王晓玥
, 李双成
北京大学城市与环境学院,地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京大学土地科学中心,北京 100871
WANG Xiaoyue, LI Shuangcheng
通讯作者:
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作者简介:
作者简介：王晓玥(1992-),女,河北张家口人,硕士研究生,主要从事城市生态系统服务研究,E-mail:934447393@qq.com。
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摘要
特大城市群地区“城市病”问题是目前国内外相关研究的热点问题。全面认识城镇化与生态环境之间复杂的互动关系,才能对特大城市群地区“城市病”进行机理性剖析,并建立“城市病”病情诊断与风险预估的方法和技术体系。本文围绕“‘城市病’病因分析—‘城市病’病情诊断—‘城市病’风险预估”的研究主线,基于多维视角评述了“城市病”诊断分析及风险预估的研究进展,并提出了目前国内外研究中存在的主要问题,包括“城市病”的形成机理尚不清晰、对“城市病”的诊断多停留在表面、“城市病”风险预估研究不平衡、研究尺度单一。最后对研究趋势进行了展望：研究方向上,城镇化与生态环境的交互作用研究将持续深入,微观过程与城市整体机能及表象内在联系的综合研究将得到强化,生态系统服务研究将在“城市病”诊断分析及风险预估发挥更大作用;研究方法上,数据获取与模型构建技术的发展将有助于推动城市问题的综合研究。
关键词：
Abstract
Due to the dynamic, interactive, and coupling relationship between urbanization and the ecological environment in urban areas, the study of urban problem in megacities is becoming increasingly complex and has become a hotspot area of research in China and internationally. A comprehensive understanding of the complex interaction between urbanization and the ecological environment is beneficial for revealing the mechanism and developing methods and techniques of diagnostic analysis and risk prediction of urban problems in megacity regions. Focusing on the questions of causes-diagnosis-risk prediction of urban problems, this article reviewed the progress of studies on diagnostic analysis and risk prediction of urban problems from multidimensional perspectives and identified the research trend. First, we summarized the causes of urban problems from three theoretical perspectives, including the coupling and coercing mechanism between urbanization and eco-environment, urban metabolism disorder, and loss of ecosystem services. Then, we reviewed the two approaches of urban problem diagnosis: assessment of urban health by index; and measurement of urban metabolism by ecological thermodynamic indicators. Third, we reviewed the research on risk prediction of urban problems from single risks and comprehensive risk. Finally, we identified several key issues and potential research directions based on the existing studies. Further study should be improved with regard to data acquisition and model simulation in order to study urban or urban agglomeration problems comprehensively. Such research will facilitate comprehensive geographic study and provide an important practical method for the study of human-environment relationship.
Keywords：
城镇化是伴随工业化发展、非农产业在城镇集聚、农村人口向城镇集中的自然历史过程,是人类社会发展的客观趋势,是国家现代化的重要标志(中共中央等, 2014)。自改革开放以来,中国城镇化进入了高速发展通道,2015年中国城镇化率已达56.1%,预计到2020年将超过60%(中共中央等, 2014)。与此同时,城市群已经成为中国城市与区域空间组织的重要形式。据报道,中国将在未来重点培养建设5个国家级的大城市群、9个区域性的中等城市群和6个地区性的小城市群(方创琳, 2015),这些地区将成为中国经济发展格局中最具活力和潜力的核心地区,主宰着中国经济发展的命脉(刘晓丽等, 2008)。
但是,城镇化是一种强烈的地表人类活动过程,城镇化对资源及生态环境可能产生剧烈影响,而这种影响反过来又可能对城镇化进程形成约束(李双成等, 2009)。“城市病”是一种城市问题的形象描述,意即城市生态系统的结构、功能等出现了问题,城市功能无法正常实现,对城市的社会经济发展产生了阻碍因素。美国著名城市地理学家Northam(1979)认为,城市化水平从30%~70%是城市化快速提升期,也是“城市病”高发期。近年来,中国城镇化发展与资源及生态环境的矛盾开始激化,“城市病”已经影响到一些特大城市群地区的可持续发展。2013年3月,《京津冀发展报告(2013)——承载力测度与对策》蓝皮书披露：京津冀地区水源枯竭、垃圾围城、雾霾肆虐、交通拥堵、人口超载所带来的不良后果正在逐渐显现。在《国家新型城镇化规划(2014-2020)》提出的六大必须解决的突出问题中,有4项与环境资源密切相关,充分反映了生态环境与资源问题是中国城镇化发展的重大短板和约束条件。
社会需求极大地刺激了科学研究。国际上,2013年国际地理联合会(International Geographical Union)成立大都市工作组(Megacity Taskforce),吁请地理学家参与解决大都市问题,尤其关注全球环境变化和经济全球化下中低收入国家的大都市问题。德国海姆霍茨环境研究中心(Helmholtz Centre for Environmental Research)的“风险生境的城市(Risk Habitat Megacities)”计划,聚焦拉丁美洲地区的城市可持续发展。国际科学联盟发布的 “未来地球2025 愿景(Future Earth 2025 Vision)”,将“城市化建设”列为“未来地球”研究计划中重要研究领域。在中国,2013年9月,中国科学技术协会在北京组织了“未来地球在中国”国际会议,确认了在中国需要优先解决的、与可持续性能力建设相关的问题,其中将“亚洲城市化对区域环境、社会影响研究,以及健康的相互作用关系”列入研究议题,表明了对“城市病”问题研究的重要性。本文评述了“城市病”诊断分析及其风险预估的研究进展和存在问题,并对研究趋势进行展望,以期对“城市病”相关研究有所裨益,进而为保障中国新型城镇化战略的顺利实施,实现区域生态安全和社会经济可持续发展提供科学支撑。
“城市病”作为城市快速发展过程中资源环境与社会经济发展不协调的主要表现,长期以来受到国内外学者的广泛关注。下文将回顾和总结国内外近年来研究所取得的主要成果和进展。国内研究通过在“中国知网(CNKI)”平台分别检索主题为“城市病”“城市化与生态环境”“城市代谢”“城市生态系统”“生态风险”的中文文献获得;国外研究通过在Web of Science平台分别检索主题为“urban problems” “urban crisis” “urban heat island” “urban land use” “urban pollution” “urban metabolism” “urban ecosystem service” “ecological risk”的英文文献获得;时间均截至2016年。对检索结果进行去重处理,得到中文文献5987篇,英文文献4930篇。
国内外对“城市病”的病因分析主要从城镇化与生态环境交互耦合的胁迫与约束、城市代谢失调、生态系统服务供给不足3个视角进行(表1)。
表1 “城市病”病因分析的3种视角比较
Tab.1 Three perspectives of urban problem analyses
| 研究视角 | 基本思路与方法 | 研究数据 | 研究尺度 | 不足与局限 |
|---|---|---|---|---|
| 城镇化与生态环境交互耦合 | 运用统计分析方法、耦合协调度模型,分析城镇化与生态环境的交互胁迫作用和耦合关系 | 统计数据、遥感影像数据 | 城市 | 城镇化对自然系统多要素(水、土、能源等)的胁迫作用、生态环境对城镇化过程的约束作用、城镇化与生态环境耦合机理研究较少 |
| 城市代谢 | 通过跟踪城市系统中物质或能量的输入、转换、输出过程,探讨城市系统代谢特征及其驱动因素 | 统计数据 | 国家、城市 | 所需数据量大,数据精度高,很多城市和地区现有数据难以满足 |
| 生态系统服务 | 运用生态足迹、生态系统服务足迹模型揭示人类需求和自然承载力之间的差距以及这种差距所产生的生态环境影响 | 统计数据、遥感影像数据 | 地区、城市 | 缺乏对社会经济系统与生态系统服务耦合过程及其机制的研究 |
2.1.1 城镇化与生态环境交互耦合的胁迫与约束
城镇化与生态环境交互耦合的胁迫与约束是城市病产生的原因之一(黄金川等, 2003),理清两者的交互耦合机制是“城市病”病因分析中的重要内容。国外研究中,城镇化与生态环境交互作用方面,Grossman等(1995)应用计量经济学方法,以42个发达国家的面板数据进行实证分析,揭示了随着城市经济水平的提高,城市生态环境质量呈现倒“U”型的演变规律,提出了著名的环境库兹涅茨曲线(EKC)假设。随后,运用环境库兹涅兹曲线对不同国家或地区的城市实证分析成为持续研究热点(Bruvoll et al, 2003; Paudel et al, 2005; Brajer et al, 2008)。Al-Mulali等(2012)使用调整的最小二乘法回归方程分析了全球7个地区1980-2008年期间城镇化与能源消费和二氧化碳排放之间长期的双向关系,结果表明,有84%的国家呈现长期的正向性,仅有16%的国家呈负向关系。城镇化对生态环境胁迫作用方面,大量研究围绕城镇化进程中下垫面改变的生态效应而展开。一方面,城镇化对自然生态系统的侵占,导致景观破碎化,并对生物多样性和生态系统服务产生负面影响（Niemelä et al, 2011; Seto et al, 2011);另一方面,城镇化进程通过改变下垫面性质、反照率和蒸散发而对城市气候和热环境产生显著影响(Oke, 1988; Santamouris et al, 2001),其中城市热岛效应及其成因研究最引人注目(Oleson et al, 2011)。近年来,中国城镇化过程中对于资源环境的胁迫作用,也引起了国外学者的关注。Güneralp等(2008)以中国深圳市为例,建立系统动力学模型模拟城市增长的驱动力及其在土地利用、空气污染以及能源和水资源需求方面的环境效应。Haas等(2014)以京津冀、长三角和珠三角为案例区,运用景观指数和生态系统服务概念研究了土地利用变化和城镇化发展带来的环境效应。结果表明,快速的城镇化导致了自然生态系统面积下降、景观破碎以及生态系统服务价值的显著降低。
国内学者研究主要集中在城镇化与生态环境耦合关系和胁迫作用2个方面。在城镇化与生态环境耦合关系的探索上,王如松(1988)利用生态协调原理的正负反馈和限制因子定律,揭示了城镇化演进与生态环境间存在着反馈和限制性机理,并由此总结出了城市生长契合S型规律。一些学者基于现代复杂科学理论视角,将城市化与生态环境之间关系视为城市化与生态环境交互耦合系统,提出了城市化与生态环境交互耦合系统满足的基本定律以及城市化与生态环境交互耦合过程中的不同阶段,刻画了城市化与生态环境之间交互耦合的动态关系(黄金川等, 2003; 方创琳等, 2006; 乔标等, 2006)。实证研究中,先后有学者引入物理学中的耦合协调度模型测度城市化与生态环境耦合协调性(宋学锋等, 2005; 孙平军等, 2012; 王少剑等, 2015),并对中国区域城市化与生态环境耦合关系进行了关联分析(刘耀彬等, 2005)。在城镇化与生态环境胁迫作用方面,周忠学(2011)总结了城市化对生态系统服务影响的机制,指出在西北河谷平原地区城市化对气候调节、土壤形成与保护、废物处理、食物生产等服务的负面影响比较显著。Tao等(2015)通过样带分析得出：常州市从城市中心到城市边缘碳储存逐渐增加,且按照当前趋势,城市扩张将显著减少绿色空间,使碳储存进一步减少。一些学者基于二级CES生产函数及城市化增长函数构建了资源环境对经济增长的“尾效”模型,揭示了土地、能源、水资源和环境污染对城市化进程的约束(刘耀彬等, 2011; 张琳等, 2011; 赵胤慧等, 2013)。
2.1.2 城市代谢失调
城市代谢(Urban Metabolism)的概念最早由Wolman(1965)提出,他将城市类比成一个生态系统,指出城市通过物质、能量输入和产品、废物输出的代谢过程来维持系统的运转和稳定。随后的几十年里,城市代谢的内涵被进一步丰富和拓展。Kennedy等(2007)对城市代谢研究进行了回顾,提出城市代谢过程可看作是城市中一切技术与社会经济过程的总和,它带来城市发展和能量生产,同时也可以消弭废弃物。城市代谢失调是“城市病”产生的重要原因之一,通过对控制城市代谢过程的内部机制的分析,可以确定代谢失调的因素,为“城市病”诊治提供直接支持。
国际上,已有不少学者在全球不同地区、不同城市开展了城市代谢研究。Schulz(2007)基于不同时期的物质代谢,研究了新加坡快速工业化和城市转型带来的环境问题,发现国内物质消费扩张仍与经济增长密切相关。Zucaro等(2014)以意大利罗马市为例,运用能值核算方法量化了输入到城市系统的环境、物质和能源要素,通过分解分析(Decomposition Analysis)识别其城市系统运行和演进的主要驱动力。结果表明,外来不可更新资源和人口增加是1962-2008年罗马可持续性降低的主要原因。随着研究的不断深入,城市代谢模型不再局限于早期的“黑箱”分析(Zhang, 2013),系统动力学(Lei et al, 2008; Lee et al, 2009; Liu G Y et al, 2012)与生态网络分析(Chen S Q et al, 2012; Li et al, 2012; Wu et al, 2016)、投入—产出分析(Chen et al, 2010; Liu H et al, 2012)等相继引入城市代谢模拟,揭示了城市代谢过程的功能和层次关系,从机理上识别城市代谢的失调因素。近年来,一些新的分析策略应用于城市系统代谢研究。Goldstein等(2013)融合UM和生命周期评价(UM—LCA),用于定量研究城市的环境效应。Chen等(2015)提出城市关系(Urban Nexus, UN)研究范式,用于处理不同尺度的能量和物质流耦合的问题,成为揭示城市代谢因子(能源、水等)相互关系的有用工具。Zhang等(2016)基于LUCC构建了一个空间外显的碳代谢模型,进而识别网络内部碳代谢结构、功能和关系的空间异质性,解决了传统城市系统代谢研究不具空间特征的问题。
