这一目标的有用方法(Scholz和Tietje 2002, Biggs等人2007,Kok等人2007,Zurek和Henrichs 2007)。然而，跨学科框架是第一个必要的，但不是充分的步骤，以实现更全面的理解所研究的区域。为了承认区域居民和决策者认为最紧迫的问题，并考虑区域的特殊性，科学家需要超越跨学科的“为社会的科学”范式，转向“与社会的科学”的跨学科模式(Scholz 2011)。跨学科性始于这样一种假设，即科学家和从业者是不同知识领域的专家，双方都可以从相互学习过程中受益(Scholz et al. 2006, Stauffacher et al. 2008)。这种跨学科的学习过程可能会导致社会健壮的知识和对手头问题的更全面系统的理解。

我们将重点放在瑞士上瓦莱州(Upper Valais)的Visp地区，这是一个典型的内高山地区，旨在建立一个系统的、情境化的、基于利益相关者的对该地区的理解。我们特别询问了利益相关者参与研究实践的过程如何有助于更好地理解面临全球变化的山区的挑战和未来发展。为了回答这个问题，我们为Visp区域设置了场景，并将它们与针对全球和瑞士规模开发的上下文场景(也称为壳场景)联系起来。我们与Visp地区的主要利益相关者密切合作，开发了这些多尺度场景，例如旅游、林业和行政部门。目的是双重的:首先，阐明如何通过结合全球到国家发展的专门知识和更具体的区域发展的知识来产生多尺度情景的方法问题。第二个目的是通过情景来对研究区域进行更系统和基于利益相关者的理解，即通过一个插图来预测Visp区域可能的未来。本研究是在MOUNTLAND (http://www.cces.ethz.ch/projects/sulu/MOUNTLAND)，这是一个综合项目，旨在应对瑞士山区全球变化的挑战及其对生态系统服务的影响(Huber et al. 2013a、b）.

研究区域

任何对耦合的人-环境系统的分析都应该从对环境的全面理解开始(Scholz 2011)。Visp地区是Visp地区的一部分，位于瑞士南部的瓦莱州(Valais)(图1)。我们只使用术语“Visp地区”来指代研究区域，包括Saas山谷，并使用“Visp地区”和“Visp城市”来表达这些其他含义。维斯普地区，包括萨斯山谷，早在公元前4世纪就被发现了。中世纪之后，萨斯山谷的生活仍然受到交通不便的影响，农业是生存的基本来源。尽管有不利的条件和几次危机，但在18世纪和19世纪，由于居民依赖他们的传统技能和知识，山谷最终变得越来越多(Senglet 1991)。就今天的地方挑战而言，维斯普地区是许多其他高寒地区的典型，因为在1995年至2008年期间，农业、木材工业和渔业等初级部门的就业下降了43%。与此同时，第二部门的就业人数增加了4%，例如建筑和化学工业，第三部门的就业人数增加了18%，例如旅游业。(瓦莱州统计局2010年，瑞士地区统计局2012年)。

总面积为34,349平方公里，维斯普地区横跨巴尔茨希德山谷和维斯普市(651米;图2中的图A)到Visp河和Saas河的主要山谷。重要的旅游目的地，如萨斯费(1798米)、马特马克水库和意大利边境都位于南部的高海拔地区。该地区是瑞士最重要的旅游目的地之一(图2中的C图)，在工业和水力方面也有强大的经济活动(Zajc et al. 2004)。

维斯普地区的特点是大陆性内高山气候，降水相对较少，温度适中。如图2所示，研究区域存在不同的土地利用类型。与1985年相比，林地增加了576公顷，农业用地减少，其他土地利用类型没有显著变化(瑞士面积统计2012年)。

