城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型及其在干旱区的应用

在分析城市化进程与生态环境状况之间交互胁迫、动态演进关系的基础上,借助于系统科学理论建立了城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型。认为整个城市化过程就是城市化的各个层面与生态环境的综合协调、交互胁迫的耦合发展过程。在这一过程中,城市化与生态环境协调发展系统的演化周期将经历低级协调共生、协调发展、极限发展和螺旋式上升4个阶段,城市化与生态环境协调发展耦合过程的实质,就是系统各要素相互作用、相互制约,由低级协调共生向高级协调发展的螺旋式上升的过程。以河西走廊为例,对干旱区城市化与生态环境协调发展的动态耦合规律进行了实证分析,认为1985~2003年间,河西走廊城市化水平不断提高,生态环境状况曲折下降,生态环境对城市化的响应较为明显,但相对于城市化进程,生态环境的响应又有一定的滞后性。目前河西走廊处于城市化与生态环境的协调发展阶段,然而协调耦合度的增长很快,整个协调发展系统即将进入极限发展阶段,生态环境危机正在进入潜伏期。基于动态耦合模型所建立的协调耦合度,能够较好地反映城市化与生态环境的交互胁迫、动态耦合的演变情况。根据河西走廊耦合度的变化可知,在城市化发展的初期,往往是需要一定的生态破坏为代价的,然而随着城市化的发展,生态环境必将随城市化而好转。因此,正确认识城市化与生态环境交互胁迫的动态耦合规律,采取适当的城市化发展模式,对于促进河西走廊城市化与生态环境的协调发展具有重大意义。     

黄土高原生态与经济系统耦合协调发展状况

在借助系统科学理论建立黄土高原生态与经济系统协调发展耦合模型基础上,提出了黄土高原生态与经济系统耦合发展的评判标准和基本类型,并对黄土高原各县域生态与经济系统协调发展状况进行了研究.结果表明：黄土高原生态经济系统之间的相互作用可分为严重失调发展、轻度失调发展、低水平协调发展、高水平良好协调发展4个阶段,在不同的发展阶段又存在着损益-拮抗-磨合-主导-同步发展的循环往复过程;黄土高原生态与经济系统耦合发展度整体上处于较低水平,其中62.7%的县域处于严重失调发展阶段,30.1%的县域处于轻度失调发展阶段,7.1%的县域处于低水平协调发展阶段.基于耦合模型所建立的协调耦合度,能够较好地反映黄土高原经济社会与生态环境之间的交互胁迫耦合发展状况.正确认识黄土高原生态与经济系统耦合规律,采取适当的发展模式,对于促进黄土高原县域生态与经济协调发展具有重大意义.     

贵阳市城市化与生态环境耦合研究

随着中国西部地区城市化的快速推进, 生态脆弱城市的环境问题日益引起国内学者的重视。通过构建贵阳市城市化与生态环境指标体系, 以综合指数评价模型为基础分析贵阳市城市化与生态环境发展趋势, 并利用协调发展度模型揭示贵阳市城市化与生态环境耦合协调的演化轨迹。结果表明, 贵阳市城市化综合指数与生态环境综合指数总体上呈上升趋势, 两大系统的发展均依赖于各子系统的共同进步, 不同子系统与指标对综合评价体系具有不同的作用;协调度的演变明显表现为不同的两个阶段, 而协调发展度演变表现为线形的上升趋势, 由严重不协调阶段逐渐步入高级协调阶段。只有两大系统共同发展, 二者的耦合关系才会逐渐增强。     

京津冀地区城市化与生态环境交互耦合关系定量测度

城市化与生态环境之间客观上存在着极其复杂的交互耦合关系,如何实现城市化与生态环境协调发展将是世界经济社会发展的核心议题,也是近年来国内外研究的热点命题。首先构建了城市化和生态环境系统综合评价指标体系,然后借助物理学耦合模型,构建了城市化与生态环境动态耦合协调度模型,定量分析了1980—2011年京津冀地区城市化与生态环境的耦合过程与演进趋势。结果表明:人口城市化和生态压力分别对城市化子系统与生态环境子系统的贡献份额最大,明显高于其他因素;在耦合协调度测算模型中,城市化子系统与生态环境子系统3种不同贡献份额所得出的耦合协调度的变化趋势是一致的,表明耦合协调度模型受城市化与生态环境子系统贡献份额比例的影响很小;1980年以来京津冀地区的城市化与生态环境耦合协调度呈现出S型曲线变化,协调类型从严重不协调-城市化受阻发展到高级协调-生态环境滞后类型;正确认识城市化与生态环境交互胁迫的时空动态耦合规律,采取恰当的区域发展政策和适当的城市发展战略,对进一步加快区域城市化进程,改善生态环境,实现京津冀地区城市化与生态环境的协调和可持续发展具有重要的指导意义。     

