恢復力研究的新進展與評述*

葛怡，史培軍，徐偉，劉婧，錢瑜，陳磊

(1.污染控制與資源化研究國家重點實驗室，南京大學環境學院，江蘇南京210093;2.北京師范大學資源學院災害與公共安全研究所，北京100875;3.北京師范大學環境演變與自然災害教育部重點實驗室，北京100875;4.民政部、教育部減災與應急管理研究院，北京100875)

0 引言

近年來，人口、資源與環境矛盾的日益加深，罕見的災難與事故頻繁發生，如，美國的“9·11”恐怖襲擊、亞洲海嘯、美國東南部的卡特里娜颶風，我國2008年初的特大冰雪災害，汶川8.0級特大地震，近期的毒奶粉事件以及目前的全球金融危機等，這驗證了一個嚴酷的現實:全球已進入高風險社會，不可控因素增加，災難可預見性下降，局部災害引發多米諾骨牌效應的可能性增大，簡單的危機反應有效性下降，嚴峻的風險形勢將進一步威脅可持續發展的進程?；謴土ψ鳛閷嵤┛沙掷m發展的重要途徑之一，已經成為生態、環境災害和氣候變化等諸多環境學科共同關注和高度重視的焦點。聯合國國際減災戰略(UN/ISDR)認為，在面對氣候災害等潛在壓力時，恢復力是自然界和人類系統一個有價值的特性，有助于可持續發展及減小脆弱性，值得深入研究［1］。本文首先介紹恢復力的起源及其基本內涵，并同時對恢復力內涵研究中的兩派不同觀點——工程恢復力和生態恢復力進行分析與比較。隨后，對恢復力主要應用領域的研究動態進行了較全面的綜述，闡述了恢復力的科學價值和重要性，總結了各應用領域的恢復力量化現狀。在此基礎上，對恢復力未來的研究進行了展望，提出研究的關鍵問題以及今后需深入發展的研究方向。

1 恢復力內涵

恢復力resilience源自拉丁文resilio(re=back回去，silio=to leap跳)，即跳回的動作。從純機械力學概念理解，恢復力是指材料在沒有斷裂或完全變形的情況下，因受力而發生形變并存儲恢復勢能的能力［2］。當然，在韋氏字典中，恢復力又被引申為從不幸或變化中恢復或適應的能力［3］。1973年，生態學家Holling首次將恢復力概念引入到生態學領域的研究中［4］。如今，恢復力這一概念已被廣泛應用在涉及人類和自然相互作用的多學科工作中，如工程技術、組織行為、安全建設規劃、災害管理和環境演變響應等［5－6］。雖然，不同領域的研究者對于恢復力在自身學科中的定義進行了相應改進，從而加深了對恢復力本質的認識，但是，恢復力基本內涵依然沒有統一，目前學術界主要存在兩種觀點:工程恢復力和生態恢復力。

工程恢復力由Pimm于1984年提出，認為恢復力是系統抵御擾動的特性，其表達方式是測度系統在遭受擾動后恢復到原有平衡態的速度或時間［7－10］。這種觀點較為傳統，關注系統在特定平衡態附近的穩定狀況，這與20世紀的經濟理論相吻合［11］。工程恢復力主要強調效率、恒定和預見性，是把安全保障的工程性要求作為研究對象所有特性的核心［12］。而生態恢復力是指系統在保持自身結構不變的前提下，通過調整系統的行為控制參數及程序后，系統能夠吸納的擾動量［4，13］。這一定義關注系統遠離任一平衡穩態后的適應狀況，而這種非穩定態能夠促使系統躍遷到其他行為領域，即另一穩定域。相對而言，生態恢復力更強調系統的持久性、可變性和不可預測性，它兼具了生物學的進化論思想和安全保障的工程設計目標［12］。事實上，工程恢復力和生態恢復力的差異源自看待系統穩定性的視角不同:前者強調的是功能有效性的維護，而后者注重系統功能的延續。把恢復力從近平衡穩態的工程角度進行定義主要是借鑒了演繹模式的數學理論思維及工程學思想［7］，因此，它的研究對象一般是簡化、抽象的生態系統或傳統的工程系統，例如，野外樣方或小圍場內的生物試驗［8，14－15］。一方面，這有利于數學工具的有效發揮，另一方面，它體現了工程研究人員對于系統最優化設計的追求。工程恢復力定義實際默認了一個全局穩定性的假設，即系統僅有一個“最優”的平衡穩態，由此，系統一旦出現其他非穩定狀態時，我們理應啟用安全措施促使系統回復平衡穩態。當然，如果其他變量能維持在“最優”平衡穩態的附近也是可行的。把生態恢復力從穩定域的角度進行定義是參考了應用數學和應用資源生態學中的研究模式:歸納法。它與如今強調多穩態的經濟理論是相符的［11］。實驗研究表明，當系統受到大規模的管理擾動后，一般都會表現出運行狀態的躍遷，同時，系統的關鍵變量也會出現變化以維持原有的穩定局面［12］。因此，在復雜多穩態的生態領域內，這種以系統在保持自身功能延續的前提下能吸納的擾動量為恢復力定義，以系統穩定域的邊界特性為主要內容的研究框架顯得更具說服力和應用前景。