气候变化的影响可能成为瑞士山区beplay竞技的严重威胁(OcCC 2007)。预计冬季气温变化范围为+1.2°C至+2.8°C，夏季为+1.7°C至+2.5°C。2040-2060年的预测降水变化范围为冬季-1.4 mm至+8.9 mm，夏季-8.1 mm至+1.1 mm (Walz等在综述中)。对于Visp地区，预计冰川可能会融化到近60% (Huss et al. 2010)。泥石流、山体滑坡、雪崩、岩崩和洪水等自然灾害发生的可能性取决于温度和降水的变化，到2050年可能会增加(OcCC 2007, Bättig等，2011)。所有这些现象都可能对旅游业造成严重影响，包括直接影响(如对基础设施的影响，如电缆铁路)和间接影响(如由于害怕自然灾害而导致游客数量下降)(Nöthiger和Elsasser 2004)。此外，雪的可靠性是冬季旅游的一个关键因素，例如在萨斯费，它将随着气候变化而改变(Rixen et al. 2011)。

设计与方法

我们的目标是对Visp地区、其面临的挑战以及未来可能的发展轨迹进行系统的了解。基于利益相关者分析和选择，我们对Visp区域进行了形成性情景分析(FSA)，并通过外部一致性分析将结果与背景情景联系起来(图3)。多尺度情景是与研究区域的关键利益相关者密切合作开发的(表1)。

利益相关者分析与选择

人类系统可以表示为层次组织，可以包括几个层次，如个人，组织和机构(Scholz 2011)。考虑到人类系统的层次结构，我们进行了利益相关者分析(Reed et al. 2009)，以涵盖Visp地区最重要的人类系统和部门，例如旅游业、林业、农业、规划和工业。我们的目标还包括尽可能多的社区代表。因此，我们邀请了来自旅游、林业、农业(酿酒厂)、化学工业、行政和政策、自然保护、水资源管理等领域的16人。每个讲习班都是自愿参加的，不支付任何费用。

形成场景分析，包括外部一致性分析

在与利益相关者的合作下，我们进行了情景分析。情境的一个目的是拓宽视角，并根据各种可能的未来阐明关键的决策点(Scholz和Tietje 2002, Kok等人2007,Durance和Godet 2010)。它们可以在转型过程中发挥各种功能，例如，为能力建设和战略形成奠定基础，以及为计算机模型提供输入变量(Wiek et al. 2006)。

我们使用了FSA，这是一种高度透明的方法，可以整合定性和定量知识，并形成一组一致且合理的未来发展情景(Scholz和Tietje 2002, Spoerri et al. 2009)。分析包括12个步骤，可细分为5个不同的阶段(图4)。这些步骤是:系统和目标定义、背景场景定义、系统分析、投影阶段以及局部和多尺度场景选择和解释阶段(Spoerri et al. 2009)。此外，我们将FSA与跨学科过程的功能动态方法相结合(Stauffacher等人，2008,Krütli等人，2010,Trutnevyte等人，2011;T.冯·沃斯，U.威森·哈耶克，A.昆泽，N.纽恩施万德，M.施陶法彻，G.施密特，R. W.肖尔茨，未出版的手稿)，让科学家与实务人员建立一个互相学习的过程。在FSA的各个步骤中，利益相关者的参与在强度和类型上有所不同，范围从信息(如通过电子邮件报告结果)和咨询(如通过电子邮件对话和电话询问)到合作(即在研讨会上进行相互学习过程)。

(1)系统和目标定义:

MOUNTLAND项目的系统边界和目标在我们的研究实际开始之前与利益相关者的指导小组进行了讨论。在我们研究的第一个研讨会中，为Visp区域定义了系统边界，时间范围为2050年。此外，还确定了指导性问题，即如何确定土地使用措施的方向，以实现理想的长期发展，包括在全球普遍变化的情况下维持福祉和重要的生态系统服务(步骤1.1)。

(2)情境场景的定义:

MOUNTLAND的背景情景组从政府间气候变化专门委员会(IPCC)的情景中得出基本假设，并根据MOUNTLAND的特定土地利用重点和目的定制这些情景。beplay竞技因此开发了四个情境情景(步骤2.1):增长和趋同、区域中心、绿色增长和地方可持续性(A. Walz, J. M. brendle, D. J. Lang, F. S. Brand, S. Briner, C. Elkin, C. Hirschi, R. Huber, H. Lischke和D. R. Schmatz，未出版的手稿）.