在国内,关于城市整体代谢特征的研究已应用于北京(张妍等, 2007a; 刘耕源, 杨志峰, 陈彬, 2013; 宋涛等, 2015)、广州(吴玉琴等, 2011)、深圳(张妍等, 2007b)、厦门(王进等, 2014)和大连(刘耕源, 杨志峰, 陈彬等, 2013)等多个城市。一些学者通过对城市新陈代谢效率机制的分析识别了引发城市代谢失调(即“城市病”)的因素。如宋涛等(2013)运用能值理论及数据包络分析方法(DEA)系统研究了中国31个城市的新陈代谢效率特征,得出产业结构、城市化、经济发展和人口集聚要素对城市新陈代谢效率具有较为显著的正面影响。黄永斌等(2015)通过能值分析研究宁夏石嘴山市代谢效率不断下降的原因,发现城市经济效率持续下降而资源效率与环境效率并未得到有效提升是根本动因。此外,土地利用变化的新陈代谢响应也是国内研究的重要方面。黄贤金等(2006)构建了区域土地利用变化的物质代谢驱动力模型,研究得到土地利用强度每提高10%,物质代谢通量将提高5.62%,物质代谢效率提高5.03%。刘勇(2010)通过对城市形态与城市物质代谢效率的相关性分析,得出较低的城市集中度,较高的斑块曲折度和破碎度,以及较低的城市开放空间率,通常导致较低的城市物质代谢效率。王磊等(2015)以天津市为例,将土地利用与城市物质流动研究相结合,认为建设用地数量与强度变化对天津市物质输入与输出端代谢规模的增加起着决定性作用。
2.1.3 生态系统服务供给不足
生态系统服务是生态系统形成和维持人类赖以生存和发展的环境条件的基础(Daily, 1997),也是促进城市可持续发展的重要途径(毛齐正等, 2015)。而随着人口集聚和经济活动的增强,人类对自然系统的扰动增加,大量生态用地被占用和破坏,生态系统服务总量下降,人地矛盾愈发突出。研究表明,中国超大城市人均生态系统服务呈弱化趋势,尤以水文调节和粮食生产服务减弱最为严重(程琳等, 2011),越来越多的城市需要城市以外的生态系统为其提供大量赖以生存的产品和服务。城市生态系统服务的不足对城市健康和居民福祉带来极大挑战,也是诱发“城市病”的原因之一。
近年来,不少学者关注于城市对生态系统的依赖和占用,以揭示“城市病”现象背后的资源环境原因。Folke等(1997)研究估算,波罗的海地区29个大城市占用的生态系统总面积是城市本身面积的565~1130倍,生态系统维持城市规模的能力正日益变得有限。Xie等(2014)引入生态足迹距离概念对北京市食物生态足迹的扩展进行测算,结果显示：2008-2012年期间,北京市食物生态足迹距离从567 km增长到677 km,城市对外部生态资源的依赖范围和距离持续增大,依赖程度也持续上升。在Burkhard等(2012)提出生态系统服务足迹概念之后,一些学者遵循该概念框架,构建了不同的服务足迹计算模型。Gao等(2014)构建了淡水供给生态系统服务足迹模型并应用于京津冀地区,研究得出有16.8%的地区面临较大的淡水资源压力。焦雯珺等(2014)提出基于废弃物吸纳服务的足迹模型,并对太湖流域上游常州市和湖州市水污染物排放的环境影响进行评估,研究结论为：就水污染物吸纳而言,当地水环境处于不可持续状态。然而,无论是生态足迹还是生态系统服务足迹模型,对“城市病”病因分析都仅停留在表象,即仅定量描述了人类需求和自然承载力之间的差距,而尚未从生态系统服务与经济社会耦合过程角度对“城市病”病因开展机理分析。Cumming等(2014)在《Nature》上通过构建概念框架分析了人类社会在农业转型和城市化进程中对于自然生态系统服务的依存和作用,提出了以生态系统服务为驱动力的“绿环(Green-loop)”状态和以非生态系统服务为驱动力“红环(Red-loop)”状态;并指出,城镇化过程中人口的聚集、对自然生态系统的占用和破坏,极大地耗用了生态系统服务,增加了落入“红环”陷阱的可能;还专门对北京市从绿环到红环转换的可能性进行了分析,对中国城镇化进程中可能遇到的生态环境问题有一定的警示作用。
对比“城市病”病因分析的3个视角可知,城镇化与生态环境交互耦合视角多基于统计方法和模型展开分析;生态系统服务视角则更长于对表象的描述,均缺乏对耦合过程及机制的研究;城市代谢视角通过跟踪城市系统中物质或能量的输入、转换、输出过程,探讨城市系统代谢特征及其驱动因素,一定程度上能够从机理上识别引发“城市病”的病因,但对生态—经济过程的刻画还不够深入,且由于其所需数据量大、数据精度高,很多城市和地区现有数据难以满足研究需要。
“城市病”带来巨大的负面效应,因此,对“城市病”的诊断和评价是“城市病”研究中的重要组成部分。目前“城市病”的诊断途径可分2类：一是建立指标体系,应用不同的统计方法,计算城市健康状况的数值;二是将城市视为一个生命机体,应用生态热力学指标测度其代谢和健康状况(表2)。
表2 “城市病”病情诊断方法比较
Tab.2 Two diagnostic methods of urban problems
| 诊断方法 | 诊断理念 | 诊断思路 | 诊断模型与指标 | 诊断结果 |
|---|---|---|---|---|
| 基于指标体系的城市健康评价 | 还原论 | 将城市系统分解成几个子系统,通过子系统统计指标的组合得到城市的总体健康程度 | 构建综合评价数学模型和指标体系,指标选取和权重设置存在主观性 | 研究之间可比性较差 |
| 基于生态热力学指标的城市代谢测度 | 系统论 | 将城市视为一个生命机体,应用生态热力学指标测度其代谢和健康状况 | 引入已有的或改进的能值、㶲值等生态热力学指标来描述城市健康状况 | 研究之间具有可比性 |
2.2.1 基于指标体系的城市健康评价
在“城市病”指标评价工作方面,郭秀锐等(2002)提出活力、组织结构、恢复力、生态系统功能的维持、人群健康状况5个城市生态系统健康的评价要素,根据每个要素内涵构建城市生态系统健康评价指标体系,并明确了相应的健康标准,采用模糊数学方法建立评价模型。胡廷兰等(2005)从复合生态系统理论出发,基于城市亚系统发展水平和协调度2个方面,构建整合合距离指数和协调指数的城市生态系统健康指数评价模型,并以宁波市为例进行了实例分析。苏美蓉等(2006)利用集对分析方法,将评价城市生态系统健康状况的多个指标系统合成一个与最优评价集的相对贴近度,用于描述城市生态系统健康状况。郁亚娟等(2008)提出了承载力、支持力、吸引力、延续力和发展力五大城市生态系统健康功能,将“城市病”的各项病症与城市功能相联系,构建了“城市病”诊断和城市生态系统健康的评价体系,并以北京市为例进行了“城市病”的单因子诊断和城市生态系统健康评价,阐明了北京市发生“城市病”的原因。石忆邵(2014)提出了由人口拥挤、交通拥堵、环境污染与风险、住房贫困四个方面组成的测度“城市病”的指标体系,通过对北京、上海、广州3个城市实证分析表明,在“城市病”总指数方面,北京>上海>广州。李天健(2014)从自然资源短缺、生态环境污染、城市交通拥堵、居民生活困难、公共资源紧张及公共安全弱化6个“城市病”的主要表征入手,共选取48个指标,运用主成分分析法,对2006-2010年北京市“城市病”的演变进行分类评价和综合评价。结果表明,北京市城市病的综合情况以及其中的自然资源短缺、公共资源紧张、公共安全弱化这3个方面均逐年好转,而城市交通拥堵和居民生活困难2个方面呈恶化趋势,生态环境恶化状况先好转后恶化。
2.2.2 基于生态热力学指标的城市代谢测度
在城市有机体代谢评价工作方面,Balocco等(2004)应用生命周期理论,使用2个㶲值指数测度了城市区域的可持续性。Conke等(2015)应用城市代谢理论分析了巴西库里蒂巴市2000-2010年物质和能量使用状况,以判断城市可持续发展状况。Nielsen等(2015)通过分析丹麦萨姆索岛能源、公共、私营经济、农业、工业、商业和贸易6个社会部门的㶲值输入和输出以及环境提供服务的支撑作用,表明由㶲值分析构建的可持续发展指数能清晰地判定萨姆索岛未来的发展方向。姜昧茗(2007)把㶲值理论应用于城市系统演化机理的研究,对中国典型城市资源消耗进行了核算和预测。季曦(2008)在城市截面数据研究的基础上,深入到城市内部系统,进行流网络分析,拓展了城市生态系统热力学演化特征研究。刘耕源等(2008)将能值分析理论引入到城市生态系统健康研究,采用活力、组织结构、恢复力和服务功能维持构建了城市健康能值指标(EUEHI)。李恒等(2011)将城市健康能值指标(EUEHI)加以改进,构建了改进的城市生态系统健康指数(IEUEHI),并用于合肥市生态系统的健康评价。近年来,一些新指数相继提出并应用于城市系统代谢和健康研究。Inostroza(2014)模仿生态学中的生物量(biomass)概念,提出了一个用于测度城市系统物质累积过程的新指数,将其命名为“Technomass”,并以哥伦比亚的波哥大(Bogotá)市为例进行了物质积累和速率的实证研究,结果表明,这一指数提供了联系城市形态和代谢行为的可能性,弥补了城市规划、城市代谢和物质流分析的空缺。Kennedy等(2014)提出一个多层的指标集用于测度大城市群的代谢和健康状况,包括对大城市群的界定(城市边界、城市组成、人口和经济)、物质流(水、废物、物质和各种类型的能源)、各种供给服务和公共管治行为的效用对于城市代谢的影响。
对比这2种“城市病”病情诊断方法可知,前者基于还原论思想,将城市系统分解成几个子系统,通过子系统统计指标的组合得到城市的总体健康程度,由于其指标选取和权重设置存在主观性,研究之间可比性较差;后者基于系统论思想,将城市视为一个生命机体,应用已有的或改进的能值、㶲值等生态热力学指标测度其代谢和健康状况,研究之间具有一定的可比性。
城镇化地区自然和社会经济要素高度聚集,是各类风险的多发地。对“城市病”进行风险预估,就是估计城镇化过程中城市生态环境要素、生态过程与生态格局、生态系统服务发生不利变化,以及对人居环境产生不良影响的可能性(王美娥等, 2014),进而采取有效的风险管理对策,保证可持续发展。
2.3.1 单一风险预估
根据风险源的差异,可将“城市病”风险大致分为自然灾害风险、环境污染风险和生态系统退化风险(张小飞等, 2011)。
在全球气候变化大背景下,洪涝和干旱等成为困扰城市的主要自然灾害因素,相关研究也围绕该命题展开。例如,Cheng(2013)应用社会—生态系统研究框架,构建了社会脆弱性指数(Social Vulnerability Index),评价了美国马萨诸塞州查理士河流域城市化和气候变化诱发的洪涝灾害风险,并对未来(2030年)的洪涝灾害风险进行了预估。Aerts等(2014)运用专门用于城市灾害风险评价的洪灾风险概率评价模型,评估了世界沿海特大城市的洪涝风险及其损失,并提出了减少城市脆弱性增加恢复力的对策。金冬梅等(2005)从城市干旱缺水的致灾因子危险性、承灾体的暴露性与脆弱性和防旱抗旱能力等方面着手,建立了城市干旱缺水风险评价模型,并利用城市干旱缺水风险指数(UDRI)对城市干旱缺水风险程度进行评价。罗军刚等(2008)则将风险率、脆弱性、可恢复性、事故周期和风险度作为区域水资源短缺风险的评价指标,并将信息论中的熵值理论应用于西安市水资源短缺的风险评价,建立了基于熵权的水资源短缺风险模糊综合评价模型。对比国内外研究发现,国外一些学者已在预估城市自然灾害风险的基础上,对城市自然灾害带来的经济损失开展了评估;国内研究则集中在基于风险指数的相对风险评价方面,对风险带来的损失研究不足。
在环境污染风险研究方面,由于人类是城市最重要的风险受体,人体健康状况是传统的环境污染风险评价中重要的评价终点。例如,谢元博等(2013)设定了北京市能源消费的高、中、低3种约束情景,通过LEAP模型预测了全市至2020年的能源消费量和4种主要大气污染物的排放强度,并运用泊松回归模型对3种情景下主城区居民受这4种大气污染物的暴露危害而导致的健康风险进行了评估。随着研究的发展,环境污染风险评价终点更多集中到城市社会—生态系统水平上。例如Tixier等(2011)评述了城市雨水池塘的生态风险评估方法及其局限性,并提出了生态质量目标和相应生态学评价工具的概念框架。刘家宏等(2012)将模糊故障树模型以及综合影响指数模型共同应用于河流突发性水污染风险评价,建立了由区域整体到河流单元的多尺度评价模式,并以北部湾经济区为例进行了水污染风险评估。王彬武(2015)从人地关系视角切入,构建了土壤重金属社会—生态系统综合风险管理框架,以北京市为例分析了土壤重金属积累的时空变异特征及其与土地利用格局的关系,开展了区域土壤重金属风险分区与防控对策研究。
在生态退化风险研究方面,基于生态系统服务的风险评估可以较好地反映以人类为核心的城市及城市生态系统所受到的危害(王美娥等, 2014),能增强评估对决策的支持力,因而成为当前研究的热点和前沿。理论研究方面,Munns等(2009)提出将生态风险评价运用于传统的自然资源损害评估,用生态系统服务的损失表征生态风险。Villamagna等(2013)构建了生态系统服务能力、生态压力、服务需求和服务流之间相互作用的理论框架,探讨了不同情景下生态系统服务可持续利用存在的风险程度。案例研究方面,Xu等(2016)通过运用GWML-CA模型模拟土地利用变化,集成生态系统服务评价模型对中国太湖流域生态系统服务的退化风险进行了评估。研究认为,快速的土地利用变化增加了生态系统服务的退化风险,2010-2020年间退化严重的区域将集中在太湖流域的小城市和欠发达城市。然而,基于生态系统服务评价生态退化风险的方法尚未成熟,不少研究还停留在理论探讨阶段,需要构建更为综合的生态退化风险评价模型以模拟不同情景对生态系统的影响,同时需要加强生态退化风险的不确定性分析,发挥生态退化风险研究在风险管理中的作用。
2.3.2 综合风险预估
由于“城市病”风险具有多风险源、多风险受体、复杂暴露途径等特点(徐丽芬等, 2010),近年来已有不少学者将关注点从单一风险评价转移到多风险源、多过程、多风险受体的综合风险评价研究。
国内学者以研究城市综合风险评价为主,多采用综合指数法及其改进方法综合多个风险因素指标进行定量化评价。例如,符娟林等(2008)以河西走廊为例,从资源、生态和环境3个方面构建了城市化进程中的生态环境预警指标体系,运用模糊物元理论建立了城市化进程中的生态预警模型。安佑志(2011)构建了基于多生态风险源、多生态风险受体、多生态风险效应的上海城市生态风险评价指标体系,运用模糊数学模型评价了上海城市生态风险。龚艳冰(2012)从资源风险、生态风险及环境风险3个方面评价城市化进程中的生态风险,采用熵权法确定各个指标权重,借助于正态云模型定量描述单指标条件下待评价城市的生态风险等级。方创琳等(2015)采用系统分析方法和综合指数评价法,从资源、生态环境、经济和社会4个方面构建了中国城市脆弱性综合测度指标体系并确定测度标准值,对中国地级以上城市脆弱性及其空间分异进行了总体评价。
国外学者在传统的综合风险评价基础上(Burton et al, 2002; Moraes et al, 2004; Chen Q Y et al, 2012),更多地将基于风险机理的模型应用于“城市病”风险预估(Chen, 2013)。与此同时,国外研究更加注重风险预估与城市规划、管理的联系,探究政府和个人对风险的适应机制,提出具体的管理和应对方式。日本京都大学防灾所的Okada等(2004)提出的城市化进程中综合灾害风险管理的“塔模型”,明确了综合协调城市各要素间的关系在城市综合灾害风险管理中的重要性。Wamsler等(2013)基于适应气候变化风险的城市规划理论和实践,识别了气候弹性城市的基本特征,在成因、短期和长期效应以及灾后响应和恢复等方面考虑灾害的生命周期,分析了气候灾害、城市形态和城市规划过程之间的相互关系。Heinrichs等(2012)以圣地亚哥为案例区,通过分析风险要素,阐述了大都市区风险的形成机制,评价了风险范围和严重程度,并提出了应对风险的管理策略。
