论文解读 | NSR: 元耦合人类世中的跨界流动 part-2

对促进全球可持续发展的影响

在全球范围实现可持续发展目标

为了实现可持续发展目标（SDGs），提出了许多建议，但大多数都是零散的。元耦合框架可以以一种连贯和系统的方式将不同的措施结合在一起。它可以帮助在特定地点以及相邻和遥远的地方实现SDGs。需要合作和协调的努力，以增强空间范围内SDGs之间的协同效应并减少权衡。例如，要在全球每个国家消除饥饿（SDG 2），就必须考虑一个国家内的人与自然的相互作用以及其与相邻和遥远国家的关系。一方面，确保充足的国内粮食生产是重要的。另一方面，当国内生产不足以满足需求时，从其他国家进口食品是必要的；当有剩余时，则需要向其他国家出口食品。粮食生产和贸易需要在最大限度减少环境影响（例如，在粮食生产、储存和运输过程中的碳排放，SDG 13：气候行动）的同时优化经济效益。

跨边界、跨规模扩大生态系统恢复的效益

生态系统恢复对全球可持续发展非常重要，因为它可以防止、停止和逆转生态系统的退化。然而，传统的生态系统恢复研究和实践通常只关注恢复发生的地方，尽管其他地方可能受到影响或影响恢复地点的结果。生态系统恢复通过物质、能量和信息的流动在多个尺度上影响其他地方。例如，增加植被和与之相关的碳封存通过大气环流影响全球碳浓度。元耦合框架有助于激励生态系统恢复，以减少多个空间尺度上多个SDGs之间的权衡，并增强协同效应。它可以通过量化地理上相邻地方和遥远地方在生态系统恢复的生产、生活和生态功能下的影响，提供有关生态系统恢复绩效的全面信息。此外，恢复地点对SDGs的有益影响应最大程度地减少对世界各地相邻地方和远方SDGs的负面影响。

加强跨境管理

元耦合框架在指导跨界管理方面具有自然的优势，因为它固有地整合了边界内外（例如，区域、国家）的人与自然互动。它已被应用于解决跨界流域的管理。在非洲南部的林波波河流域，一项研究发现该框架在几个方面都很有价值。首先，框架的空间明确性将鼓励整个流域内的多个利益相关者（利益相关者）合作，该流域面积约为400,000平方公里，是南非、博茨瓦纳、津巴布韦和莫桑比克的家园，一个基本的合作是收集和共享可比较的数据，以加强合作管理。其次，该框架为分析流域内的地方管理实践以及影响管理决策的区域、国家和国际关系提供了概念基础。在地方层面做出的决策既受到流域其他部分水量和水质的影响，又能影响到流域其他地区及其以外的地方。因此，流域管理计划必须处理跨尺度的人与自然互动，包括代理人、流动、原因和影响。。第三，该框架可以帮助各种利益相关者，例如不同水域管理区的管理者、从地方到区域到国家级的政府、非政府组织、灌溉协会委员会和国家公园，共同致力于流域整体可持续利用。第四，该框架在将人与自然互动整合到相邻和遥远系统内外方面不同于其他流域管理框架。

拓宽空间规划

空间规划对塑造人口分布和人类活动的分布非常重要。传统空间规划主要关注特定地理区域的条件，对与相邻和遥远地方的互动考虑不足，因此产生了许多意想不到的负面后果。元耦合研究的结果可以通过多种方式帮助不同尺度的空间规划避免对可持续性的负面影响并增强正面影响。首先，明确关注被规划区域与其他附近和遥远地区之间的互动。例如，有关发送和接收系统之间流动的信息可以确定接收系统对发送系统的依赖以及对溢出系统的影响。第二，它可以通过减少重要生态系统服务的损失、制定恢复恶化生态系统服务的计划以及跟踪特定发送系统向特定接收系统提供何种生态系统服务的方式来保护发送系统，如生态系统服务供应区。第三，有关非耦合的信息——发送和接收系统之间的空间不匹配——可以从空间平等和正义的角度促进获取机制。第四，结果可以产生新的激励机制（例如基于受益者支付的机制）和投资（例如，提供充足的设施促进耦合）。第五，结果可以通过包括陆地-海洋界面和沿海-海洋联系在内来扩大海洋空间规划的范围，因为人类活动（例如陆地和沿海地区的土地利用）会影响海洋生态系统服务供应。

