基于复杂性科学的绿洲城镇化演进理论探讨

基于复杂性科学,引入涌现、协同、“吸引盆”等概念和模型,从涌现生成、协同维生、临界相变三个维度构建绿洲城镇化演进的理论框架。对绿洲城镇化的生成、演化和转型的过程与机理进行系统剖析,并据此对诺瑟姆曲线进行新的解读。研究表明：① 绿洲城镇是以人为核心的绿洲地域系统在多时空维度上的结构和功能的整体涌现现象,涌现形成的条件包括生成主体、自组织与受限生成机制、环境策略;② 竞争与协同机制维持了绿洲城镇化系统的生命活力与进化稳定,是系统演化的根本动力,系统不同层级具有不同的协同维生机制,根据协同学和耗散结构理论构建的绿洲城镇化演进的协同度和有序度可以识别系统演化方向;③ 绿洲城镇化过程实质上也是系统的自组织临界相变,该过程是一个渐变与突变、有序与混沌、稳态与非稳态的辩证统一;④ 时空间的正负反馈机制使绿洲城镇化复杂性与有序性不断提高,且不断向自组织临界态靠近,城镇化系统外在表现为活力与多样性增强。     

内蒙乌兰布和沙漠东北部绿洲生态经济系统的演化及其调控对策

绿洲生态经济系统是在适宜的光热水土和其它环境条件下形成的。其形成机制是非平衡系统的自组织现象,演化动力主要是风沙流、水流和人类活动。本文系统地阐述了乌兰布和沙漠东北部绿洲生态经济系统的调控原则和对策。     

末次冰盛期以来塔里木盆地绿洲演化研究进展与问题

塔里木盆地绿洲是中亚干旱区历史时期和现代人类生产和生活的重要场所,也是古丝绸之路和现代丝绸之路经济带的重要节点。对此区域绿洲沉积记录进行研究,可以了解绿洲演化过程,从而进一步对绿洲演化的机制进行分析。由于塔里木盆地周边绿洲人类活动剧烈,导致连续完整的绿洲沉积记录较为缺乏;而且此区域环境变化敏感复杂,沉积记录存在‘同期异相’等特性,限制了对绿洲演化过程和影响机制的探讨。因此,对塔里木盆地绿洲沉积物与绿洲演化过程研究进行系统总结非常必要。通过梳理目前对绿洲和绿洲沉积物的分类与定义,认为除了地貌与沉积相,还需结合表征绿洲沉积阶段的指标体系才能更好地厘清绿洲演化过程。筛选了记录塔里木盆地末次冰盛期以来的24篇绿洲沉积序列的文献,对文献中232个绿洲沉积发育年代和其中的120个河湖相沉积发育年代数据分别进行概率密度统计。总体来看,绿洲沉积与河湖相沉积发育年龄具有较好的一致性,暗示绿洲发育与盆地内部水文过程密切相关。同时,6 ka之前,绿洲发育概率密度与古里雅冰芯δ¹⁸O记录的温度具有相同变化趋势,盆地周边高山地区冰川融水可能是绿洲发育的主控因素;6 ka之后,绿洲发育与天山鹿角湾黄土-古土壤序列记录的湿度变化较为一致,绿洲发育可能主要响应于山地降水变化。进一步对塔里木盆地不同区域绿洲发育概率与古环境演化记录进行对比,发现不同区域绿洲发育与古环境记录存在着不一致性。在未来研究中,应该对塔里木盆地各区域大范围不连续的绿洲沉积进行集成研究,构建区域绿洲演化过程和年代框架,在此基础上对控制各区域绿洲发育的因素进行深入探讨。     

绿洲经济不发达的成因分析与战略思考——以新疆为例

干旱区在世界和我国都占有较大面积,绿洲作为干旱区经济活动的主阵地,绿洲经济的发展对世界和我国都具有重要作用。通过对我国新疆绿洲经济特性的研究,深入分析了绿洲经济不发达的形成机制,指出绿洲的孤立、封闭更有甚于水资源不足对其经济发展的影响,要加强绿洲与外界的经济联系、区域组织管理和现代绿洲经济体系的建立。在此基础上,提出了环境与经济要协调发展、发展目标和措施要与绿洲自身状况相适应、培养内生机制、建立绿洲高科技工业园等战略框架。     