(3)系统分析:

与区域利益攸关方的第一次会议的一个特别重要的方面是相互了解和建立相互信任。对于这些场景，我们在个人头脑风暴会议和小组讨论中确定了研究区域当前和未来的机遇和挑战，以深入了解案例的结构、功能和历史。根据现有文献的知识和背景情景设定的约束条件，我们与利益相关者一起确定了区域情景的最重要影响因素(步骤3.1)。这些因素中的每一个都被定义为“影响行为或受其他系统元素影响的系统元素”(Spoerri et al. 2009:593)。在随后的工作中，我们统一了重叠的因素，得出了一个仍然可控的20个影响因素的最终列表。我们根据以下部门对这些影响因素进行了分组:环境、建设、政策、农业、林业、可再生能源、旅游业、经济和社会发展(表2，第1列和第2列)。前两个因素对应于环境，而其他因素代表人-环境耦合系统中的人部分。影响因素因其在系统中的主动或被动作用而不同。这可以通过系统网格来说明(图5)，这是场景软件允许我们生成的一个特征。

在影响评估期间(步骤3.2)，我们在影响矩阵(附录1)中评估了所有对影响因子之间的所有直接影响，即从-2:强烈的阻碍影响，到+2:强烈的有利影响。影响评估是由两位作者分别进行的。我们还通过电子邮件咨询了特定的利益相关者，重点关注他们各自的能力领域。在意见不一致的情况下，要么讨论得出一个共同值，要么使用个别判断的中间值。对于影响分析(步骤3.3)，我们使用了系统分析软件(Tietje 2010)，该软件还包括Mic-Mac分析，该分析评估了一个因素通过一系列其他因素对另一个因素显示的间接影响(Scholz和Tietje 2002)。在这一步中，由于主要由技术工作组成，涉众只被告知当前的过程。

(4)投影阶段:

对于每个影响因子，我们确定了可能的和合理的未来状态(步骤4.1)，代表趋势和令人惊讶或创新的发展方向(表2，第3列)。这一步是基于相关文献以及与三个利益相关者的电子邮件对话进行的。其目的是尽可能具体和定量，例如，根据瑞士统计局的预测使用百分值来计算移徙的增加/减少。我们从利益相关者那里获得了重要信息，特别是在建设活动、空间规划、经济部门发展和合作方面。我们还咨询了项目团队的科学专家，以澄清具体的主题，例如林业政策。在一致性评估(步骤4.2)中，我们参照Tietje(2005)的序数量表(-2至+2)确定了所有影响因子的所有未来水平之间的关系。一致性关系由两位作者分别评估。至于影响评估，在意见不一致的情况下，讨论的结果要么是商定的值，要么是使用个别判断的中间值达成妥协。一致性矩阵可以在附录2中找到。

场景是根据一致性矩阵(步骤4.3)构建的，使用标准软件进行一致性分析(Tietje 2010)。该软件为所有可能的场景计算一致性指数，并为每个场景显示不一致的数量、相加一致性(即所有一致性值的总和)和乘法一致性(即所有一致性值的乘积)(Tietje 2005)。情景被理解为“所有影响因素的特定未来水平的完全组合”(Spoerri et al. 2009:594-595)。该软件总共生成了181,398,528种可能的场景。

(5)局部和多尺度场景选择与解释阶段:

通过应用Tietje(2005)的三个标准(1)局部效率，(2)距离选定标准，(3)最大-最小标准，从这些方案中选择Visp区域的最终方案集。这让我们得到了一组具有代表性的高度一致的场景。使用这个选择程序，我们选择了一组6个场景(步骤5.1):聚集风险、想大、落后发展、退休居住、出口产品能源上瓦莱州和掌权。区域情景是解释六种多尺度情景的表(表3、4和附录3、4、5、6)中影响因子具体未来状态的组合。

