基于信息熵的城市生态系统演化分析

基于耗散结构理论和城市复合生态系统理论,构建了城市生态系统演化分析的指标体系,建立了评估城市生态系统演化的量化模型,采用基于信息熵的分析方法,可获得城市生态系统演化评估的年份信息熵和指标信息熵：采用年份信息熵计算城市系统的支持型输入熵、压力型输出压力熵、氧化型代谢熵和还原型代谢熵,分析系统的有序以及复杂性;采用指标信息熵可确定各个指标的权重,再结合各个指标的归一化值,得到综合评估得分值,作为评估城市可持续发展水平的指数值,确定系统的发展度和协调度。以宁波市为例,应用量化模型纵向评价了1996--2003年城市可持续发展进程．评价结果表明：宁波城市生态系统的健康、有序水平不断提高,协调能力不断增强,系统活力有待改善．1996--2003年,宁波城市生态系统的熵流、熵产生、总熵均呈现出下降趋势,城市发展目标逐渐明确、有序度不断增强;宁波城市生态系统熵流的发展度和协调度不断提高,表现为由较强的社会经济压力向较强的自然生态支持力转变;宁波城市生态系统熵产生的发展度呈先增后减的趋势,表明城市系统代谢功能不稳定,其协调度呈现出振荡趋势,经历了氧化型代谢→还原型代谢→氧化型代谢的转变。     

基于InVEST模型的复合生态系统耦合协调关系研究——以兰西城市群为例

引入指数功效函数模型测算兰州—西宁城市群的经济社会发展状况,基于InVEST模型评估城市群的生态系统服务水平,并运用耦合协调度模型剖析经济—社会—生态子系统的耦合协调关系及时空变化特征.结果表明:2000-2020年间,兰西城市群经济、社会子系统发展呈典型的a双核心o模式,城市群次中心发展不充分,低水平县区广布特征明显;水源涵养、水土保持和固碳释氧服务均呈增长趋势,且呈不同的空间分异态势;综合生态系统服务呈现从东北向西南递增的阶梯状格局,高值区集中在三江源地区,低值区位于白银市;经济—社会—生态子系统处于高度耦合状态,总体演进趋势一致,互动关系紧密;协调度增长14.63%,高值区位于各市州城市建成区,低值区集中分布于城市群东北部,不同协调度分区滞后子系统不同.     

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。     

转型期城市旅游业绩效评价及空间格局演化机理——以泛长江三角洲地区为例

论文从经济、市场、效率、公平四个方面构建了旅游业绩效的评价体系,运用熵值法综合测度1998、2003、2008年泛长江三角洲城市旅游业绩效,并结合GIS的空间分析模块,系统分析了泛长江三角洲城市旅游业绩效空间格局的演化过程。结果表明:泛长江三角洲城市旅游业绩效空间分异明显,总体上呈现提高态势,3个时间断面均呈现东西方向递增,南北方向倒"U"型分布格局;相邻地域单元表现较弱的空间集聚特征,绩效系统内部整体协调度不强,部分城市旅游业绩效水平与协调度高度耦合;针对旅游业绩效区域差异格局演化的形成机理剖析表明,经济驱动、市场驱动、产业链驱动、政府驱动及其相互间的综合驱动共同作用促使了城市旅游业绩效空间格局的演化。     

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。     

南昌市城市化与大气环境耦合协调关系研究

以鄱阳湖流域代表性城市南昌市为研究对象,构建城市化与大气环境综合评价指标体系,并利用耦合协调度模型定量分析2002—2016年南昌市城市化与大气环境的综合发展水平和两者之间的耦合协调关系及其演变趋势。结果表明:社会城市化和大气环境状态分别对城市化系统和大气环境系统的贡献份额最大,城市化综合发展水平呈现持续上升的趋势,大气环境综合发展水平呈现波动上升的趋势,城市化对大气环境的影响以压力为主,大气环境响应不足;在耦合协调度测算模型中,耦合协调度受城市化系统与大气环境系统不同贡献份额比例(α/β)的影响很小;城市化与大气环境耦合协调度整体呈现上升的趋势,耦合协调类型由"严重不协调-城市化受阻"发展到"高度协调-大气环境滞后"阶段,耦合协调关系整体趋向较好的方向发展,大气环境滞后程度却日趋严重。因此,在制定城市发展战略时要更加注重大气环境的保护,以推动南昌市城市化与大气环境协调的可持续发展。     

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。     

黄河中游城镇化与生态系统服务耦合关系的时空变化

城镇化是影响区域生态安全格局的重要因素,厘清城镇化与生态系统服务之间的关系,可为促进黄河流域生态保护与高质量发展提供决策参考。在分析2000—2018年黄河中游城镇化与生态系统服务时空格局的基础上,采用耦合协调度模型剖析了二者耦合关系的时空变化特征。研究发现：2000—2018年间,黄河中游地区综合城镇化水平提高72.24%,空间分布总体呈“南高北低”、以经济发达县区或城市群为中心向外递减的趋势;粮食生产、水源涵养、土壤保持和固碳服务量均呈增加趋势,且呈不同的空间分布态势;粮食生产、水源涵养、土壤保持和固碳服务与综合城镇化水平的耦合协调度总体呈上升趋势,但汾渭平原的耦合协调度普遍较低,而经济发达县区的耦合协调度普遍较高。     