新疆库尔勒及其毗邻地区绿洲的形成演变

库尔勒及其毗邻地区绿洲为新疆典型绿洲之一。楼兰毁灭、罗布泊及台特马湖干涸、“绿色走廊”缩短变窄、库尔勒发展为新疆第二大城市等展现了该绿洲兴衰演变过程。通过论述库尔勒及其毗地区绿洲形成与特征，分析了绿洲演变阶段、原因和过程，预测绿洲演变趋势。     

三工河流域新老绿洲发育度的比较

绿洲是干旱区最重要的景观单元之一。人工绿洲是在干旱条件下经长期人类活动改造而形成的特殊景观。随着人类对绿洲水土资源开发利用程度的不断加强,绿洲呈现出不同的发展阶段。从天然绿洲到人工绿洲,是人类适应和改造干旱区自然环境的历程。在这一人地相互作用的过程中,绿洲显示出明显的发育演化特征。从多学科综合的角度,提出绿洲发育度的概念,并从灌溉体系的建设状况、水资源的利用水平、植被与生态建设、农业发展程度、社会经济水平和绿洲景观结构等7个方面提出了绿洲发育度的评价指标体系,以天山北坡2个人工绿洲为例,从空间上定量比较2个绿洲的发育程度,其中阜康市绿洲发育度高于222团绿洲(阜北农场)。     

新疆策勒县绿洲沙害的治理

新疆策勒县绿洲处于塔克拉玛干沙漠南缘,沙害极其严重。经过6年的治理,现已从绿洲向外依次初步建成了窄林带多带式防沙林网、人工灌木林、固沙草带及拦沙河,构成长10公里、宽4.55公里的绿色屏障,为绿洲内的农牧业生产提供了较为适宜的生态条件。     

新疆绿洲城市生态环境系统脆弱性分析

基于对脆弱性概念的理解,在对绿洲城市生态系统脆弱性概念的界定的基础上,运用熵值法,对新疆绿洲城市生态环境系统脆弱性进行评价研究。结果表明:①绿洲城市规模越大,生态环境系统脆弱性越大;②在不同发展类型城市中以工业、石油开采业为主导产业的城市脆弱性较大,以商贸、旅游和农畜牧业加工为主导产业城市脆弱性较小;③从空间分布来看,生态环境系统脆弱性呈现出东疆>北疆>南疆的特征;④绿洲城市生态环境系统对环境污染、能源和水资源消耗量等扰动具有较高的敏感性,这一特征对绿洲城市生态环境系统脆弱性的影响更为显著。最后根据不同城市脆弱性特征将其划分为4种类型。     

新疆山地-绿洲-荒漠系统及其气候特征

在位于中国西北内陆干旱区的新疆,发育着大量的山地-绿洲-荒漠系统,山地系统是干旱区水资源的形成区,也是重要的矿质营养库和生物种质资源库,绿洲系统是生产力相对较高的区域和人类赖以生存和发展的中心,而荒漠系统则是干旱区面积广阔和环境相对恶劣的区域。地貌类型与气候特征决定耦合类型的基础和框架,水文特征决定耦合类型的空间格局,植被类型反应耦合类型的外貌。通过对新疆山地、绿洲、荒漠三个子系统结构与功能进行了分析,并结合新疆近40年气候变化的特点和规律,来探讨中亚干旱区山地-绿洲-荒漠系统的特征。     

