中国区域城市化与生态环境耦合的关联分析

以定性与定量分析相结合的方法建立了耦合系统的评价指标体系,运用灰色关联分析法构建出区域城市化与生态环境交互作用的关联度模型和耦合度模型,定量揭示出中国省区城市化与生态环境系统耦合的主要因素,并从时空角度分析了区域耦合度的空间分布及演变规律。研究结果表明：(1) 城市化与生态环境系统要素之间的耦合是复杂的,总体上表现在城市化对生态环境的胁迫作用和生态环境对城市化的约束作用两个方面。通过关联度计算遴选出作用于生态环境的16项城市化指标和影响城市化的10项生态环境指标,它们较为全面反映出系统交互耦合的机理;(2) 中国区域城市化与生态环境耦合度分布基本符合东、中西空间分异的规律。根据耦合度大小并结合区域城市化与经济发展阶段,大致将全国省区划分为协调、磨合、拮抗和低水平耦合等4种类型,其中以拮抗类型为主;(3) 中国城市化与生态环境耦合度的时序变动表现出明显的阶段性和波动性。     

西北干旱区水资源约束下城市化过程及生态效应研究的理论探讨

城市化是西北干旱区实现小康目标的必由之路,然而最大的自然障碍因素是水资源严重短缺。现实的城市化与水资源及生态环境保护之间存在着各种矛盾与胁迫。从城市化过程及其生态效应研究的重要性出发,透过对国内外研究进展的分析与评述,把水资源作为西北干旱区先决约束条件。提出了水资源约束下西北干旱区城市化过程及其生态效应的研究思路,包括选择水资源变化过程与城市化过程之间相互胁迫的驱动因子,揭示水资源变化对城市化过程的胁迫机制与规律;分析城市化过程引起的与水相关的生态效应;建立城市化过程及其生态效应预警指标体系。对不同强度水资源约束下城市化过程进行动态预警和情景分析;选择最节水的城市化发展模式和建设节水型城镇体系等。进而为加快西北干旱区城市化发展进程、改善干旱区生态环境、实现小康目标提供科学的决策依据。     

城市化与生态环境的动态计量分析——以新疆乌鲁木齐市为例

以干旱区绿洲城市乌鲁木齐市为研究对象,首先运用熵值法对1995-2011年间的城市化综合水平与生态环境综合质量进行测度与分析,然后利用协整检验、Granger因果检验、脉冲响应函数及方差分解模型对两者之间的关系进行动态计量分析。研究发现:1995年以来,乌鲁木齐的城市化水平逐步提高,并以人口非农化演进和经济增长为主要特征,而生态环境综合质量及其分量指标则呈现出各自的变化特征。城市化综合水平指数是生态环境综合质量指数、生态环境压力指数、生态环境响应指数的格兰杰因果原因,表明乌鲁木齐的城市化进程对生态环境是单向的胁迫作用,城市化与生态环境还没有形成交互胁迫相互促进的动态耦合态势。预测方差分析表明随着城市化水平的提升,生态环境综合质量指数呈现先下降后不断上升的变化趋势,城市化综合水平指数对生态环境压力具有负的冲击效果,对生态环境响应从第1期一直保持着正的冲击效果。从长期预测来看,城市化对生态环境的解释能力正在逐步提升,经济增长和城市化发展的规模效应和技术效应不断提高着环境保护投资比重和能源资源的有效利用率,但是更应理性看待以城市化发展推动生态环境改善的措施。     

“水资源约束下西北干旱区城市化过程及生态效应”研究进展

在我国西北干旱地区工业化和城市化过程中,以脆弱生态环境为成长背景的城市在发展过程中受到了水资源和周围生态环境等的多重胁迫。为了科学解决这一问题,国家自然科学基金委员会于2003年9月启动了“水资源约束下西北干旱区城市化过程及生态效应研究”的基金重点项目(编号40335049)。本项目以河西走廊为例,把水资源作为先决约束条件,将遵循人文规律的城市化过程与遵循自然规律的水资源与生态环境变化过程有机结合在一起,采用系统集成方法,并引入RS和GIS技术,揭示水资源变化对城市化过程的胁迫机制与规律,分析由此引起的生态效应;对不同强度水资源约束下城市化过程进行动态模拟和情景分析。通过项目负责人方创琳研究员     

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.     

