河西走廊城市化与生态环境的动态耦合模型及应用

1 Introduction Since the 21stcentury,the urbanization tide has sweptacross the whole China.However,the urbanization in W est China, especially in Hexi Corridor, is severely restricted by eco-environment.There are various kinds of contradictions and intim …     

河西走廊城镇化进程中的资源环境压力定量测评研究

以甘肃河西走廊为研究对象,定义了由资源能源约束压力和生态环境压力共同构成的资源环境压力指数,并通过构建指标体系测度城市化水平和资源环境压力水平,利用协整检验和Granger因果检验分析二者之间的定量关系。结果显示：（1）2000-2015年河西走廊地区城镇化进程中的资源环境压力指数呈不断上升趋势。其中,2000-2005年上升趋势较为平缓;从2003年开始,资源环境压力指数的上升有所加快,尤其是2007年以后,该指数年均增长率达到4.4%,表现出资源环境压力逐年上升,资源环境恶化的速度在加快。根据估计的回归方程预测,河西走廊地区的资源环境压力指数将于2026年变为压力"很大"。（2）2000-2015年河西走廊地区的资源能源消耗分指数和环境污染分指数变化趋势对比明显,其中资源能源消耗分指数增速较快,年均增长率达到5.9%,2012年计算的压力值已达到77.12,2013年突破80的分界点,进入压力"很大"的状态,而环境污染分指数变化不大,在28~33之间波动,压力状态为"小"。（3）从资源能源消耗分指数和环境污染分指数的数据点分布来看,所有数据点都分布在对角线的上方,说明工业污染并不是造成该地区资源环境压力的最主要原因,河西走廊地区资源环境压力主要来自于资源能源消耗。因此,未来该区域城镇化过程中,应综合考虑区域自然资源、生态环境和城镇化协同发展,走自然资源"低耗高效型",生态环境"低压强保型"之路。     

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.     

城市化进程中的生态环境响应度模型及其应用

以江西省为例,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,构建了响应度和综合响应度模型,对城市化进程的生态环境响应时序特征和整体响应强度进行了对比分析。研究显示:(1)改革开放以来,江西省城市化综合水平逐步提高,现已进入城市化快速发展时期;而江西省生态环境综合质量及其分量不仅波动,还呈现出不同的变化特征。(2)1978-1990年和1991-2005年两个时段内江西省生态环境对城市化的响应具有不同的响应特征和强度,这不仅反映在其响应函数具有不同的方程形式,而且表现在其每个年份的响应度和两个时段内的综合响应度也不相同。综合响应度计算结果表明,城市化增长阶段与生态环境质量改善阶段并不具有一一对应的关系。     

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。     

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。     

区域城市化与生态环境耦合发展模拟及调控策略——以江苏省为例

根据城市化与生态环境耦合含义及框架,利用SD的原理和方法,以江苏省为例,建立了区域城市化与生态环境耦合的SD模型,并选取五种典型发展模式进行策略情景模拟。分析表明:①区域城市化与生态环境交互耦合具有复杂性、非线性和时变性的特点,SD模型分析此类问题具有明显的适用性。模型的历史数据拟合的误差小,反映它具有一定可靠性,能在一定程度上解释区域城市化与生态环境交互耦合的复杂行为,评估城市化对生态环境的潜在效应;②在不同调控策略的发展模式下,该省城市化与生态环境耦合的情景存在较大差异,五种模式都有其显著的比较优势,同时也存在明显的发展缺陷;③根据该省的发展特点和区域发展差异并结合城市化发展一般规律,分阶段和分地域推进人口城市化发展模式和社会城市化发展模式,可以实现该省人口、经济、城市化和生态环境协调发展的目的。     

城市化与生态环境交互耦合机制与规律性分析

本文分析了城市化与生态环境的交互耦合机制,采用代数学和几何学两种方法对环境库兹涅茨(KUZNETS)曲线和城市化对数曲线进行逻辑复合,推导出城市化与生态环境交互耦合的数理函数和几何曲线,揭示出区域生态环境随城市化的发展存在先指数衰退、后指数改善的耦合规律。交互耦合的过程分为低水平协调、拮抗、磨合和高水平协调四个阶段。文章最后对浙江省进行了实证分析     

创新与河西走廊农村经济可持续发展

通过对河西绿洲农业与农村发展现状的分析．认为制约河西走廊农村经济可持续发展的障碍主要有；①然环境障碍；②人力资源素质障碍；③技术障碍；④观念障碍；⑤组织制度障碍；⑤市场障碍。指出要实现河西走农村经济可持续发展，必须建立河西走廊创新体系：①技术创新，建立节水型、日光型农业体系；③经营管理创新调整农业产业结构，发展绿洲特色农业；③组织制度创新，发展农业产业化生产；④加快乡镇企业发展，推进农村乡镇化建设，开拓农村市场。     

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。     

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.     

