基于信息熵和GM(1,1)的上海市城市生态系统演化分析与灰色预测

城市生态系统是典型的"自然-社会-经济系统",城市的可持续发展依托于城市生态系统结构和功能的不断协调与完善.新一轮"城市化"进程中,城市生态系统将面临生态用地减少、环境衰退等诸多挑战,生态环境和经济发展之间的矛盾可能日益突出.因此,把握城市生态系统的演化方向,对于促进城市可持续发展和生态文明建设意义重大.本研究以"国际化大都市"上海市为研究对象,运用"耗散结构理论"和"信息熵"分析模型,构建包括支持型输入熵、压力型输出熵、氧化型代谢熵、还原型代谢熵4方面的"上海市城市生态系统演化指标体系",以统计资料和政府公报为数据来源,对上海市2003—2013年的城市生态系统演化进行了熵变分析;基于集成层次分析法(AHP)和熵权法(EVM)"综合赋权"的"综合发展度"和"协调发展度"模型对城市生态系统可持续发展状况进行了评价;采用"相关分析法"对城市生态系统熵变与可持续发展协同演化过程进行量化分析;并引入GM(1,1)灰色预测模型对上海市城市生态系统(2014—2020)年的演化趋势和方向做出了预测.研究得出以下结论:12003—2013年,上海市城市生态系统"熵流、熵产生和总熵变",均整体呈波动下降趋势.上海市城市生态系统有序度不断提高,总体朝健康态势发展.22003—2013年,上海市城市生态系统总体可持续发展态势良好,不断向健康可持续方向演进;环境与经济整体效益不断提高,但环境与经济发展之间的协调能力近年来有所下降.3上海市城市生态系统(2014—2020)期间的演化趋势预测:城市生态系统整体继续向健康、有序方向演进.城市生态系统可持续发展整体保持协调发展态势,但未来发展协调度可能从"初级协调"衰退为"勉强协调".最后,基于指标"熵权"和熵变时序提出了上海市城市生态系统的针对性优化措施:积极扶持城市生态农业发展,扩大进出口贸易规模,促进娱乐教育文化服务产业增长;进一步提高居民生态环保意识,提倡低碳生活;加强工业"三废"的达标排放,提高资源利用率,巩固城市绿化率,加大环保投资规模.本研究旨在为上海市城市生态系统健康可持续发展和优化调控提供一定的科学参考.     

基于信息熵的乡村生产空间系统演化及其可持续发展能力

乡村生产空间系统演化是乡村生产空间系统内部及其与外部系统间进行物质、能量和信息交换的表征或结果,这一结果的优劣是实现系统可持续发展的内生物质基础与保障。以重庆市为研究区,以2001-2015年为研究时段,基于信息熵,从支持型输入熵、压力型输出熵、氧化型代谢熵、还原型代谢熵四个方面构建乡村生产空间系统演化指标体系,揭示乡村生产空间系统的演变规律和可持续发展能力,探析乡村生产空间系统熵变与可持续发展能力之间协同演化过程中的相关关系,设计乡村生产空间系统优化路径。结果表明：（1）2001-2015年重庆市乡村生产空间系统熵流为0.017~-0.049,熵产生为0.204~0.059,均呈下降趋势,乡村生产空间系统的协调性和活力得以增强;总熵变为0.221~0.010,呈相同趋势,乡村生产空间系统有序度不断提高,总体上向健康水平发展。（2）2001-2015年重庆市乡村生产空间系统可持续发展能力得分为1.285~2.803,呈上升趋势,系统可持续发展态势良好,并不断向可持续方向演进。（3）可持续发展能力得分与支持型输入熵、还原型代谢熵正相关,与压力型输出熵、氧化型代谢熵负相关,与熵流、熵产生和总熵变负相关。     