基于模糊物元的淮河流域城市化与生态环境系统的耦合协调测度

基于2010年淮河流域35个地级市城市化和生态环境指标数据,运用模糊物元分析模型建立城市化-生态环境系统指标体系,采用熵值法确定指标权重,构造改进的城市化与生态环境耦合协调度函数,测度淮河流域城市化与生态环境系统交互耦合的协调程度.结果表明:2010年,淮河流域城市化子系统的发展水平低于生态环境子系统,两者综合协调指数值为0.186,两类响应指标之间存在一定差距.城市化与生态环境耦合度的平均值为0.475,流域城市化-生态环境系统处于颉颃阶段.不同城市的城市化发展子系统之间存在较大差异,而生态环境子系统现状发展水平之间差异相对较小.城市化与生态环境协调度的平均值为0.706,表明淮河流域正处于高度协调耦合阶段,城市化与生态环境建设的整体“功效”与“协同”效应较高.     

丝绸之路经济带核心区城镇化与生态环境耦合关系研究进展

新疆是丝绸之路经济带核心区,作为中巴经济走廊和中亚通道的重要窗口,其新型城镇化建设和生态环境面临新的矛盾和问题,如何协调核心区城镇化和生态系统的耦合关系是可持续发展生态学关注的主要科学问题。综合国内外研究现状,综述了丝绸之路经济带核心区城镇化、生态环境的特征及城镇化与生态环境各因子间的关系,现有研究发现核心区城镇化水平高于城镇化质量,其发展协调度趋于上升且空间分异明显,生态环境本底差、敏感性高且其承载力低;双系统间的耦合模式为磨合、拮抗型,协调度由失调转向协调。目前对核心区城镇化和生态环境耦合规律有了一定认识,但尚需深入。今后研究的重点包括建立城镇化和生态系统耦合关系数据库、注重城镇化和生态环境系统耦合作用研究、开展城镇化和生态环境系统各因子阈值研究、加强城镇化和生态环境问题的预警研究等。     

吉林省松花江流域经济发展与水环境质量的动态耦合及空间格局

利用耦合度模型对1991-2010年吉林省松花江流域经济发展与水环境质量进行动态耦合和空间格局分析.结果表明:研究期间,研究区经济发展指数和水环境指数呈同步上升趋势,基本处于协调状态;从耦合协调度来看,经济发展与水环境系统交互耦合具有复杂性、非线性和时变性的特点,整体上经历了较低水平耦合阶段、拮抗时期和磨合阶段3个阶段;从耦合度来看,耦合度始终处于第一象限,为基本协调的发展阶段;从耦合度的空间差异性来看,位于河流上游的长春、吉林的耦合度高于下游的松原、白城地区.耦合度不仅与经济发展相关,同时受区域之间的联系和区域内部的产业结构等影响.上游城市的经济发展明显高于下游的城市,其在环境质量保护以及减少污染排放方面采取了更严格的措施,水环境质量较高.     

甘肃省生态承载力空间定量评价及耦合协调性

以生态环境脆弱的甘肃省为研究区,选用状态空间法从生态功能弹性力、资源环境供容力以及社会经济协调力3个维度构建生态承载力评价指标体系,对甘肃省2010年生态承载力的空间分异特征、空间关联特征以及耦合协调性进行分析。结果表明:(1)空间分布上,甘肃省生态承载力总体呈现东南高西北低,从东南高承载区向西北弱承载区逐级递减的空间分布格局;相近或相异生态地理分区的生态承载力表现出空间和数量上的一致性和差异性;特别地,河西走廊独特的绿洲生态景观,促使该地区生态承载力存在明显的空间异质性。(2)空间关联上,甘肃省生态承载力的分布呈正的全局空间自相关,存在显著的高值(或低值)集聚区;局部空间自相关LISA集聚类型主要包括HH和LL 2种类型,前者分布于甘南高原、陇南山地及河西走廊以南的祁连山区,后者则分布于苏干湖水系以北的酒泉境内与石羊河流域下游的武威民勤地区。(3)耦合协调性上,甘肃省生态承载力综合耦合协调性空间差异较大,从东南到西北呈现高-低协调相间分布的格局;较高协调地区出现在甘肃省东南部与河西走廊中东段,而较低协调地区则位于兰州-白银经济区及河西走廊西段;维度间耦合协调性受制于本地区自然和人文环境状况,使其空间分布与协调程度表现得不尽相同。     