一个主要步骤是通过外部一致性分析将两组情景，即区域情景和上下文情景联系起来(Wiek等人，2001,Dürr 2006)。我们首先评估了(1)Visp区域选定的六个区域情景的未来状态集，以及(2)情景情景组为瑞士和国际层面开发的四个情景情景的未来状态集之间的一致性，如步骤2.1所述。每一对未来状态(一对由所选区域情景的一个影响因子的未来状态和上下文情景的一个影响因子的未来状态组成)在一致性尺度上(-2到+2)进行了评级。随后，我们为六个区域和四个上下文场景的每个组合添加了一致性评级。因此，我们为24个多尺度场景组合中的每个组合计算了附加一致性值，范围从20到39(步骤5.2)。一致性评级有助于将完整的场景集缩小到选定的集合。

为了选择一致的多尺度场景(步骤5.3)，我们使用了两个相互作用的标准，即(1)附加一致性的临界值为23.4，比最大值低40%，因为这排除了相当不一致的多尺度组合但留下了足够的数量和(2)代表性，以得出一组涵盖所有本地和所有上下文情景的多尺度情景。使用这个过程，我们选择了六个多尺度场景。

在第三个研讨会中，我们最终与利益相关者一起解释了所选择的多尺度场景(步骤5.4)。这又是一个重要的相互学习过程。利益相关者对当地的知识和经验丰富了科学构建的情景，并就具体未来状态的一致性和令人惊讶的发展方向进行了讨论。在这个研讨会上聚集的利益相关者的价值观和利益帮助我们制定了吸引人的、情境化的、可信的故事情节。

结果

我们限制自己呈现(1)来自Visp区域场景的系统分析的系统网格，以及(2)两个多尺度场景的故事线。重要的中间结果，即影响矩阵、一致性矩阵和其他四个多尺度情景在附录中。

网格系统

活性被理解为一个影响因子对所有其他影响因子的影响，而被动性是指一个影响因子受所有其他影响因子影响的程度(图5)。影响分析包括从Mic-Mac分析中得出的间接影响(步骤2.2和2.3)。相应地，影响因素可以分为四类:主动、矛盾、被动和缓冲(Scholz和Tietje 2002, Spoerri等人2009)。这些值(图5中没有显示)不能从绝对意义上理解;相反，它们表明了各自因素的相对活跃性/被动性。

从图5得出，三个影响因素，即空间规划、预算和人口发展，被视为系统法规的主动控制因素(关于这些类别的所有特征，请参阅Spoerri等人，2009年)。这一结果反映了当地利益相关者的观点，并且是合理的，例如，在考虑分区计划的核心作用时，分区计划是社区的空间规划措施。五个因素，即环境质量、林业管理类型、农业管理类型、促进企业销售当地商品和地方特性，被表示为矛盾的，表明这些因素非常重要，在被动和主动方面都有很高的价值。同时，这些系统元素是高度敏感的，它们对系统动态的影响是不可预测的。生活质量、居民条件设计、区域营销、自然保护措施和部门发展5个因素是被动的。因此，这些因素在本质上是反应性的，代表了系统状态的指标。最后，建筑活动、旅游基础设施、合作、潜在可再生能源利用、危害防护措施、企业条件设计、自然灾害和极端事件发生的概率和程度7个因素被视为系统的缓冲和稳定器。

此外，我们可以得出，主动因素空间规划对系统的影响最强，同时也受系统其他因素的影响较大(图5)。此外，局部认同是系统中最重要的因素，因为它的总等级最高。系统网格说明了耦合HES中影响因素的相对重要性。从图5可以看出，不仅空间规划、预算等人为因素对HES的进一步发展很重要，环境质量等环境因素也起着决定性的作用。

