研读材料 · 2026 年 9 月
Beyond Flat Planet：
Topography as a hidden dimension of planetary boundaries
行星边界
9
地球系统过程
7
已越界（2025）
3 → 7
越界数 2009 → 2025
图：Planetary Health Check 2025（PIK, CC BY 4.0）
陈 阳
目录
五个部分
01
核心主张
安全运行空间与预防性边界
02
发展历程
2009 → 2026，一个仍在修订的框架
03
九大边界
九个过程、十三个控制变量
04
典型案例
亚马孙的连锁反馈；阿姆斯特丹的份额转译
05
与地形分析
从全球总量到某处的坡度
01 · 核心主张
给人类划出一块“安全运行空间”
框架不预测崩溃何时发生，而是用科学证据划出一道偏保守的“护栏”。
安全运行空间
0 → 1：工业化前基线到边界，低风险
不确定区 · 风险递增
1 → 2：临界点可能落在此区任意位置
高风险区
> 2：突变或不可逆变化风险高
边界放在不确定区的“安全一端”：越界 ≠ 立即崩溃，而是进入风险递增、临界点无法精确预知的区间。
图：Lade et al., 2020, Nature Sustainability 3:119, Fig. 1a · 定义：Rockström et al., 2009b
01 · 核心主张
框架的四个基本判断
以全新世为参照系
持续约 11,700 年的全新世，是确知能支撑当代人类社会的唯一地球系统状态；偏离它本身就是风险来源（Steffen et al., 2015）。
地球系统存在非线性与阈值
压力累积到一定程度后，一些过程会出现突变或难以逆转的状态转换。
边界是预防性位置，不是临界点
边界放在科学不确定区的下端；越界意味着风险上升、预警时间缩短（Rockström et al., 2009b）。
九条边界相互耦合，两条是核心
气候变化与生物圈完整性各自即可把地球系统推入新状态；相互作用还会放大人类影响（Lade et al., 2020）。
01 · 核心主张
两种常见误读
“越界就等于到了临界点”
边界刻意设在临界点之前。越界意味着风险上升、预警时间缩短，而不是确定的崩溃。
“九条边界可以分开管理、互相抵消”
过程之间相互作用：一条边界的越界会沿水、碳、养分循环传导到其他边界——一条“表现好”，抵消不了另一条的越界。
02 · 发展历程
一个仍在修订中的框架
2009
3/9
Rockström 等提出框架（Nature）：9 个过程，量化 7 个
2015
4/9
Steffen 等更新（Science）：生物圈完整性、新型实体、区域子边界、两条核心边界
2022
—
新型实体越界（Persson）；“绿水”边界提出并判定越界（Wang-Erlandsson）
2023
6/9
Richardson 等首次量化全部 9 项；地球委员会提出“安全且公正”边界
2024
6/9
PIK 首份《行星健康检查》；Bai 等提出面向城市与企业的转译协议
2025
7/9
海洋酸化首次越界（Ω = 2.84 < 2.86）；仅臭氧与气溶胶在安全区
2026
—
Virkki 等按流域解析淡水越界；Jahnke 等呼吁“重启”新型实体边界
图：Rockström et al., 2024, Nat. Rev. Earth Environ. 5:773, Fig. 1
02 · 发展历程
甜甜圈：给边界加上社会底线
Raworth（2012）把行星边界作为生态天花板（外环），加上社会基础（内环）；两环之间是“安全且公正的空间”。
Fanning 与 Raworth（2025）用这一框架监测 2000–2022 年：红色楔形向外是生态超载，向内是社会短缺。
图：Fanning & Raworth, 2025, Nature 646:47, Fig. 1（CC BY 4.0）
03 · 九大边界
2025：九条边界中七条已越界
《行星健康检查 2025》首次判定海洋酸化越界；已越界的 7 项均呈恶化趋势。
仍在安全区的只有平流层臭氧（恢复中）与大气气溶胶负荷——说明全球协同行动可以扭转趋势。
越界且处于高风险区
越界，风险递增
安全区
图：Planetary Boundaries Science, Planetary Health Check 2025, PIK（CC BY 4.0）
03 · 九大边界 · 数据：Planetary Health Check 2025
九个过程，十三个控制变量
| 过程 | 控制变量 | 当前值 | 边界 · 高风险 | 状态 |
|---|---|---|---|---|
| 气候变化 | 大气 CO₂ 浓度 | 423 ppm | 350 · 450 | 风险递增 |
| 气候变化 | 总人为辐射强迫 | +2.97 W/m² | +1.0 · +1.5 | 高风险 |
| 生物圈完整性 | 遗传多样性：灭绝速率 | >100 E/MSY | 10 · 100 | 高风险 |
| 生物圈完整性 | 功能完整性：人类占用 NPP | 30% | 10% · 20% | 高风险 |
| 土地系统变化 | 森林面积占潜在覆盖 | 59% | 75% · 54% | 风险递增 |
