Evaluating the impacts of sea level rise on coastal ecosystem services values along the Atlantic coastal zone

Abstract

Coastal ecosystems are diverse, highly productive, ecologically important at the global scale, and highly valuable for the wide range of services they supply to human beings. Coastal ecosystem services and values are, however, vulnerable to sea-level rise. The objective of the present study is to determine the value of ecosystem services in the Atlantic coastal zone, through meta-analytic function transfer, analyzing land use and socio-economic changes over the years, and the values at risk due to future changes in climate, sea level and socio-economic conditions. Initially, it was evaluated the influence of local factors on coastal erosion, through the anthropogenic and natural factors that are related to the retreat of the coastline, by adopting statistical correlation and regression analyses. Next, a global meta-analysis is performed to estimate local ecosystem service value functions (for Provisioning, Regulating & maintenance, and Cultural ecosystem services) across 12 biomes (Coastal System, Coastal Wetland, Coral Reef, Cultivated Area, Desert, Grassland, Inland Wetland, Marine, Temperate or Boreal Forest, Tropical Forest, Fresh Water and Woodland). The reliability of these functions is tested, and it was shown that meta-analytic function transfer performs better than unit value transfer and, in addition, that local meta-analytical function transfer (i.e., based on local explanatory variable values) provides more reliable estimates than global meta-analytical function transfer (i.e., based on mean global explanatory variable values). In turn, these ecosystem service value functions were applied to countries that belong to the Atlantic coastal zone, to map and assess the values provided by ecosystem services on the Atlantic coastal zone over the period 2005-2015. Results showed that Cultural services (50 % of total), Tropical Forest biome (33 % of total) and Latin America & Caribbean continent (55% of total) represent largest ecosystem service values along the Atlantic coastal zone. Despite the decrease in natural areas, mainly due to the increase in urban areas along the Atlantic coastal zone, there was an increase in ecosystem service values over time (+21%), due to an increase in income (+13%) and population (+15%) over the period 2005-2015. Finally, the joint impact of flooding and socio-economic development on future ecosystem services and values in the Atlantic coastal zone by 2100 were explored. To this end, flood probability maps and local ecosystem service value estimates are derived for combinations of Representative Concentration Pathway (RCP 4.5 and 8.5) and Shared Socioeconomic Pathway (SSP 1 to 5) scenarios to obtain future values of coastal ecosystem services. The greatest value of ecosystem services at risk is related to the occurrence of RCP 8.5 in combination with SSP5 (i.e., the worst-case scenarios with a narrative related to fossil-fueled development) – by 2100, the coastal zone with the highest probable losses in Provisioning ESV is Europe (~5.9 € billion/year), for Regulating & maintenance ESV this is North America (~6.0 € billion/year) and for Cultural ESV this is South America (~21.3 € billion/year). Although population and income growth result in an increase in ESV, it also emphasizes the ecosystem service values at risk. These trends in ecosystem service values over the years deserves careful attention by policy makers. A decrease in the supply of services (due to land use conversion) and the increase in demand for ecosystem services (due to income and population growth) could, potentially, lead to the collapse of these services over time.

Os ecossistemas costeiros são diversos, altamente produtivos, ecologicamente importantes em escala global, e altamente valiosos pela ampla gama de serviços que prestam aos seres humanos. No entanto, o valor dos serviços ecossistemas costeiros são vulneráveis ao aumento do nível do mar. O objetivo do presente estudo é determinar o valor dos serviços ecossistêmicos na zona costeira Atlântica, através de uma transferência de função meta-analítica, analisando o uso da terra e as mudanças socioeconômicas ao longo dos anos, e os valores em risco devido a futuras mudanças no clima, nível do mar e condições socioeconómicas. Inicialmente, avaliou-se a influência de fatores locais na erosão costeira, através dos fatores antropogênicos e naturais que estão relacionados ao recuo do litoral, adotando-se análises estatísticas, correlação e regressão. Em seguida, uma meta-análise global é realizada para estimar as funções do valor dos serviços ecossistêmicos locais (para os serviços: Provisão, Regulação & Manutenção; Cultural) em 12 biomas (Sistema Costeiro, Zona húmida costeira, Recife de Coral, Área Cultivada, Deserto, Pradaria, Zona húmida Interior, Oceano, Floresta Temperada ou Boreal, Floresta Tropical, Água Doce e Bosque). A confiabilidade dessas funções é testada e foi demonstrado que a transferência de função meta-analítica tem um desempenho melhor do que a transferência de valor unitário e, em adição, que a transferência de função meta-analítica local (ou seja, com base em valores de variáveis explicativas locais) fornece estimativas mais confiáveis do que a transferência de função meta-analítica global (ou seja, com base nos valores médios das variáveis explicativas globais). Por sua vez, essas funções de valor dos serviços ecossistêmicos foram aplicadas a países pertencentes à zona costeira Atlântica, para mapear e avaliar os valores fornecidos pelos serviços ecossistêmicos na zona costeira Atlântica no período 2005-2015. Os resultados mostraram que os serviços culturais (50% do total), o bioma Floresta Tropical (33% do total) e o continente da América Latina e Caribe (55% do total) representam os maiores valores de serviços ecossistêmicos ao longo da zona costeira do Atlântico. Apesar da diminuição das áreas naturais, principalmente devido ao aumento das áreas urbanas ao longo da zona costeira Atlântica, houve um aumento dos valores dos serviços ecossistêmicos ao longo do tempo (+21%), devido ao aumento da renda (+13%) e da população (+15%) no período 2005-2015. Finalmente, foi explorado o impacto conjunto das inundações e do desenvolvimento socioeconômico nos futuros serviços e valores ecossistêmicos na zona costeira do Atlântico até 2100. Para este fim, mapas de probabilidade de inundação e estimativas de valores de serviços ecossistêmicos locais são derivados para combinações de cenários de “Representative Concentration Pathway” (RCP 4.5 e 8.5) e “Socioeconomic Pathway” (SSP 1 a 5) para obter valores futuros de serviços ecossistêmicos costeiros. O maior valor dos serviços ecossistêmicos em risco está relacionado à ocorrência do RCP 8.5 em combinação com SSP5 (ou seja, os cenários pessimistas com uma narrativa relacionada ao desenvolvimento de combustíveis fósseis) – até 2100, a zona costeira com as maiores perdas prováveis em valor dos serviços ecossistêmicos de Provisão é a Europa (~5,9 € bilhões/ano), para Regulação & Manutenção é a América do Norte (~6,0 € bilhões/ano) e para Cultural é América do Sul (~21,3 € bilhões/ano). Embora o crescimento da população e da renda resulte em um aumento no valor dos servicos ecossistêmicos, há também aumento dos valores em risco. Essas tendências nos valores dos serviços ecossistêmicos ao longo dos anos merecem atenção cuidadosa por parte dos formuladores de políticas. Uma diminuição na oferta de serviços (devido à conversão do uso da terra) e o aumento na demanda por serviços ecossistêmicos (devido ao crescimento da renda e da população) podem, potencialmente, levar ao colapso desses serviços ao longo do tempo.