河西走廊沙区沙面稳定性指标的观测研究

民勤、武威-古浪、临泽3个沙区9个指标的研究结果表明,沙面稳定性主要与植被盖度、≤0.074mm细沙土含量、0.3~0.1mm中细沙含量及>0.5mm粗沙含量有关;0.3~0.1mm的中细沙是沙面中最不稳定的因素,≤0.074mm细沙土主要为粘土成分。沙面稳定及活化的组合作用主要是以细沙土与植被盖度为代表的固化作用和以细沙土为代表的固化作用以及以0.3~0.1mm中细沙为代表的活化作用;临泽、武威-古浪沙区较民勤沙区不易固定的原因主要是活动性大的中细沙显著多于粗沙;于降水前在沙面上施撒粘土可大面积固定沙丘,尤其在水分条件限制造林密度不易过大或造林难以成活的重沙害区是一种有效的固沙措施。     

河西走廊绿洲生态经济系统协调发展能力评价

河西走廊生态环境脆弱,经济发展约束性强,生态与经济协调发展是实现绿洲可持续发展的重要途径.在对河西走廊生态环境与经济发展现状深入分析的基础上,构建了绿洲生态经济系统指标体系,采用熵权法,运用协调发展度模型,对5个绿洲生态经济系统及其子系统的协调发展度及协调度进行了定量分析.结果表明:各绿洲生态效益、经济效益水平均很低,尚不存在良好协调发展区域;绿洲协调发展能力呈现为嘉峪关>金昌>张掖>酒泉>武威的顺序,嘉峪关属于勉强协调发展类生态滞后型区域;金昌、张掖、酒泉、武威同属于濒临失调衰退阶段,其中金昌、酒泉属于生态经济同步型区域,张掖、武威属于经济滞后型区域,据此提出各绿洲的发展方向与对策建议.     

河西走廊水资源利用现状与节水灌溉工程分析

用节水灌溉方式替代落后的大水漫灌方式是降低成本增加效益和解决当地水资源供需矛盾的关键所在。作者依据河西走廊2000年调查资料, 对灌区水资源利用现状进行了分析, 并结合2005年节水灌溉发展规划, 对项目实施后的水资源与农作物产量、经济和区域可持续发展进行了分析和研究。     

河西走廊:绿洲支撑着城市化!——与仲伟志先生商榷

针对仲伟志先生在《经济观察报》(2002年10月14日)撰写的《河西走廊:城市化覆盖绿洲?》一文的若干观点,提出了自己近年来研究河西走廊得出的基本看法。作者认为,在河西走廊,有绿洲就有城市,有城市就有城市化;城市化不会覆盖绿洲,城市化会推动绿洲更加走向繁荣;水源绝不是城市化的最大瓶颈,城市化更不会制造沙漠;在保护绿洲生态环境的同时,加快走廊城市化发展进程,这是河西走廊生态环境改善和人民生活水平提高的有效途径。绿洲支撑着城市化,合力共筑着河西走廊作为中国西部生态经济走廊的开发与发展。     

河西走廊罕见强沙尘天气传输及其过程持续特征

2021年3月15—19日河西走廊出现了近10 a范围最广、持续时间最长的罕见强沙尘天气过程。利用MICAPS常规气象观测资料以及物理量场资料,从天气气候成因、环流形势演变、物理量诊断等方面分析了此次强沙尘天气的传输及过程持续特征。结果表明：（1）2021年3月14日受强烈发展的蒙古低压槽影响,蒙古国南部及内蒙古中西部爆发了强沙尘暴,前期蒙古国及中国北方异常增暖是导致沙尘暴爆发的诱因之一。（2）受高空贝加尔湖深厚低压槽后西北气流引导冷空气东移南下、高空急流动量下传、配合地面冷锋过境共同影响,蒙古国中西部高低空的沙尘粒子被输送到河西走廊,造成河西走廊15日凌晨到上午出现局地强沙尘暴和扬沙天气。（3）强沙尘暴出现后,700 hPa、850 hPa及近地面内蒙古、华北、宁夏及陕西一带盛行偏东气流将蒙古国及内蒙古的沙尘输送到了河西走廊,造成河西走廊15日下午至19日出现浮尘天气。（4）沙尘天气维持期间,地面冷高压移速缓慢,河西走廊位于地面冷高压后部,地面风速和湿度较小,不利于沙尘的沉降和水平扩散;河西走廊上空盛行下气沉流、逆温层深厚、大气干燥及层结稳定,不利于低层沙尘的垂直扩散和沉降,对沙尘的...     