多尺度的场景

两种情况反映了Visp地区相当惊人的、创新的或关键的发展轨迹。第一个情景(表3)被称为“新自由主义世界中的聚集风险”，是“增长和趋同”(背景)和“聚集风险”(Visp区域)情景的组合。Visp地区受到了一些有害的国家和国际发展的严重打击，导致旅游业收益下降，农业就业减少。此外，该地区最大的工业雇主龙沙顺应全国趋势，放弃了其所在地维斯普市，迁往低地聚集区，导致许多受过良好教育的人移民。

第二种情景(表4)被称为“基于绿色增长的实现潜力”，它结合了“绿色增长”(背景)和“大胆思考”(Visp区域)两种情景。该地区的一个联合目的地管理机构抓住了休闲和周末旅游、冰川体验和阿尔卑斯山可持续旅游的国际趋势，并青睐大标签和创新概念，例如“上瓦莱:物质/萨斯谷”，“欧洲最高的葡萄园”，以及加强与农业旅游的联系。这导致了冬季和夏季游客的增加和收益。

讨论

多尺度情景集是基于科学与实践之间的跨学科和相互学习过程开发的。因此，它涵盖了科学和实践的认识价值。我们没有科学地评估我们的研究的社会影响，例如Walter etal .(2007)所做的，但我们仍然产生了相关利益相关者认为重要的见解。一般来说，跨学科过程可以建立能力、共识、分析性调解和合法化(Scholz 2011)。

利益相关者对气候/全球变化的影响和当地挑战有中等到强烈的问题意识(Lang et al. 2012)。在第一次研讨会上，通过联合识别影响因素，共同确定并概念化了研究目标。相关行动者群体(如酒店业主和行业代表)的代表性不足，尽管他们被邀请参加讲习班。所有利益相关者都同意使用FSA作为集成方法。然而，FSA在一定程度上只考虑HES的复杂性。例如，研究中可以整合的影响因素数量合理地限制在20个。有一些利益攸关方断断续续地参加了讲习班。不过，至少有六名代表参加了所有讲习班，并提供了一些连续性。关于我们的结果的可移植性，我们认为结果首先只对Visp区域有用。然而，Visp是一个典型的欧洲高寒地区，具有典型的挑战，因此，我们认为，结果可以很容易地与其他地区的类似研究进行比较。 With respect to its societal impact, there was some friction between the results of our study and political processes. This gap could have been bridged by a stronger involvement of policy and decision makers from the very beginning. However, results will be transferred to stakeholders in the form of a report that is easily accessible. In general, in transdisciplinary research, societal impact is generated by an ongoing learning process between science and practice. This replaces the direct impact from “truth” to “power,” as well as centralized steering ideas (Scholz 2011, Lang et al. 2012).

此外，在利益相关者研讨会期间成功地建立了信任和共识。这可以通过我们观察到的变化来说明，从对第一次研讨会中普遍存在的计划情景的相当怀疑的观点，到对未来轨迹以及关键和令人惊讶的问题的热烈讨论，例如顶级目的地旅游的下降，工业的萎缩，以及Matter Valley旅游部门的合作，这是冬季旅游的另一个重要目的地和当前的竞争对手。在“新自由主义世界中的聚集风险”和“基于绿色增长的实现潜力”这两个多尺度情景中，对关键和令人惊讶的主题的讨论得到了说明(表3,4)。这些极端的风险或勇敢的步骤在一开始并没有被利益相关者考虑到。相反，这些讨论避免了该地区气候和经济风险的关键组合。我们认为，设想的一个基本目的是考虑不需要但可能的未来，而不是一厢情愿的想法。考虑更系统和更现实的图景对利益相关者和科学家来说是一笔宝贵的财富。