城市综合应灾能力的耦合协调度评估

城市综合应灾能力能否在城市灾害过程中相互协调、互相配合,是衡量一座城市在未来是否能够可持续发展的重要指标。首先,在阐述城市综合应灾能力内部耦合关系的基础上,综合利用熵权法和耦合度理论,建立了能够量化城市综合应灾能力内部关联程度的耦合度模型;其次,利用耦合协调理论,建立了能够评价城市综合应灾能力协调程度的耦合协调度模型;最后,以某一城市为例,对2007—2018年该城市的综合应灾能力进行耦合度和耦合协调度评估。结果表明:2007—2018年该城市的综合应灾能力的耦合度一直处于高水平耦合状态,且其值波动幅度较小,说明该城市综合应灾能力内部各应灾子能力之间的关联程度极强;其耦合协调类型由最初的初级协调型发展成为良好协调型,且呈稳步上升趋势,说明该城市的综合应灾能力呈良好发展态势。     

基于熵理论的湖泊生态系统健康发展评估

为评估湖泊生态系统的健康发展方向,基于薛定谔关于熵变与生命体关系的理论,引入信息熵的概念,建立评估湖泊生态系统健康发展的量化模型.采用基于指标所处状态的方法,划分指标为消极指标和积极指标,对指标性质和熵流方向进行辨识,权衡健康与发展两方面赋予权重计算.以2012年白洋淀各水域的监测资料为基础进行了实例应用,从计算结果可以看出,白洋淀生态系统整体处于亚健康状态,且若无重大治理措施近几年都会处于此状态,其中"水文水资源"、"生物"准则层情况最为严重.通过分析两准则层的关联指标发现,影响白洋淀健康的主要原因是甶于白洋淀的生态水位长期得不到满足,从而引发生物、水质下降,且后续实地考察得以证实.     

民族地区经济与生态系统耦合协调问题研究——以宁夏回族自治区为例

经济与生态环境系统协调发展是当今社会共同关注的热点话题,民族地区经济发展滞后,生态环境恶劣,并且近年来宁夏经济与生态系统呈现出较大的"剪刀差"。经济生态系统协调发展问题日益严峻。通过构建宁夏经济生态系统评价指标体系,运用2007～2016年时间序列数据,采用熵值赋权法与耦合度、耦合协调模型对宁夏经济与生态系统耦合协调发展关系进行评价研究。研究表明:经济系统呈逐年上升趋势,生态系统呈先增后降的趋势,经济与生态系统耦合度呈波动下降态势,宁夏经济与生态系统耦合协调度呈上升态势;宁夏经济生态系统经过了勉强耦合协调、调和耦合协调、低级耦合协调3个阶段,并且由环境滞后型过渡到经济滞后型,且在2010年后一直处于环境滞后型。最后发现宁夏经济生态系统协调发展的问题,并提出建议与对策。     

杭州市土地资源承载力评价及其协调发展

土地资源承载力是区域协调发展的重要指标,基于驱动力-压力-状态-响应的研究框架构建杭州市土地资源承载力的指标体系,并运用熵权TOSPSIS方法对杭州市2009—2017年土地承载力及其各子系统水平进行评价,同时引用障碍度模型对杭州市土地承载力的障碍因素进行诊断,最后采用耦合协调模型对杭州市承载力子系统内部的耦合协调性进行了研究。结果表明：（1）在2009—2017年杭州市土地资源承载力的评价结果呈波动上升趋势,评价年限内土地承载力整体水平处于中级状态,但距离优质承载力仍有一定的差距;（2）从2009年到2013年,障碍度因素主要集中在驱动力系统和压力系统,2014—2017年,障碍度因素主要集中于状态系统和驱动力系统;（3）在研究区间内杭州市承载力系统整体的耦合协调度较好,但距离优质协调仍有不小的差距,其中承载力系统耦合度总体较高,除2009年处于拮抗级别外,其他年份均处于高水平耦合级别,并且在研究年份内各年的耦合度评价结果均高于耦合协调度评价结果,同时评价区间内系统耦合协调度变化大致呈“初级协调到良好协调再到初级协调”的态势。     

一种城市生态系统健康评价方法及其应用

将健康概念引入城市生态系统研究,从复合生态系统角度评价和辨析城市生态环境问题,为生态城市建设提供决策依据极具现实意义．基于城市复合生态系统健康内涵,提出用距离指数和协调指数表征系统发展水平和协调状况,构建整合距离指数和协调指数的城市生态系统健康评价模型,并设定了城市生态系统健康状态的评价标准,建立城市生态系统健康评价指标体系．对宁波的实例分析揭示了宁波城市生态系统健康特征和地域空间分布,表明模型能够很好地辨识城市生态系统的复合特征和地域空间特征,指示城市生态规划和建设的重点行动领域,为城市实施可持续发展战略提供决策依据．     

