特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应解析的理论框架及技术路径

特大城市群地区是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区,担当着世界经济重心转移承载地的历史重任,但在发展过程中面临着日益严重的资源与生态环境的胁迫压力。开展特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的研究,是未来10 年地球系统科学研究的前沿领域和高优先研究主题。本文系统解析了特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的基本理论框架。首先从理论上分析了特大城市群系统各自然要素和人文要素交互作用的非线性耦合关系及耦合特征,科学辨识近远程主控要素作用下城市群系统内外部各要素相互作用的胁迫强度、近远程耦合机理与规律,总结特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合圈理论,进一步构建多要素—多尺度—多情景—多模块—多智能体集成的时空耦合动力学模型,研发特大城市群地区可持续发展优化智能调控决策支持系统;其次从方法上将特大城市群地区视为一个开放的复杂巨系统,在建立同一标准化共享数据库的基础上,采用多要素—多目标—多模型—多情景环境下的城镇化与生态环境交互耦合集成技术方法、大数据支持下的城镇化与生态环境交互耦合技术方法,构建多尺度—多技术—多智能体集成的城镇化与生态环境交互耦合技术框架,按照分析时空演变特征—寻求主控要素—辨识耦合关系—揭示胁迫机制—发现耦合规律—筛选调控变量—求解临界阈值—进行调控试验—完成情景模拟—提出优化方案—完成情景模拟—提出优化方案—实现国家目标这样一条技术路径,提出解 决问题的整体优化方案。本文旨在为特大城市群地区由问题集中区转为可持续发展区提供理论指导和方法支撑。     

青藏高原城镇化与生态环境交互影响关系分析

科学评估青藏高原城镇化与生态环境交互影响的总体状况,对优化城镇化速度和质量,修复和提升生态环境状态具有重要意义。在梳理青藏高原城镇化与生态环境交互影响研究进展基础上,本文尝试构建一套完整的城镇化与生态环境交互影响分析模型体系,实现从综合评价指数分析、耦合协调度量化、耦合类型识别、解耦路径探索到未来趋势预测的全过程解析。以青藏高原及其省域、地级单元多尺度分析对比为手段,尝试厘清尺度之间的差异性,识别出问题区域,并提出针对性的改进措施。研究发现,青藏高原不同尺度间城镇化综合评价指数呈阶段性上升趋势,青海的整体城镇化指数高于西藏;生态环境指数变化趋势不同,青海呈下降态势,西藏则趋向平稳,各地级单元生态环境指数存在分层现象。青藏高原不同尺度城镇化与生态环境耦合协调度总体呈上升趋势,协调类型由失调衰退类向濒临失调衰退类转变,最后转为勉强协调发展类,基本属于城镇化滞后型。城镇化指数与生态环境指数呈现出强脱钩、弱脱钩交互出现的波动态势,说明不同尺度间存在城镇化与生态环境的负相互作用,消极城镇化现象突出。通过预测,青藏高原各地级单元在未来10年内,系统耦合协调度将稳步上升,但各地增长速度将存在显著差距。     

中国西部生态环境重建与城镇化关系研究

城市是现代经济和社会发展的主要载体,城镇化是人类社会发展的必然趋势。当前,在国家西部大开发战略的指引下,西部正在掀起迅猛的城镇化浪潮,但是西部地区生态环境脆弱,其城镇化应该有特有的路径。区域自然地理条件是产生西部生态环境问题的决定性因素,但强烈的人类活动及其对区域生态环境的压力则是引发和加重西部生态环境问题的主要原因。因此,西部生态环境治理的关键是减轻人类活动对生态环境的压力。在西部社会经济条件下,非农化进而城镇化是实现社会经济转型,从而减轻生态环境压力,促进生态环境治理的有效措施。     

浙江省城市化与生态环境协调度及其胁迫关系探讨

运用交互胁迫、耦合协调模型,结合主观均方差分析法和客观结构熵值法确定指标权重,通过建立指标体系研究2000-2014年浙江省生态环境和城市化的交互胁迫关系和协调类型.结果表明:浙江省生态环境和城市化之间存在交互胁迫关系,演变状态符合双指数函数;前者对后者有显著的约束作用,后者对前者有显著的胁迫作用.对城市化综合水平影响程度大小依次为经济、社会与人口城市化,对生态环境综合水平影响程度大小依次为生态环境压力、状态与响应.2000-2014年浙江省综合协调耦合类型分为磨合协调阶段(2000-2003年)、基本协调阶段(2003-2005年)、拮抗协调阶段(2005-2010年)和良好协调阶段(2010-2014)4个阶段.     

