城镇化与生态环境耦合的动态模拟——研究进展与展望

Urbanization and eco-environment coupling is a research hotspot.Dynamic simulation of urbanization and eco-environment coupling needs to be improved because the processes of coupling are complex and statistical methods are limited.Systems science and cross-scale coupling allow us to define the coupled urbanization and eco-environment system as an open complex giant system with multiple feedback loops.We review the current state of dynamic simulation of urbanization and eco-environment coupling and find that:(1)The use of dynamic simulation is an increasing trend,the relevant theory is being developed,and modeling processes are being improved;(2)Dynamic simulation technology has become diversified,refined,intelligent and integrated;(3)Simulation is mainly performed for three aspects of the coupling,multiple regions and multiple elements,local coupling and telecoupling,and regional synergy.However,we also found some shortcomings:(1)Basic theories are inadequately developed and insufficiently integrated;(2)The methods of unifying systems and sharing data are behind the times;(3)Coupling relations and the dynamic characteristics of the main driving elements are not fully understood or completely identified.Additionally,simulation of telecoupling does not quantify parameters and is not systemically unified,and therefore cannot be used to represent spatial synergy.In the future,we must promote communication between research networks,technology integration and data sharing to identify the processes governing change in coupled relations and in the main driving elements in urban agglomerations.Finally,we must build decision support systems to plan and ensure regional sustainable urbanization.     

京津冀城市群虚拟水贸易的近远程分析

虚拟水贸易能重新分配区域间的水资源。在京津冀协同发展的背景下,厘清京津冀城市群与外部的虚拟水贸易及城市群内部的虚拟水流动,有助于深入理解该地区的水资源供需现状及问题,为制定虚拟水贸易相关策略、实现区域水资源优化配置、保障区域水资源安全提供决策支持。本文基于2010年全国区域间投入产出表,测算了京津冀城市群各省（市）水足迹及与全国各省域单元的虚拟水贸易量。从近远程视角定量评估城市群地区对内、外部水资源的依赖程度,并分析虚拟水贸易的距离特征。研究发现：① 京津冀城市群各省（市）各部门用水系数显现出差异性,农业部门用水强度最高,直接用水与完全用水系数分别超过300 m ³/万元和400 m ³/万元;② 京津冀城市群内部各省（市）人均消费水足迹差异大,北京、天津、河北的人均水足迹分别为405 m ³、565 m ³、191 m ³;③ 京津冀城市群的消费水足迹遍布全国各省域单元,近程水足迹与远程水足迹分别为91.4亿m ³、198.5亿m ³,其中,近程水足迹主要来源于本省（市）,西部地区对远程水足迹的贡献最大;④ 京津冀城市群的虚拟水输入总体偏向来源于距离较近的省域单元,北京、天津、河北水足迹距离来源地的平均距离分别为1049 km、1297 km、688 km;⑤ 北京和天津为虚拟水贸易的净流入区,对外部水资源的依赖性强;河北为虚拟水贸易的净流出区,为京津冀城市群及其他地区供给水资源,虚拟水净流出进一步加剧了河北的水资源短缺。未来,受人口增长、经济发展等因素影响,京津冀城市群的水资源压力将进一步加剧,提高用水效率、升级产业结构、提倡低水足迹消费模式、实行虚拟水战略是实现京津冀城市群可持续发展的有效途径。     

