耦合魔方——一个分析人地系统耦合机理的多维框架

Understanding the interactions between humans and nature in the Anthropocene is central to the quest for both human wellbeing and global sustainability.However,the time-space compression,long range interactions,and reconstruction of socio-economic structures at the global scale all pose great challenges to the traditional analytical frameworks of human-nature systems.In this paper,we extend the connotation of coupled human and natural systems(CHANS)and their four dimensions—space,time,appearance,and organization,and propose a novel framework:“Coupled Human and Natural Cube”(CHNC)to explain the coupling mechanism between humans and the natural environment.Our proposition is inspired by theories based on the human-earth areal system,telecoupling framework,planetary urbanization,and perspectives from complexity science.We systematically introduce the concept,connotation,evolution rules,and analytical dimensions of the CHNC.Notably there exist various“coupling lines”in the CHNC,connecting different systems and elements at multiple scales and forming a large,nested,interconnected,organic system.The rotation of the CHNC represents spatiotemporal nonlinear fluctuations in CHANS in different regions.As a system continually exchanges energy with the environment,a critical phase transition occurs when fluctuations reach a certain threshold,leading to emergent behavior of the system.The CHNC has four dimensions—pericoupling and telecoupling,syncoupling and lagcoupling,apparent coupling and hidden coupling,and intra-organization coupling and inter-organizational coupling.We mainly focus on the theoretical connotation,research methods,and typical cases of telecoupling,lagcoupling,hidden coupling,and inter-organizational coupling,and put forward a human-nature coupling matrix to integrate multiple dimensions.In summary,the CHNC provides a more comprehensive and systematic research paradigm for understanding the evolution and coupling mechanism of the human-nature system,which expands the analytical dimension of CHANS.The CHNC also provides a theoretical support for formulating regional,sustainable development policies for human wellbeing.     

自然资本核算的生态足迹三维模型研究进展

自然资本核算是可持续发展量化研究的重要课题。近年来颇具影响力的生态足迹方法,为测度人类占用自然资本的状况提供了可行的途径。本文首先回顾了生态足迹方法应用于自然资本核算的研究成果,然后从概念、计算方法和优缺点等方面评述了该领域的国际最新进展——生态足迹三维模型,针对其存在的问题提出了改进和补充方案:①通过明确生态赤字与生态盈余在自然资本性质方面的差异,将存量资本和流量资本的分类测度扩展到具体的地类层面,改进了区域尺度上的足迹深度、足迹广度和生态足迹计算方法,以避免可能存在的生态赤字与生态盈余错误抵消的情况;②构建了人均历史累积足迹广度、足迹广度基尼系数和理论足迹广度3项新指标,以分别表征人均自然资本占用的历史累积水平、区域自然资本占用的不公平程度和自然资本存量持续减少对自然资本流量的潜在影响。最后分析了上述新增指标的局限性,以及自然资本存量方面需要进一步探索的问题。     

“一带一路”沿线国家政治-经济-社会风险综合评估及防控

开展“一带一路”沿线国家的风险评估对“五通”目标的实现和“走出去”战略具有重要意义。基于政治、经济和社会三个维度18个指标构建评价体系,对“一带一路”沿线74个国家的综合风险进行评估和排序,运用空间自相关、冷热点分析等剖析了2001—2016年不同风险的时空演变特征,并提出风险防控建议。结果表明：① 2001—2016年,“一带一路”沿线国家综合风险整体呈下降趋势,政治风险变化幅度较小,经济风险经历了“下降-上升-再下降-再上升”的演变过程,社会风险总体呈下降趋势,综合风险波动剧烈的国家主要集中在西亚、欧洲和东南亚;② 2001—2016年,“一带一路”沿线国家政治、经济、社会风险均存在显著的集聚性和区域差异性,高危险和较危险等级国家主要分布在北非、中亚、西亚、南亚和东南亚;③ 政治、经济和社会3个风险子系统存在较显著的相关性,政治风险高的国家往往伴随着较高的经济和社会风险;④ 中国对“一带一路”部分国家的投资存在投资量大与风险等级高并存的“投资悖论”现象。未来应从政府和企业两个层面共同努力,建立动态评级和预警机制,做好风险防控,逐步打造“一带一路”利益共同体、责任共同体和命运共同体。     

基于三维生态足迹模型优化的自然资本利用国际比较

维持自然资本存量恒定是人类社会可持续发展的基础。在介绍三维生态足迹模型的基础上,根据推导的区域足迹广度和区域足迹深度的计算公式,评估和比较2007年全球11个主要国家的自然资本利用状况,并分析模型优化前后的结果差异。结果表明:①全球自然资本流量的人均占用为1.71 hm²,人类需要1.55个地球才能支撑其资源消费量,化石能源碳排放是最主要的存量自然资本利用方式和生态超载驱动力;②各国的流量资本占用能力依次为加拿大>俄罗斯>美国>巴西>法国>德国>全球>意大利>中国>英国>日本>印度,存量资本消耗程度则基本呈逆向排列;③美、法、德等发达国家所利用的人均流量资本和存量资本均明显高于全球平均水平,应给予印、中等发展中国家一定的配额补偿;④模型优化后,全球人均足迹广度减少了0.09 hm²,足迹深度则增加了0.05,这更符合各国自然资本利用和生态赤字的实际;⑤中国面临增加国民收入和控制生态赤字的双重挑战,应将草地作为资本利用的优先方向,并适当控制城镇扩张速度。     