干旱区水资源开发利用对生态环境影响的研究进展与展望

水资源是干旱区生态环境最主要的限制性因子和重要组成部分。干旱区人口和经济规模的膨胀,导致生 产、生活用水不断挤占生态环境用水,部分地区水资源开发利用甚至严重超过了最大极限,导致生态系统不断恶化 甚至难以恢复。干旱区水资源开发利用对生态环境影响的研究越来越受到重视。当前,国内外按照“发生的问题— 产生的机理—调控的标准—过程模拟—情景预测—响应对策”这一逻辑思路,围绕干旱区水资源开发利用对生态 环境的影响进行了大量研究,并取得了明显进展。但干旱区水资源开发利用对生态环境的影响机理研究相对薄弱, 仍难以精确刻画水资源开发利用与生态环境之间的定量关系,难以动态模拟和有效预测水资源开发利用对生态环 境的影响,面向干旱区生态环境的水资源开发利用对策研究在实践中仍面临着较多障碍。因此,未来应以机理研究 为基础,以过程模拟和情景预测为突破口,以综合集成的对策体系建设为落脚点,不断加强干旱区水资源开发利用 对生态环境影响的研究。     

喀什城市圈城镇化与生态环境交互胁迫效应研究综述

城市群的研究成果对中国城市群总体格局形成起到了引领作用,为中国新型城镇化发展做出了重要贡献。通过关注位于丝绸之路经济带结合点的喀什城市圈,基于CiteSpace文献计量方法以中文核心期刊和EI、Web of Science核心合集数据,通过分析核心关键词、研究热点、研究机构和团队总结了国内外在喀什城市圈城镇化发展与生态环境交互胁迫效应方面的研究成果。认为目前对喀什城市圈研究非常薄弱,主要体现在研究重点集中在城镇化与生态环境关系探讨,从城市人口集聚、城市经济增长、城市空间扩张三个层面初步揭示了城市圈城镇化对水资源和土地资源单要素的胁迫作用;并从水资源、土地资源、大气环境等单要素角度深入研究城市圈生态环境对城镇化的限制作用。未来需加强喀什城市圈的研究和建设,以国家战略需求为导向,继续深化城市圈形成发育中资源环境交互胁迫效应方面的研究。     

中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制

目前中国城市化进程表现为速度过快、地域差异显著以及城乡二元结构明显等特征.城市化带来了显著的生态效应,使城市生态系统的结构、过程和功能受到影响或发生不可逆转的变化,出现了耕地资源流失、水资源稀缺、能源压力、城市环境污染严重以及城市区域生态占用扩大等资源与生态环境问题.目前国内外学者研究了城市热岛效应、城市地表覆被变化、城市生物多样性损失以及城市水土资源等问题,但多侧重单要素、单城市、单学科研究,缺乏多尺度机理性的研究.鉴于此,提出若干未来城市化及其生态环境效应研究的方向与议题,归纳为:(1)中国城市化过程多尺度定量模拟与监测研究;(2)阐明城市化影响下地表自然过程和人文过程相互作用的机理;(3)资源与生态环境约束下中国未来城市化的可能情景及其风险评估等.     

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。     

中国城市化过程中生态环境研究的文献计量分析

中国城市化过程中生态环境研究成果丰富,总结其演变过程利于把握该领域现状与趋势。本文从城市化文献视角对中国城市化过程中的生态环境研究在研究成果、研究子领域、研究主题、理论和方法等方面进行总结。结果表明,从2005年起中国城市化文献中关于生态环境的研究呈加速增长的态势;资源领域的国土资源和产业子领域,生态领域内经济子领域和环境领域内气候和城市环境子领域受到了较多的关注;＂土地利用＂和＂热岛效应＂一直是最热的关键词,分别占全部关键词出现频次的0.15%和0.09%,＂热岛效应＂和＂气候变化＂则是近期热点;主要理论涉及生态学、数理模型、资源与环境经济学、环境科学等,其中生态足迹理论从2002年起一直占据主流,STIRPAT模型、环境库兹涅茨曲线等综合理论模型是近期热点理论;依方法来源和主要应用领域将1992-2011年主要方法分为4类,即统计类（65.17%）、系统类（13.11%）、机理类（11.79%）和测评类（9.93%）。灰色系统分析和R/S分析近年来常见的方法。由此得出主要结论：中国城市化研究对城市土地利用、城市热岛、气候变化和水资源等大尺度的生态环境问题更加重视,对城市环境健康等微观尺度生态环境问题关注相对不足;以STIRPAT和多种土地利用变化模型为代表,综合自然和经济理论采用系统建模方法评价和模拟城市化过程中的生态环境效应将是未来研究的重点。     