国家公园社区社会与生态福祉空间耦合协调度分析——以武夷山国家公园A村为例

国家公园体制建设是我国生态文明建设的重大举措,旨在提升社区生态福祉、实现人与自然和谐共生。目前对自然保护地社区福祉测度研究多从社会经济福祉方面进行测度,较少考虑生态福祉及其空间关联。构建中国国家公园社区福祉综合评估框架,以武夷山国家公园内A村为例测度其12个村民小组的社会与生态福祉,探究二者之间的耦合协调关系及其影响因素,基于耦合协调度分析提出社区分类调控优化策略。结果显示:(1)A村的社会经济福祉呈现以村道向东西两侧递减的分布趋势;(2)自然生态福祉整体上呈现由北部向南部递减的空间分布趋势;(3)A村的社会与生态福祉的耦合关系呈现协调型、磨合型、拮抗型和失调型4种类型,以协调型和磨合型为主。(4)选择与行动的自由(0.747)、基础生活资料 (0.742)和家庭经济(0.732)是影响整体耦合协调度的主要因素,而不同耦合协调类型的主要影响因素存在差异。基于此,本研究针对拮抗型和失调型社区的主要影响因素提出优化建议。     

甘肃省脆弱生态环境与贫困的耦合关系

保持生态环境与经济建设的协调发展是新阶段国家扶贫开发的重要策略之一。以甘肃省为例,运用系统耦合协调度理论,构建双系统发展多指标综合评价体系,对研究区2000—2014年脆弱生态环境与贫困评价得分、两者耦合协调度及时空分异进行测度和分析。结果表明:从时序角度看,甘肃省脆弱生态环境和贫困耦合协调度整体呈上升状态,受政策调整等因素的影响呈现低水平耦合协调、耦合协调度增长、高水平耦合协调生态环境滞后3个不同阶段;从空间分异角度看,甘肃省脆弱生态环境和贫困耦合协调度由东南向西北递增,耦合协调度空间分布不均衡,脆弱生态环境与贫困共生共存,需充分重视和保护贫困地区生态环境。     

河西走廊城镇化与资源环境承载力的动态耦合及空间格局

城镇化和资源环境承载力耦合的时空演化是生态、地理、经济社会学等研究的重要内容之一,对促进城镇的可持续发展具有重要意义.为研究县域尺度上河西走廊城镇化与资源环境承载力协调度的空间分布格局,基于核密度分析、探索性分析、时空数据模型等方法,对该区域城镇化和资源环境承载力协调度的空间异质性及其动态演进过程进行了研究.结果表明:...     

福建省新型城镇化与生态环境的耦合分析

识别和揭示城镇化与生态环境之间的耦合关系及其形成机理,进而针对性地提出调控对策,有助于城市管理相关部门制定决策.本研究针对福建省所处立地环境构建新型城镇化与生态环境系统指标体系,利用变异系数确定指标权重,通过耦合度模型和耦合协调度模型探讨福建省新型城镇化与生态环境系统的耦合过程,并实现空间可视化.结果表明: 2000-2015年,福建省地级市的新型城镇化与生态环境系统耦合度变化相对平稳,其值在0.77～0.99,且各城市间差异不显著,只有2000年莆田和2015年漳州的耦合度处于磨合阶段;福建省新型城镇化与生态环境系统耦合协调度在0.50上下波动,从东向西演变时间短,空间分异显著;福建省两系统耦合协调类型以调和发展型为主,还存在中度失调衰退型、中度协调发展型和高度协调发展型,两系统耦合协调类型间还存在转化现象,到2015年只有厦门发展为高度协调发展型城市;城市发展以城镇化滞后为主,到2010年(厦门)和2015年(厦门和福州)才出现生态环境滞后现象.     