陕北黄土高原城镇化与生态环境空间协调程度研究

运用G IS技术,以1 km×1 km格网为基本评价单元,计算了陕北的城镇化水平指数和生态环境质量指数,并系统地分析了两者的空间协调程度。结果表明:(1)陕北城镇化水平和生态环境质量整体偏低。在空间分布上,城镇化水平呈北高南低、东高西低趋势,而生态环境质量则南部优于北部、东西部优于中部。(2)陕北城镇化水平与生态环境质量之间存在明显的空间差异,根据两者之间的空间协调程度可将陕北划分为过快高胁迫、较快强胁迫、基本协调、较缓弱胁迫和缓慢低胁迫5种类型区。     

城市化与生态环境交互耦合系统的基本定律

城市化与生态环境之间存在着客观的动态耦合关系,这种耦合关系可以看作是一个开放的、非平衡的、具有非线性相互作用和自组织能力的动态涨落系统,称其为城市化与生态环境交互耦合系统。根据耗散结构理论和生态需要定律理论,从理论上分析了城市化与生态环境交互耦合系统满足的六大基本定律,即耦合裂变律,动态层级律,随机涨落律,非线性协同律,阈值律和预警律,这六大定律是研究分析城市化与生态环境交互耦合过程必须遵循的基本定律。对系统揭示城市化过程与生态环境演变过程之间的交互胁迫和动态耦合关系具有重要的理论指导意义。     

我国坡地资源利用生态环境效应的研究现状综述

坡地资源是重要的土地资源,开发利用坡地资源是人类极为重要的物资来源。坡地资源利用存在正负两方面的生态环境效应,合理利用有利于养分和水分的循环,不适宜的开发利用将导致养分和水分循环的失调,坡地资源退化。因此,开展坡地资源利用及其生态环境效应研究,探讨各地开发、利用坡地资源模式及坡地资源退化防治措施,对农业生产实践具有十分重要的理论指导意义。文中从3个方面介绍我国坡地资源利用生态环境效应的研究现状:一是坡地资源利用研究的理论方法,包括实地观测试验与防治措施研究;二是从不同尺度包括区域尺度、小流域尺度和坡面尺度研究坡地资源利用的生态环境问题;三是研究坡地资源利用的生态环境效应。最后,综合分析我国坡地资源利用生态环境效应研究存在的问题,指出今后展开深入研究的方向。     

东北地区城镇化与生态环境的脱钩分析

以2003~2012年东北地区34个地级市数据为基础^①(① 本文提及的地级市包括哈尔滨、长春、沈阳和大连4个副省级城市。),通过构建城镇化指数、生态环境压力指数,分析东北地区的城镇化发展及生态环境压力发展的时空演变特征,测度东北地区城镇化与生态环境的脱钩指数,判断其城镇化与生态环境的脱钩关系并探讨其发生变化的影响因素。结果表明：① 生态环境压力是城镇化累积作用的结果,呈现出一定的时空滞后效应;② 近10 a来,东北地区的城市发展经历了城镇化与生态环境由脱钩状态为主体向脱钩状态与负脱钩状态并举的演变过程,城市个体城镇化对生态环境效应的稳定性差;③ 投资驱动、资源型经济、生态环境倒逼和创新转型驱动等是东北地区城镇化对生态环境产生脱钩差异的根本原因。资源型经济和投资驱动是城镇化对生态环境产生压力的主要动因;生态环境倒逼和创新转型发展是摆脱城镇化对生态环境压力的关键动力。     

新疆城镇化与生态环境耦合关系分析

以典型的干旱地区新疆为例,用熵值法计算1996—2014年城镇化与生态环境综合发展水平及各要素的权重,运用熵增定律对二者的耦合关系进行分析。研究结果表明:新疆城镇化与生态环境的耦合关系呈现出非平稳的波浪形上升过程,耦合模式以磨合、拮抗型为主,显示出城镇化推进是以牺牲生态环境为代价的,且破坏程度在不断加剧,但恶化加剧的幅度却在不断缩小,趋于稳定。从影响城镇化与生态环境耦合关系的"要素流"角度进行剖析,提出适合新疆城镇化生态发展的主要路径。     