京津冀城市群大气污染的时空特征与影响因素解析

京津冀城市群是中国雾霾最严重的区域,在京津冀协同发展背景下,探究该地区大气污染的时空分布和影响因素具有重要意义。运用空间自相关分析和三种空间计量模型,分析了京津冀202个区县PM_2.5的时空分异特征,创新性地对自然与人文影响因素贡献及其空间溢出效应进行系统地甄别和量化。结果表明：2000-2014年来京津冀城市群PM_2.5浓度整体呈上升趋势,季节上呈秋冬高、春夏低,空间上呈东南高、西北低的特点,且城市建成区PM_2.5浓度比周围郊区和农村平均高10~20 μg/m³;2014年仅有13.9%的区县空气质量达标,PM_2.5浓度存在显著的空间集聚性与扩散性,城市间交互影响距离平均为200 km,邻近地区的PM_2.5每升高1%,将导致本地PM_2.5至少升高0.5%;社会经济内因对PM_2.5主要是正向影响,自然外因主要是负向影响;影响因素中对本地大气污染的直接效应贡献强度依次是：年均风速>年均气温>人口密度>地形起伏度>第二产业占比>能源消费>植被覆盖度,人均GDP、年降水量和相对湿度对本地PM_2.5没有显著影响;对邻近地区大气污染具有显著空间溢出效应的因素排序是：植被覆盖度>地形起伏度>能源消费>人口密度;对于自然和人文影响因素应分别采取针对性的适应策略和调控策略,加强区域间联防联控与合作治理,在城市群规划中注重环保规划与立法。     

京津冀城市群创业风险投资的时空分布特征及影响机制

创业风险投资是京津冀城市群一体化协同创新进程中的重要驱动力。本文利用社会网络分析方法分析了京津冀城市群创业风险投资的时空分布特征,在此基础上利用引力模型和计量分析模型揭示京津冀城市群创业风险投资时空分布的影响机制。主要结论为：京津冀城市群的创业风险投资网络在总额方面具有一定的周期波动性,其时空分布的不均衡性缓慢降低,创业风险投资的三中心(北京、天津和唐山)对周边城市具有一定的带动作用;创业风险投资在城市间的流动呈现出一定的网络性,但是发育缓慢,具有很强的向心性;创业风险投资对创业项目不同阶段的投资从偏重创业后期逐步趋向各阶段均衡发展;信息基础设施发展水平和经济发展水平与创业风险投资之间具有较强的正相关作用;金融环境、服务业发展水平相对滞后,对创新创业成果的转化和资金吸引能力较弱。     

兰州新区建设用地生态适宜性评价

在地理信息技术的支持下,修正单纯的权重叠加法,采用潜力-限制性分析法分析了兰州新区建设用地的生态潜力和生态阻力,对其生态适宜性做出科学评价,得到兰州新区可用作建设用地的理想区域。结果表明：（1）兰州新区建设用地开发的生态潜力总体以一级为主,二级次之,三级和四级区所占比重较小;（2）一级生态阻力主要分布在新区南部山地,主要表现为地形复杂、工程地质条件差、地质灾害发生频繁等;（3）兰州新区建设用地生态适宜性达一级的面积所占比重最大,为39 425.91 hm²,占新区总面积的48.91%。三级适宜区面积最小,仅为6 513.2 hm²,占新区总面积的8.08%。对应于生态适宜性评价结果,兰州新区土地应用可划分为集中建设区、重点开发区、限制建设区和禁止建设区。其中,集中建设区和重点建设区应为兰州新区建设用地开发的理想区域。     

石羊河中游径流损耗特征及其影响因素

以石羊河中游为研究区域,分析了1956-2009年的径流损耗特征,通过相对损耗率和Fisher最优分割法等确定了人类活动对径流损耗的显著影响拐点为1975年,明确了人类活动影响下的径流突变点,修正了当前研究的不足。根据人类活动对径流影响的方式及强度,将近50多年的径流损耗划分为4个阶段,定量与定性相结合分析了1956-2009年不同代际的自然因素和人文因素对径流损耗的影响量和贡献率。结果表明:人类活动对石羊河中游径流损耗的影响于20世纪70年代中期以后显著增加;2000年之前人文因素贡献率不断增加,自然因素贡献率相应减少,且自然因素影响量与出山径流显著相关。20世纪90年代以来,人类活动与自然过程导致的径流损耗贡献率持平,1995-1999年人类活动影响量达到6.33亿m³/a,上游来水量的 62.31%被人类直接消耗,此时径流损耗的人文因素贡献率达最大值71.52%;之后开始逐渐降低,表明近年来石羊河中游人水系统矛盾有趋于缓和的迹象。     