河西走廊沙产业效益评价初探

选择甘肃河西走廊为研究区域,回顾了河西走廊发展沙产业的历程和采取的对策,探讨了沙产业效益评价的理论基础(包括评价指标体系建立的原则、评价步骤、评价方法以及指标体系的选择),进而对沙产业实施后的生态效益、经济效益、社会效益的评价进行了尝试研究,并将沙产业生态效益评价分为土地资源评价、荒漠化状况评价、植被资源评价、生态系统评价、气象与气候因子评价、地形地貌评价6类。并以有年金龙有限责任公司和甘肃三鑫农林科技有限公司为例,分析了河西走廊及相关企业发展沙产业后取得的效益。还提出沙产业效益评价应同沙产业理论和实践一同作为今后研究的重点。     

Urbanization and eco-environment coupling circle theory and coupler regulation

A near-distance, nonlinear coupling relationship objectively exists between urbanization and the eco-environment. The issue of how to coordinate the relationship between them has become a global strategic and scientific issue. This study reveals the nature, relationship and intensity of coupling between urbanization and the eco-environment from a theoretical perspective. Based on the strength of coupling, relationships can be characterized as having very-low, low, medium, high, very-high or full coupling intensity, which correspond to the categories of random coupling, indirect coupling, loose coupling, cooperative coupling, close coupling, and controlled coupling. Together, these make up an urbanization and eco-environment "coupling tower." This study also develops an urbanization and eco-environment coupling circle theory and generates 45 coupling graphs(including linear, exponential-curve, logarithmic-curve, double exponential-curve and S-curve graphs) per 10° of rotation of the coupling circle, with different graphs corresponding to different urban development stages and development models. Of the various coupling graphs, the S-curve graph is considered the optimum, as it reflects the best interactivity scenario between urbanization and the eco-environment. Using an S-curve coupling graph, and with the help of an SD model and based on the complex one-to-one, one-to-many, and many-to-many relationships between the variables, this study develops the Urbanization and Eco-environment Coupler(UEC). The UEC is composed of 11 regulating elements and 201 variables. If one variable changes, it changes the whole, affecting the structure, function and regulation of the entire coupler. The UEC includes three spatio-temporal scales: static regulation between multiple urbanization areas and eco-environment areas at the same time, dynamic regulation between the same urbanization area and eco-environment area at different times, and dynamic regulation between multiple urbanization areas and eco-environment areas at different times. Regulation gradually promotes evolution from low-level coupling to high-level coupling between urbanization and the eco-environment.     

城镇化与生态环境耦合动态模拟模型研究进展

按照地理学科发展趋势,对城镇化与生态环境耦合的研究将由定量描述转入动态模拟。目前,城镇化与生态环境耦合动态模拟模型呈现多元化。论文系统梳理了其中4类常见的动态模拟模型,包括城镇化与生态环境耦合系统动力学模型、基于人工智能算法的城镇化与生态环境耦合动态模拟模型、基于土地利用变化的城镇化与生态环境耦合动态模拟模型以及基于多模型集成的城镇化与生态环境耦合复合模型。主要结论如下：系统动力学模型被广泛应用于城市复杂系统、城市转型和可持续发展以及城镇化与生态环境单要素耦合的动态模拟之中,但存在空间解释不足以及忽视系统自适应性等问题;人工智能算法(ANN和BN)在自学习、自组织、自适应系统或不确定性系统模拟中具有显著优势,并被应用于城市扩张、环境变化、资源需求以及生态脆弱性的识别之中,但应用面相对狭窄且限制条件偏多;土地利用变化模型(CLUE/CLUE-S、CA和MAS)局限于从土地城镇化视角模拟城镇化与生态环境耦合;基于多模型集成的复合模型实现了各模型之间的优势互补,已成为城镇化与生态环境耦合动态模拟模型的发展趋势。今后,应从技术和理论2个层面实现城镇化与生态环境耦合动态模拟模型的进一步发展,并加强对微观过程的模拟。     

基于DPSIR模型的河西走廊农田防护林健康评价

农田防护林健康对维护绿洲生态安全、减少风沙灾害、改善局地小气候、提高农作物产量等具有重要的意义。综合运用熵值法和层次分析法确定指标权重,基于驱动力-压力-状态-影响-响应（DPSIR）模型对河西走廊农田防护林健康状况进行了评价。结果表明：（1）河西走廊农田防护林整体上处于亚健康水平,瓜州县、酒泉市肃州区、嘉峪关市和临泽县的农田防护林处于健康水平,民勤、民乐、高台和阿克塞的农田防护林处于不健康水平,其余区县农田防护林处于亚健康状态。（2）林带连续性、疏透度、修枝情况和地区经济收入是驱动区域农田防护林健康状况的关键因素。