当前,基于城镇化与生态环境交互耦合视角对“城市病”多运用统计分析方法和数学物理模型进行定量研究,未能从过程和机理上对“城市病”的形成提出更好的解释,而且由于对复杂系统认知仍然有限,加之缺乏综合模型的构建,导致城镇化过程对自然系统多要素的综合影响研究较少;生态足迹、生态系统服务足迹模型则更侧重于刻画人类需求和自然承载力之间总量上的差距,缺乏对多尺度下不同主体行为与生态系统服务之间内在联系的认识,致使生态系统服务研究没有与社会经济系统进行实质性整合分析;城市代谢理论把城市类比为一个生命有机体,近年来通过将网络分析引入城市代谢模拟中,揭示城市代谢过程的功能和层次关系,一定程度上解决了从机理上诊断“城市病”的难题,但由于该方法所需数据量大、数据精度高,很多城市和地区现有数据难以满足需要。
基于指标体系的城市健康评价的研究模式可归纳为指标选取、权重确定、模型求算总指数的三段式,对“城市病”的诊断往往停留在表象。此外,不同案例中指标选取各不相同,研究结果的横向可比性较差。基于生态热力学指标的城市代谢测度则从系统物质循环与能量流动的角度切入,能较好地反映城市整体机能情况,但与城市内部生态过程、经济过程和社会过程相联系较弱,在诊断过程中仍存在局限性。
在城市未来可能面临的风险研究方面,由于对城镇化与自然系统多要素间的交互作用机制尚不清楚,导致大量研究集中于单一风险预估方面,对城市综合风险研究不够;而在城市综合风险预估研究方面,对城市脆弱性研究较多,对城市自身的恢复力研究不够,尤其缺乏城市风险治理机制创新方面的研究。
由于当前统计数据多按照行政单元统计且各行政单元间统计口径不一致,已有的研究多集中在城市尺度,主要研究城市内部各种组分和要素的状态特征和物质循环与能量流动,鲜有以城市为基本尺度的向上和向下多个尺度的研究,尤其缺乏在城市群尺度上城市之间物质、能量和信息等方面相互流动与作用的研究。随着中国城镇化进程的加快,城市群内部的协调发展问题日益凸显。由于自然资源和生态环境要素分布的非行政区特性,亟需在城市群尺度上明晰城镇化与生态环境的交互胁迫或增益等耦合关系,进而为新型城镇化进程健康发展提供科学依据。
综合分析已有的研究工作,根据未来的发展需求,对“城市病”诊断分析及风险预估领域的研究趋势提出如下展望。
(1) 城镇化与生态环境的交互作用研究将持续深入。目前在城镇化影响城市局地气候、植被动态、土壤组成、大气污染、水文过程、生物多样性等方面的研究仍将持续;同时,城市地区的生物地球化学过程如碳、氮循环研究正在兴起,未来将会成为研究热点。与此同步,生态环境对城镇化过程的影响尤其是制约作用研究水平将会进一步提升。
(2) 微观过程与城市整体机能及内在联系的综合研究将会得到强化。目前,在微观层面,不同学科对城市内部自然过程、经济过程和社会过程的研究已有一些积累,尤其是在自然科学领域,对于城市内部的水、土、气、生等过程研究成果已较丰富。如何把这些过程整合起来进行统一分析,以及多种过程耦合与城市整体机能的关系将是下一阶段研究重点。其中,由于城市代谢研究具有网络分析和指标综合等方面的优势,将其应用于“城市病”诊断与风险预估研究可作为其中的一个重要方向。从学科发展来看,在现代系统科学理论指导下,综合运用地理学、生态学、环境科学、经济学和社会学等多科学知识和方法,深入认识城镇化与生态环境交互作用的内在机理,进而为“城市病”的诊断分析和风险预估奠定基础,是未来重要的学科发展方向。
(3) 生态系统服务研究将在“城市病”诊断分析及风险预估中发挥更大作用。城市生态系统服务作为连接生态系统和人类福祉的载体,对城市的健康发展必不可少,在建设生态城市、低碳城市和海绵城市背景下,通过合理布局和管治等途径,提升城市的生态系统服务,对于防治“城市病”,降低各种风险具有重要作用。具体来说,可从以下几方面进行研究：①通过城市生态系统过程研究,明晰单一生态系统服务类型的形成机制和传输过程,为城市内涝、灰霾效应、热岛效应、水体污染与富营养化等备受关注的“城市病”提供新的解决思路与科学方法;②通过权衡/协同分析,研究城市不同生态系统服务间的此消彼长或相互增益关系,并探究形成权衡/协同的原因,为筛选旨在提升生态系统服务水平的绿色空间建设和规划技术提供支撑;③建立包括生态系统服务在内的“城市病”诊断和风险预估指标体系。未来应系统分析城镇化与生态系统服务交互作用机理,将生态系统服务纳入“城市病”的病情诊断和风险预估的评价模型体系的准则层,在指标层中增加生态系统服务的类型和数量等指标。这方面研究成果可为城市绿色基础设施建设、城市规划等提供科学基础。
数据是研究城市问题的最基本的前提条件,也是制约当前城市研究的重要方面。在城市研究中,除了传统的数据源如各种统计、资源清查以及中低分辨率遥感数据外,数据获取呈现实时性和高分辨的发展趋势。移动通讯数据传输技术、网络技术和时态数据库技术的发展,使大量采集具有空间位置的实时数据成为可能。以代表真实地理实体的点状数据(POI)为例,随着网络地图与基于位置服务(LBS)的发展,POI广泛应用于交通和人流动态监测以及大型公共活动安全保障等方面。各种遥感平台(尤其是无人机)及其传感器的快速发展,使得各种高清分辨率的遥感影像获取逐渐便捷,并应用于城市各种基础设施和土地利用类型的时空动态监测等。但对于城市问题研究来说,技术难点和关键在于如何有效地整合多源数据,深度挖掘其中的信息。进行实时与静态、自然与社会经济以及不同分辨率之间的多源不同属性间的数据融合,并利用机器学习等技术挖掘出与城市问题有关的信息是未来的发展方向。
模型是定量诊断“城市病”及其风险程度不可或缺的研究途径。目前在城市研究的某些属性方面,模型构建取得了较大进展。以城市生态系统服务模拟为例,诸如Citygreen、UFORE、I-Trees和STRATUM等模型虽较为成熟,但仍缺乏研究城市问题更为综合的模型。下一阶段,建构更具综合性的城市和城市群尺度的系统动力学和智能体模型是其发展方向。另外,随着人工智能和大数据技术的快速发展,深度学习技术因其能够发现并刻画问题内部复杂结构特征,将在城市问题研究中发挥更大作用。尤其是深度网络通过学习能够在海量的多源数据中挖掘出特定信息,这对研究复杂的城市问题无疑是极为有益的技术。
综上所述,“城市病”诊断分析及其风险预估研究已不再停留在静态指标评估阶段,而是更加关注不同层次要素的交互耦合作用,更加注重微观过程与整体机能的内在联系,更加重视城市生态系统服务的指征作用,更加需要大数据与综合模型的应用。这一变化趋势将需要不同学科领域甚至是跨学科领域的研究加入到”城市病“问题研究中来。在此过程中,以系统综合集成分析见长的地理学将会发挥越来越大的作用。与此同时,“城市病”研究也有助于提升自然和社会经济系统的集成分析水平,进而推动地理综合研究进程,为地理学的核心命题——人地关系研究提供重要的实践领域。
The authors have declared that no competing interests exist.
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基于GIS的城市生态风险评价: 以上海市为例[D] .
The urban ecological risk assessment based on GIS: A case study of Shanghai[D].
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中国超大城市土地利用状况及其生态系统服务动态演变 [J].
随着城市的快速发展,城市用地及其生态服务功能也在不断发生变化.近 十几年间,中国城市发展迅速,超大规模城市的土地利用以及生态系统服务动态演变的一般特征以及差异值得关注.研究以中国1995年非农业人口超过200万 的9个超大城市为研究对象(包括上海、北京、天津、重庆、南京、西安、哈尔滨、武汉和广州),对各城市不同用地类型在1995年至2008年这一阶段的利 用动态度进行分析.然后以用地结构和谢高地等[1]提出的大陆生态系统服务价值当量表为基础估算了城市土地生态系统服务价值,并且对城市土地利用结构与生 态系统服务之间的关系进行了分析.最后为证明研究结果可信,对每种用地类型对单位面积生态系统服务价值系数的依赖性进行了敏感性分析.结果表明,9个超大 城市用地结构变化趋势总体一致,主要缩减地类为农田和水体,增长地类为建设用地、林地和城市绿地.单位面积生态系统服务价值量1995年总体范围为 4996-8854元/hm2,排序为广州＞武汉＞哈尔滨＞南京＞西安＞天津＞北京＞上海＞重庆,2008年范围为4746-8777元/hm2,排序为 广州＞哈尔滨＞西安＞上海＞重庆＞北京＞武汉＞南京＞天津,各城市均值由1995年的7189元/hm2降到2008年的6987元/hm2.人均享有生 态系统服务价值量1995年总体范围为284-7983元/人,排序为哈尔滨＞西安＞北京＞广州＞武汉＞南京＞天津＞重庆＞上海,2008年范围为 305-4538元/人,排序为哈尔滨＞重庆＞西安＞广州＞武汉＞北京＞南京＞天津＞上海,各城市平均值由1995年的1677元/人降到2008年的 1230元/人.超大城市土地生态系统服务动态演变的一致特征是人均享有生态系统服务价值下降,主要减弱的生态系统服务为水文调节和粮食生产,增强的服务 为娱乐文化和废物处理,而单位面积生态系统服务价值与生态系统服务结构9个城市之间存在差异.敏感性分析结果显示所有土地类型的敏感度指数皆小于1,证明 研究结果可信.研究结果说明城市可持续发展主要面临的问题之一是建设用地无序扩张和各类生态用地的配置不均衡,可为中国迅速城市化的新兴大型城市的生态建 设提供参考和指导.
Dynamics of land use and its ecosystem services in China's megacities [J].
随着城市的快速发展,城市用地及其生态服务功能也在不断发生变化.近 十几年间,中国城市发展迅速,超大规模城市的土地利用以及生态系统服务动态演变的一般特征以及差异值得关注.研究以中国1995年非农业人口超过200万 的9个超大城市为研究对象(包括上海、北京、天津、重庆、南京、西安、哈尔滨、武汉和广州),对各城市不同用地类型在1995年至2008年这一阶段的利 用动态度进行分析.然后以用地结构和谢高地等[1]提出的大陆生态系统服务价值当量表为基础估算了城市土地生态系统服务价值,并且对城市土地利用结构与生 态系统服务之间的关系进行了分析.最后为证明研究结果可信,对每种用地类型对单位面积生态系统服务价值系数的依赖性进行了敏感性分析.结果表明,9个超大 城市用地结构变化趋势总体一致,主要缩减地类为农田和水体,增长地类为建设用地、林地和城市绿地.单位面积生态系统服务价值量1995年总体范围为 4996-8854元/hm2,排序为广州＞武汉＞哈尔滨＞南京＞西安＞天津＞北京＞上海＞重庆,2008年范围为4746-8777元/hm2,排序为 广州＞哈尔滨＞西安＞上海＞重庆＞北京＞武汉＞南京＞天津,各城市均值由1995年的7189元/hm2降到2008年的6987元/hm2.人均享有生 态系统服务价值量1995年总体范围为284-7983元/人,排序为哈尔滨＞西安＞北京＞广州＞武汉＞南京＞天津＞重庆＞上海,2008年范围为 305-4538元/人,排序为哈尔滨＞重庆＞西安＞广州＞武汉＞北京＞南京＞天津＞上海,各城市平均值由1995年的1677元/人降到2008年的 1230元/人.超大城市土地生态系统服务动态演变的一致特征是人均享有生态系统服务价值下降,主要减弱的生态系统服务为水文调节和粮食生产,增强的服务 为娱乐文化和废物处理,而单位面积生态系统服务价值与生态系统服务结构9个城市之间存在差异.敏感性分析结果显示所有土地类型的敏感度指数皆小于1,证明 研究结果可信.研究结果说明城市可持续发展主要面临的问题之一是建设用地无序扩张和各类生态用地的配置不均衡,可为中国迅速城市化的新兴大型城市的生态建 设提供参考和指导.
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科学选择与分级培育适应新常态发展的中国城市群 [J].
城市群是高度一体化和同城化的城市群体,经历了从城市到都市区、再到都市圈、再到城市群、最后到大都市带的4次扩展过程。中国城市群是世界经济重心转移和"一带一路"建设的主阵地,是国家新型城镇化的主体,也是我国当前与未来经济发展格局中最具活力和潜力的核心地区。但我国城市群在选择与培育过程中存在着"滥圈滥划、扩容贪大、拔苗助长、无中生有、拼凑成群"等一系列亟待解决的"城市群病",具体表现为:城市群的战略地位被过分夸大高估,出现了新型城镇化的"唯群论";城市群的空间范围一扩再扩,违背了国家建设城市群的基本初衷;城市群选择过多地依靠主观意志拼凑成群,脱离了发育的最基本标准;城市群的选择培育过多迁就了地方利益,影响到了国家战略安全大局;城市群成为雾霾等生态环境问题集中激化的敏感区和"问题区"。针对这些问题,建议按照科学标准和客观规律,科学选择并循序渐进地培育城市群,科学认识和理解城市群形成、发育的客观标准与自然规律;正确区分城市群与城镇群的本质区别,避免在政府文件和学术研究中将二者混为一谈;科学培育和分级建设大、中、小梯度发展的城市群,分层次建设好5个国家级的大城市群、9个区域性的中等城市群和6个地区性的小城市群;编制好与资源环境承载力相适应的城市群总体规划;创新城市群发展的公共财政制度与公共财政储备机制;发挥市场机制在城市群发育中的主体作用,建设市场主导型城市群,引导城市群顺应经济发展的新常态健康稳定发展。
Scientific selection and grading cultivation of China's urban agglomeration adaptive to new normal in China [J].
城市群是高度一体化和同城化的城市群体,经历了从城市到都市区、再到都市圈、再到城市群、最后到大都市带的4次扩展过程。中国城市群是世界经济重心转移和"一带一路"建设的主阵地,是国家新型城镇化的主体,也是我国当前与未来经济发展格局中最具活力和潜力的核心地区。但我国城市群在选择与培育过程中存在着"滥圈滥划、扩容贪大、拔苗助长、无中生有、拼凑成群"等一系列亟待解决的"城市群病",具体表现为:城市群的战略地位被过分夸大高估,出现了新型城镇化的"唯群论";城市群的空间范围一扩再扩,违背了国家建设城市群的基本初衷;城市群选择过多地依靠主观意志拼凑成群,脱离了发育的最基本标准;城市群的选择培育过多迁就了地方利益,影响到了国家战略安全大局;城市群成为雾霾等生态环境问题集中激化的敏感区和"问题区"。针对这些问题,建议按照科学标准和客观规律,科学选择并循序渐进地培育城市群,科学认识和理解城市群形成、发育的客观标准与自然规律;正确区分城市群与城镇群的本质区别,避免在政府文件和学术研究中将二者混为一谈;科学培育和分级建设大、中、小梯度发展的城市群,分层次建设好5个国家级的大城市群、9个区域性的中等城市群和6个地区性的小城市群;编制好与资源环境承载力相适应的城市群总体规划;创新城市群发展的公共财政制度与公共财政储备机制;发挥市场机制在城市群发育中的主体作用,建设市场主导型城市群,引导城市群顺应经济发展的新常态健康稳定发展。
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中国城市脆弱性的综合测度与空间分异特征 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201502005 URL 摘要
城市脆弱性是指城市在发展过程中抵抗资源、生态环境、经济、社会发展等内外部自然要素和人为要素干扰的应对能力.当这种抗干扰的应对能力低于某一临界阈值时,城市即进入脆弱状态.城市脆弱性是城市资源脆弱性、生态环境脆弱性、经济脆弱性和社会脆弱性的综合体现.城市脆弱性的评价与调控研究对提升中国城镇化质量、实现可持续发展具有重要意义.采用系统分析方法和综合指数评价法,从资源、生态环境、经济和社会4个方面确定10项分指数、选取36个具体指标,构建了中国城市脆弱性综合测度指标体系,并确定测度标准值,对中国地级以上城市脆弱性及其空间分异做了总体评价.研究表明,中国城市脆弱性呈现明显的“级差化”分异特征,总体处于中度脆弱状态.按照这种差异,将中国城市脆弱程度划分为低度脆弱、较低脆弱、中度脆弱、较高脆弱和高度脆弱5个级别.城市脆弱性呈现显著的“梯度化”和“集群化”空间分异,东部地区城市脆弱性明显低于中西部地区,城市群地区脆弱性低于其它地区.城市脆弱性与城市规模存在一定的对应关系,规模越大的城市脆弱性相对越小.资源型城市脆弱性明显高于综合性城市,职能综合性强的城市脆弱性相对较低.城市经济增长的快慢不能反映城市脆弱性的高低,经济高速增长并不意味着城市脆弱性就低.如何科学测度城市综合脆弱性,如何应对和降低城市脆弱性,是本研究试图回答的问题.该研究为丰富城市脆弱性与城市可持续发展理论,为解决快速城市化、工业化进程中的城市资源枯竭、生态环境破坏、经济增长方式的转变及系列社会问题等提供科学依据.