促进供应链

基于元耦合的网络分析为理解和促进供应链提供了一种有用的系统方法。它增强了在常规后勤和财务挑战以及由于 COVID-19 等危机和其他紧急情况引起的特殊情况下的鲜活渔业管理的稳健性社区支持。例如，元耦合视角对于概念化和管理费城（美国）的 Fishadelphia（一个为费城提供新鲜海鲜的社区支持计划）的供应链至关重要，以实现更有效的客户服务和跨不同位置的利益相关者参与。基于元耦合的网络分析系统地评估了在多个尺度上的渔业人与自然互动的系统、流动、代理人、原因和影响。它对于弥合由单个渔业内人类或自然成分动态的独立评估产生的知识差距至关重要。对于全球不同渔业来说，通过重新构建和管理以增强社会经济和环境可持续性，元耦合可以增强或减弱韧性。作为对 COVID-19 的回应，开发了一个新的交付计划，使志愿者可以在家中放置冷藏箱，为顾客提供高效、便利的海鲜交付，在不同时间到达的顾客在不同地点保持社交距离。因此，该计划最大程度地减少了 COVID-19 传播，同时增加了顾客数量，多样化和分散了需求端的海鲜分销，并增强了网络韧性。

为大世界中的小代理人赋能

世界上绝大多数人是小型代理商，他们的个人行为对社会影响较小。大约一半生活在发展中国家的贫困人口是小农户，他们主要依赖于小规模的农村土地维持生计。他们是不像政府官员或公司领导那样具有影响力的小型代理商，但他们人数庞大，对实现全球可持续发展目标（例如SDG 1：消除贫困和SDG 2：零饥饿）至关重要。他们是元耦合世界的一部分，受到全球化和全球环境变化（包括气候变化）等元耦合过程的影响。对全球12个小农系统的综合分析显示，它们通过商品、信息、人员和/或资源的流动与外部系统进行互动。结果还表明，纠缠于外部系统中的小农（例如将农产品销售给当地和地区市场）通常具有较强的代理能力（影响流动形成或运作的能力），这与积极影响（例如从将农产品销售给当地和地区市场中获得收入）相关性更大。相反，代理能力较低的小农往往遭受负面溢出效应（例如在远程耦合系统中，外部大规模农业投资导致小农受害）。这些发现表明，增加代理能力使小农能够改善福祉并实现可持续发展目标。元耦合框架是一种整体方法，它同时考虑了小农系统和小农系统与村庄、地区、国家和全球层面其他系统之间的双向流动。它还提供了关于小农代理能力和增强社会经济和环境可持续性途径的见解。

从基于地点的治理转向基于流程的治理

元耦合框架为全球可持续发展的治理奠定了基础，从传统的独立关注特定地点（基于地点的）转向了关注各地之间的流动（人员、信息、能量、物质、生物、货物、资本等的运动）（基于流动的）。传统治理主要发生在政治或行政边界内，并且通常单独考虑不同问题，尽管世界变得越来越元耦合。因此，传统治理方法经常在减轻一个问题的同时加剧其他问题，并以牺牲其他地方为代价解决一个地方的问题。基于流动的治理强调，在一个地方的行动必须考虑到其与其他地方（无论是附近还是遥远）之间的关系，这些关系通过各种流动相连。然而，实现这一点存在许多挑战（例如，不同地方的不同利益和更高的交易成本）。它可以促进治理的变革，从关注一个地方转变为包括所有相关的相邻和远方地方，从一次只关注一个问题转变为同时系统地考虑多个问题（例如生物多样性、粮食、能源、水、气候）。基于流动的治理还通过在空间上整合各种类型系统之间的流动和影响，明确解决空间正义和公平。

未来展望

尽管应用元耦合框架在科学上取得了进展并具有实际意义，但仍存在许多知识空白，需要更有效的工具和资源来进一步操作该框架。为了充分发挥该框架在推动可持续性科学（以及相关新兴领域，如可持续性生态学、可持续性经济学和可持续性地理学）方面的潜力，并应对全球可持续性挑战，以下提出了几个观点。