山东半岛城市群城镇化与生态环境耦合协调发展的时空格局

城镇化与生态环境耦合协调发展研究,是目前国际研究的热点与前沿领域。以山东半岛城市群为研究对象,建立城镇化系统和生态环境系统指标体系,运用耦合协调度模型定量分析山东半岛城市群2000—2016年城镇化与生态环境耦合协调发展时空格局。结果表明:(1)2000—2016年城镇化水平不断提高,多年平均值表现为空间城镇化人口城镇化经济城镇化社会城镇化,生态环境水平呈现出波动中上升的趋势,生态压力子系统曲线下降,生态状态和生态保护子系统曲线不断上升,生态环境总体有了一定的改善和提高;(2)2000—2016年耦合协调度逐渐增强,依次经历了严重不协调、基本不协调、基本协调、中度协调、高级协调5个阶段,实现了从极度不协调向优质协调的转变,子系统耦合协调特征从严重不协调-城镇化滞后型向高级协调-生态环境滞后型演变;(3)17地市城镇化以中等水平城镇化区为主要类型,高水平城镇化区集中在济南、青岛"双核"地区和北部的东营,较低水平城镇化区范围逐渐缩小,低水平城镇化区消失;生态环境优质区主要集中在东部沿海城市带威海、青岛、烟台、日照和中部泰安,生态环境中等区从胶济城市带轴线向南北扩散,生态环境较低区主要集中在菏泽、聊城、滨州,生态环境恶劣区不存在;(4)2000—2016年城市耦合协调度不断提高,空间差异明显,呈现出由沿海城市带、济南都市圈核心城市向西南地区逐渐降低的空间分布趋势,子系统耦合协调特征由城镇化滞后型向同步型、生态环境滞后型开始转化,发达城市的集聚作用明显,落后地区的城镇化问题和生态环境问题比较严重。     

成渝城市群城镇化与生态环境耦合协调及交互影响

以成都-重庆(简称成渝)城市群为研究对象,从经济、社会、生态和城乡协调4个子系统构建城镇化综合评价指标体系,将生态环境承载力和生态弹性结合构建生态环境综合评价指标体系,应用耦合协调度模型测度2005—2018年成渝城市群各地级市城镇化与生态环境的耦合协调度,借助GIS空间分析法、象限分析法和Tapio模型,分析成渝城市群各地级市城镇化与生态环境交互作用的类型、演化路径及其解耦路径。结果表明: 研究期间,成渝城市群的城镇化质量呈现波动上升趋势,以成都、重庆为高值区呈“双核”向四周辐射;生态环境质量缓慢提升,呈四周高、中部低,开口向北的“U”型空间格局。城镇化系统和生态环境系统耦合协调水平较高,总体呈上升的趋势,协调类型由以濒临失调和勉强协调为主逐渐向以中度协调为主演变,呈现中部低、东西高的空间格局。城镇化与生态环境交互作用的演化路径呈现稳定型和变化型2个大类。稳定型包括5个亚类20个城市,成都、德阳、绵阳等城市始终是良好协调型;变化型包括9个亚类16个城市,重庆主城区、铜梁等多数城市的协调度提升,呈“上升式”发展;合川、自贡等少数城市呈“下沉式”发展。生态环境增长率和城镇化增长率均为正,城镇化与生态环境的解耦路径以弱脱钩和扩张连接为主。     

武陵山片区城镇化与生态环境耦合协调度时空分异——以六个中心城市为例

城镇化与生态环境之间是相互联系和促进的唇齿关系,其耦合协调程度对实现地区高质量发展和可持续发展具有重大影响。将物理学中的"耦合"概念引入城镇化与生态环境耦合协调研究中,建立了耦合协调度模型,并构建了城镇化与生态环境耦合协调度评价指标体系和耦合协调度基本类型划分体系,分析了2010-2018年武陵山片区六个中心城市城镇化与生态环境耦合协调度的时空分异。结果表明：（1）各中心城市的耦合协调基础较好,且呈现出良好的发展态势。（2）各中心城市的空间差异明显,2010年、2015年与2018年六个中心城市城镇化与生态环境耦合协调发展内部差异性较大,东部大于西部,怀化市"单核"特征明显。（3）武陵山片区城镇化与生态环境耦合协调度没有实现突破性、跨越式的提升,且城镇化滞后的问题较为明显,影响了两者实现高耦合协调度的进程。研究认为须要坚持以绿色为底色,以生态为引领,加快提升武陵山片区城镇化发展水平,走出一条绿色生态的城镇化高质量发展新路。     

