城市生态系统的模拟方法：灵敏度模型及其改进

评估城市生态系统的持续发展能力,探讨其持续发展对策是一个复杂的动态问题,需要运用动态的模拟方法进行。由德国著名生态控制论专家Ｆ．Ｖｅｓｔｅｒ和Ａ．Ｖ．Ｈｅｓｌｅｒ教授提出的“灵敏度模型”方法,将系统科学思想、生态控制论方法及城市规划融为一体,解释、模拟、评价和规划城市复杂的系统关系,是模拟城市生态系统很好的方法。本文对该方法进行了改进。改进后的“灵敏度模型”为评价城市持续发展能力、探讨其持续发展对策提供了新的思路。     

城乡交错带的生态控制论分析──天津实例研究

本文应用人类生态学原理和复合生态系统理论,选择城市系统和乡村系统的交错过渡地域－城乡交错带为研究对象,对城乡交错带的概念内涵作了生态学分析。借助生态控制论原理和灵敏度模型方法,以天津城乡交错带为实例,探讨了一个具有典型社会、经济、自然复合生态边缘效应特征的人类生态系统的重庆控制论行为与机制。     

城市生态系统的动力学演化模型研究进展

从系统分析出发,对城市生态系统的动力学演化模型的发展历程、建模的方法和步骤过程、软件开发方法和目前的模型软件等进行了总结。归纳了城市生态系统的动力学演化建模的方法,主要包括模型定义、模拟、实现、验证、分析和应用等六大步骤。目前国内外用于城市生态系统动力学演化模型的主要方法有：基于数理模型的方法、生态控制论和灵敏度模型、系统动力学模型、多目标规划法等。已经开发的用于城市生态系统的动力学模拟的软件可以划分为两类：基于土地利用和交通规划的专业模型和基于系统动力学和灵敏度模型的一般软件。总结了常用的城市演化模型软件,讨论了模型的研究对象和应用范围。分析了城市生态系统的动力学演化模型建模的不确定性的来源,并指出：向宏观和微观两极化发展是城市生态系统动力学演化模型的发展趋势之一,而与人工智能和地理信息系统等新方法的集成是发展的另一趋势。城市生态系统动力学演化模型的开发前景在于对不确定性问题的定性、定量分析,而多模型的耦合和集成是发展的必然趋势。     

《城市生态、规划的灵敏度模型》一书评介

《城市生态、规划的灵敏度模型》(Sensitivitatsmodell:Okologie und Planung in Verdichtu-ngsgebieten)一书是德意志联邦共和国开展人和生物圈第十一项研究计划即城市生态系统研究的一项研究报告,由F.Vester及A.V.Hesler等人主撰,1980年8月由Regionale PlanungsgemeinschaftUntermain编印,全书共284页。这是一本有关城市生态系统分析的入门手册。它以深入浅出、通俗易懂的语言向读者介绍了城市生态学的一些基本知识,以及城市生态系统分析及规划中应遵循的一些基本原则(如     

再论生物多样性与生态系统的稳定性

本文在简述生物多样性与生态系统稳定性研究动态的基础上,从生物多样性和稳定性的概念出发,指出忽视多样性和稳定性的生物组织层次可能是造成观点纷争的根源之一。特定生物组织层次的稳定性可能更多地与该层次的多样性特征相关,探讨多样性和稳定性的关系应从不同的生物组织层次上进行,抗动是生态系统多样性与稳定性关系悖论中的重要因子,如果根据扰动的性质,把生态系统（或其他组织层次）区分为受非正常外力干扰和受环境因子时间异质性波动干扰2类系统,稳定性的4个内涵可以理解为：对于受非正常外力干扰的系统而言,抵抗力和恢复力是稳定性适宜的测度指标;对于受环境因子时间异质性波动干扰和系统而言。利用持久性和变异性衡量系统的稳定性则更具实际意义。结合对群落和种群层次多样性与稳定性相关机制的初步讨论,本文认为;在特定的前提下,多样性可以导致稳定性。     

南京市城市生态系统可持续发展评价研究

采用一种完全递阶的层次结构,建立了城市生态系统评价的指标体系,指标体系分为3个层次,第一层次是目标层,以城市综合发展能力为目标,第二层次是准则层,即发展水平、发展力度和发展协调度3个准则,第三层次是指标层,选择了30项具体指标。运用层次分析、模糊综合评价以及线性隶属方法对南京市城市生态系统进行了评价。评价结果表明,南京市城市生态系统总体上向着高效、和谐的方向发展,但发展过程中存在的问题是发展水平较低,发展的协调度年际变化较大,且子系统及其组成要素存在着发展的非均衡性,因而,必须进一步调整南京市城市生态系统的结构与功能。     