A comprehensive assessment of urban vulnerability and its spatial differentiation in China [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201502005 URL 摘要
城市脆弱性是指城市在发展过程中抵抗资源、生态环境、经济、社会发展等内外部自然要素和人为要素干扰的应对能力.当这种抗干扰的应对能力低于某一临界阈值时,城市即进入脆弱状态.城市脆弱性是城市资源脆弱性、生态环境脆弱性、经济脆弱性和社会脆弱性的综合体现.城市脆弱性的评价与调控研究对提升中国城镇化质量、实现可持续发展具有重要意义.采用系统分析方法和综合指数评价法,从资源、生态环境、经济和社会4个方面确定10项分指数、选取36个具体指标,构建了中国城市脆弱性综合测度指标体系,并确定测度标准值,对中国地级以上城市脆弱性及其空间分异做了总体评价.研究表明,中国城市脆弱性呈现明显的“级差化”分异特征,总体处于中度脆弱状态.按照这种差异,将中国城市脆弱程度划分为低度脆弱、较低脆弱、中度脆弱、较高脆弱和高度脆弱5个级别.城市脆弱性呈现显著的“梯度化”和“集群化”空间分异,东部地区城市脆弱性明显低于中西部地区,城市群地区脆弱性低于其它地区.城市脆弱性与城市规模存在一定的对应关系,规模越大的城市脆弱性相对越小.资源型城市脆弱性明显高于综合性城市,职能综合性强的城市脆弱性相对较低.城市经济增长的快慢不能反映城市脆弱性的高低,经济高速增长并不意味着城市脆弱性就低.如何科学测度城市综合脆弱性,如何应对和降低城市脆弱性,是本研究试图回答的问题.该研究为丰富城市脆弱性与城市可持续发展理论,为解决快速城市化、工业化进程中的城市资源枯竭、生态环境破坏、经济增长方式的转变及系列社会问题等提供科学依据.
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城市化与生态环境交互耦合系统的基本定律 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-6060.2006.01.001 URL [本文引用: 1] 摘要
城市化与生态环境之间存在着客观的动态耦合关系,这种耦合关系可以看作是一个开放的、非平衡的、具有非线性相互作用和自组织能力的动态涨落系统,称其为城市化与生态环境交互耦合系统。根据耗散结构理论和生态需要定律理论,从理论上分析了城市化与生态环境交互耦合系统满足的六大基本定律,即耦合裂变律,动态层级律,随机涨落律,非线性协同律,阈值律和预警律,这六大定律是研究分析城市化与生态环境交互耦合过程必须遵循的基本定律。对系统揭示城市化过程与生态环境演变过程之间的交互胁迫和动态耦合关系具有重要的理论指导意义。
Basic laws of the interactive coupling system of urbanization and ecological environment [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-6060.2006.01.001 URL [本文引用: 1] 摘要
城市化与生态环境之间存在着客观的动态耦合关系,这种耦合关系可以看作是一个开放的、非平衡的、具有非线性相互作用和自组织能力的动态涨落系统,称其为城市化与生态环境交互耦合系统。根据耗散结构理论和生态需要定律理论,从理论上分析了城市化与生态环境交互耦合系统满足的六大基本定律,即耦合裂变律,动态层级律,随机涨落律,非线性协同律,阈值律和预警律,这六大定律是研究分析城市化与生态环境交互耦合过程必须遵循的基本定律。对系统揭示城市化过程与生态环境演变过程之间的交互胁迫和动态耦合关系具有重要的理论指导意义。
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基于模糊物元的城市化生态预警模型及应用 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2008.09.011 URL [本文引用: 1] 摘要
根据模糊物元理论建立了城市化的生态预警模型，将警报级别分为无警、轻警、中警、重警和巨警5级，并从资源预警、生态预警和环境预警3个方面构建河西走廊城市化进程中的生态环境预警指标体系，设立了预警参照标准与预警界限、警灯、警度，对河西走廊进行了实证分析。结果发现，河西走廊及五大地市按照预警指数从大到小的顺序依次为张掖市、武威市、金昌市、河西走廊、嘉峪关市和酒泉市。其中，河西走廊的生态用水比重、植被覆盖率、人均环境保护费用和万元产值工业SO2排放量的景气指数最高，处于重警状态；城市工业用地定额、城市居住用地定额、万元产值工业废水排放量和万元产值工业粉尘排放量的景气指数最低，均处于轻警状态；其它指标均处于中警状态。可见，相对于土地资源和环境污染因素而言，水资源和生态条件已经对河西走廊的城市化产生了较强的束缚作用。
Ecological early-warning model and its application in the process of urbanization based on fuzzy matter element theory [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2008.09.011 URL [本文引用: 1] 摘要
根据模糊物元理论建立了城市化的生态预警模型，将警报级别分为无警、轻警、中警、重警和巨警5级，并从资源预警、生态预警和环境预警3个方面构建河西走廊城市化进程中的生态环境预警指标体系，设立了预警参照标准与预警界限、警灯、警度，对河西走廊进行了实证分析。结果发现，河西走廊及五大地市按照预警指数从大到小的顺序依次为张掖市、武威市、金昌市、河西走廊、嘉峪关市和酒泉市。其中，河西走廊的生态用水比重、植被覆盖率、人均环境保护费用和万元产值工业SO2排放量的景气指数最高，处于重警状态；城市工业用地定额、城市居住用地定额、万元产值工业废水排放量和万元产值工业粉尘排放量的景气指数最低，均处于轻警状态；其它指标均处于中警状态。可见，相对于土地资源和环境污染因素而言，水资源和生态条件已经对河西走廊的城市化产生了较强的束缚作用。
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基于正态云模型和熵权的河西走廊城市化生态风险综合评价 [J].URL 摘要
为有效的评估河西走廊城市化生态风险的程度,针对城市化进程中生态风险评估中存在的模糊性和随机性问题,建立了基于正态云模型和熵权的综合评判模型。综合考虑资源风险、生态风险及环境风险3个方面构建河西走廊城市化进程中的生态风险指标体系,采用熵权法确定各个指标权重,借助于正态云模型定量描述单指标条件下待评价城市的生态风险等级。采用云模型理论实现评语与评估指标值之间的不确定映射,保留了评估过程中的随机性。最后,以河西走廊5个具有代表性的城市生态风险为例对模型进行验证,结果表明:该模型比传统的模糊综合法能得到更加合理的评估结果。
Comprehensive assessment on ecological risk of Hexi Corridor urbanization based on normal cloud model and entropy weight [J].URL 摘要
为有效的评估河西走廊城市化生态风险的程度,针对城市化进程中生态风险评估中存在的模糊性和随机性问题,建立了基于正态云模型和熵权的综合评判模型。综合考虑资源风险、生态风险及环境风险3个方面构建河西走廊城市化进程中的生态风险指标体系,采用熵权法确定各个指标权重,借助于正态云模型定量描述单指标条件下待评价城市的生态风险等级。采用云模型理论实现评语与评估指标值之间的不确定映射,保留了评估过程中的随机性。最后,以河西走廊5个具有代表性的城市生态风险为例对模型进行验证,结果表明:该模型比传统的模糊综合法能得到更加合理的评估结果。
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城市生态系统健康评价初探 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-6923.2002.06.010 URL [本文引用: 1] 摘要
采用生态系统健康的理论与方法来分析城市生态环境问题具有较强的理论意义和现实意义，着重探 讨城市生态系统健康评价方法，提出完整的评价指标体系，建立模糊评价模型；并以广州市为例，北京、上海为参比城市，对3城市的生态系统健康状况进行了比较 评价，明确广州市的生态系统健康状况及其制约因子，为广州城市生态规划提供可靠的背景状况和研究依据。
Primary studies on urban ecosystem health assessment [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-6923.2002.06.010 URL [本文引用: 1] 摘要
采用生态系统健康的理论与方法来分析城市生态环境问题具有较强的理论意义和现实意义，着重探 讨城市生态系统健康评价方法，提出完整的评价指标体系，建立模糊评价模型；并以广州市为例，北京、上海为参比城市，对3城市的生态系统健康状况进行了比较 评价，明确广州市的生态系统健康状况及其制约因子，为广州城市生态规划提供可靠的背景状况和研究依据。
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一种城市生态系统健康评价方法及其应用 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-2468.2006.12.022 URL 摘要
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.
An urban ecosystem health assessment method and its application [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-2468.2006.12.022 URL 摘要
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.
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城市化与生态环境交互耦合机制与规律性分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2003.02.010 URL [本文引用: 2] 摘要
本文分析了城市化与生态环境的交互耦合机制,采用代数学和几何学两种方法对环境库兹涅茨(KUZNETS)曲线和城市化对数曲线进行逻辑复合,推导出城市化与生态环境交互耦合的数理函数和几何曲线,揭示出区域生态环境随城市化的发展存在先指数衰退、后指数改善的耦合规律.交互耦合的过程分为低水平协调、拮抗、磨合和高水平协调四个阶段.文章最后对浙江省进行了实证分析.
Analysis of coupling mechanism and rules between urbanization and eco-environment [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2003.02.010 URL [本文引用: 2] 摘要
本文分析了城市化与生态环境的交互耦合机制,采用代数学和几何学两种方法对环境库兹涅茨(KUZNETS)曲线和城市化对数曲线进行逻辑复合,推导出城市化与生态环境交互耦合的数理函数和几何曲线,揭示出区域生态环境随城市化的发展存在先指数衰退、后指数改善的耦合规律.交互耦合的过程分为低水平协调、拮抗、磨合和高水平协调四个阶段.文章最后对浙江省进行了实证分析.
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区域土地利用变化的物质代谢响应初步研究 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2006.01.001 URL 摘要
文章在描述相关研究进展的基础上，认为在物质资源不断减少的情形下，物质代谢效率提高对于人类社会发展具有更为重要的意义。并在此基础上，分析了土地利用方式、土地利用强度、土地利用布局等土地利用变化过程对于物质代谢变化的影响机理。以江苏省为例进行实证分析，构建区域土地利用变化的物质代谢驱动力模型。结果表明，随着1989年以来江苏省土地利用强度的不断提高，物质代谢通量快速增长。土地利用强度越高，物质代谢通量值越大，土地利用强度提高10％，则物质代谢通量将提高5．62％，因此，资源利用量与污染物排放量越多，带来的环境冲击也就越大；但土地利用强度越高，物质代谢效率值就越小，土地利用强度每提高10％，物质代谢效率就提高5．03％，因而单位CDP的资源利用量与污染物排放量也就越少。虽然物质代谢效率在提高，但是物质资源日益稀缺，物质代谢效率需进一步提升。最后提出了区域土地利用变化物质代谢效应响应的研究方向。
Studies on material metabolism response of regional land use change [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2006.01.001 URL 摘要
文章在描述相关研究进展的基础上，认为在物质资源不断减少的情形下，物质代谢效率提高对于人类社会发展具有更为重要的意义。并在此基础上，分析了土地利用方式、土地利用强度、土地利用布局等土地利用变化过程对于物质代谢变化的影响机理。以江苏省为例进行实证分析，构建区域土地利用变化的物质代谢驱动力模型。结果表明，随着1989年以来江苏省土地利用强度的不断提高，物质代谢通量快速增长。土地利用强度越高，物质代谢通量值越大，土地利用强度提高10％，则物质代谢通量将提高5．62％，因此，资源利用量与污染物排放量越多，带来的环境冲击也就越大；但土地利用强度越高，物质代谢效率值就越小，土地利用强度每提高10％，物质代谢效率就提高5．03％，因而单位CDP的资源利用量与污染物排放量也就越少。虽然物质代谢效率在提高，但是物质资源日益稀缺，物质代谢效率需进一步提升。最后提出了区域土地利用变化物质代谢效应响应的研究方向。
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基于能值分析的资源型城市新陈代谢水平评价: 以石嘴山市为例 [J].URL 摘要
城市新陈代谢注重分析城市资源与能源流动过程,这为探讨资源型城市可持续发展提供了新的视角。文章以石嘴山市为例,运用能值分析方法核算2000-2013年石嘴山市各能值组成部分,通过构建代谢通量、代谢结构、能值货币比、代谢密度、代谢强度和代谢效率等指标评价石嘴山市新陈代谢水平,继而为石嘴山可持续发展提供政策建议。研究发现,石嘴山市代谢通量不断提高,但其增长率逐年降低;虽对外界环境的依赖程度逐渐提高,但当前城市经济发展仍高度依赖于不可更新资源的大量消耗;石嘴山市能值货币比逐渐下降,城市开发程度不断加大,但石嘴山市人均能值占用增长速度逐渐减少,能值利用上存在巨大的浪费,集约化程度较低,且土地经济投入粗放不紧凑,代谢强度和代谢密度难以提高;城市经济效率持续下降,而资源效率与环境效率并未得到有效的提升,这导致石嘴山市代谢效率不断下降。最后从产业转型升级、循环经济与城市土地合理利用三个角度,对提高石嘴山市城市新陈代谢机能提出建议。
Urban metabolism evaluation of resource-based cities using emergy synthesis: A case study in Shizuishan City [J].URL 摘要
城市新陈代谢注重分析城市资源与能源流动过程,这为探讨资源型城市可持续发展提供了新的视角。文章以石嘴山市为例,运用能值分析方法核算2000-2013年石嘴山市各能值组成部分,通过构建代谢通量、代谢结构、能值货币比、代谢密度、代谢强度和代谢效率等指标评价石嘴山市新陈代谢水平,继而为石嘴山可持续发展提供政策建议。研究发现,石嘴山市代谢通量不断提高,但其增长率逐年降低;虽对外界环境的依赖程度逐渐提高,但当前城市经济发展仍高度依赖于不可更新资源的大量消耗;石嘴山市能值货币比逐渐下降,城市开发程度不断加大,但石嘴山市人均能值占用增长速度逐渐减少,能值利用上存在巨大的浪费,集约化程度较低,且土地经济投入粗放不紧凑,代谢强度和代谢密度难以提高;城市经济效率持续下降,而资源效率与环境效率并未得到有效的提升,这导致石嘴山市代谢效率不断下降。最后从产业转型升级、循环经济与城市土地合理利用三个角度,对提高石嘴山市城市新陈代谢机能提出建议。
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生态经济的热力学㶲值理论及其在城市系统模拟和调控中的应用[D] .