| 淡水变化 | 蓝水：径流异常陆地面积 | 22.6% | 12.9% · 50% | 风险递增 |
| 淡水变化 | 绿水：土壤水异常陆地面积 | 22.0% | 12.4% · 50% | 风险递增 |
| 生物地球化学流 | 磷：施入可侵蚀农田 | 18.2 Tg P/年 | 6.2 · 11.2 | 高风险 |
| 生物地球化学流 | 氮：工业与有意生物固氮 | 165 Tg N/年 | 62 · 82 | 高风险 |
| 海洋酸化 | 表层海水文石饱和度 Ω | 2.84 | 2.86 · 2.50 | 风险递增 |
| 新型实体 | 未经充分测试即释放的化学品 | >0% | 0 · — | 越界 · 未量化 |
| 大气气溶胶负荷 | 南北半球 AOD 差 | 0.063 | 0.10 · 0.25 | 安全 |
| 平流层臭氧损耗 | 全球平均平流层臭氧 | 285.7 DU | 277 · 263 | 安全 |
03 · 九大边界
两条核心边界，两类过程
核心边界
气候变化
生物圈完整性
各自即可把地球系统推入新状态；其余边界越界会损害人类福祉、并可能促使核心边界越界（Steffen et al., 2015）。
系统性过程
有大陆—全球尺度阈值
气候变化、海洋酸化、平流层臭氧
“慢变量”过程
局地与区域影响累积成全球问题
土地利用、淡水、生物多样性……
空间分析最能发挥作用的地方
Rockström et al., 2009b, Ecology and Society 14(2):32；Steffen et al., 2015, Science 347:1259855
03 · 九大边界
淡水变化：蓝水与绿水一分为二
22.6%
蓝水：径流异常的陆地面积（边界 12.9%）
22.0%
绿水：根区土壤水异常的陆地面积（边界 12.4%）
2022 年提出绿水边界并判定越界；2026 年按流域解析发现，淡水变化边界约在 20 世纪 40 年代首次被突破，驱动因素区域差异显著。
图：Wang-Erlandsson et al., 2022, Nat. Rev. Earth Environ. 3:380, Fig. 1a · Virkki et al., 2026, Nat. Commun. 17:5132
04 · 典型案例
边界如何“连锁”，
又如何“落地”
案例一 · 过程型
亚马孙雨林
在真实区域里看几条边界如何相互传导、逼近临界点
案例二 · 应用型
阿姆斯特丹城市甜甜圈
看全球边界如何折算成一座城市可以设定目标的“份额”
04 · 案例一 · 亚马孙
土地、水与生物圈的边界连成反馈环
13%
原始森林已因毁林损失（计入年轻次生林 15%）
17% → 38%
剩余森林中受人类扰动退化的比例（计入反复极端干旱后）
50%
森林对区域降水的最高贡献比例
10–47%
到 2050 年暴露于复合扰动、可能发生生态转变的森林
图：Flores et al., 2024, Nature 626:555, Fig. 1（CC BY 4.0）：a 旱季增温 · b 2050 稳定性 · c 极端干旱 · d 道路与火 · e 原住民领地与保护地 · f 临界潜势
04 · 案例一 · 亚马孙
五个驱动因子：临界阈值与安全边界
图：Flores et al., 2024, Nature 626:555, Fig. 3（CC BY 4.0）· 年降水 1,000–1,800 mm 为森林与退化状态可能并存的双稳态区间
04 · 案例二 · 阿姆斯特丹
城市甜甜圈：四个透镜
本地 · 社会
对阿姆斯特丹的人们而言，“繁荣”意味着什么？
本地 · 生态
阿姆斯特丹要在其自然栖息地中繁荣，意味着什么？
全球 · 社会
要尊重全世界人们的福祉，意味着什么？
全球 · 生态 ← 行星边界
要尊重整个地球的健康，意味着什么？
“全球 · 生态”透镜怎么算
允许份额
全球压力预算 × 城市人口占全球比例（人均平等分配）
实际压力
国家消费端资源利用（投入产出模型）× 城市占全国人口与收入比例
两者相比 → 判断城市在某条边界上是否“超载”；影响计入消费地，而非生产地。
DEAL, Circle Economy, Biomimicry 3.8 & C40, 2020, The Amsterdam City Doughnut
04 · 案例二 · 阿姆斯特丹
最大的压力在城市边界之外
+31%
2017 年城市边界内 CO₂ 排放，较 1990 年
63%
城市 CO₂ 排放中隐含于进口商品、发生在城市之外的部分
≈ 2.5 倍
荷兰消费所需全球土地面积 ÷ 荷兰国土面积（2013）
≈ 90%
荷兰水足迹中隐含于进口的比例
局限
- 城市最大的环境压力往往在城市边界之外：只做领地核算会系统性低估。
- “实际压力”多由国家数据按人口与收入折算，难以反映城市间与城市内差异。
- 人均平等只是 11 种分担原则之一；换一种原则，份额可能相差很大。
数据：Amsterdam City Doughnut, 2020
05 · 与地形分析
越界在空间上并不均匀
全球一半以上陆地面积，至少有 2 项区域边界被突破。
热点集中在南亚、东亚、欧洲与东非等人口和农业密集区。