生物复杂性研究动态

生物复杂性（biocomplexity或biological complexity）是近年来由Rita Colwell等人积极倡导的一个新的学科领域,旨在更好地了解生命系统及其环境组分间的相互作用以及系统复杂性的动态特征与演化机制,目前,生物复杂性的定义与内涵尚不明确,意见纷呈,而有关研究在美国国家科学基金会（NSF）的支持下已迅速开展起来,并即将成为国际合作研究的热点之一。本文简要介绍了有关生物复杂性的不同观点、生物复杂性与生物多样性研究之间的关系,并以若干生态系统和基因组为例,说明了现阶段生物复杂性研究的主要特点。     

生态复杂性研究——综述与展望

简要介绍了生态复杂性研究的最新进展与动态,生态复杂性研究的背景及若干重要的概念与方法,生态复杂性指生态系统内不同层次上的结构与功能的多样性,自组织及有序性,生态复杂性研究的显著特征是：它应用复杂的理论,方法和观点来研究生态与进化问题,其研究方法主要有元胞机法和遗传算法,认为生态系统是一个适应复杂系统,处于混沌的边缘或临界态,内部作用是生态系统复杂化,有序化及自组织的主要推动力。     

基于因果网络模型的城市生态安全空间分异——以大连市为例

城市生态系统是一个脆弱而不稳定的生态系统,与自然系统相比较具有高能耗物耗、高环境污染、低自然资源储备的特点.同时,其生态安全评价也存在特有的空间特性、非线性和随机性.城市化进程的快速推进引发了众多生态环境问题,而且问题发展日趋严重.生态环境安全在城市中的空间分异现象也日益彰显.分析了PSR、DSR、DPSIR因果链结构模型的利弊,提出了一种新的生态安全评价模型-因果网络模型DPSRC模型,结合地理信息系统空间分析的方法,研究大连市生态系统健康状况,得到如下结论:①根据城市生态系统的复杂性,分析了以往链式模型的弊端,提出了网络分析模型,并且拟定"驱动力-压力-状态-响应-控制"DPSRC模型指标体系,运用模糊层次分析法(Fuzzy AHP)和综合比较法赋权并量化计算;②实地调查、收集了关于城市生态安全的数据资料,并将其数字化建立大连市生态安全指数的矢量网格数据库;③运用地理信息系统空间分析方法,揭示了大连城市生态健康状况和城市生态安全空间分异格局.     

小型城市湖泊生态系统预警技术--以武汉市汉阳地区为例

城市湖泊正面临着水体污染和生态系统退化的双重压力 ,对湖泊生态系统的状态进行预警是判定湖泊演化趋势以及制定相应控制对策的重要途径和手段。本文以武汉市汉阳地区的 6个小型城市湖泊为例 ,结合国内外的研究进展 ,从水生生态系统、湖滨生态系统和入湖沟渠生态系统 3方面入手 ,结合生物监测、生物标志物技术 ,综合考虑水文、水质和生态系统以及污染物扩散等因素 ,设计出汉阳地区湖泊生态系统的预警技术体系。该技术体系主要分 5步 :湖泊生态系统现状调研、生物标志物和关键指示因子确定、水质 -生态系统模拟、系统输出和灵敏度检验以及生态系统状态预警及对策、措施     

区县生态系统健康评价方法——以东莞市各镇区为例

现有城市生态系统健康研究多集中在城市及城市群层面，未能深入探究城市内部特征。鉴于此，聚焦区县生态系统健康状况，进一步探究城市内部的健康分布特征；提出了"发展水平-服务功能-抵御干扰-自我维育"四维区县生态系统健康评价框架，并建立了相应的多层级指标体系，构建了区县生态系统健康评价模型；在分析区县生态系统健康变化过程及空间分异特征的基础上，识别区县生态系统健康的主要贡献因子。针对东莞各镇区的研究结果表明：1995-2015年间，各镇区生态系统健康状态总体趋于恶化，其中西南地区生态系统的退化比东南地区更为明显。自我维育对各镇区生态系统健康变化具有重要影响，主要瓶颈在于快速发展过程中土地资源的稀缺及较低的利用效率。对区县生态系统健康的研究可以帮助决策者了解城市生态系统复杂的内部特征，在此基础上更好地平衡区域发展、维护城市生态系统健康。     