Theory of embodied cosmic exergy of ecological economics and ecological thermodynamics and its application in urban ecosystem modeling and regulation[D].
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城市系统演化的生态热力学㶲值分析[D] .
Embodied cosmic exergy analysis for urban ecosystem[D].
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基于生态系统服务的生态足迹模型构建与应用 [J].URL 摘要
生态足迹(EF)自提出以来得到了世界各国学者的广泛关注。然而,核算内容的不完整导致其无法全面衡量人类活动对生态系统造成的各种影响。本文完善了基于生态系统服务的生态足迹(ESEF)概念与通用模型,并拓展出基于资源供给和废弃物吸纳两大类服务的足迹模型。案例研究则利用基于废弃物吸纳的足迹模型,对太湖流域上游常州市和湖州市水污染物排放的环境影响进行评估。研究表明,就水污染物吸纳而言,当地水环境处于不可持续状态;氮磷营养盐的累积对当地水环境造成的压力远远大于有机物。这些信息能够为当地水环境管理政策的制定提供参考。ESEF概念的提出与模型的建立,有助于实现足迹方法对人类活动影响的全面衡量,并推动足迹理论的进一步发展与完善。
Development and application of ecosystem-service-based ecological footprint models [J].URL 摘要
生态足迹(EF)自提出以来得到了世界各国学者的广泛关注。然而,核算内容的不完整导致其无法全面衡量人类活动对生态系统造成的各种影响。本文完善了基于生态系统服务的生态足迹(ESEF)概念与通用模型,并拓展出基于资源供给和废弃物吸纳两大类服务的足迹模型。案例研究则利用基于废弃物吸纳的足迹模型,对太湖流域上游常州市和湖州市水污染物排放的环境影响进行评估。研究表明,就水污染物吸纳而言,当地水环境处于不可持续状态;氮磷营养盐的累积对当地水环境造成的压力远远大于有机物。这些信息能够为当地水环境管理政策的制定提供参考。ESEF概念的提出与模型的建立,有助于实现足迹方法对人类活动影响的全面衡量,并推动足迹理论的进一步发展与完善。
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吉林省城市干旱缺水风险评价体系与模型研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-4574.2005.06.018 URL 摘要
以吉林省地级城市为研究对象,从造成城市干旱缺水的致灾因子危险 性,承灾体的暴露性、脆弱性和防旱抗旱能力四个方面着手,利用自然灾害指数法、加权综合评价法和层次分析法,建立了城市干旱缺水风险评价模型,引用城市干 旱缺水风险指数(UDRI),对城市干旱缺水风险程度进行了评价,并借助GIS技术绘制了吉林省城市干旱缺水风险分布图,以期为实现吉林省水资源可持续利 用、保障区域经济可持续发展和老工业基地改造战略实施提供科学依据.
Risk assessment system and model research on urban drought and water shortage in Jilin Province [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1004-4574.2005.06.018 URL 摘要
以吉林省地级城市为研究对象,从造成城市干旱缺水的致灾因子危险 性,承灾体的暴露性、脆弱性和防旱抗旱能力四个方面着手,利用自然灾害指数法、加权综合评价法和层次分析法,建立了城市干旱缺水风险评价模型,引用城市干 旱缺水风险指数(UDRI),对城市干旱缺水风险程度进行了评价,并借助GIS技术绘制了吉林省城市干旱缺水风险分布图,以期为实现吉林省水资源可持续利 用、保障区域经济可持续发展和老工业基地改造战略实施提供科学依据.
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基于能值分析的合肥城市生态系统健康动态评价 [J].URL 摘要
随着城市化和城市环境问题的日趋突出,城市生态系统健康评价成为 近年来生态学领域研究的热点.本文运用能值分析方法,采用活力、组织结构、恢复力和服务功能维持4个要素,构建了评价城市生态系统健康的能值指标--城市 健康能值改良指标,并用于合肥市生态系统的健康评价,然后将评价结果与天津、芜湖、上海、宁波、福州等6座国内城市进行比较.结果表 明:2004-2008年合肥市的健康程度呈现下降趋势,合肥市的城市健康改良指数高于上海、宁波、包头和天津,低于芜湖、福州;因此,合肥今后还要着重 从降低环境胁迫入手,改进城市的组织结构和恢复力与服务功能,不断提升城市的健康水平.
Dynamic assessment of urban ecosystem health in Hefei City based on emergy analysis [J].URL 摘要
随着城市化和城市环境问题的日趋突出,城市生态系统健康评价成为 近年来生态学领域研究的热点.本文运用能值分析方法,采用活力、组织结构、恢复力和服务功能维持4个要素,构建了评价城市生态系统健康的能值指标--城市 健康能值改良指标,并用于合肥市生态系统的健康评价,然后将评价结果与天津、芜湖、上海、宁波、福州等6座国内城市进行比较.结果表 明:2004-2008年合肥市的健康程度呈现下降趋势,合肥市的城市健康改良指数高于上海、宁波、包头和天津,低于芜湖、福州;因此,合肥今后还要着重 从降低环境胁迫入手,改进城市的组织结构和恢复力与服务功能,不断提升城市的健康水平.
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中国城市化过程及其资源与生态环境效应机制 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2009.01.009 URL [本文引用: 1] 摘要
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。
Urbanization process and effects of natural resource and environment in China: Research trends and future directions [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2009.01.009 URL [本文引用: 1] 摘要
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。
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城市病评价指标体系构建与应用: 以北京市为例 [J].https://doi.org/10.11819/cpr20140808a URL 摘要
目前,普遍存在于我国大部分城市中的城市病不仅阻碍了城市的发展 而且影响了居民的日常生活,越来越受到各界的重视.本文构建了城市病评价的指标体系,从自然资源短缺、生态环境污染、城市交通拥堵、居民生活困难、公共资 源紧张及公共安全弱化6个城市病的主要表现入手,共选取了48个指标,运用主成分分析法,对2006年至201 0年北京市城市病的演变进行分类评价和综合评价.结果表明,北京市城市病的综合情况以及其中的自然资源短缺、公共资源紧张、公共安全弱化这3个方面都呈现 逐年好转,而城市交通拥堵和居民生活困难两方面呈恶化趋势,生态环境恶化的情况先有好转后开始恶化.
Construction and application of the evaluation indicator system for urban disease: A case study of Beijing [J].https://doi.org/10.11819/cpr20140808a URL 摘要
目前,普遍存在于我国大部分城市中的城市病不仅阻碍了城市的发展 而且影响了居民的日常生活,越来越受到各界的重视.本文构建了城市病评价的指标体系,从自然资源短缺、生态环境污染、城市交通拥堵、居民生活困难、公共资 源紧张及公共安全弱化6个城市病的主要表现入手,共选取了48个指标,运用主成分分析法,对2006年至201 0年北京市城市病的演变进行分类评价和综合评价.结果表明,北京市城市病的综合情况以及其中的自然资源短缺、公共资源紧张、公共安全弱化这3个方面都呈现 逐年好转,而城市交通拥堵和居民生活困难两方面呈恶化趋势,生态环境恶化的情况先有好转后开始恶化.
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基于能值分析方法的城市代谢过程: 案例研究 [J].https://doi.org/10.5846/stxb201204260598 URL [本文引用: 1] 摘要
城市代谢过程研究是实现城市生 态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一。核算了1999—2006年北京代谢过程中能值通量和强度,并依照Eco-Indictor 99的划分标准,结合自然系统对污染物的自净化及污染对经济系统和生态系统的损害程度测度方法(DALY法和PDF法),从城市代谢生产过程和消费过程研 究城市代谢对人群健康和自然生态系统的影响,结果表明:(1)北京城市代谢过程大部分依赖于外部购买的不可更新资源的消耗;(2)外部购买的不可更新资源 主要依赖于它省的资源供给,对国外资源利用很少,说明北京是一个本国资源依赖性的城市,而且这种依赖程度在不断增长;(3)当前过快的城市代谢过程主要由 固定资产建设所拉动,随着北京基础建设程度放缓,这种高依赖性的代谢模式会的到一定的改变;(4)在考虑生态损失的情况下其可持续发展水平有5%的下降。 该研究克服传统外在预警式评价方法的局限,综合评价城市生态系统内在代谢过程及代谢水平,为城市生态规划和环境管理提供更为有效的优化与决策依据。
Urban metabolism process based on emergy synthesis: A case study of Beijing [J].https://doi.org/10.5846/stxb201204260598 URL [本文引用: 1] 摘要
城市代谢过程研究是实现城市生 态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一。核算了1999—2006年北京代谢过程中能值通量和强度,并依照Eco-Indictor 99的划分标准,结合自然系统对污染物的自净化及污染对经济系统和生态系统的损害程度测度方法(DALY法和PDF法),从城市代谢生产过程和消费过程研 究城市代谢对人群健康和自然生态系统的影响,结果表明:(1)北京城市代谢过程大部分依赖于外部购买的不可更新资源的消耗;(2)外部购买的不可更新资源 主要依赖于它省的资源供给,对国外资源利用很少,说明北京是一个本国资源依赖性的城市,而且这种依赖程度在不断增长;(3)当前过快的城市代谢过程主要由 固定资产建设所拉动,随着北京基础建设程度放缓,这种高依赖性的代谢模式会的到一定的改变;(4)在考虑生态损失的情况下其可持续发展水平有5%的下降。 该研究克服传统外在预警式评价方法的局限,综合评价城市生态系统内在代谢过程及代谢水平,为城市生态规划和环境管理提供更为有效的优化与决策依据。
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基于能值分析的城市生态系统健康评价: 以包头市为例 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2008.04.043 URL 摘要
城市生态系统健康是城市生态学界近年来的研究热点和前沿。采用能值评价方法,结合城市生态系统作为复合系统所具有的生态服务功能,明确提出基于能值进行城市生态系统健康评价的理论框架和技术路线,得出表征城市健康程度随时间的变化走向和比较意义。针对城市生态系统健康表征特性,采用4个要素,即活力（V）、组织结构（O）、恢复力（R）和服务功能维持（F）,构建了评价城市生态系统健康的新的能值指标——城市健康能值指标（EUEHI）,并将EUEHI应用于包头城市生态系统健康评价中,并比较了其他5个城市的EUEHI。结果显示2000~2004年包头健康程度总体呈现上升状态,健康等级不断提高,但同中国其他城市之间尚有距离,健康程度仍处于较低水平。这说明近几年包头重视改变资源结构和利用效率,使得城市生态系统在生态系统服务功能维持方面得到不断改善。同时,包头作为老工业城市组织结构尚不完善,环境负荷大,生态系统承载力逐年降低,因此仍需从降低环境胁迫入手,逐步降低城市生态系统干扰,使其恢复力得以提高,增加系统反弹恢复的容量,使之恢复维持结构与格局的能力,实现城市健康和谐发展。
Emergy-based urban ecosystem health assessment: A case study of Baotou City [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2008.04.043 URL 摘要
城市生态系统健康是城市生态学界近年来的研究热点和前沿。采用能值评价方法,结合城市生态系统作为复合系统所具有的生态服务功能,明确提出基于能值进行城市生态系统健康评价的理论框架和技术路线,得出表征城市健康程度随时间的变化走向和比较意义。针对城市生态系统健康表征特性,采用4个要素,即活力（V）、组织结构（O）、恢复力（R）和服务功能维持（F）,构建了评价城市生态系统健康的新的能值指标——城市健康能值指标（EUEHI）,并将EUEHI应用于包头城市生态系统健康评价中,并比较了其他5个城市的EUEHI。结果显示2000~2004年包头健康程度总体呈现上升状态,健康等级不断提高,但同中国其他城市之间尚有距离,健康程度仍处于较低水平。这说明近几年包头重视改变资源结构和利用效率,使得城市生态系统在生态系统服务功能维持方面得到不断改善。同时,包头作为老工业城市组织结构尚不完善,环境负荷大,生态系统承载力逐年降低,因此仍需从降低环境胁迫入手,逐步降低城市生态系统干扰,使其恢复力得以提高,增加系统反弹恢复的容量,使之恢复维持结构与格局的能力,实现城市健康和谐发展。
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基于生态网络的城市代谢结构模拟研究: 以大连市为例 [J].
基于生态热力学的城市系统结构的研究是实现城市生态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一。基于生态热力学(火用)流核算方法，建立大连市生态网络模型，通过路径分析探讨了代谢长度与代谢路径数量、连通性的变化关系，确定了城市代谢系统的基本营养结构，以及各组分间的作用途径；利用网络有效利用矩阵中正负号分布、数量比值，确定了城市代谢系统各组分间的作用方式、共生状况，最后揭示出固有网络结构中复杂的生态关系。结果表明：大连是具有一个高度竞争性的部门共生体，而且随着代谢长度的增加，城市代谢系统中各组分间的作用途径更为多样，代谢路径数量、连通性不断提高。该研究可为政策制定者确定如何在现有的经济基础上，避免支付高额生态成本和重复发达国家城市建设中的末端控制模式，推动社会系统的生态化转型实践，促进城市的健康发展。
Study of urban metabolic structure based on ecological network: A case study of Dalian [J].
基于生态热力学的城市系统结构的研究是实现城市生态规划和环境管理等实际工作优化与决策的关键理论问题之一。基于生态热力学(火用)流核算方法，建立大连市生态网络模型，通过路径分析探讨了代谢长度与代谢路径数量、连通性的变化关系，确定了城市代谢系统的基本营养结构，以及各组分间的作用途径；利用网络有效利用矩阵中正负号分布、数量比值，确定了城市代谢系统各组分间的作用方式、共生状况，最后揭示出固有网络结构中复杂的生态关系。结果表明：大连是具有一个高度竞争性的部门共生体，而且随着代谢长度的增加，城市代谢系统中各组分间的作用途径更为多样，代谢路径数量、连通性不断提高。该研究可为政策制定者确定如何在现有的经济基础上，避免支付高额生态成本和重复发达国家城市建设中的末端控制模式，推动社会系统的生态化转型实践，促进城市的健康发展。
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缺资料地区河流突发性水污染多尺度风险评价 [J].
突发性水污染事件具有随机性、瞬时性、位置不确定性的特点,在资料盲区开展风险评价是当今的一个难题,亟需开展相关研究。该文将模糊故障树模型以及综合影响指数模型共同应用于河流突发性水污染风险评价研究中,建立了由区域整体到河流单元的多尺度评价模式,并在北部湾经济区开展了应用实践。结果表明：北部湾经济区现状区域整体水污染风险较低,但主要河流部分断面水污染风险较高,造成这一现象的主要原因有：化工、造纸等高污染企业排水对水功能区形成潜在威胁;人类活动密集区对原生水环境的扰动大,水生态系统脆弱,突发水污染风险高。评价结果与实际调研得到的水污染事件概率分布基本吻合,可为北部湾风险源管理与控制提供依据。该方法对缺资料地区风险评价是可行的,为未来风险源管理及产业、应急水源地规划提供了科学参考。
Multi-scale risk assessment of accidental water pollution events in ungauged river basins [J].