熵变视角的吉林省城市化与生态环境的耦合关系判别

借鉴热力学第二定律中的熵变方程原理,结合熵值法和PSE模型,对2001—2011年吉林省城市化发展与生态环境效益的耦合关系模式展开分析.结果表明: 研究期间,吉林省城市化发展脱离了正常的演进轨道,经济城市化和空间城市化主宰了整个城市化过程,而过于忽视“人”的城市化,且资源(这里主要指土地资源)粗放、低效投入特征明显;基于PSE模型的生态环境水平,无论是压力指数、敏感性指数、弹性指数,还是综合水平在研究期间都得到了长足的增长,且都呈现出明显的阶段性特征,即先升后降再升;城市化系统的总熵值一直小于0,表现为一条不平稳的上升曲线;生态环境的总熵值时正时负,其中,2003、2006、2010、2011年是“拐点”,映射出生态环境系统是一条不平稳的波浪形曲线,时升时降;城市化子系统与生态环境子系统交互耦合的总熵值具有与生态环境子系统总熵值相似的变化趋势,即具有相同的“拐点”和曲线形状,且其“拐点”对应的演化模式是拮抗型耦合关系演化模式,其余年份对应的是协调型耦合关系演化模式.     

水资源约束下西北干旱区城市经济发展与城市化阈值

城市化水平阈值是指在水资源硬约束下,在确保经济发展达到一定速度与规模、生态环境建设得到基本保障、并具备足以支撑城市接纳一定数量农民进城转为非农人口的经济能力时,能达到的“农转非”人口占总人口的最大比例。以干旱区河西走廊为例,分析了在水资源约束下城市经济发展总量及其对应的城市化阈值。采用阈值模型计算表明,未来30a在不跨区调水的前提下,河西走廊总需水量的上限阈值为7.81×109m3,其中生态需水、生产需水和生活需水比例调整为13.2:83.5:3.3,总需水量对应的国内生产总值为1.81×1011元,历年平均增长速度最快可达到6.91%,第一、二、三产业结构调整为18.99:47.20:33.81。在总需水量阈值、经济总量、需水结构与产业结构调整优化和经济增长速度不低于7%、农业需水按0.61%的速度退水9.12×108m3、生态需水比例不低于13%等多重条件约束下,求得河西走廊未来30a能够达到的总人口为5.82×106人,城镇非农业人口可达到2.05×106人,城市化水平可达到35.14%,这一水平仅相当于中国2001年的平均城市化水平。在跨区调水1.31×109m3的条件下,城市化水平可望达到47.17%。进而采用总人口人均拥有的GDP、非农业人口人均拥有的第二、三产业增加值、农业人口人均拥有的第一产业增加值3项经济指标对水资源约束下经济发展总量对城市化水平的保障程度进行了验证分析。由于各城市的缺水状况、取水条件、发展性质、发展阶段与经济发展实力与前景等各不相同,致使不同城市之间对应的总需水量、经济总量、经济增长速度和城市化水平等均表现出较大的差异性。     

基于ARIMA-ANN模型的生态安全评价及预测——以河西走廊城市群为例

生态安全是社会经济可持续发展的基本保障,研究区域生态安全时空格局历史演变与发展趋势具有重要意义。本文选取河西走廊地区5个地级市为对象,建立基于PSR-EES模型的生态安全评价指标体系,采用综合指数法计量其2008-2017年期间10年生态安全值,进而采用ARIMA-ANN模型预测未来该区域生态安全变化趋势。结果表明:河西走廊地区生态安全呈波动上升状态,演变特征与区域的生态保护规划与政策措施相吻合;各地级市生态安全等级与理想状态存在不同程度的差距;张掖、金昌、酒泉三市存在一定的生态风险;采用ARIMA单项模型、ARIMA-ANN组合模型对河西走廊区域生态安全变化趋势进行预测的平均相对误差、相关系数分别为2.01%、0.8852(ARIMA)和1.09%、0.9665(ARIMA-ANN);ARIMA-ANN组合模型预测河西走廊地区2020年的生态安全值达0.8107,处于V级。本研究证明,ARIMA-ANN组合模型在区域生态安全演变评价和发展趋势预测中获得较高的准确度和精度,对优化区域生态空间布局和安全管理具有实践价值。