海洋经济可持续发展系统交互胁迫关系验证及协调度测算——以辽宁省沿海六市为例

基于交互胁迫理论,对辽宁省沿海六市2007~2012年海洋生态、社会、经济三个子系统间的交互胁迫关系进行验证,并运用耦合模型进行时空协调度测算。结果表明:三个子系统之间存在着明显的交互胁迫关系,这种动态耦合关系在演化周期内呈现出双指数函数的变化规律,且演化轨迹是一条双指数曲线;通过测算耦合协调度,得出大连市海洋经济可持续发展系统总体耦合协调度高于其他五市,基本处于中级协调发展阶段,其他五市耦合协调度不高,基本呈现波动上升态势,且海洋生态-经济系统的耦合协调度处于波动下降态势,生态压力指数较大,可持续发展水平亟待提高。     

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。     

基于熵权的长沙市城市生态安全综合评估与预测

城市是一个社会-经济-自然复合生态系统,区域资源与城市自然系统是城市社会经济发展的重要基础和载体。城市生态安全评估是对未来的安全状态进行预测,以实现城市的可持续发展。文章以长沙市为例,在城市生态安全主要影响因素识别的基础上,应用PSR模型、熵权法等建立城市生态安全评估指标及计算方法,研究了长沙市近11年来生态安全的变化趋势。研究结果表明,1999-2009年间长沙生态安全的趋势由较不安全向较安全状态发展,生态安全值从25.4提高到60.7,人文环境响应是长沙生态安全改善的主导因素,资源环境压力,水土资源保持是限制长沙市生态安全的主要因素。     

城市环境问题与生态调控

应用复合生态系统理论系统分析了城市生态系统的组成、结构和功能特点，介绍了城市生态调控的主要方法及生态规划、生态工程、生态管理的研究内容。生态学原理及城市复合生态系统理论指导下的城市生态调控，是解决我国城市发展与环境保护问题，最终实现人与自然和谐统一、人与环境共同进化的重要途径。     

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．     

流域水生态系统健康与生态文明建设

健康的流域水生态系统是保障流域经济社会可持续发展的基础,解决我国严峻的流域水生态系统健康问题迫切需要开展以流域为基本单元的生态文明建设. 针对我国流域水生态系统健康现状,确立了流域生态文明的概念和内涵,提出了流域生态文明建设的基本框架和主要任务. 以保障流域自然生态系统的完整性、流域经济社会系统发展的可持续性、人居环境的生态性为内涵,构建流域水生态-经济社会复合生态系统的动态平衡是流域生态文明建设的基本框架. 流域生态文明建设的主要任务:①构建以水生态系统健康为目标的流域分区管理模式,优化国土空间开发;②健全流域的水环境质量基准和标准体系,科学确定生态系统保护阈值;③建立以流域生态承载力为约束的污染物总量控制技术,优化产业结构与布局;④以保障流域环境流量为前提,实现水资源生态利用;⑤加强人居环境生态建设,实现流域城市生态化发展;⑥加强生态制度建设,构建流域生态文明建设长效机制.该研究成果可以为实现流域人与自然和谐发展提供理论指导.      

城市绿地的三维生态特征及其生态功能

城市绿地是城市生态系统中具有负反馈调节功能的重要组分,能在一定程度上发挥各种生态功能,维持城市生态系统的平衡.绿地在抗逆性和对环境的改造能力方面也存在着很大的差异,这可归结为绿地的三维生态特征差异所致.在对上海市区绿地生态效应实测数据分析的基础上,探讨了城市绿地三维生态特征对绿地生态功能的影响.     

长江经济带生态系统格局特征及其驱动力分析

为了分析长江经济带生态系统的变化及其驱动力,采用生态系统年变化率、动态度、景观格局指数研究2000—2015年长江经济带生态系统格局特征,并分析城镇化、生态保护与修复等驱动力的贡献.结果表明:①长江经济带生态系统以林地、农田和草地为主,三者共占92.63%;上、中游以林地为主;下游城镇化率最高,分布着全区60.47%的城镇用地、39.85%的湿地和28.62%的农田.②长江经济带生态系统年变化以江苏省、上海市和浙江省为代表,快速城镇化特征显著;贵州省、江西省、云南省林地和草地的年变化较显著.③长江经济带生态系统生境破碎化和景观多样性指数均上升.④长江经济带上中下游均表现为建设用地增幅最大,农田减幅最多.⑤快速城镇化是长江经济带生态系统格局变化的首要驱动力,贡献率为65.49%,表现出“下游为重心,向中上游蔓延”的特征,下游贡献率为77.51%,但上游在2010—2015年的扩张速率远超过中游和下游;生态保护与恢复政策为第二大驱动力,贡献率为17.64%,上游贡献为25.90%.研究显示,保障长江经济带生态可持续发展需要优化国土空间结构、控制开发强度、加强生态环境保护联防联治.      

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。     

长三角城市群高质量绿色发展的均衡性特征及障碍因素

从绿色核心动力、环境基底、创新产业、发展绩效四个维度构建评价体系,运用CRITIC赋权、核密度估计、重心—标准差椭圆等方法,从均衡态、均衡度、均衡熵角度探讨长三角城市群高质量绿色发展的均衡状况,并分析其障碍因素。结果表明：（1）高质量绿色发展存在明显的空间差异,但未出现空间极化现象;总体格局呈西北—东南向,重心位于南北居中、东西偏东的位置。（2）高质量绿色发展总体水平较为均衡,但其中创新维度均衡度较低;城市内部均衡度存在明显的省域分化,沪苏浙城市明显优于安徽省内城市。均衡熵表明多数城市系统协调度有优势,具备一定发展潜力。（3）创新水平、环境质量、土地集约、现代产业等是高质量绿色发展普遍存在的障碍因素。坚持创新驱动,建设现代产业体系,加强国土空间治理是长三角城市群高质量绿色发展的紧迫任务。