突发性水污染事件具有随机性、瞬时性、位置不确定性的特点,在资料盲区开展风险评价是当今的一个难题,亟需开展相关研究。该文将模糊故障树模型以及综合影响指数模型共同应用于河流突发性水污染风险评价研究中,建立了由区域整体到河流单元的多尺度评价模式,并在北部湾经济区开展了应用实践。结果表明：北部湾经济区现状区域整体水污染风险较低,但主要河流部分断面水污染风险较高,造成这一现象的主要原因有：化工、造纸等高污染企业排水对水功能区形成潜在威胁;人类活动密集区对原生水环境的扰动大,水生态系统脆弱,突发水污染风险高。评价结果与实际调研得到的水污染事件概率分布基本吻合,可为北部湾风险源管理与控制提供依据。该方法对缺资料地区风险评价是可行的,为未来风险源管理及产业、应急水源地规划提供了科学参考。
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城市群资源环境承载力研究进展及展望 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2008.05.005 URL [本文引用: 1] 摘要
城市群资源环境承载力研究具有重要的理论和实践指导意义。城市群资源环境承载力研究是一种特殊类型的区域资源环境承载力研究，关于区域资源和环境单要素的承载力研究，国内学者进行了较多的评述，本文主要对国内外区域资源环境综合要素承载力及城市群地区资源环境承载力研究进行综述。研究认为，目前国内外对城市群资源环境承载力进行系统分析的研究成果十分有限，相关研究中存在的不足表现在①承载力研究不够深入，尚未形成完善的理论体系;②资源环境承载力研究集中于单要素研究，综合要素承载力研究欠缺;③资源环境承载力的概念及量化方法有待深入探讨;④城市群资源环境承载力研究没有充分考虑区域系统的开放性特征。针对这些不足，城市群资源环境承载力研究的主要趋势和方向为①从综合多要素角度加强城市群开放系统承载力研究;②充分重视城市群区域空间结构的整体性特征;③注重科技进步、制度管理等人类社会文化因素的影响;④加强城市群资源环境承载力综合测度与定量测算方法研究;⑤充分发挥复杂系统方法、GIS、RS等先进技术的作用。
Progress and prospect of study on carrying capacity of resource and environment of city clusters [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2008.05.005 URL [本文引用: 1] 摘要
城市群资源环境承载力研究具有重要的理论和实践指导意义。城市群资源环境承载力研究是一种特殊类型的区域资源环境承载力研究，关于区域资源和环境单要素的承载力研究，国内学者进行了较多的评述，本文主要对国内外区域资源环境综合要素承载力及城市群地区资源环境承载力研究进行综述。研究认为，目前国内外对城市群资源环境承载力进行系统分析的研究成果十分有限，相关研究中存在的不足表现在①承载力研究不够深入，尚未形成完善的理论体系;②资源环境承载力研究集中于单要素研究，综合要素承载力研究欠缺;③资源环境承载力的概念及量化方法有待深入探讨;④城市群资源环境承载力研究没有充分考虑区域系统的开放性特征。针对这些不足，城市群资源环境承载力研究的主要趋势和方向为①从综合多要素角度加强城市群开放系统承载力研究;②充分重视城市群区域空间结构的整体性特征;③注重科技进步、制度管理等人类社会文化因素的影响;④加强城市群资源环境承载力综合测度与定量测算方法研究;⑤充分发挥复杂系统方法、GIS、RS等先进技术的作用。
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中国区域城市化与生态环境耦合的关联分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2005.02.007 URL [本文引用: 1] 摘要
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.
Grey associative analysis of regional urbanization and eco-environment coupling in China [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2005.02.007 URL [本文引用: 1] 摘要
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.
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基于内生经济增长理论的城市化进程中资源环境“尾效”分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2104.2011.02.005 URL [本文引用: 1] 摘要
在经济和城市快速发展过程中,资源环境对经济增长和城市化进程的约束越来越凸显.本文正是基于这种背景,研究了有限资源环境对城市化进程的阻碍大小,即城市化进程中资源环境"尾效".首先通过内生增长理论构建资源环境对经济增长的"尾效"模型,再利用经济增长与城市化水平之间的半对数关系推导出城市化进程中资源环境"尾效"模型,然后以江西省为例对其城市化进程中的资源环境"尾效"进行实证分析.计量发现土地、能源、水资源和环境污染对江西省城市化进程的"尾效"大小分别为0.017 678 315,0.114 909 279,0.005 050 95和0.0214 665 3.可见,能源对城市化进程的阻尼作用是最为显著的,其次分别是环境污染、土地和水资源.显然,只有大力提高能源等资源的利用率,将生产方式转移到依靠技术进步上来,并且着力提高人们的节约和保护资源环境意识,江西省城市化才能走上可持续发展的道路.
Analysis on resources consumption drag of urbanization based on endogenous growth model [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-2104.2011.02.005 URL [本文引用: 1] 摘要
在经济和城市快速发展过程中,资源环境对经济增长和城市化进程的约束越来越凸显.本文正是基于这种背景,研究了有限资源环境对城市化进程的阻碍大小,即城市化进程中资源环境"尾效".首先通过内生增长理论构建资源环境对经济增长的"尾效"模型,再利用经济增长与城市化水平之间的半对数关系推导出城市化进程中资源环境"尾效"模型,然后以江西省为例对其城市化进程中的资源环境"尾效"进行实证分析.计量发现土地、能源、水资源和环境污染对江西省城市化进程的"尾效"大小分别为0.017 678 315,0.114 909 279,0.005 050 95和0.0214 665 3.可见,能源对城市化进程的阻尼作用是最为显著的,其次分别是环境污染、土地和水资源.显然,只有大力提高能源等资源的利用率,将生产方式转移到依靠技术进步上来,并且着力提高人们的节约和保护资源环境意识,江西省城市化才能走上可持续发展的道路.
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城市形态与城市物质代谢效率的相关性分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-3862.2010.06.006 URL 摘要
在设定城市形态和城市物质代谢效率的定量评价指标基础上,基于遥 感数据和城市统计数据,运用DEA-Malmquist模型,将城市物质代谢效率分解为技术效率、技术变动效率以及全要素生产率,与城市形态指标进行对比 分析的结果表明:较低的城市集中度,较高的斑块曲折度和破碎度,以及较低的城市开放空间率,伴随着较低的城市物质代谢效率.最后,从城市的理性增长,以及 城市景观的生态规划等方面,提出了合理塑造域市形态,提高城市物质代谢效率的政策建议.
Analyzing the relationship between urban form and urban material metabolism efficiency [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-3862.2010.06.006 URL 摘要
在设定城市形态和城市物质代谢效率的定量评价指标基础上,基于遥 感数据和城市统计数据,运用DEA-Malmquist模型,将城市物质代谢效率分解为技术效率、技术变动效率以及全要素生产率,与城市形态指标进行对比 分析的结果表明:较低的城市集中度,较高的斑块曲折度和破碎度,以及较低的城市开放空间率,伴随着较低的城市物质代谢效率.最后,从城市的理性增长,以及 城市景观的生态规划等方面,提出了合理塑造域市形态,提高城市物质代谢效率的政策建议.
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基于熵权的水资源短缺风险模糊综合评价模型及应用 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0559-9350.2008.09.010 URL 摘要
针对水资源短缺风险评价中各指标的模糊性和不确定性，将信息论中的熵值理论应用于水资源短缺 风险评价中，建立了基于熵权的水资源短缺风险模糊综合评价模型。采用风险率、脆弱性、可恢复性、事故周期和风险度作为区域水资源短缺风险的评价指标，建立 了综合评价指标体系。运用信息熵所反映数据本身的效用值来计算评价指标的权重系数，有效地解决了权重分配困难的问题，并使得权重的确定有了一定的理论依 据。实际应用结果表明，此方法简便可行、科学可靠，结果相对客观可信。
Fuzzy comprehensive assessment model for water shortage risk based on entropy weight [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0559-9350.2008.09.010 URL 摘要
针对水资源短缺风险评价中各指标的模糊性和不确定性，将信息论中的熵值理论应用于水资源短缺 风险评价中，建立了基于熵权的水资源短缺风险模糊综合评价模型。采用风险率、脆弱性、可恢复性、事故周期和风险度作为区域水资源短缺风险的评价指标，建立 了综合评价指标体系。运用信息熵所反映数据本身的效用值来计算评价指标的权重系数，有效地解决了权重分配困难的问题，并使得权重的确定有了一定的理论依 据。实际应用结果表明，此方法简便可行、科学可靠，结果相对客观可信。
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城市生态系统服务研究综述 [J].
维持和改善城市生态系统服务与人类福祉、促进可持续发展是当前城市生态学研究的重要议题之一.本文对城市生态系统服务的已有研究进行综述:基于城市生态系统服务的概念与内涵,总结了城市生态系统服务的主要特征,即人为主导性、高需求性、异质性、动态性、多功能性、社会经济属性以及负效应;当前城市生态系统服务的评价方法主要有指标法、价值评估法与模型模拟法;在城市生态系统不同类型服务中,调节服务与文化服务对提高城市居民健康尤为重要;城市生态系统服务的权衡主要表现在支持服务与文化服务之间、调节服务与文化服务之间.最后,总结了未来城市生态系统服务发展的主要方向,特别强调了城市生态系统服务研究在城市景观规划与设计中的重要作用.
Urban ecosystem services: A review [J].
维持和改善城市生态系统服务与人类福祉、促进可持续发展是当前城市生态学研究的重要议题之一.本文对城市生态系统服务的已有研究进行综述:基于城市生态系统服务的概念与内涵,总结了城市生态系统服务的主要特征,即人为主导性、高需求性、异质性、动态性、多功能性、社会经济属性以及负效应;当前城市生态系统服务的评价方法主要有指标法、价值评估法与模型模拟法;在城市生态系统不同类型服务中,调节服务与文化服务对提高城市居民健康尤为重要;城市生态系统服务的权衡主要表现在支持服务与文化服务之间、调节服务与文化服务之间.最后,总结了未来城市生态系统服务发展的主要方向,特别强调了城市生态系统服务研究在城市景观规划与设计中的重要作用.
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干旱区城市化与生态环境交互耦合的规律性及其验证 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2006.07.018 URL [本文引用: 1] 摘要
在分析干旱区城市化与生态环境交互耦合关系的基础上，系统阐述了城市化与生态环境之间的交互耦合函数、耦合轨迹、耦合类型和耦合阶段，并以河西走廊为例，对干旱区城市化与生态环境交互耦合的规律进行了验证。在干旱区城市化与生态环境之间，既有相互胁迫的过程，也有相互促进的环节，它们之间是一种在交互胁迫中相互促进的动态耦合关系；这种耦合关系在其演化周期内呈现出双指数函数的变化规律，其耦合演化轨迹是一条双指数曲线；在城市化与生态环境的交互耦合过程中，可能会出现低级协调型、生态主导型、同步协调型、城市化滞后型、逐步磨合型、城市化超前型、生态脆弱型、低级磨合型和不可持续型等九种基本耦合类型，并经历低水平协调、拮抗、磨合、好转和高水平协调等5个耦合阶段。河西走廊各城市城市化与生态环境交互耦合的演进过程符合双指数函数的变化规律，其耦合轨迹均呈现出双指数曲线的变化形式；嘉峪关市属于逐步磨合型，目前处于好转阶段；金昌市属于城市化超前型，处于磨合阶段；酒泉市属于生态主导型，处于拮抗阶段；张掖市属于同步协调型，处于拮抗阶段；武威市属于生态脆弱型，处于拮抗阶段；玉门市属于低级磨合型，处于好转阶段；敦煌市属于生态脆弱型，处于拮抗阶段；河西走廊属于生态脆弱型，处于拮抗阶段。
The coupling law and its validation of the interaction between urbanization and eco-environment in arid area [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2006.07.018 URL [本文引用: 1] 摘要
在分析干旱区城市化与生态环境交互耦合关系的基础上，系统阐述了城市化与生态环境之间的交互耦合函数、耦合轨迹、耦合类型和耦合阶段，并以河西走廊为例，对干旱区城市化与生态环境交互耦合的规律进行了验证。在干旱区城市化与生态环境之间，既有相互胁迫的过程，也有相互促进的环节，它们之间是一种在交互胁迫中相互促进的动态耦合关系；这种耦合关系在其演化周期内呈现出双指数函数的变化规律，其耦合演化轨迹是一条双指数曲线；在城市化与生态环境的交互耦合过程中，可能会出现低级协调型、生态主导型、同步协调型、城市化滞后型、逐步磨合型、城市化超前型、生态脆弱型、低级磨合型和不可持续型等九种基本耦合类型，并经历低水平协调、拮抗、磨合、好转和高水平协调等5个耦合阶段。河西走廊各城市城市化与生态环境交互耦合的演进过程符合双指数函数的变化规律，其耦合轨迹均呈现出双指数曲线的变化形式；嘉峪关市属于逐步磨合型，目前处于好转阶段；金昌市属于城市化超前型，处于磨合阶段；酒泉市属于生态主导型，处于拮抗阶段；张掖市属于同步协调型，处于拮抗阶段；武威市属于生态脆弱型，处于拮抗阶段；玉门市属于低级磨合型，处于好转阶段；敦煌市属于生态脆弱型，处于拮抗阶段；河西走廊属于生态脆弱型，处于拮抗阶段。
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中国“城市病”的测度指标体系及其实证分析 [J].URL 摘要
针对城市病的内涵与外延界定、成因、治理经验与对策等研究现状进行评述,指出存在的主要不足;初步构建了测度中国城市病的指标体系,并以北京、上海、广州3个城市为例进行实证分析。结果显示:1就城市病总指数而言,北京市上海市广州市;2各类城市病在3个城市中存在明显差异性:上海的人口拥挤指数最高,北京次之,广州最小;广州的交通拥堵指数较高,北京与上海大致相近;北京的环境污染与风险指数明显高于上海和广州;广州的住房贫困指数略高于北京和上海。最后,提出了若干治理策略。
Measurement index system and empirical analysis of China's urban diseases [J].URL 摘要
针对城市病的内涵与外延界定、成因、治理经验与对策等研究现状进行评述,指出存在的主要不足;初步构建了测度中国城市病的指标体系,并以北京、上海、广州3个城市为例进行实证分析。结果显示:1就城市病总指数而言,北京市上海市广州市;2各类城市病在3个城市中存在明显差异性:上海的人口拥挤指数最高,北京次之,广州最小;广州的交通拥堵指数较高,北京与上海大致相近;北京的环境污染与风险指数明显高于上海和广州;广州的住房贫困指数略高于北京和上海。最后,提出了若干治理策略。
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基于能值分析的北京城市新陈代谢研究 [J].https://doi.org/10.13448/j.cnki.jalre.2015.007 URL [本文引用: 1] 摘要
城市新陈代谢系统是城市物质、能量、货币和人类劳动相互作用的自组织系统,其可持续发展水平的测度是学界和业界的热点问题。文中以能值理论为基础,通过城市新陈代谢系统能值结构、能值使用强度、能值环境压力和系统产出效率的测度,对城市新陈代谢系统的物质流、能量流、货币流和人口流进行综合集成。其研究结果表明:北京的城市新陈代谢系统能值构成中,进出口能值的增长已成为北京城市代谢系统能值消费上升的主要动力。随着北京能值使用强度的迅速攀升,进出口能值和不可再生资源能值增长的环境压力不断上升,系统能值产出效率和可持续性却在逐渐下降。面对着全球一体化背景下资源、能源的日渐短缺,北京应鼓励可再生资源能源的开采和利用,降低城市代谢系统经济社会发展的不可再生资源和能源消耗,建立废弃物资源和能源的再利用机制,推动北京城市新陈代谢效率的提升。
Emergy analysis of urban metabolism in Beijing [J].https://doi.org/10.13448/j.cnki.jalre.2015.007 URL [本文引用: 1] 摘要
城市新陈代谢系统是城市物质、能量、货币和人类劳动相互作用的自组织系统,其可持续发展水平的测度是学界和业界的热点问题。文中以能值理论为基础,通过城市新陈代谢系统能值结构、能值使用强度、能值环境压力和系统产出效率的测度,对城市新陈代谢系统的物质流、能量流、货币流和人口流进行综合集成。其研究结果表明:北京的城市新陈代谢系统能值构成中,进出口能值的增长已成为北京城市代谢系统能值消费上升的主要动力。随着北京能值使用强度的迅速攀升,进出口能值和不可再生资源能值增长的环境压力不断上升,系统能值产出效率和可持续性却在逐渐下降。面对着全球一体化背景下资源、能源的日渐短缺,北京应鼓励可再生资源能源的开采和利用,降低城市代谢系统经济社会发展的不可再生资源和能源消耗,建立废弃物资源和能源的再利用机制,推动北京城市新陈代谢效率的提升。
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基于能值和DEA的中国城市新陈代谢效率分析 [J].URL 摘要
本文运用能值理论及数据包络分析方法(DEA)系统研究了2010年和2000年中国31个案例城市的新陈代谢效率特征及发展机制.结果显示,中西部城市的非可再生资源能值占系统能值总量的比例较高;而上海、北京、深圳等经济发达城市则以进出口能值为主要构成成分.2010年上海、北京、广州、深圳、沈阳、西安、杭州和海口8个案例城市达到新陈代谢效率的DEA有效,其它23个非DEA有效的城市中,绝大多数的非可再生资源投入冗余率、废弃物投入冗余率和出口改善率有待提高.此外,对城市新陈代谢效率的机制分析表明,产业结构、城市化、经济发展和人口集聚要素对于城市新陈代谢效率具有较为显著的正面影响,未来应有的放矢地从以上方面调控城市新陈代谢效率.