博台线作为中国区域发展均衡线的佐证分析——以城市温室气体排放为例

国际政治经济形势正在发生深刻变化,实现区域协调均衡发展对于形成以国内大循环为主的新发展格局至关重要。方创琳于2020年2月提出垂直于胡焕庸线的博台线可以表征中国区域发展的均衡格局。本文通过对中国338个地级市的温室气体排放水平进行分析,旨在论证博台线作为中国区域发展均衡线的合理性和可能性。结果显示：① 2015年二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、氧化亚氮（N₂O）和含氟温室气体总量以博台线为界呈南北对称的空间分布格局,且博台线两侧各类温室气体的排放强度和人均排放量分布基本均衡,各产业部门CO₂排放强度和人均排放量的区域差异均较小;② 博台线西南半壁和东北半壁内各类温室气体排放在GDP和人口维度上总体呈均衡分布态势,且各部门CO₂排放强度和人均排放量的空间分布也较为均衡。总体而言,博台线两侧表征人类活动强度的温室气体排放水平较为均衡,一定程度上反映出其作为中国区域发展战略均衡线的科学性与合理性。     

能源足迹核算的改进与预测——以吉林省为例

定量测度能源消费的生态环境影响是区域可持续发展评价的重要内容。以化石燃料燃烧-CO2排放-地表吸收的碳循环过程为研究对象,对现有模型的土地碳吸收能力测算等方面进行了修正,构建了基于净初级生产力的能源足迹改进模型,分析了1994～2008年的吉林省能源足迹及其各土地利用类型供给变化,并通过生态效应指数计算揭示了土地利用/...     

经济增长和技术进步对吉林省能源足迹的影响分析

 基于IPAT等式和LMDI法,分别建立了能源足迹的驱动模型和分解模型,分析了吉林省1994-2010年经济因素和技术因素对人均能源足迹的影响特征和程度,绘制了人均能源足迹随人均GDP和能源足迹强度非等比例变化的三维曲面图。结果表明：在过去17 a中,以人均GDP为标志的经济增长是吉林省人均能源足迹增长的主要驱动因素,其年均贡献值为0.054 hm²;以能源足迹强度为标志的技术进步则是抑制人均能源足迹增长的重要因素,其年均贡献值为-0.027 hm²。总体上,经济因素对人均能源足迹的影响程度约为技术因素的2倍,且这种差距在近年来不断扩大,致使人均能源足迹呈增长趋势,能源消费对生态环境的压力显著增大。未来一段时期内,抑制吉林省能源足迹增长的重点在于技术进步。此外,在双变量人均GDP和能源足迹强度的不规则分布格局下,人均能源足迹将呈现复合曲面变化;最后结合吉林省的具体特点提出了提高技术水平、抑制能源足迹增速的措施建议。     

能源足迹改进方法及其在区域能源利用效益分析评价中的应用

在分析和总结能源足迹传统方法及其研究进展的基础上,从系统论和物质流分析的角度,通过净初级生产力将能源足迹与生物生产性土地变化相结合,提出了能源足迹改进方法,并据此构建了能源利用效益综合评价框架。以吉林省为例,分析和评价了1999~2008年的能源足迹和能源利用效益。结果显示,吉林省人均能源足迹从0.249 hm²/人增至0.524 hm²/人,且与人均GDP在年均增速上显著相关(R²=0.7574,p<0.05);能源足迹构成中,比例最高的煤炭足迹从68.40%增至74.99%,而石油、电力和天然气足迹均有不同程度下降;同期能源足迹强度从0.387 hm²/万元降至0.221 hm²/万元,能源足迹弹性系数从0.059增至0.558,并呈近似周期性波动,能源足迹压强从0.348增至0.759。结果表明,过去10a来吉林省能源利用效益有所提高,但生态环境压力也在增大。今后较长一段时期内,吉林省能源足迹增长将逐渐放缓甚至下降,能源利用效益会有较大幅度提升。     

基于能源足迹改进模型的农业区可持续性分析

为克服小尺度区域生态足迹计算中能源足迹比例过高、进而导致评价结果过于消极的问题,对能源足迹模型进行了改进:将不同类型土地对CO2的吸收均纳入计算,并引入净生态系统生产力表征植被的碳吸收能力.应用改进前后的两个模型对传统农业区--浙江省桐庐县金牛村的可持续性进行了分析,结果显示:2005-2007年根据传统能源足迹计算的金牛村生态足迹从0.857 hm2增到1.049 hm2,生态赤字从0.481 hm2增到0.652 hm2;根据改进能源足迹计算的生态足迹从0.743 hm2增到0.936 hm2,生态赤字从0.368 hm2增到0.539 hm2.与传统能源足迹相比,改进能源足迹降低约0.113 hm2,其占全村生态足迹的比重减少了12%~15%,结果较理想.研究表明,人为活动对环境的影响已超出生态可承载能力,当地农业呈现不可持续的发展趋势.改进模型更能准确反映研究区自然资源的利用状况,对正确评价传统农业可持续性具有积极意义.