城市系统碳循环:特征、机理与理论框架

城市是地表受人类活动影响最深刻的区域,城市系统碳循环在全球和区域碳过程中具有重要的地位和作用.提出了城市“自然-社会”二元碳循环的概念,探讨了城市系统碳循环的一般特征;分析了城市系统碳循环的内部机理,主要包括:城市系统碳储量和碳输入/输出通量的主要过程和途径、城市系统碳储量、碳通量和碳流通的生命周期分析、城市系统碳输入和碳输出的类型划分等;提出了基于系统层次划分和碳流通过程的城市系统碳循环的研究框架,分析了城市自然系统和城市经济系统的主要碳流通过程和环节,构建了城市系统碳循环研究的思路和理论框架;最后提出了城市系统碳循环领域未来的研究重点.     

Application of cybernetic models to metabolic engineering: investigation of storage pathways

A cybernetic model is proposed to examine generic features of storage pathways. This model is capable of describing synthesis of carbon and non-carbon storage polymers. The effect of environmental conditions is evaluated using storage polymer level as a fraction of total biomass as a gauge of pathway performance. The base wild-type pathway is then analyzed to determine the effect of genetic alterations upon system performance. Proposed modifications are tested using the cybernetic model as a diagnostic tool to ascertain the ramifications of potential genetic alterations. A methodology is developed within the cybernetic framework to describe alterations of enzyme activity and over-expression of pathway enzymes. Copyright 1998 John Wiley & Sons, Inc.     

Integrating cybernetic modeling with pathway analysis provides a dynamic, systems-level description of metabolic control

Cybernetic modeling strives to uncover the inbuilt regulatory programs of biological systems and leverage them toward computational prediction of metabolic dynamics. Because of its focus on incorporating the global aims of metabolism, cybernetic modeling provides a systems-oriented approach for describing regulatory inputs and inferring the impact of regulation within biochemical networks. Combining cybernetic control laws with concepts from metabolic pathway analysis has culminated in a systematic strategy for constructing cybernetic models, which was previously lacking. The newly devised framework relies upon the simultaneous application of local controls that maximize the net flux through each elementary flux mode and global controls that modulate the activities of these modes to optimize the overall nutritional state of the cell. The modeling concepts are illustrated using a simple linear pathway and a larger network representing anaerobic E. coli central metabolism. The E. coli model successfully describes the metabolic shift that occurs upon deleting the pta-ackA operon that is responsible for fermentative acetate production. The model also furnishes predictions that are consistent with experimental results obtained from additional knockout strains as well as strains expressing heterologous genes. Because of the stabilizing influence of the included control variables, the resulting cybernetic models are more robust and reliable than their predecessors in simulating the network response to imposed genetic and environmental perturbations.     

长江中游城市群生态系统健康时空演变特征分析

城市群地区生态系统健康状况关乎城市群的可持续发展,科学测度城市群地区生态系统健康水平对城市群地区生态系统健康宏观调控政策制定具有重要的实践意义,然而当前生态系统健康评价仍存在不足之处。生态系统服务是反映生态系统健康状况的重要组成部分,如何把生态系统服务纳入生态系统健康评估框架中,成为了当前研究讨论的热点话题。拟把基于InVEST模型评估的生态系统服务纳入生态系统健康评估框架中,构建了基于"生态系统活力-生态系统组织力-生态系统弹性-生态系统服务"的评估框架,结合多源数据对1995—2015年长江中游城市群生态系统健康水平时空特征进行测度。结果显示:(1)研究期间长江中游城市群地区生态系统健康状况总体有所恶化,恶化区域主要分布在城市群的核心地区;(2)研究期间长江中游城市群地区生态系统健康存在显著的空间依赖性,生态系统健康高值区主要分布在周边山区以及中部的罗霄山脉,生态系统健康低值区主要分布在平原地区、大城市周边地区以及主要的交通线路沿线地区。本研究结果可以为其他地区生态系统健康评估以及长江中游城市群地区生态系统健康保护政策制定提供科学借鉴。     

奥德姆的生态思想是整体论吗?