探索级联交互

迄今为止，关于元耦合的研究主要集中在扩展各种学科的概念，如贸易、移民和水资源转移。然而，对于由于跨空间、尺度和领域的级联互动而产生的元耦合的研究工作很少。级联互动是指由一个地方的事件（例如气候变化、自然灾害、战争、经济发展和消费）引发的一系列过程，通过多个步骤将其影响级联和扩散到其他地方的类似或不同组成部分上。级联互动的概念建立在并扩展了一些相关的学科概念，如生态学中的营养级级联、种群生物学中的源-汇动态和经济地理学中的全球化。例如，大型基础设施项目（如公路、水电站、管道、港口和铁路）不仅会影响到项目所在地区，还会影响到许多其他相关地区，包括溢出系统。随着全球环境变化、全球化、冲突、经济发展、人口规模的迅速增加，以及由于诸如离婚等因素导致的家庭数量的更快增长，级联互动变得越来越普遍和强大。作为一个假设性例子，图9说明了美国干旱对巴西生物多样性的级联影响，两者相距超过7000公里。美国和巴西都是大豆的主要生产国和出口国，出口到中国和许多欧洲国家。2012年美国中西部的干旱，这个国家的主要大豆产区，导致了产量下降。产量减少可能导致大豆出口减少，价格上涨。价格上涨可能促使巴西将更多的森林和草原转变为大豆种植，从而导致栖息地和生物多样性的损失。

级联互动的研究超越了传统研究事件影响的范围，传统研究通常集中在事件发生的地区。例如，对自然灾害对生物多样性的影响的研究通常集中在灾害发生的地区。同样，传统研究关于战争对战区生物多样性的影响的研究也是如此。元耦合框架有助于扩展有关战争影响的研究，远远超出了战区范围。

跟踪跨尺度和空间的流动

流动是元耦合框架的关键组成部分，因为它们连接了不同的组成部分和各种地方。为了理解流动的动态、机制和效应，流动数据至关重要，原因如下。首先，它们可以用来衡量元耦合的强度。其次，它们为理解流动的机制提供了基础。第三，大流量通常会导致较大的影响（尽管这种关系可能不是线性的，可能存在临界点或阈值）。第四，通过分析流动数据获取的信息可以帮助评估重要问题，如粮食安全（例如流动是否足够大以满足各种需求）。

需要更多和互补类型的流动数据。例如，在贸易数据方面，存在许多国家和国际水平的聚合数据。还有来自于对家庭和个人的调查和访谈的地方数据。一些数据库，如Trase，将国家数据与地区生产或消费联系起来，但这些主要是建模数据。将地方数据与国际水平联系起来的数据严重缺乏。例如，关于生产者和消费者分别的地方数据是非常丰富的。对于大多数产品来说，存在着将生产者和消费者联系起来的供应链参与者（代理商），特别是那些遥远的参与者。几乎没有数据显示供应链参与者如何系统地相互作用以及与生产者和消费者的关系如何形成和传播反馈，以及这些反馈如何在不同地方传播。弥补这一数据缺口的一个可能途径是通过物联网、GPS（全球定位系统）传感器和人工智能。

提高因果归因的严谨性

提高因果归因的严谨性对于准确剖析元耦合的复杂性并制定有效的管理和治理策略至关重要。然而，在元耦合系统中，要严格确定因果关系并不容易，因为建立因果归因并不简单。到目前为止，大多数元耦合系统研究使用了诸如相关性分析、混合效应模型和引力模型等方法。很少有研究关注元耦合系统中的因果关系。例如，一项研究使用混合效应模型和引力模型，识别了2000年至2013年间124个国家之间国际旅游流动动态的影响因素。在发送国家（如人均 GDP、人口规模）、接收国家（免签政策、政治稳定、暴力、恐怖主义）以及发送和接收国家（价格水平差异、语言、地理距离、两国之间的直达航班数量）中存在各种因素。对于国际游客来说，较低的交易成本（如距离、语言和签证政策）比文化和自然景点更具影响力。此外，国际旅游对政治不稳定和恐怖主义风险具有抗性。混合效应模型的结果可能暗示了全球旅游网络中因素与动态之间存在因果关系。另一项研究使用了增强的引力模型，确定了中国省际虚拟能源和水资源转移的驱动因素（原因），如人均 GDP、降水量、发送和接收省份的人均耕地面积、省份之间的距离、人口规模以及接收省份工业 GDP 占总 GDP 的比重。未来，有必要通过三角测量（验证）和深化证据来加强元耦合因果归因的严谨性，通过整合定性和定量方法（如反事实分析和过程追踪）来深入了解因果机制。此外，可以通过系统评估其他框架组成部分（如发送、接收和溢出国家之间的流动、代理人和影响）来进一步确认因果关系。