新疆绿洲城市空间扩展特征及其驱动力分析

 绿洲城市是绿洲人类生产、生活的集聚中心,也是人地关系最为敏感的区域。研究绿洲城市空间扩展及其动力机制对掌握干旱区城市空间扩展规律,因势利导地引导城市向合理的空间形态模式演进,促进绿洲城市的可持续发展具有重要意义。以新疆17个绿洲城市为研究对象,利用1990、2000年和2007年Landsat遥感影像,运用GIS空间分析和统计分析,深入探讨了干旱区绿洲城市近20 a城市空间扩展特征及其驱动机制。结果表明:①天山北坡经济带绿洲城市空间扩展速度与强度较高,东疆和南疆地区绿洲城市相对较低。相对于中东部城市,新疆绿洲城市扩展强度较小,速度较慢。②位于山前凹陷带、山前盆地或地形复杂老绿洲城市分维数较高,紧凑度较低; 平原绿洲城市分维数较低,结构紧凑。③新疆绿洲城市空间扩展的主要驱动力是人口增长、经济发展、交通基础设施的建设、资源以及政策规划。     

绿洲生态预警信息系统初步设计

绿洲生态预警信息系统是实现绿洲区域生态环境评价、预警及动态监测的先进手段．将为绿洲区域可持续发展提供辅助决策信息。论文对系统的网络拓扑结构、系统总体逻辑结构、系统功能、分级权限等进行了初步设计,以期为绿洲生态保护与社会可持续发展提供一个可行的辅助决策系统实现方案。     

北屯绿洲生态系统耗散特性分析

 利用耗散结构理论,对新疆北屯绿洲生态系统的结构和功能进行了分析。在绿洲发展演化过程中,绿洲与荒漠形成既相互矛盾又协调共生的非线性变幻局势,人为活动已成为绿洲涨落的主要原因。利用能值分析方法探讨了北屯绿洲农业生态系统的能量耗散过程,结果显示:北屯绿洲农业生态系统投入的太阳能值总值为9.70×1019 sej,而输出的太阳能值总值为6.56×1020 sej,输出高于投入,是一个能值输出型的生态系统。需要人为输入能量,引入物质、知识、技术等负熵,增加系统信息量。最后,提出积极引入负熵流的负反馈策略,使人的主观行为与环境质量、生物生产力水平相统一,构建合理的绿洲生态农业结构,达到生物与环境相协调,发挥生物共生互利优势原则,最终实现绿洲生态、环境、经济的可持续发展。     

绿洲系统维持机制的非线性热力学分析

参照前人的一些研究,以热力学第二定律为基础,以非线性热力学方法分析了开放热力系统的熵变过程,给出了开放热力系统发展方向的热力学判据,该判据表明开放热力系统只有在外界提供的负熵流支持下才能维持其非平衡态的定态有序结构,否则热力学系统将会演变成无序结构的平衡态。在此基础上,我们把绿洲系统近似看成一个自然界处于定态的开放热力学系统,并给出了该系统与外间之间能量流和物质流过程所引起的总体熵流的时变方程,分析了绿洲系统各种内外因素对熵流变化的贡献,初步讨论了绿洲演化的本质以及绿洲稳定维持所需要的内外因条件。同时还进行了简单的数值分析。     

额济纳绿洲植被与环境因子的研究综述

就近10 a对额济纳绿洲的最新研究进行了概括和总结,得出对额济纳绿洲的最新研究主要集中在GSPAC系统各组成成分以及额济纳绿洲生态环境变化的研究上。虽然研究成果丰硕,但也有研究不足和有待深入的地方,主要有以下几方面:①要加强土壤水分的时空异质性、不同植被类型区土壤水分时空分布特征、不同地下水埋深条件下土壤水动态变化等的研究。②加强“四水”（微观水文循环）的动力学过程与机制,尤其是饱和带-包气带界面水、汽、热转化过程的研究,以及人类活动影响下浅层地下水系统演化特征的研究。③对黑河下游应急生态输水过程的生态环境效应研究甚少,应加强这一方面的研究。④进一步加强天然植被不同部位（根、茎、叶以及果实）水势的研究;探讨不同环境条件下植物水势变化特点,揭示干旱、盐胁迫环境下植物的抗旱与抗盐机理;加强植物水势对盐胁迫环境的响应研究,重视植物水势与地下水位之间的相互联系,通过研究不同干旱、盐胁迫环境下的植物水势变化,揭示植物受干旱、盐胁迫的过程和程度。     