因此，我们得出了涵盖全球、瑞士和区域层面的六个多尺度情景。这些情景说明了如何处理研究区域的系统情况，预测可能的未来，并指出应对本地和全球挑战的战略。我们的研究为其他环境(如欧洲、非洲、加拿大、拉丁美洲和加勒比地区)已经开发的多尺度情景增加了一个高山例子(Kok et al. 2006)一个, 2006年b， 2007, Wiek等人，2006,Biggs等人，2007,Shaw等人，2009，Özkaynak和Rodriguez-Labajos 2010, Saner等人，2011)。关于如何在不同尺度上将场景联系起来存在着生动的讨论(Biggs等人2007年，Kok等人2007年，Zurek和Henrichs 2007年)。Zurek和Henrichs(2007)指出了两者之间的区别:(1)耦合场景构建过程，(2)连接场景元素和结果。

我们使用外部一致性分析的方法来连接跨量表的场景，根据序数量表评估特定场景未来状态之间的一致性(Wiek et al. 2001, Dürr 2006)。使用这种方法的优点是，它允许我们将场景构建过程耦合起来，例如，通过调整影响因子的选择，并随后通过外部一致性分析将场景结果联系起来。我们意识到，我们的研究在某种程度上是有限的，因为分析的几个步骤，例如一致性分析和外部一致性分析，将受益于利益相关者参与的协商或协作模式。由于时间限制和利益相关者的有限可用性，这一点被省略了。

此外，定性系统分析和如图5所示的系统网格显示，地方认同是最重要的系统元素。地方认同的定义相当宽泛，即该地区、其产品和其在居民日常生活中的传统的重要性。它在Visp地区的未来发展中发挥着至关重要但不可预测的作用。该地区的人口一再被证明是相当持久的，因为他们的传统价值观和身份仍然完好无损(Senglet 1991)。这将有助于克服新的危机。当地身份的重要性令人惊讶，因为它是一个文化因素。此外，与社区预算和空间规划相比，它是“软”的。Loibl和Walz(2010)在达沃斯的研究结果以及Zanon和Geneletti(2011)在特伦蒂诺的研究结果支持了地方认同对高山地区合理适应策略的重要性。此外，Hirschi(2010)和Ingold等人(2010)指出了区域凝聚力和协作网络等附加软因素的重要性。

结论

从HES的角度来看，在考虑面临全球变化的山区的未来发展时，考虑社会和环境方面及其相互作用是很重要的。在MOUNTLAND，框架这项研究的项目(Huber et al. 2013)b)，一直有丰富的环保专业知识。然而，区域知识是一个需要通过跨学科利益相关者过程进行调查的课题。有必要深入了解维斯普地区今天和历史上的复杂动态，以提出潜在的未来战略。通过FSA与来自不同领域的利益相关者获得的区域知识，以及基于专家的知识(以上下文场景的形式)的组合，以达到合理的多尺度场景，形成了一个潜在的成功模板，这也可能对其他上下文有用。对于面临预算有限和与利益相关者互动时间限制的项目，FSA和促进利益相关者参与的功能动态方法是推进区域方案的有效手段。

我们将FSA与HES视角和利益相关者参与的功能动态概念结合起来，将跨尺度的场景联系起来。因此，该研究有助于正在进行的关于如何达到多尺度情景的讨论(Biggs等人，2007年，Kok等人，2007年，Zurek和Henrichs 2007年)。它还提出了一种允许场景构建过程和场景本身耦合的方法。我们询问了利益相关者参与研究实践的过程如何有助于更好地理解面临全球变化的山区的挑战和未来发展。我们表明，利益相关者基于地方的知识和价值观在拓宽视角和制定面向更理想状态的战略方面是非常重要的因素。此外，跨学科的方法可以确保科学家专注于与研究地区的人们真正相关的问题。

我们的研究只是通往方法引导、基于hess的跨学科过程的第一步(Scholz 2011)。可持续性科学需要系统地分析耦合HES的复杂性，并得到充分形式的理论-实践合作和综合方法的支持，如FSA、系统动力学或多主体建模(Scholz 2011)。这将为向可持续发展过渡建立强有力的社会导向。

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