绿洲城市化与生态环境互动作用关系研究进展

绿洲城市化与生态环境互动作用关系研究经历了萌芽、发展和多元化研究三个阶段。近年 来, 国内外学者继承了绿洲城市化与自然环境变迁关系的历史学分析, 多角度探讨了绿洲古城国 产生、繁荣和衰落过程中的自然因素和人为因素作用; 十分重视水资源约束下的流域绿洲城市化 研究, 基本确立水资源约束和上、中、下游协调发展为研究切入点; 非常注重绿洲城市化与生态环 境相互作用机理探究, 从中、长时间尺度分析了绿洲城市化与生态环境的耦合关系及其阶段性特 征; 广泛采用空间技术、复杂系统分析和数学分析等定量方法评估了城市化与生态环境的响应过 程; 普遍关注绿洲城市化对生态环境正负效应的辨析; 逐步加强对可持续绿洲城市化模式和对策 的探索, 并总结了绿洲城市化与生态环境协调发展的经验与教训。从研究趋势来看, 今后在研究 的可控性与对实践的指导性、多学科交叉研究和系统动态性研究等方面将得到加强。     

中国城市化与生态环境系统耦合研究进展

城市化过程与生态环境变化之间的相互联系、相互作用,是面向可持续发展的人文过程与自然过程综合研究的重要课题。基于系统耦合理论,文章将具有城市化特征的各类城市人文要素的集合与组成生态环境的各类自然要素的集合视为2个相互独立又彼此影响的系统,分别从理论与方法的角度梳理并总结了当前中国城市化过程与生态环境变化之间关系的研究进展。中国学者不仅在城市化与生态环境耦合关系和演化规律认识上取得了成果,而且在定量评价与测度两大系统各要素及系统之间的耦合机制方面积累了经验,也提出了实现城市化发展与生态环境维护相互协调的对策。综合而言,目前国内研究在内容上的多维性特征、方法上的多元化特征和研究对象上的区域性特征明显,但同时还存在理论基础薄弱、定量评价指标体系缺乏以及研究的滞后性和被动性等问题,今后应围绕城市化与生态环境系统耦合理论框架和方法体系、系统作用观测与评价指标体系及预警机制、城市生态空间扩展与优化的模式与方法等方面展开深入研究。     

Integrated assessment model of water resources constraint intensity on urbanization in arid area

Water has become a key restricting factor of the urbanization process in developing arid areas. Based on qualitative and quantitative methods, we constructed an integrated indicator system to assess the status of water resources and urbanization system in arid area, and established an AHP model reformed by entropy technology to evaluate the temporal and spatial variations of water resources constraint intensity on urbanization. This model is applied to the Hexi Corridor, a typical arid area in NW China. Results show that, water resources constraint intensity on urbanization in the Hexi Corridor is bigger in the east and smaller in the west. It has changed from the less strong constraint type into the strong constraint type from 1985 to 2005, yet it decreased appreciably in recent years. At present, most areas in the Hexi Corridor belong to the less strong or strong constraint type. Through rational adjustment of water resources and urbanization system, the Hexi Corridor can still promote water resources sustainable utilization and accelerate the urbanization process. This study suggests that the integrated assessment model of water resources constraint intensity on urbanization is an effective method to analyze the conflicts between water resources and urbanization system in arid area.     

International progress and evaluation on interactive coupling effects between urbanization and the eco-environment

Global urbanization is exerting severe stress and having far-reaching impacts on the eco-environment, and yet there exists a complex non-linear coupling relationship between the two. Research on the interactive coupling effect between urbanization and the eco-environment will be a popular area of study and frontier in international earth system science and sustainability science in the next 10 years, while also being a high-priority research topic of particular interest to international organizations. This paper systematically collates and summarizes the international progress made in research on interactive coupling theory, coupling relationships, coupling mechanisms, coupling laws, coupling thresholds, coupling models and coupling optimization decision support systems. The research shows that urbanization and eco-environment interactive coupling theories include the Kuznets curve theory, telecoupling theory, planetary boundaries theory, footprint family theory and urban metabolism theory; most research on interactive coupling relationships is concerned with single- element coupling relationships, such as those between urbanization and water, land, atmosphere, climate change, ecosystems and biodiversity; the majority of research on interactive coupling mechanisms and laws focuses on five research paradigms, including coupled human and nature systems, complex social-ecological systems, urban ecosystems, social-economic-natural complex ecosystems, and urbanization development and eco-environment constraint ring; the majority of interactive coupling simulations use STIRPAT models, coupling degree models, multi-agent system models and big data urban computer models; and research has been carried out on urbanization and eco-environment coupling thresholds, coercing risk and optimal decision support systems. An objective evaluation of progress in international research on interactive coupling between urbanization and the eco-environment suggests that there are six main research focal points and six areas lacking research: a lot of research exists on macroscopic coupling effects, with little research on urban agglomeration and scale coupling effects; considerable research exists on single-dimension coupling effects, with little on multiple-dimension coupling effects; a great deal exists on “one-to-one” dual- element coupling effects, with little on “many-to-many” multiple-element coupling effects; a lot exists on positive feedback coupling effects, and little on negative feedback coupling effects; a great deal exists on empirical coupling effects, and little on theoretical coupling effects; a great deal exists on the use of simple quantitative methods, and little on using integrated simulation methods. Future studies should focus on coupling effects between urbanization in urban agglomerations and the eco-environment, spatial scale coupling effects, multi-dimensional coupling effects, telecoupling effects, “one-to-many” and “many-to-many” element coupling effects, and positive and negative feedback coupling effects. There is also a need to strengthen the development and application of dynamic models for multi-element, -scale, -scenario, -module and -agent integrated spatiotemporal coupling systems and further improve theoretical innovations in coupling effect research and integrate and form complete and diverse coupling theoretical systems.     