我們以著名的“杯球”隱喻模型(圖1)來進一步說明工程恢復力和生態恢復力。杯子代表系統的穩定域，球代表系統的狀態，單向箭頭表示外界對系統的擾動。(A)我們用全局穩態來描述工程恢復力:在本模型中，當球位于杯底時系統達到全局穩態，系統受到外力干擾時，球被迫離開杯底移動到杯邊;我們把系統再次回復到平衡穩態(杯底)所需的時間(r)可作為工程恢復力的測量指標;(B)我們用穩定局面的維持來描述生態恢復力:在本模型中，杯1、杯2分別代表不同的穩定域，當系統(杯1內的球)受到擾動后，為維持穩定局面，球被外力彈射;我們把球最終離開杯1、進入杯2前的臨界狀態下，能夠吸收的擾動總量作為生態恢復力。此時，生態恢復力由穩定域的寬度(R)來測量［10］。表1對工程恢復力和生態恢復力的區別進行了歸納總結。

圖1 工程恢復力和生態恢復力隱喻圖

表1 工程恢復力和生態恢復力的區別

2 恢復力理論在不同領域的應用

2.1 災害領域

隨著全球對災害關注的日益增加，越來越多的災害學家開始研究恢復力在災害管理中的重要性［16－25］。其中，比較有代表性的是Bruneau等人的地震災害恢復力研究［26］。Bruneau將地震恢復力分割到技術、組織、社會和經濟4個不同的維度，即TOSE維度空間模型。技術維恢復力衡量實體系統在災害中的表現狀況;管理維恢復力評定管理機構決策和行動的適宜性和有效性;社會維恢復力判斷承災體基本服務能力的回復;經濟維恢復力指衡量受體降低直接及間接經濟損失的能力。這四維恢復力互相聯系互相影響，但是，測量方式各不相同。技術維恢復力符合工程恢復力要求，而組織、社會和經濟維恢復力因為涉及社會系統，是復雜、多平衡態的，所以很適宜采用生態恢復力的思想［25］。這四維恢復力又存在4項共性:魯棒性、快速性、冗余性和資源量。魯棒性即強度，表示系統、系統元件或其他分析單元抵御壓力或需求而沒有出現功能的退化或損失的特性;快速性指主體為盡快吸納損失避免后期破壞而表現出的能力;冗余性是系統、系統元件或其他分析單元可替換的程度;資源量評定現有資源可供系統調配的豐富程度，以及系統部分受損時，能夠識別問題、建立優先權、合理調配資源的能力。其中，魯棒性和快速性是恢復力的兩大本質屬性，是恢復力提高后的最終表現，冗余性和資源量則是提高恢復力的有效途徑［22－25］。據此，Bruneau和Chang等提出地震恢復力量化模型［22，24－25］(圖2)。