Chinese urban metabolic efficiencies based on emergy and DEA [J].URL 摘要
本文运用能值理论及数据包络分析方法(DEA)系统研究了2010年和2000年中国31个案例城市的新陈代谢效率特征及发展机制.结果显示,中西部城市的非可再生资源能值占系统能值总量的比例较高;而上海、北京、深圳等经济发达城市则以进出口能值为主要构成成分.2010年上海、北京、广州、深圳、沈阳、西安、杭州和海口8个案例城市达到新陈代谢效率的DEA有效,其它23个非DEA有效的城市中,绝大多数的非可再生资源投入冗余率、废弃物投入冗余率和出口改善率有待提高.此外,对城市新陈代谢效率的机制分析表明,产业结构、城市化、经济发展和人口集聚要素对于城市新陈代谢效率具有较为显著的正面影响,未来应有的放矢地从以上方面调控城市新陈代谢效率.
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城市化与生态环境的耦合度模型及其应用 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-7857.2005.05.011 URL [本文引用: 1] 摘要
在城市与生态环境耦合规律的基础上,利用协同论的观点构筑了它们 之间交互作用的耦合度模型.模型包括两部分,即耦合度计算模型和耦合度预测模型.耦合度计算模型由功效函数、耦合度函数和城市化-生态环境耦合评价指标体 系构成,其中指标体系的选择是耦合度计算正确与否的关键.耦合度预测模型采用人工神经BP反馈网络.最后,以徐州市为研究对象,应用此模型研究了该市城市 化与生态环境耦合的现状和发展趋势,为协调好它的城市化与环境建设提供了量化的决策依据.
Coupling degree model of urbanization and ecological environment and its application [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-7857.2005.05.011 URL [本文引用: 1] 摘要
在城市与生态环境耦合规律的基础上,利用协同论的观点构筑了它们 之间交互作用的耦合度模型.模型包括两部分,即耦合度计算模型和耦合度预测模型.耦合度计算模型由功效函数、耦合度函数和城市化-生态环境耦合评价指标体 系构成,其中指标体系的选择是耦合度计算正确与否的关键.耦合度预测模型采用人工神经BP反馈网络.最后,以徐州市为研究对象,应用此模型研究了该市城市 化与生态环境耦合的现状和发展趋势,为协调好它的城市化与环境建设提供了量化的决策依据.
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一种城市生态系统健康评价方法及其应用 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-2468.2006.12.022 URL 摘要
Set Pair Analysis Method(SPAM) was employed to assess the health of urban ecosystems. This assessment method led to dialectic and actual results because it objectively treats and systematically estimates the uncertainty of urban system. Multiple health indexes of urban ecosystems can be combined to form a relative-close-degree of urban ecosystem health to the optimal evaluation set, through SPAM. The urban ecosystem health of Beijing, Dalian, Shanghai, Wuhan, Xiamen and Guangzhou from 1995 to 2003 were evaluated by using SPAM. It can be concluded that the urban ecosystem health of Xiamen and Guangzhou city was the best, while the order of the rest cities' ecosystem health often changed with time. Moreover, the change of Beijing's urban ecosystem health from 1992 to 2003 was analyzed. It showed that Beijing urban ecosystem health had increased in the period.
A kind of method and its application for urban ecosystem health assessment [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-2468.2006.12.022 URL 摘要
Set Pair Analysis Method(SPAM) was employed to assess the health of urban ecosystems. This assessment method led to dialectic and actual results because it objectively treats and systematically estimates the uncertainty of urban system. Multiple health indexes of urban ecosystems can be combined to form a relative-close-degree of urban ecosystem health to the optimal evaluation set, through SPAM. The urban ecosystem health of Beijing, Dalian, Shanghai, Wuhan, Xiamen and Guangzhou from 1995 to 2003 were evaluated by using SPAM. It can be concluded that the urban ecosystem health of Xiamen and Guangzhou city was the best, while the order of the rest cities' ecosystem health often changed with time. Moreover, the change of Beijing's urban ecosystem health from 1992 to 2003 was analyzed. It showed that Beijing urban ecosystem health had increased in the period.
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北京市人口—经济—空间城市化耦合协调性分析 [J].
文章首先基于人口、经济、空间城市化概念与内涵构建评价指标,在综合测度1990-2008年间北京市各系统的城市化水平的基础上,借鉴物理学上的耦合容量系数模型和改进的耦合协调度函数,评价三者之间的耦合协调度及其演变规律和作用机理。评价结果表明:(1)各系统城市化水平持续提高,且表现出明显的阶段性特征,整个城市化过程是一个由人口导向型城市化向经济导向型城市化演变的过程;(2)人口、经济、空间城市化彼此之间的耦合协调性整体水平都较高,且处在不断提升的过程中,并表现出与城市化划分基本一致的阶段性特征;(3)人口-经济-空间城市化及其彼此间的耦合协调性在很大程度上受国家宏观调控、政策体制改革以及地方政府行为等的影响和作用。最后就北京市的人口—经济—空间城市化协调可持续发展提出建议。人口—经济—空间城市化协调性分析与评价可以作为城市规划明晰城市发展阶段和质量、确定城市合理规模、安排规划实施时序、制定对策建议以及检验规划效应的新依据。
Analysis of the coordination of population-economy-space in Beijing [J].
文章首先基于人口、经济、空间城市化概念与内涵构建评价指标,在综合测度1990-2008年间北京市各系统的城市化水平的基础上,借鉴物理学上的耦合容量系数模型和改进的耦合协调度函数,评价三者之间的耦合协调度及其演变规律和作用机理。评价结果表明:(1)各系统城市化水平持续提高,且表现出明显的阶段性特征,整个城市化过程是一个由人口导向型城市化向经济导向型城市化演变的过程;(2)人口、经济、空间城市化彼此之间的耦合协调性整体水平都较高,且处在不断提升的过程中,并表现出与城市化划分基本一致的阶段性特征;(3)人口-经济-空间城市化及其彼此间的耦合协调性在很大程度上受国家宏观调控、政策体制改革以及地方政府行为等的影响和作用。最后就北京市的人口—经济—空间城市化协调可持续发展提出建议。人口—经济—空间城市化协调性分析与评价可以作为城市规划明晰城市发展阶段和质量、确定城市合理规模、安排规划实施时序、制定对策建议以及检验规划效应的新依据。
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基于社会—生态系统框架的土壤重金属风险分区与防控对策研究[D] .
Risk zoning and countermeasure of soil heavy metal based on the social-ecological systems[D].
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食物源CNP的城市代谢特征: 以厦门市为例 [J].https://doi.org/10.5846/stxb201302060250 URL [本文引用: 1] 摘要
基于元素流分析原理,将食物源碳氮磷3种元素在城市系统中的代谢特征进行耦合分析,追踪以“食物消费”、 “废物处置”、“人体代谢”为主要环节的食物碳氮磷代谢过程,发掘其中共同的代谢环节,明晰3种元素代谢路径、代谢通量及其影响因素的差异,并对厦门市 1991-2010年食物源碳氮磷城市代谢进行案例分析.结果表明,食物源碳氮磷城市代谢中通量最大的代谢路径是“食物—食物摄入—人体粪尿—未还田粪尿 —污水处理—污泥—污泥填埋—土壤”;食物源碳氮磷城市代谢主要引起土壤和水体的环境负荷加重;厨余垃圾中碳氮磷占食物源的比例分别为13.7％、 32.2％、70.3％,在整个代谢过程中具有最大的减量管理潜力.提出优化代谢过程、减少碳氮磷环境负荷的若干对策建议,包括增大食物的有效食用比例、 资源化利用污泥和厨余垃圾等.
Characterizing the urban metabolism of food-sourced carbon, nitrogen, and phosphorous: A case study of Xiamen [J].https://doi.org/10.5846/stxb201302060250 URL [本文引用: 1] 摘要
基于元素流分析原理,将食物源碳氮磷3种元素在城市系统中的代谢特征进行耦合分析,追踪以“食物消费”、 “废物处置”、“人体代谢”为主要环节的食物碳氮磷代谢过程,发掘其中共同的代谢环节,明晰3种元素代谢路径、代谢通量及其影响因素的差异,并对厦门市 1991-2010年食物源碳氮磷城市代谢进行案例分析.结果表明,食物源碳氮磷城市代谢中通量最大的代谢路径是“食物—食物摄入—人体粪尿—未还田粪尿 —污水处理—污泥—污泥填埋—土壤”;食物源碳氮磷城市代谢主要引起土壤和水体的环境负荷加重;厨余垃圾中碳氮磷占食物源的比例分别为13.7％、 32.2％、70.3％,在整个代谢过程中具有最大的减量管理潜力.提出优化代谢过程、减少碳氮磷环境负荷的若干对策建议,包括增大食物的有效食用比例、 资源化利用污泥和厨余垃圾等.
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城市土地利用变化的物质代谢效应研究 [J].https://doi.org/10.13448/j.cnki.jalre.2015.321 URL 摘要
人类在土地利用过程中改变着物质资源的配置方式,并不断影响着城市物质通量大小。从系统动态分析视角,将土地利用与城市物质流动相结合,将其嵌入到物质代谢分析的框架之内。选取天津市为研究区域,应用物质代谢综合分析和土地利用分析方法,建立物质流账户,研究土地利用的数量,程度,结构和强度特征对区域内物质代谢过程的影响。研究结果表明：天津市土地利用变化与区域物质代谢过程的转折点极为吻合;农业用地的大量减少和建设用地的迅速增加与物质代谢通量的增加密切相关。其中,建设用地数量与强度变化对天津市物质输入与输出端代谢规模的增加起着决定性作用,同时,土地利用程度变化、土地利用结构变化也是天津市物质输出端规模增加的主要因素。在此基础上提出对策建议,以期为土地可持续利用和城市绿色发展提供参考建议。
Material metabolism effects of land use change [J].https://doi.org/10.13448/j.cnki.jalre.2015.321 URL 摘要
人类在土地利用过程中改变着物质资源的配置方式,并不断影响着城市物质通量大小。从系统动态分析视角,将土地利用与城市物质流动相结合,将其嵌入到物质代谢分析的框架之内。选取天津市为研究区域,应用物质代谢综合分析和土地利用分析方法,建立物质流账户,研究土地利用的数量,程度,结构和强度特征对区域内物质代谢过程的影响。研究结果表明：天津市土地利用变化与区域物质代谢过程的转折点极为吻合;农业用地的大量减少和建设用地的迅速增加与物质代谢通量的增加密切相关。其中,建设用地数量与强度变化对天津市物质输入与输出端代谢规模的增加起着决定性作用,同时,土地利用程度变化、土地利用结构变化也是天津市物质输出端规模增加的主要因素。在此基础上提出对策建议,以期为土地可持续利用和城市绿色发展提供参考建议。
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城市生态风险评价研究进展 [J].
随着城市化发展和城市人居环境的恶化,城市生态风险越来越受到关注,但尚缺乏有关城市生态风险评价的深入系统研究.本文依据城市生态学原理及生态风险评价框架从驱动力、风险源、风险受体与评价终点,以及生态风险综合评价方法等方面对城市生态风险评价研究进行综述.指出城市经济社会活动类型与程度是城市生态风险产生的主要驱动力;城市生态系统不同等级功能实体和城市整体是城市生态风险评价中的风险受体;城市生态风险评价终点包括城市生态系统结构、过程、功能要素,以及城市整体水平的性质和功能变化;耦合了社会经济需求的生态系统模型是城市生态风险评价方法的发展方向.未来城市生态风险评价研究应明确生态风险管理具体目标,确定综合性...
Urban ecological risk assessment: A review [J].
随着城市化发展和城市人居环境的恶化,城市生态风险越来越受到关注,但尚缺乏有关城市生态风险评价的深入系统研究.本文依据城市生态学原理及生态风险评价框架从驱动力、风险源、风险受体与评价终点,以及生态风险综合评价方法等方面对城市生态风险评价研究进行综述.指出城市经济社会活动类型与程度是城市生态风险产生的主要驱动力;城市生态系统不同等级功能实体和城市整体是城市生态风险评价中的风险受体;城市生态风险评价终点包括城市生态系统结构、过程、功能要素,以及城市整体水平的性质和功能变化;耦合了社会经济需求的生态系统模型是城市生态风险评价方法的发展方向.未来城市生态风险评价研究应明确生态风险管理具体目标,确定综合性...
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京津冀地区城市化与生态环境交互耦合关系定量测度 [J].https://doi.org/10.5846/stxb201306021271 URL [本文引用: 1] 摘要
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.
Quantitative investigation of the interactive coupling relationship between urbanization and eco-environment [J].https://doi.org/10.5846/stxb201306021271 URL [本文引用: 1] 摘要
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.
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广州城市代谢效率的模拟分析 [J].
城市代谢研究是评价城市可持续发展的重要依据，而代谢效率是衡量城市代谢好坏的标准。本文从城市生态经济系统的观点出发，建立广州市系统动态模拟模型，运用stella软件模拟了广州城市2000年-2020年的生态环境变迁情况；并从整体环境功能角度，建立自然环境支持效率指标、资源生产服务效率指标和环境承载同化效率指标，作为评价广州市代谢效率的依据。研究结果表明，广州市人均自然资源使用量呈现出下降趋势，城市固体废弃物却在增加；自然环境不仅面临人为的开发压力，而且也反映出其环境调节能力将持续降低；城市经济活动越来越依赖进口的货物和劳务，城市所能享有的生态服务区域已逐年减少，环境质量因污染而下降；城市代谢出现的线性模式不利于广州城市的可持续发展。未来广州城市发展要增加城市对自然环境的反馈控制，调整和改善目前的代谢机制，加强系统自组织能力的发挥。
Simulation analysis of urban metabolic efficiency in Guangzhou City [J].