图：Rockström et al., 2023, Nature 619:102, Fig. 3（CC BY 4.0）：气候、功能完整性、地表水、地下水、氮、磷、气溶胶的区域边界越界项数
05 · 与地形分析
从“全球总量”到“某处的坡度”
地形决定人类压力在哪里产生、以多大强度产生、沿什么路径传输、在哪里累积，以及最终由谁承受。
01
过程控制者
通过水流路径、侵蚀与连通性、局地气候，塑造控制变量的空间格局。
02
压力放大器
改变单位人类活动的环境代价：每公里行驶的能耗、单位面积侵蚀量、土方与隐含碳。
03
空间单元
为全球边界的下推与聚合提供物理上合理的单元：流域、汇水区、地貌分区。
05 · 与地形分析
九条边界的地形切入点
| 边界 | 关联 | 地形切入点 | 方法与数据 |
|---|---|---|---|
| 气候变化 | 强 | 冰川物质平衡、海拔依赖增温 | 多期 DEM 差分 |
| 生物圈完整性 | 强 | 地形异质性提供微气候避难所 | 起伏度、气候变化速度、连通性 |
| 土地系统变化 | 强 | 坡度与可达性决定毁林与开发次序；削山造地 | 成本距离、DEM 差分量算挖填方 |
| 淡水变化 | 强 | 格网异常按流域聚合；地下水可达性；山地“水塔” | HydroBASINS、MERIT Hydro、HAND、TWI |
| 生物地球化学流 | 中—强 | 颗粒态磷随侵蚀迁移；梯田、坝系为泥沙与养分汇 | RUSLE LS 因子、泥沙连通性 IC |
| 大气气溶胶负荷 | 中 | 深盆地形使 PM2.5 积聚（四川盆地） | 地形—气象耦合、盆地识别 |
| 新型实体 | 中 | 轮胎颗粒入河位置取决于道路—水体汇流路径 | DEM 汇流路径、道路—河流连接点 |
| 海洋酸化 | 弱 | 识别冷水珊瑚、海山等敏感海底生境 | 多波束测深、海底地貌分类 |
| 平流层臭氧损耗 | 弱 | 海拔每升 1,000 m 紫外约增 10%；地形遮蔽 | 地形辐射模型、天空可视因子 |
05 · 与地形分析
四个横向主题
下推的空间单元
从“行政区 × 人口”到“流域 × 地貌”：流域与地貌分区是连接格网与城市的中间尺度。
地形作为压力放大器
把“地形修正”纳入份额核算，是“情境敏感”原则的定量化路径——也要防止它沦为“多排放”的理由。
尺度与不确定性
DEM 分辨率、坡度与流向算法会传递到控制变量乃至“是否越界”的判断，需要敏感性分析与误差传播。
公正维度
低洼地的洪涝、陡坡住区的滑坡、盆地的空气污染、山地社区更高的出行能源负担。
05 · 与地形分析
可以直接切入的研究问题
Q1 · 气候变化
地形修正的城市交通碳份额
道路坡度带来多少额外能耗？电动化能否缩小平原与山地城市的“地形差距”？
Q2 · 多条边界
按地貌类型分层的城市边界画像
平原、丘陵、山地城市的边界压力是否系统不同？差异来自地形还是发展水平？
Q3 · 土地 × 气候
城市扩张的地貌代价
多期 DEM 差分量算削山填谷土方及其隐含碳。
Q4 · 新型实体 × 气溶胶
道路纵坡与非尾气排放
陡坡制动与轮胎磨损是否更强？结合汇流路径识别入水热点。
Q5 · 淡水变化
流域尺度的淡水边界下推
蓝水、绿水异常与 HAND、TWI 的关系；山地流域是否需要单独边界？
Q6 · 方法
边界评估的地形尺度效应
DEM 分辨率与算法如何影响侵蚀、汇流类变量与“越界”判断的稳健性？
插图来源
边界数值会随年度评估更新，引用前请回到原文核对
- Planetary Boundaries Science (2025). Planetary Health Check 2025. PIK.
- Lade, S. J., et al. (2020). Nature Sustainability, 3, 119–128.
- Rockström, J., et al. (2024). Planetary Boundaries guide humanity’s future on Earth. Nat. Rev. Earth Environ., 5, 773–788.
- Rockström, J., et al. (2023). Safe and just Earth system boundaries. Nature, 619, 102–111.
- Fanning, A. L., & Raworth, K. (2025). Nature, 646, 47–56.
- Wang-Erlandsson, L., et al. (2022). A planetary boundary for green water. Nat. Rev. Earth Environ., 3, 380–392.
- Flores, B. M., et al. (2024). Critical transitions in the Amazon forest system. Nature, 626, 555–564.
- Bai, X., et al. (2024). Translating Earth system boundaries for cities and businesses. Nat. Sustain., 7, 108–119.