圖2 地震恢復力的二維模型

該圖刻畫了恢復力的兩大本質特性?；謴土Φ臏y量是以基礎設施的系統性能Q(t)為參考的，性能的變化區間為0%～100%，100%代表系統沒有出現任何失效，0%意味著系統功能盡失。假如，在T0時刻發生地震，從而導致系統性能急劇下降，例如從100%降到20%。此時，系統性能的維持程度(即保持系統性能不致為0的程度)反映了系統抵御外界打擊的魯棒性。系統經過一定時間的重建(T0～T1時刻)，系統性能完全修復，這種系統性能的回復速度即為快速性?；謴土Φ聂敯粜院涂焖傩远伎梢酝ㄟ^災前災后的減災行為進行調整。由此推導地震恢復力的計算公式為:

利用地震恢復力量化模型，Chang等［24］以美國田納西州孟菲斯(Memphis)供水系統為例，設計了供水系統不同的改造方案情景，采用蒙特卡羅數學統計模擬方法，通過計算機編程和GIS軟件運算出地震發生后的技術、經濟和組織恢復力，得出結論:災前的緩解行為有利于提高災后恢復力，改造方案2比方案1具有更好的效果，能夠對恢復力現狀起到改進作用。隨后，Chang等利用承災體的社會經濟損失模型，同時結合地震恢復力模型，評價了地震破壞下洛杉磯水電部門生命線系統的社區恢復力［23］。2008年，McDaniels等依據地震恢復力量化模型，運用決策流程圖的方法對醫院系統的地震恢復力進行研究分析［25］。

目前，災害恢復力研究存在的不足有:(1)災害恢復力目前仍沒有較公認和統一的定義，不同研究者根據應用需要作出不同解釋，從而出現模棱兩可的定義以及對恢復力濫用的現象，這使恢復力逐漸變成一個空洞的時髦術語。(2)災害恢復力的含義被過分夸大，以致于它幾乎涵蓋了減災的各個方面。過分夸大的含義增加了研究人員對恢復力抽象建模的難度，給恢復力的量化研究帶來極大挑戰。(3)地震恢復力二維模型所表達的系統性能回歸到100%的災前水平并不是最佳的。首先，現實中系統災前的恢復力可能極低，那么災后的調整行為完全可以超過100%。其次，當系統是社區、區域等復雜適應性系統時，因為系統性能(如經濟水平或服務水平等)是動態變化的，在T0～T1的恢復時段內，系統若未受災其性能亦增長或消退，因此，恢復過程的終止不能簡單地判定為原有水平的實現，此時的系統最優穩態很難確定。以經濟水平為例，最優穩態可有4種，①T0時刻的經濟值;②未受災情況下，T1時刻應有的經濟值;③T0時刻的經濟增長速度;④未受災情況下，T1時刻應有的經濟增長速度。另外，目前地震恢復力的三維和四維模型設計略顯粗糙，對量化恢復力作用不大。(4)對系統邊界問題的忽略，理論上，一旦系統遭遇毀滅性打擊，系統完全崩潰，不具有可恢復的可能性。對這種毀滅性打擊的定量化即系統穩定域邊界的確定是探討環境災害恢復力的前提條件，但是，目前缺乏相關研究。

2.2 社會－生態領域

以社會－生態系統作為研究對象，從復雜系統動力學角度研究系統對外界干擾的恢復力和適應力，是近年來可持續發展與全球變化研究的一個主要趨勢［27］。社會－生態系統(簡稱SESs)是人與自然緊密聯系的復雜適應系統，受自身和外界干擾與驅動的影響［28］，具有不可預期、聚集、自組織、非線性、多樣性、多穩態、循環性等特征［29－31］。以Holling為首的“恢復力聯盟”主張運用適應性循環理論來解釋和分析社會－生態領域的恢復力［4，7，29－30，32－37］。適應性循環理論認為，社會－生態系統不是向某一平衡穩態演化的，它按照以下4個特征階段進行演替:快速生長及開發階段(r)、保護階段(K)、崩潰或釋放階段(Ω)、更新與重組織階段(α)。開發階段和更新階段的持續時間較短，但是系統的重大變化往往發生于這兩個階段。Ω階段是系統快速崩潰的動態時期，其表現形式是系統受到擾動后，結構和屬性部分消失。緊隨Ω階段之后的是α階段，即更新階段。這個時期出現大量新生事物，如新物種、新制度、新觀念、新政策等。當系統進入r階段時，意味著系統已進入另一穩定域的新軌道。經過長時間的資源緩慢累積和轉變，系統由r階段轉變為K階段，該階段出現新生事物的概率急劇下降，但是，系統變得更為復雜和鞏固?；謴土Φ淖兓灤┰谡麄€適應性循環中，恢復力隨著各階段的替換表現出不同的水平［27，33］(圖3)。