干旱区城市化与生态环境交互胁迫过程研究进展及展望

城市化进程与生态环境之间客观上存在着种种矛盾与胁迫作用,在干旱区表现的尤为突出。本文系统总结了当前国内外关于干旱区城市化与生态环境交互胁迫过程研究在理论、观点、方法与实践等方面取得的最新进展,提出了干旱区城市化与生态环境在交互胁迫中相互促进的观点,指出了当前该领域研究的薄弱环节,并展望了未来主要的研究方向。研究认为,国际学者普遍关注城市化与生态环境交互作用关系的研究,涌现了一系列研究城市化与生态环境关系的理论;非常重视城市化与生态环境交互作用机理的研究,主要从城市人口集聚、经济增长、空间扩展等层面分析城市化对生态环境的胁迫作用;从生态条件、资源条件、环境污染等层面探讨生态环境对城市化的束缚作用;广泛采用“3S”技术和定量分析方法来评价城市化与生态环境的交互响应过程;逐步加强对干旱区城市化与生态环境可持续发展途径的研究。国内学者主要对干旱区水资源紧张及生态恶化原因,城市化与生态环境交互胁迫机理,城市化与生态环境之间的EKC模型、双指数模型和耦合度模型等定量分析手段,城市化发展模式等进行了研究。当前单独研究城市化或生态环境的较多,将二者结合起来的较少;实证研究较多,规律总结较少;定性分析较多,定量研究较少;胁迫效应研究较多,约束效应研究较少,至今尚未形成独立的理论体系。从发展趋势来看,多学科融合、与实践紧密结合、新技术方法的应用与动态模拟化将是今后国内外研究的主要发展方向。     

城镇化与生态环境近远程耦合关系研究进展

城镇化与生态环境近远程耦合关系研究是国际人地系统研究的前沿和热点领域,对于如何协调中国城镇化与生态环境的关系问题也具有重要的参考价值。本文紧扣城镇化与生态环境近远程耦合关系研究主题,在对国际研究进行梳理的基础上,集中从城镇化与生态环境近远程耦合关系理论、方法以及关键应用领域三个方面,对城镇化与生态环境近远程耦合关系研究国际前沿与进展进行评述。分析发现,国际上近远程耦合概念提出时间不长,其理论的完备性与系统性尚显薄弱,对实证研究统领性指导还略显不足。而从其他研究视角出发,国际上对互为远端的人地系统间关联现象进行了大量研究,实证内容充足,内涵丰富。展望未来,关注城市群地区城镇化与生态环境近远程耦合关系、挖掘城镇化与生态环境近远程耦合主导路径与动态演变特征、加强中国城镇化与生态环境近远程耦合理论研究,是推动中国城镇化与生态环境耦合研究迈向新的发展阶段的重要方向。     

Interaction between urbanization and eco-environment in the Tibetan Plateau

A scientific evaluation of the broad reciprocal influences between urbanization and the eco-environment in the Tibetan Plateau region is of great significance for increasing the speed and quality of urbanization as well as restoring and improving the eco-environment.Based on a thorough look at the progress made by research on interactions between ur-banization and the eco-environment in the Tibetan Plateau region,this article attempts to construct a complete analytical model of the reciprocal influences that can achieve the whole process of analyzing evaluation indexes,quantifying coupling coordination,identifying cou-pling types,exploring decoupling paths,and predicting future trends.Using multi-scale analysis of the Tibetan Plateau and its provinces and prefecture-level units as a means of comparison,we attempt to clarify differences at different scales,identify problem areas and propose targeted improvement measures.The result shows that the urbanization evaluation indexes for the Tibetan Plateau at different scales rise in stages and that the urbanization index for Qinghai is higher than for Tibet;the changes in the eco-environment index of the two regions are also different,with a downward trend in Qinghai and a trend toward stability in Tibet,and with stratification in the eco-environment indexes of prefecture-level units;the de-gree of coupling coordination between urbanization and the eco-environment at different scales in the Tibetan Plateau region is increasing overall,with the type of coordination changing from uncoordinated deterioration to borderline uncoordinated deterioration,and ultimately changing into scarcely coordinated development,which basically puts the region into the logging urbanization category;and the urbanization and eco-environment indexes display a dynamic trend of alternating between strong decoupling and weak decoupling,in-dicating that there is a negative reciprocal influence between urbanization and eco-environment at different scales and that the phenomenon of passive urbanization is prominent.We predict that in the next 10 years,the system coupling coordination of prefec-ture-level units in the Tibetan Plateau region will steadily increase,but there will be significant discrepancies in the growth rates of different regions.     

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。     

阿克苏市城市化与生态环境综合水平协调度评析

以新疆阿克苏市为研究区域,利用1997～2008年的调查资料和统计数据,构建了城市化与生态环境协调发展的综合指标体系.在对城市化综合水平与生态环境综合质量进行测度的基础上,运用层次分析法计算了城市化与生态环境协调度.结果显示:1997年以来,阿克苏市城市化综合水平逐步提高,而生态环境综合质量呈现出波动性的变化特征,即1...     