人水系统的自组织演化模拟与实证

人水系统是一个开放的复杂巨系统,研究其自组织演化过程对促进区域人水和谐和可持续发展具有重要意义。论文在辨析人水系统基本内涵的基础上提出了其概念模型,基于自组织理论分析了人水系统的演化具有开放性、涨落、非线性、反馈、不稳定性和支配性等特点。在此基础上借鉴协同学、耗散结构论等将序参量判据和熵判据结合,构建了人水系统的自组织演化模型,并应用到人水矛盾突出的石羊河流域。案例分析表明：石羊河流域人水系统的社会经济、生态环境和资源开发利用三个子系统在2001-2011 年的协同度总体呈“S”型上升趋势,具体演化路径略有不同;人水系统的整体演化以2006 年为涨落点,在政策驱动下,系统不断输入负熵,由混乱无序向协调有序的良性发展方向演化,开始趋向新的稳态,结果验证了模型应用的可行性。     

矿业城市生态承载力动态分析

鞍山市是我国重要的矿业城市,也是我国最大的钢铁生产基地之一,研究其生态承载力状况并预测其发展趋势,可为鞍山市可持续发展提供决策依据。基于矿业城市独特的生态系统内涵,建立了鞍山市生态承载力评价指标体系,运用熵值理论为基础的综合评判法,评价了"十五"期间鞍山市生态承载力状况,探讨了2010年鞍山市生态承载力变化趋势。结果表明:"十五"期间,鞍山市综合生态承载力处于临界安全状态,整体上呈现增长趋势,但经济压力、资源压力和生态健康等指标发展水平仍较低。生态承载力从超载逐渐转变为盈余状态,系统间协调度不断提高。按照鞍山市总体规划水平预测,2010年鞍山市综合生态承载力达到较安全状态,各指标没有低于临界安全的;生态承载力承载度和协调度进一步提高。运用综合评判法较客观地反映了鞍山市"十五"期间生态承载力状况,并进行了相对可靠的预测,可为其他地区生态承载力研究提供一定的借鉴。     

熵权法在城市经济与环境耦合协调发展评价中的应用

运用熵权法和耦合协调度模型对城市经济与环境的协调发展情况进行评价。在建立经济和环境指标体系基础上,算出阿图什市经济与生态环境系统耦合协调度,并判别阿图什市的经济与环境的协调发展状态。研究结果表明:2010—2015年,阿图什市经济与环境的耦合度均高于0.75,平均值为0.892,高度耦合,协调度分别为0.573,0.611,0.668,0.755,0.630和0.735;2010年的系统协调状态为勉强协调型,其余年分均为中度协调型。研究期间经济与生态环境的耦合度类型,从经济滞后型转变为环境滞后型。熵权法与耦合协调度模型法混合应用判别城市协调发展情况计算步骤简单,结果合理,有一定的参考价值。     

宝鸡市人水和谐评价研究

以宝鸡市为例建立区域人水和谐评价指标体系及评价模型。在阐述人水和谐内涵的基础上,构建宝鸡市人水和谐评价指标体系。根据对立统一可变模糊集理论及合作博弈思想,建立基于合作博弈权重的可变模糊集模型,评价人水复合系统的综合发展水平;以水系统和人类系统的综合发展水平为基础,采用协调性指数模型揭示两系统间的相互协调关系,由人水系统的信息熵得到人水复合系统的协调度,以此建立信息熵协调度模型,评价人水复合系统协调度;以人水复合系统综合发展水平和协调度为基础,综合评价人水复合系统的和谐度。应用此模型对宝鸡市2001—2010 年的人水和谐程度进行评价,和谐度在0.631~0.833 之间。与模糊物元评价模型结果对比分析,评价结果基本一致,表明文中模型有效可行,结果可靠。通过对宝鸡市人水和谐评价指标体系和评价模型研究,以期为人水和谐的深入研究提供一种实用可操作的定量评价方法。     