城市评价方法论初探

城市作为人类文明的关键象征,对其兴衰演变状态的评价是城市规划建设与治理的重要参考,也对地方政府绩效考核、企业投资决策、居民定居择业等具有重要意义。然而,当前城市评价研究普遍存在评价目的和受众不明确、指标体系构建缺乏理论或现实依据、指标冗余度高或对比性差、忽视城市异质性、过于追求结果排名、缺少结论的校验和反馈等问题,并且鲜有文献从方法论角度对城市评价体系的构成、原理、范式、流程、不确定性等进行系统阐释。鉴于此,本文首先对城市复杂系统的内涵与演化规律进行解析,进而阐明了城市评价的相关概念、基本构成和功能,梳理了城市评价的主要范式,并提出城市评价的人本原理、涌现原理、平衡原理、反馈原理等4个基本原理。明确城市评价体系由评价主体、客体、指标体系、方法模型和评价结果5部分构成。系统论述了城市定量评价的一般流程和10个步骤。从认知、数据、指标、方法、系统等方面梳理了城市评价的不确定性和局限性。最后,提出了面向未来可持续发展的城市评价展望,通过组织多元化评价主体,搭建统一共享的基础信息平台,建立城市时空知识图谱,融合大数据、人工智能、数字孪生等新技术,推进“动态感知、多评协同”,建设包容、安全、公平...     

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.     

COVID-19疫情对中国城市人口迁徙的短期影响及城市恢复力评价

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）疫情对中国国民经济和社会发展产生剧烈冲击。科学评价中国受新冠疫情短期影响及恢复情况并揭示其时空特征,可为常态化疫情防控阶段的经济形势研判和城市恢复提供有力支撑。基于2020年1月13日—4月8日百度迁徙大数据,通过构建恢复指数（RRI）和恢复缺口（RGI）等指标,从多尺度揭示中国受COVID-19疫情短期影响的逐日特征、阶段特征以及时空格局。结果发现：① 疫情未影响春节前返乡迁徙,节后恢复经历恢复停滞期、快速恢复期、平稳恢复期,全国总体恢复程度由恢复停滞期不足20%上升至快速恢复期末60%左右,3月3日开始进入平稳恢复期,恢复指数达70%以上,完全恢复至历史同期水平仍需较长时间。② 疫情对周末和节假日城市间交往活动影响显著,中部和东北地区尤为明显。③ 疫情影响的区域差异性明显,相对恢复程度西部>东部>中部>东北地区。④ 城市间恢复程度差异显著,节后至4月8日呈现南高北低空间格局。结合疫情程度,广州、深圳、重庆处于高确诊高恢复聚类,河北、天津、黑龙江、河南、安徽、湖南处于低确诊低恢复聚类。⑤ 随着疫情有效控制,城市层面恢复缺口由京津冀、长三角、珠三角等城市群的大规模成片劳动力迁入缺口,转变为国家中心城市和部分省会城市的点状缺口。本文研究结果表明时空大数据在重大突发公共卫生事件实时影响评价方面具有较好应用前景。     

城镇化与生态环境耦合动态模拟理论及方法的研究进展

城镇化与生态环境耦合是当前研究热点,而其动态模拟将是未来的重要方向。基于系统科学与跨尺度耦合理论揭示城镇化与生态环境耦合系统的本质,即一个非线性的、具有高低阶多重反馈的开放的复杂巨系统。通过综述城镇化与生态环境耦合动态模拟的理论、方法与应用的研究进展,可知：① 动态模拟成为趋势,相关理论与机理解析不断完善;② 动态模拟技术趋向多元化、精细化、智能化和集成化;③ 应用研究基于多类型案例区、多要素以及近远程与跨区域3个方面。当前研究不足包括：① 理论发展与整合不足;② 方法集成与数据共享力度滞后;③ 耦合关系链条和主控要素的动态特征未被完整揭示,远程耦合模拟缺乏定量表达、系统性整合以及与区域联动层面的应用衔接。今后,应以理论为根基,推动多科学交叉融合;以方法为支撑,推动动态模拟技术整合与数据共享;以应用为导向,揭示城市群等重点地区的近远程关系链条与主控要素的动态演化模式,为区域可持续城镇化提供决策支持。