奥德姆的生态思想是妥协的整体论,有还原论的一面。把生态系统看作是功能性整体、承认生态系统各层次的涌现属性属于整体论,把生态关系简化为能量关系、把生态系统看作是物理系统的分析方法则是还原论的。这种矛盾的生态思想决定了其方法论的先天不足:生态模型的内在逻辑关系没有理顺;较少考虑生态系统的进化;生态研究方法的排它性等。但是,它并不妨碍奥德姆的生态思想在夯实生态学的本体论基础、促进理论生态学和生态工程学的形成、协调生态整体论与还原论分歧、奠定生态系统服务功能研究基础等方面发挥重要作用。要超越生态整体论与还原论,繁荣发展生态复杂性理论也许是最好的选择。     

A novel modeling approach for the “end-to-end” analysis of marine ecosystems

There is a growing demand for “end-to-end” models, which are modeling tools used to analyze and understand the fundamental complexities of marine ecosystems and processes emerging from the interaction of individuals from different trophic groups with respect to the physical environment and, even, human activity. These models are valuable quantitative tools for ecosystem-based management. To explore potential answers to complex questions regarding ecosystems using these models, it is necessary to incorporate classical ontogenic changes through the life cycle of target individuals, in addition to inherited behavioral strategies, as an additional differentiating aspect, particularly when the behavior has a direct impact on the ecosystem phenomena under study. However, it is difficult to combine different fine scale time and spatial granularities to infer animal behavior and ontogenic development. This complexity has kept these two levels of analysis separated, because most current tools do not have the required computational resources and advanced software architecture. To address this issue, we propose an individual-based modeling framework that is capable of handling and unifying the two experimental categories with a comprehensive biological and behavioral model that strictly adheres to the physiological functions of ingestion, growth, and metabolism of organisms. In addition, this model incorporates the exchange and transfer of mass and energy through local interactions at all trophic levels (lower to higher), the physical environment, and anthropogenic activity. For the framework to model short time events, such as classical predator–prey interactions, while also generating long-term ecosystem emergent properties, a special interleaving scheduling engine and physical space computer model was devised, which optimizes memory and processing resources. The framework was tested through several experiments with a three-population ecosystem containing up to 40 thousand organisms evolving inside a 200,000 m² simulation environment during 12,000 model-hours; yet, requiring only a few hours of program execution on a regular personal computer. The model included various environmental physical elements, such as several hundred shelters, the number of which can be easily modified in each experiment to simulate substrate degradation and its impact on populations. With the aid of the quantitative and qualitative tools provided by the model, it was possible to observe a coupling between prey and predator population dynamics. In conclusion, we confirmed that the end-to-end model developed here could successfully generate detailed specific hypotheses about fish behavior and quantify impacts on population dynamics.     

基于集对分析的城市生态系统健康评价—以兰州为例

城市生态系统是城市社会经济发展的基础和载体,但城市生态系统健康状况问题中包含多种不确定性因素,而集对分析可以有效处理这种不确定性.论文以特大型综合性城市兰州为研究案例,基于集对分析方法,构建包括生产力、生活态、生态势和生机度的城市生命力指数,诊断兰州城市生态系统2002至2008年间的健康状态.研究结果表明:2002～2008年,兰州市城市生态系统健康状况呈上升趋势,其健康联系度由2002年的0.451增至2008年的0.519,但总体水平仍不高.该研究为兰州市城市规划和生态建设推荐了重点行动领域,同时也可为兰州市实施可持续发展战略提供决策依据.     

基于熵理论的城市生态系统服务流定量评估——以北京市为例

量化评价生态系统的服务功能是合理开发生态资源、实现可持续发展的重要前提.生态系统服务流能够为生态系统服务功能的量化评估提供解决方案.本文以四大生态系统服务类型为框架,构建了城市生态系统服务流评估体系;将生态系统服务流重新分类,引入熵理论,对指标及系统无序度、发展演变方向进行定量评价;并以北京市为研究对象,选择24个因子开展案例研究.结果表明:2004—2015年间,北京城市生态系统服务总熵值为0.794,总熵流为-0.024,系统无序度较大,濒临非健康状态;系统熵值3次取得极值,3个变化周期内系统熵值的年平均变化幅度逐渐增大,说明人为活动对城市生态系统干预强度增大;2007年熵流达到最小值,生态环境质量最高;北京市常住人口总数与城市生态系统熵流拟合函数的决定系数为0.921,说明人口数量与城市生态环境状态有很强的相关性.