阿图什市城市化过程的大气环境污染效应

以典型的干旱区绿洲城市阿图什市为例,借助国内外城市化与大气环境污染方面的研究成果,分别选取7个城市化指标和4个大气环境污染指标,应用阿图什市1990-2008年的城市化与大气环境污染数据,计算各指标综合指数,建立城市化与大气环境污染的关系模型,分析阿图什市1990-2008年城市化过程的大气环境污染效应。结果表明:阿图什市1990-2008年城市化发展速度快,城市化综合指数呈现非线性增长趋势;阿图什市大气环境污染物质浓度的波动性变化比较显著,但还是以总悬浮微粒为主,阿图什市1990-2008年大气环境污染综合指数呈现倒"U"型变化趋势;利用1990-2008年阿图什市的时间序列数据,通过计算城市化综合指数与大气环境污染综合指数,构建三次多项式模型进行城市化与大气环境污染之间相互关系的分析发现,阿图什市1990-2008年城市化与大气环境污染之间的关系拟合曲线不符合环境库兹涅茨倒"U"型曲线,而呈现出环境库兹涅茨倒"U"型曲线的特殊格式"N"型曲线关系。通过完善公共交通体系,加强建筑施工管理,改善城市绿化系统以及推进新技术等方式解决城市化带来的大气环境污染问题。     

西北干旱区水资源约束城市化进程的定量辨识——以甘肃省武威、张掖市为例

加快西北干旱区的城市化进程,是实施西部大开发战略和全面建设小康社会的必由之路。而城市化水平的提升,主要取决于驱动力和制动力的大小。通过西北干旱区典型绿洲城市武威和张掖的城市化水平、用水总量、经济总量、产业结构、用水效益、人均用水水平等变化过程的定量分析和比较,发现水资源对城市化进程存在明显的约束作用,水资源约束力是导致城市化进程缓慢的重要因素之一。通过城市化水平与水资源利用关系对数约束模型的推导与分析,发现城市化水平与用水总量之间拟合方程的相关系数,可作为定量识别西北干旱区水资源约束城市化进程的重要指标。根据实际拟合结果,水资源对武威市城市化进程的约束强度为0.937,属于极强约束类型;对张掖市的约束强度为0.438,属于较强约束类型。     

干旱区水资源对城市化约束强度的综合评价模型

Water has become a key restricting factor of the urbanization process in developing arid areas. Based on qualitative and quantitative methods, we constructed an integrated indicator system to assess the status of water resources and urbanization system in arid area, and established an AHP model reformed by entropy technology to evaluate the temporal and spatial variations of water resources constraint intensity on urbanization. This model is applied to the Hexi Corridor, a typical arid area in NW China. Results show that, water resources constraint intensity on urbanization in the Hexi Corridor is bigger in the east and smaller in the west. It has changed from the less strong constraint type into the strong constraint type from 1985 to 2005, yet it decreased appreciably in recent years. At present, most areas in the Hexi Corridor belong to the less strong or strong constraint type. Through rational adjustment of water resources and urbanization system, the Hexi Corridor can still promote water resources sustainable utilization and accelerate the urbanization process. This study suggests that the integrated assessment model of water resources constraint intensity on urbanization is an effective method to analyze the conflicts between water resources and urbanization system in arid area. Foundation: Knowledge Innovation Project of the Chinese Academy of Sciences, No.KZCX2-YW-307-02; China Postdoctoral Science Foundation; K. C. Wong Education Foundation, Hong Kong Author: Bao Chao (1978–), Ph.D, specialized in urbanization and water sustainable utilization.