圖3 適應性循環與恢復力變化

作為適應性循環的基本屬性之一(另兩種為潛力和連通度)，恢復力的內涵得到擴展:①系統在原穩定域內能承受的的擾動量，即系統在維持自身功能和結構不變的前提下，能抵御的外部干擾總量;②系統自組織的能力(與系統無組織或受外界驅動的組織能力相對);③系統學習與適應的能力，適應能力是恢復力的重要組成部分，反映了系統承受干擾時的學習與調節能力［27，38－39］。同時，恢復力聯盟借助穩定性景觀模型對SES恢復力進行解釋和規范(圖4)，穩定性景觀由一系列穩定域的界限組成。穩定域是狀態空間(即構成系統的變量)中系統試圖維持的特定區域，在其中運行的系統趨于穩定［30］。穩定性景觀中的恢復力有四個量化屬性:范圍(L)，系統在喪失恢復能力前可承受的最大量，一旦系統超越了這一閾值，那么它的回歸將非常困難，甚至不可能再實現;抵御能力(R)，系統狀態變化的難易程度;非穩定性(Pr)，系統目前狀態與閾值(或界限)的距離。擾沌(P)，表示系統恢復力同時受到上下級尺度上其他系統狀態及動態過程的影響程度［27，29］。

圖4 穩定性景觀模型及恢復力量化屬性

目前，社會－生態恢復力研究的優勢與不足有:

(1)從復雜系統動力學角度，應用適應性循環理論來解釋和研究系統恢復力，從一定程度上闡明了恢復力的形成機制，使得生態領域的恢復力研究具備了扎實完善的理論基礎，同時也是目前恢復力理論研究最為深入的一個學科。

(2)恢復力聯盟借助穩定性景觀模型確定了恢復力在理論上的量化屬性，但是，要實施量化依然存在極大難度:首先，擾沌(Pr)在模型中無法表現，目前僅有定性闡述;其次，模型中L、R和P三個參數的估算方法尚未明確;再次，穩定性景觀本身也是動態變化的，這進一步增加了模型參數的估算難度。

2.3 經濟和組織行為領域

增強恢復力在經濟和組織行為方面的表現是降低環境災害損失的有效方法，因此，不少學者對經濟恢復力和組織行為恢復力進行深入研究。

Comfort是最先將恢復力引入組織行為領域的學者之一［40］，她認為恢復力僅限于干擾事件發生后的組織行為和過程。這種面向過程的概念與生態恢復力相似，她的研究重點不是達到預期水平，而是系統功能的回復，但這種功能的變化軌跡不包含大多數非線性及適應性動力學［41］。2001年，Paton和Johnston提出組織行為恢復力是當人類或系統遇到重大干擾時所表現出的一種能力，它能夠促進與維護系統功能相聯系的組織行為，其具體表現是能夠利用實體資源及素質來管理遇到的需求、挑戰和變化［42］。這一觀點將組織行為恢復力定義擴大到了自然生態系統，它本質上是恢復力聯盟指明的恢復力屬性之一，即系統重組織的能力。

在經濟領域，Mileti分析恢復力產生于內力驅動、私人或公共決策者的刺激［17］。Tierney則強調恢復力是商業適應行為和社區響應行為［16］。Petak指出經濟恢復力是系統的性能表現［43］。經濟學家Rose等人自1990年代末起，對經濟恢復力進行長期的系統研究，為其理論構建及實踐應用做出了重要貢獻［5，44－50］。Rose等人的主要觀點和成果有:

(1)將經濟恢復力細分為靜態和動態兩種，前者主要描述特定時間內可獲取資源的有效利用程度，后者指一個實體或系統在遭受嚴重打擊后回復到期望狀態的速度，這定義延用了工程恢復力的思想。靜態經濟恢復力的獲取不需借助修復和重建行為，但它不僅影響當前的經濟水平，而且還制約后期經濟水平的恢復時間。靜態經濟恢復力的另一特征是對需求現象的刻畫，它表明需求方多于生產方情況下的資源最大利用度。動態經濟恢復力因為牽涉與修復、重建相關的長期投資問題以及貿易問題，所以更為復雜。例如，匆忙的重建行為可能會導致商業或宏觀經濟的動態恢復能力下降［5，46，51］。

(2)恢復力發生于三個不同的經濟尺度:微觀經濟—公司、家戶或相關組織的個體行為;中觀經濟—經濟部門，個別市場，或聯合團體;宏觀經濟—所有個體單元和市場的組合，包括它們的相互作用。微觀經濟中，個體恢復力一般與商業和組織的具體運行有關［16，45］。中觀經濟的市場恢復力與個體恢復力密切相關但經常被非經濟專業的環境災害研究者所忽視。在市場中，價格作為“看不見的手”能夠指導資源在災后流向最佳場所。在宏觀經濟尺度，有大量牽涉價格和數量的相互依賴關系影響著恢復力。因此，一個部門的恢復力能通過經濟活動影響其他部門的恢復力，這使得該尺度的恢復力更難測量，也不容易通過應對措施進行改進。

(3)在經濟恢復力研究中引入可計算一般均衡模型，Rose等定義了對個體、市場和區域宏觀經濟的非平衡態，并定性分析它們與恢復力的關系，在比較分析可計算一般均衡模型、投入產出模型、社會收支矩陣等模型用于環境災害影響和政策響應的優缺點后，對靜態恢復力和動態恢復力進行初步量化，并以電力系統中斷為例，探討了恢復力受環境災害影響后的變化過程。

綜上，組織行為領域的研究人員強調恢復力的過程性，體現了生態恢復力的基本理念。他們認為組織行為恢復力是危機管理或日常管理下的一種風險管理策略［52］。組織行為恢復力偏重于復雜社會與人力系統的研究特點，使得量化研究進展緩慢。一般在實際應用中的標準處理方式是分析確定系統管理能力方面的脆弱性和局限性，并且研究如何利用恢復力克服系統的脆弱性和局限性。多數經濟領域的恢復力偏向于工程恢復力思想，注重經濟水平或狀態的回歸。經濟恢復力借助對諸多經濟模型的有效應用，在恢復力量化方面相對領先。它的實際應用方式之一是在假定管理者能盡量優化選擇的前提下，確定一組與恢復力有關的備選方案［48］。

3 結論與展望

恢復力的基本內涵雖然尚未統一，但是兩類主要觀點都有一定程度的合理性與適用領域。工程恢復力定義因其具有相對明確的衡量標準，所以顯現出在恢復力量化方面的優越性;而生態恢復力定義依據完善的系統理論和嚴謹的邏輯關系，表現出深厚的理論基礎及深入發展的前景。

雖然恢復力這一概念在經濟政策和環境管理方面具有的價值已為大家所接受和認可，但恢復力研究仍滯留于概念層面及案例分析的模式上，鮮有學者提供合理且為領域內通用的量化模型?！盎謴土饬?、測驗仍未取得重大突破”是目前環境災害領域、社會－生態領域、經濟和組織行為領域等眾多學科共同面臨的難題?；謴土Φ亩攘垦芯窟€非常薄弱，僅MCEER在地震對基礎設施的影響方面有深入研究，但主要側重于減災項目改造的模擬評價等方面，對恢復力的形成機制、影響因素等研究甚少，也未建立相應的綜合評估模型與評估指數?；謴土ρ芯繉嵺`的指導作用有待加強:恢復力的相關研究較難準確地從數量上回答“什么因素決定恢復力大小”和“在多大程度上決定恢復力大小”這類對恢復力建設和減災規劃具有重要現實意義的問題，更鮮有嘗試從系統動力學角度來進行恢復力建設的情景仿真模擬，而這將是未來恢復力研究的重要發展方向。

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