黑河额济纳绿洲灌溉模式研究

通过对20世纪50年代以来额济纳绿洲来水条件、绿洲演变过程及绿洲灌溉方式研究后认为, 额济纳天然绿洲灌溉应结合水源条件、地形条件及绿洲分布情况, 宜以埂坝灌溉和浸润灌溉方式为主, 沟灌、畦灌等多种灌溉方式并举的绿洲灌溉模式, 并对进入额济纳绿洲的来水进行了配置。     

荒漠绿洲PRED系统特征与可持续发展定量研究

荒漠绿洲PRED系统是一个相当脆弱的系统，自然灾害频繁、水分失衡导致的生态风险大。在分析其特征的基础上，建立了衡量可持续发展的指标体系并运用层次分析法得出了这些因子对绿洲PRED系统可持续发展的权值，影响最大的前三位因子是：人均水资源量、绿洲化面积、人口素质、其权值分别为0.124、0.077、0.062。计算了河西走廊20个县（市、区）的SDI，排在最前面的依次是：萧北蒙古族自治县、嘉峪关市和玉门市、金川区，其SDI分别为0.437、0.406、0.405，排在最后面的依次是：古浪县、民勤县、天祝藏族自治县，其SDI分别为0.150、0.213、0.217。分析了这种格局产生的原因并提出了相应对策。     

1975-2010年石羊河流域绿洲时空演变研究

应用RS和GIS技术,以石羊河流域绿洲为研究对象,对1975 2010年流域绿洲的时空动态变化进行了监测,并结合气候变化、地表径流量和人类活动等资料探讨了绿洲变化的原因.结果表明:近35年来,石羊河流域绿洲整体规模呈波动变化的趋势,1975、1990、2000年和2010年,流域绿洲总面积分别为7 563.06、7 730.62、7 131.56 km2和7 459.43 km2.通过分析绿洲与荒漠面积之间的转化发现绿洲主要经历了“绿洲化-荒漠化-再绿洲化”的过程,绿洲面积缩小了103.63 km2.绿洲内部耕地、城镇居民地和水域面积增加,而林地和草地面积缩小.绿洲的变化受自然因素和人类活动的共同作用,但人口数量的增加、经济的发展以及地表径流的变化对绿洲演变的影响更为显著.     

干旱区绿洲扩展过程中的景观变化分析

绿洲化过程中的景观变化和尺度效应是景观生态学研究的热点之一。针对这一目标以黑河中游张掖绿洲为研究区域,应用“3S”技术的缓冲分析方法,以绿洲标志景观类型农田、林地和湿地为核心,确定了不同时期绿洲范围并划分了老绿洲区和新增绿洲区。在此基础上,从景观组成动态和斑块连通度的尺度依赖特征两个方面分析了绿洲化过程中的景观变化机制和尺度效应。研究结果表明,绿洲化过程是以农田和建设用地斑块动态为主要特点。主要表现为：在不同的分区中,农田斑块以总面积和最大斑块指数增加为特点,说明农田斑块趋向集中连片分布;建设用地斑块总面积、斑块密度和最大斑块指数等3个指标都为增加,在景观上呈星点状扩张分布。老绿洲与新增绿洲的比较分析显示,新增绿洲的建设用地面积增加速率小于老绿洲,而农田面积的增加速率大于老绿洲。从景观斑块连通度的尺度依赖特点来看,在老绿洲中景观斑块类型的空间尺度依赖规律明显,但在时间尺度上的变化不显著;在新增绿洲内,林地、水域和建设用地的尺度依赖性比老绿洲高,其中林地、建设用地的空间变化规律明显,在时间尺度上无明显的差异;而水域斑块的尺度依赖性1985年高于2006年。