A proposal for the theoretical analysis of the interactive coupled effects between urbanization and the eco-environment in mega-urban agglomerations

Mega-urban agglomerations are strategic core areas for national economic development and the main regions of new urbanization. They also have important roles in shifting the global economic center of gravity to China. However, the development of mega-urban agglomerations has triggered the interactive coercion between resources and the eco-environment. The interactive coupled effects between urbanization and the eco-environment in mega-urban agglomerations represent frontier and high-priority research topics in the field of Earth system science over the next decade. In this paper, we carried out systematic theoretical analysis of the interactive coupling mechanisms and coercing effects between urbanization and the eco-environment in mega-urban agglomerations. In detail, we analyzed the nonlinear-coupled relationships and the coupling characteristics between natural and human elements in mega-urban agglomerations. We also investigated the interactive coercion intensities between internal and external elements, and the mechanisms and patterns of local couplings and telecouplings in mega-urban agglomeration systems, which are affected by key internal and external control elements. In addition, we proposed the interactive coupling theory on urbanization and the eco-environment in mega-urban agglomerations. Furthermore, we established a spatiotemporal dynamic coupling model with multi-element, multi-scale, multi-scenario, multi-module and multi-agent integrations, which can be used to develop an intelligent decision support system for sustainable development of mega-urban agglomerations. In general, our research may provide theoretical guidance and method support to solve problems related to mega-urban agglomerations and maintain their sustainable development.     

城镇化与生态环境耦合圈理论及耦合器调控

城镇化与生态环境之间客观上存在着极其复杂的近远程非线性耦合关系,如何协调城镇化与生态环境的关系问题已上升为全球性战略问题和世界性科学难题。本文从理论上揭示了城镇化与生态环境交互作用的耦合性、耦合关系和耦合度;根据主控要素总结出了城镇化与生态环境耦合的10种关系和交互方式;根据耦合度强弱将耦合性分为低度耦合、较低耦合、中度耦合、较高耦合、高度耦合和完全耦合6种类型,分别对应随性耦合、间接耦合、松散耦合、协同耦合、紧密耦合和控制耦合,进而形成城镇化与生态环境耦合塔;创建了城镇化与生态环境耦合圈理论,按每旋转10°生成一个图谱构建了由直线图谱、指数曲线图谱、对数曲线图谱、双指数曲线图谱和“S”型曲线图谱等组合而成的45种耦合图谱,不同图谱对应着不同的城市发展阶段和发展模式。在多种耦合图谱中,认为“S”型曲线耦合图谱是最佳图谱,代表着多种图谱中体现城镇化与生态环境相互作用的最佳耦合状态。以“S”型曲线耦合图谱为依托,借助SD模型及各变量之间存在的一对一、一对多和多对多的复杂关系,构建了由11个调控要素和201个变量构成的耦合调控器（UEC）,只要一个变量发生变化,就会牵一发而动全身,影响整个耦合调控器的结构、功能和调控结果。这种耦合调控器包括同一时间多个城市城镇化圈与生态环境圈之间的静态调控、不同时间同一城市城镇化圈与生态环境圈之间的动态调控、不同时间多个城市城镇化圈与生态环境圈之间的动态调控3种时空尺度,通过调控将逐步推动城镇化圈与生态环境圈之间由低级耦合向高级耦合方向演进。     

The dynamic coupling model and its application of urbanization and eco-environment in Hexi Corridor

This paper, taking Hexi Corridor as an example, analyzes the alternating intimidation and the dynamic evolving relation between urbanization and eco-environment in arid area of West China. We argue that the harmonious development system of the urbanization and eco-environment would go through four phases: rudimentary symbiotic phase, harmonious developmental phase, utmost increasing phase and spiral type rising phase. Throughout the four phases, the elements of the system would influence each other, coerce each other, and complete the spiral type rising process from low-grade symbiosis to high-grade harmony together. The study on Hexi Corridor shows that the urbanization level in Hexi Corridor has increased gradually from 1985 to 2003 accompanied with the fluctuations of eco-environment state. The response of eco-environment to urbanization has been evident, but lagged behind the urbanization course. At present, the harmonious development system in Hexi Corridor was in its harmonious developmental phase. However, the coupling degree has increased quickly and approached 90 yet, which is signaling that the system is about to enter the utmost increasing phase, and the ecological crisis will enter the latent period. We have found that the coupling degree can well reflect the interactive coercing and dynamic evolving situation between urbanization and eco-environment in Hexi Corridor. From the temporal change of the coupling degree, it can be concluded that urbanization sometimes needs to pay a certain cost for the damage of the eco-environment in its initial stages, but as the urbanization continues, the state of the eco-environment would be meliorated.