基于选择实验法的城市生态系统服务价值评估——以四川温江为例

对城市生态系统服务价值的全面认知是实现城市生态系统可持续发展的基础。论文以四川温江为例,首先,基于选择实验法,构建城市生态系统服务功能属性指标和设置属性水平,了解温江居民对不同状态水平的选择偏好;然后,采用Mixed Logit模型对居民城市生态系统服务效用函数进行拟合,探讨生态系统服务各属性隐含价格和居民补偿剩余;最后,对温江城市生态系统服务价值进行评估。结果表明：1）温江居民对于城市生态系统服务功能偏好由高到低分别为城市小气候、水环境、空气质量、城市噪声污染和休闲娱乐文化。2）各生态系统服务功能属性指标隐含价格分别为：为了在5 a内实现温江城市生态系统服务功能各指标预设目标,空气质量达标天数比率每提高1%,当地居民支付意愿为399.45元/(人·a);河流综合污染指数每下降1%,当地居民支付意愿为564.03元/(人·a);一类地区环境噪声比每降低1%,当地居民支付意愿为295.25元/(人·a);夏季最高温度比每提高1%,当地居民支付意愿为630.81元/(人·a);人均公共绿地面积比重每提高1%,当地居民支付意愿为219.29元/(人·a)。3）为在5 a内实现目标,温江居民的整体人均意愿支付成本为113.59元/(人·a),据此可以计算得出目前温江城市生态系统服务全价值为3 733.08万元/a。     

福州市环境与经济协调发展度评价与分析

环境与经济协调发展度是一个定量表示社会经济发展和环境保护之间关系的指标,强调的是系统之间各要素的共同发展。以福州市为例,对2000年-2007年福州市环境发展与经济发展的协调度进行定量评价,结果表明2001年-2002年福州市环境与经济协调发展度大于0．8,为良好发展类型,其余年份协调发展度大于0．9,为优质协调发展类型。     

基于熵权的属性识别模型在城市轨道线网方案评价中的应用

城市轨道线网规划对优化城市社会、经济、生态环境,实现城市生态环境可持续发展有着至关重要的作用。文章通过熵值法与属性识别模型相结合,建立了基于熵权的属性识别模型,用该方法对城市轨道线网方案进行综合评价,并结合西安市城市轨道交通线网规划中的4个预选方案进行了评价,推选出最优方案。结果表明,该评价方法结果合理,决策科学,具有较好的应用前景。     

基于能值-生命力指数的城市生态系统健康集对分析

综合考虑城市的生命体特征及物质能量代谢层面因素,依托城市生命力指数框架,结合能值指标,构建城市能值-生命力指数,以全面反映城市生态系统健康状况.引入集对分析这种不确定理论与方法,比较城市生态系统相对健康状况.采用基于集对分析的城市能值-生命力指数综合评价模型及信息熵权重,比较北京、上海、武汉、广州等16个城市的生态系统相对健康状况,结果表明,厦门、青岛、杭州、上海、北京健康水平相对较高,而乌鲁木齐、成都、哈尔滨健康水平相对较低,其他城市则为中等水平.     

基于变异系数法的模糊数学模型在城市生态系统健康评价中的应用

从城市生态系统的健康内涵出发,选取活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能和人群健康状况构建城市生态系统健康评价指标体系,采用基于变异系数的赋权法确定指标权重,运用模糊数学方法对2007—2011年兰州市城市生态系统健康进行评价分析。明确兰州市生态系统健康状况及制约因子,为兰州市城市生态建设及可持续发展提供参考。     

熵权多目标决策环境监测优化布点模型及应用

熵是热力学中的重要概念,表示一个信息源发出信号状态的不确定程度。熵权表明某指标在决策或评估问题中提供有用信息量的多少,即指标的相对重要程度。本研究介绍熵权的基本概念、性质,分析其在环境监测优化布点应用中的独到之处,建立熵权多目标决策优选模型,并应用于某市大气环境监测优化布点。案例分析结果表明,该优选模型在污染因子权重分析中优选结果合理。