扩大工具箱

存在许多用于元耦合分析的现有工具。例如，物质流分析用于分析各种物质流动，代理人基础模型（ABM）用于分析代理人行为和系统动态，因果推断用于分析因果关系，多区域投入产出分析用于确定区域之间的相互依赖关系，遥感用于研究大规模系统的结构和组成，足迹分析和生命周期分析用于研究影响，网络分析用于分析元耦合系统作为网络。进一步应用元耦合框架需要扩展工具组合，如人工智能和机器学习，收集数据并增强模型，以整合不同地方的各种数据。一种新兴的方法是发展数字孪生，即实际世界物理系统或过程的数字表示。计算机模拟模型是数字孪生的例子。虽然没有模型能够与真实世界完全相同，但许多模型是有用的，并且可以不断改进，向“完全相同的孪生”状态发展。一种有用的模型类型是模拟代理人之间以及代理人与环境之间相互作用的ABM。传统的ABM专注于特定地点。最近的努力已经导致了一种远程耦合ABM（TeleABM），该模型将远程耦合框架操作化。一个远程耦合工具箱，其中包括一套空间明确的工具，并且可以与不同的模型（如TeleABM）链接，已被构建用于探索远程耦合系统的动态。它整合了远程耦合框架的所有组成部分。该工具箱包括一些新工具，并整合了许多现有方法。它可用于理解、建模、模拟和预测远程耦合的各个组成部分。

创新政策

元耦合框架可以促进政策创新。更具体地说，通过比较已知和已做的事情与框架组成部分及其相互关系，可以确定知识和行动上的差距。这些差距可以作为修订和制定关于新研究和行动的政策的切入点。例如，由于溢出系统经常被忽视，因此相对较少的信息或行动用于减少意外的负面溢出效应。另一个例子是在内耦合、周边耦合和远程耦合之间实现平衡，下文将对此进行讨论。

在内耦合、周边耦合和远程耦合之间实现适当的平衡对于在地方和全球范围内实现可持续性至关重要。例如，来自遥远地方的食物运输消耗更多能源，因此排放更多CO2。然而，食物生产还有许多其他成本。如果一个地方的天气和其他资源（如可耕种土壤和水）不适合，那么生产本地食物可能会消耗更多的能源并排放更多的CO2。结果，即使考虑了运输成本，本地生产的产品（如食物）的总成本可能仍然更高。

尽管周边耦合和远程耦合可以帮助维持具有高弹性的本地系统，但它们也会产生风险。多样化的发送和接收系统可以降低对单一或少数系统的依赖性的风险。此外，从全球可持续性的角度来看，发现并减少对溢出系统的负面影响至关重要。需要进一步开展元耦合研究，系统地探讨利弊、风险和途径。

在内耦合、周边耦合和远程耦合之间实现平衡在各个层面都是必要的。通常在系统较小时，焦点系统与其他系统之间的流动会更为重要。在国家层面上，中国的“双循环”政策是一个可以从元耦合的视角受益的案例。使用元耦合框架可以将中国的内部循环重新构想为内耦合，将外部循环重新构想为相互耦合（即周边耦合和远程耦合）。中国并没有明确规定与邻近国家（周边耦合）相比，与遥远国家（远程耦合）的外部循环的相对重要性。然而，总的来说，远程耦合可能具有更大的影响，因为遥远地方通常具有更不同的社会经济和/或环境条件，并且可以提供不同类型的流动。

结束语

这篇文章展示了元耦合框架在推动可持续发展科学和解决全球可持续性挑战方面的各种功能（表1）。从根本上讲，该框架是一个基础工具，用于整合和理解跨空间和多个尺度的人与自然相互作用、协同作用和权衡，以促进全球可持续发展。它还是一个有用的平台，供研究人员和其他利益相关者绘制政策干预和可持续发展路径。研究结果对于本地、区域、国家和全球层面的努力具有巨大的影响，例如联合国可持续发展目标、生态系统恢复十年、2020年后全球生物多样性框架和巴黎气候协议。该框架为实现人与自然在全球范围内的和谐提供了良好的路线图，如生态文明和《生物多样性公约》2050年愿景‘与自然和谐共处。它激发了对于新的、更有效的政策的重新思考，以减少对全球可持续性的负面影响并增强其正面影响。

在许多基础和应用问题中，该框架可以发挥更加重要的作用，例如可持续发展科学的空间化、统一理论的创建和全球可持续发展。尽管对去全球化存在一些担忧，但许多过程和事件，如气候变化、战争、疾病传播和灾害，已经变得更加频繁，并导致级联互动。随着人口持续增长和家庭迅速增加，它们将增加空间和时间跨度内供需之间的不平衡，从而改变元耦合的类型和强度。为了充分发挥该框架的潜力，需要更多的财政和人力资源，用于加速该框架在全球范围内的进一步应用。将元耦合知识纳入决策和治理中，可以满足日益增长的人口对消费的需求，同时实现全球可持续发展。

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