城市代谢研究是评价城市可持续发展的重要依据，而代谢效率是衡量城市代谢好坏的标准。本文从城市生态经济系统的观点出发，建立广州市系统动态模拟模型，运用stella软件模拟了广州城市2000年-2020年的生态环境变迁情况；并从整体环境功能角度，建立自然环境支持效率指标、资源生产服务效率指标和环境承载同化效率指标，作为评价广州市代谢效率的依据。研究结果表明，广州市人均自然资源使用量呈现出下降趋势，城市固体废弃物却在增加；自然环境不仅面临人为的开发压力，而且也反映出其环境调节能力将持续降低；城市经济活动越来越依赖进口的货物和劳务，城市所能享有的生态服务区域已逐年减少，环境质量因污染而下降；城市代谢出现的线性模式不利于广州城市的可持续发展。未来广州城市发展要增加城市对自然环境的反馈控制，调整和改善目前的代谢机制，加强系统自组织能力的发挥。
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基于能源—环境情景模拟的北京市大气污染对居民健康风险评价研究 [J].
保护居民健康是北京市能源系统优化管理和大气污染治理的重要目 标.本研究基于北京市的社会经济发展目标并结合相关节能减排和环保要求,针对全市2010-2020年间的能源消费分别设计了高、中、低3种约束情景,通 过LEAP模型预测了全市至2020年的能源消费量与S02、NOx、PM10和PM2.5等4种主要大气污染物的排放强度,并采用泊松回归模型对3种情 景下主城区居民受环境空气中这4种大气污染物的暴露危害所导致的健康风险进行了评估.结果显示:相对低约束情景,高约束情景至2020年可避免与S02、 NOx、PM10和PM2.5污染相关的死亡危害分别为2663、6359、4720和4104人·a-1,而且在高约束情景下煤炭消费比重每下降1％, 可相应地避免约1400人·a-1的污染急性死亡.由此建议北京市实施更加严格的节能和减排措施,严控煤炭消费总量,进一步优化能源结构,最大程度地降低 能源消费导致的大气污染所产生的居民健康风险.
Health risk assessment of Beijing residents in exposure of air pollution based on environmental simulation of energy consumption scenarios [J].
保护居民健康是北京市能源系统优化管理和大气污染治理的重要目 标.本研究基于北京市的社会经济发展目标并结合相关节能减排和环保要求,针对全市2010-2020年间的能源消费分别设计了高、中、低3种约束情景,通 过LEAP模型预测了全市至2020年的能源消费量与S02、NOx、PM10和PM2.5等4种主要大气污染物的排放强度,并采用泊松回归模型对3种情 景下主城区居民受环境空气中这4种大气污染物的暴露危害所导致的健康风险进行了评估.结果显示:相对低约束情景,高约束情景至2020年可避免与S02、 NOx、PM10和PM2.5污染相关的死亡危害分别为2663、6359、4720和4104人·a-1,而且在高约束情景下煤炭消费比重每下降1％, 可相应地避免约1400人·a-1的污染急性死亡.由此建议北京市实施更加严格的节能和减排措施,严控煤炭消费总量,进一步优化能源结构,最大程度地降低 能源消费导致的大气污染所产生的居民健康风险.
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基于自然灾害的北京幅综合生态风险评价 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5906.2010.11.015 URL [本文引用: 1] 摘要
经过20多年的发展,风险源评价从单一风险源扩展到多风险源,风险受体从单一受体发展到多受体,评价尺度也从种群、生态系统扩展到区域和景观水平。但总体说来,对多风险源、多过程的多个生态系统层次的风险评价尚不成熟。运用数字高程模型、干燥度分布图、植被指数、人口密度以及8种自然灾害风险源频率分布图、土地利用图、植被类型图、陆地生态系统生态资产分布图等数据,基于ArcGIS 9.2平台,综合考虑生态的脆弱性,风险源的发生频率,受体的暴露水平、危害程度等,对多风险源、多个生态系统综合的北京幅生态风险进行评价。旨在对区域综合生态风险评价方法进行探讨。评价结果显示：（1）高风险区主要为本区环渤海湾沿岸,包括天津市,河北唐山、沧州,山东滨州、东营、潍坊等沿海地带;以及本图幅西部、北部的太行山地,包括河北省、北京市及图幅西部的山西、河南部分地区;（2）较低生态风险区所占比例较高,达42.55%,可见降低生态风险有很大的潜力;（3）高强度的人类开发,尤其是在滨海地区围海造陆,将会导致沿海地区生态风险更高。
Integrated ecological risk assessment of J-50 based on natural disasters risk source [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5906.2010.11.015 URL [本文引用: 1] 摘要
经过20多年的发展,风险源评价从单一风险源扩展到多风险源,风险受体从单一受体发展到多受体,评价尺度也从种群、生态系统扩展到区域和景观水平。但总体说来,对多风险源、多过程的多个生态系统层次的风险评价尚不成熟。运用数字高程模型、干燥度分布图、植被指数、人口密度以及8种自然灾害风险源频率分布图、土地利用图、植被类型图、陆地生态系统生态资产分布图等数据,基于ArcGIS 9.2平台,综合考虑生态的脆弱性,风险源的发生频率,受体的暴露水平、危害程度等,对多风险源、多个生态系统综合的北京幅生态风险进行评价。旨在对区域综合生态风险评价方法进行探讨。评价结果显示：（1）高风险区主要为本区环渤海湾沿岸,包括天津市,河北唐山、沧州,山东滨州、东营、潍坊等沿海地带;以及本图幅西部、北部的太行山地,包括河北省、北京市及图幅西部的山西、河南部分地区;（2）较低生态风险区所占比例较高,达42.55%,可见降低生态风险有很大的潜力;（3）高强度的人类开发,尤其是在滨海地区围海造陆,将会导致沿海地区生态风险更高。
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城市病诊断与城市生态系统健康评价 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2008.04.045 URL 摘要
在总结国内外城市病现象和病因的基础上,提出了城市生态系统健康的五大功能,即承载力、支持力、吸引力、延续力和发展力,概括为CSAED模型,分析了与此相对应的限制城市功能的瓶颈因子,将城市病的各项病征与城市功能相联系,并以此为基本框架,构建了城市病诊断和城市生态系统健康的评价体系.基于城市生态系统的发展目标,将梯度型隶属度函数、改进均方差法、加权欧氏距离算法等进行综合集成,建立了一套便于推广比较的城市生态系统健康评价模型算法.以北京市为案例,进行了城市病的单因子诊断和城市生态系统健康评价,计算了北京市1999～2005年的城市生态系统健康指数,并分析了北京市发生城市病的原因、城市病所处的阶段等.研究对于我国城市病诊断与解决,以及城市生态系统健康评价具有重要参考意义.
Syndromic city illnesses diagnosis and urban ecosystem health assessment [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2008.04.045 URL 摘要
在总结国内外城市病现象和病因的基础上,提出了城市生态系统健康的五大功能,即承载力、支持力、吸引力、延续力和发展力,概括为CSAED模型,分析了与此相对应的限制城市功能的瓶颈因子,将城市病的各项病征与城市功能相联系,并以此为基本框架,构建了城市病诊断和城市生态系统健康的评价体系.基于城市生态系统的发展目标,将梯度型隶属度函数、改进均方差法、加权欧氏距离算法等进行综合集成,建立了一套便于推广比较的城市生态系统健康评价模型算法.以北京市为案例,进行了城市病的单因子诊断和城市生态系统健康评价,计算了北京市1999～2005年的城市生态系统健康指数,并分析了北京市发生城市病的原因、城市病所处的阶段等.研究对于我国城市病诊断与解决,以及城市生态系统健康评价具有重要参考意义.
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土地资源对中国城市化进程的增长阻力分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-5097.2011.12.007 URL [本文引用: 1] 摘要
文章基于二级CES生产函数及 城市化增长函数,构建了土地资源对城市化进程的增长阻力模型,并以中国30个省、自治区、直辖市的面板数据进行了实证分析。结果显示,全国土地资源对城市 化进程的阻力为0.0199%,换言之,由于土地资源的限制,全国城市化进程的速度比没有土地资源约束的情形下降低0.0199%;从全国横向比较研究来 看,各地的土地资源对城市化进程的阻力各不相同,而且差异较大;从全国三大区域空间分布来看,土地资源对城市化进程阻力的平均值由东至西逐渐递减,呈现与 三大区域经济发展梯度较为一致的空间格局。
Analysis of growth resistance of China's urbanization caused by land resource [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-5097.2011.12.007 URL [本文引用: 1] 摘要
文章基于二级CES生产函数及 城市化增长函数,构建了土地资源对城市化进程的增长阻力模型,并以中国30个省、自治区、直辖市的面板数据进行了实证分析。结果显示,全国土地资源对城市 化进程的阻力为0.0199%,换言之,由于土地资源的限制,全国城市化进程的速度比没有土地资源约束的情形下降低0.0199%;从全国横向比较研究来 看,各地的土地资源对城市化进程的阻力各不相同,而且差异较大;从全国三大区域空间分布来看,土地资源对城市化进程阻力的平均值由东至西逐渐递减,呈现与 三大区域经济发展梯度较为一致的空间格局。
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城市综合生态风险评价: 以淮北市城区为例 [J].
城市面临复杂的生态风险，为了保障城市安全，需要对单一灾害或污染源的生态风险评估结果进行整合。基于城市复合生态系统特性，将当前城市地域常见的生态风险区分为自然灾害、环境污染及生态退化等3种主要类型，以土地利用单元作为风险受体，整合自然、人文、景观及环境因子，在现有生态风险评价研究方法基础上，构建了城市综合生态风险评价的空间分析框架。研究中选择淮北市城区作为研究区，针对研究区内存在的洪涝、干旱、水污染、大气污染、采煤塌陷及生态服务降低等生态风险类型，定量评价其空间差异，并提出相应的风险防范措施。案例分析结果表明，研究区综合生态风险较高的区域包括龙河、岱河、龙岱河与闸河等过境河流流经塌陷密集带的河段，北湖、东湖、中湖及南湖等人工湖泊沿岸，化家湖湖岸，及土型、新蔡、北杨新杨煤矿及其外围地区。由降低生态风险保障城市生态安全角度，在未来城市的整体规划中，建议结合城市外围绿地与城市内部的高风险区域，划设禁建或限建区域，共同构建淮北城市生态风险防范的空间结构。
Comprehensive assessment of urban ecological risks: The case of Huaibei City [J].
城市面临复杂的生态风险，为了保障城市安全，需要对单一灾害或污染源的生态风险评估结果进行整合。基于城市复合生态系统特性，将当前城市地域常见的生态风险区分为自然灾害、环境污染及生态退化等3种主要类型，以土地利用单元作为风险受体，整合自然、人文、景观及环境因子，在现有生态风险评价研究方法基础上，构建了城市综合生态风险评价的空间分析框架。研究中选择淮北市城区作为研究区，针对研究区内存在的洪涝、干旱、水污染、大气污染、采煤塌陷及生态服务降低等生态风险类型，定量评价其空间差异，并提出相应的风险防范措施。案例分析结果表明，研究区综合生态风险较高的区域包括龙河、岱河、龙岱河与闸河等过境河流流经塌陷密集带的河段，北湖、东湖、中湖及南湖等人工湖泊沿岸，化家湖湖岸，及土型、新蔡、北杨新杨煤矿及其外围地区。由降低生态风险保障城市生态安全角度，在未来城市的整体规划中，建议结合城市外围绿地与城市内部的高风险区域，划设禁建或限建区域，共同构建淮北城市生态风险防范的空间结构。
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a. 北京城市物质代谢的能值分析与生态效率评估 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-2468.2007.11.024 URL [本文引用: 1] 摘要
城市如同生命体一样,需要持续不断的代谢过程完成其正常运转.城市可持续发展研究的关键是城市物质代谢流量及其代谢效率研究,但物质代谢流量仅能反映代谢速率,而其生态效率则反映了支持社会经济发展的物质代谢能力.采用能值分析方法,引入"生态效率"概念,构建了城市物质代谢生态效率的度量模型,从代谢流量及其效率2个方面核算了北京市资源环境及经济发展的代谢状况.结果表明:1990~2004年,北京市可利用总能值非常丰富,经济发展程度较高;来自本土可更新自然资源相对匮乏,大部分来源于不可更新资源和系统购买的资源与服务;城市废弃物资源化水平有待提高,环境压力较大;生态效率指数呈现出增加的趋势,2004年生态效率指数比1990年提高了3.6倍,表明城市自组织能力、发展潜力以及再生循环能力不断提高.说明提高城市物质代谢生态效率的根本途径是经济效率、资源效率和环境效率的协同发展,以及逐步构建废物资源化的循环链条.
a. Emergy analysis of urban material metabolism and evaluation of eco-efficiency in Beijing [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0253-2468.2007.11.024 URL [本文引用: 1] 摘要
城市如同生命体一样,需要持续不断的代谢过程完成其正常运转.城市可持续发展研究的关键是城市物质代谢流量及其代谢效率研究,但物质代谢流量仅能反映代谢速率,而其生态效率则反映了支持社会经济发展的物质代谢能力.采用能值分析方法,引入"生态效率"概念,构建了城市物质代谢生态效率的度量模型,从代谢流量及其效率2个方面核算了北京市资源环境及经济发展的代谢状况.结果表明:1990~2004年,北京市可利用总能值非常丰富,经济发展程度较高;来自本土可更新自然资源相对匮乏,大部分来源于不可更新资源和系统购买的资源与服务;城市废弃物资源化水平有待提高,环境压力较大;生态效率指数呈现出增加的趋势,2004年生态效率指数比1990年提高了3.6倍,表明城市自组织能力、发展潜力以及再生循环能力不断提高.说明提高城市物质代谢生态效率的根本途径是经济效率、资源效率和环境效率的协同发展,以及逐步构建废物资源化的循环链条.
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b. 城市物质代谢的生态效率: 以深圳市为例 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2007.08.005 URL [本文引用: 1] 摘要
城市可持续发展研究的关键是城市物质代谢通量及其效率研究，但物质代谢通量仅能反映代谢速率，而其生态效率则能反映支持社会经济发展的物质代谢能力。从工业、生活的源头循环（减少原生资源的消耗）和末端循环（减少污染物的产生）角度，构建城市物质代谢生态效率的度量模型，并依据中国城市化发展进程，选定深圳市作为研究区，核算城市水、能量和废物代谢通量以及代谢的生态效率。结果表明：随着深圳市社会经济的快速发展，水、能源和废物代谢通量呈现出增长势头，但代谢的生态效率不断提高。1998～2004年间，gdp增长2.7倍，城市水和电的代谢通量分别增长1.5倍和3.0倍；工业增加值增长3.7倍，工业水、电、能源和废物的代谢通量分别增长1.9、3.5、2.7倍和2.0倍；常住人口增长1.5倍，居民水和电的代谢通量分别增长1.8倍和1.7倍；资源效率提高1.8倍，环境效率提高3.7倍，生态效率提高2.3倍。虽然深圳市物质代谢的生态效率在提高，但是随着物质资源的日益稀缺，物质代谢的生态效率仍需进一步提高，而提高城市物质代谢生态效率的关键是资源效率和环境效率的协同发展，以及逐步构建废物资源化的循环链条。
b. Eco-efficiency of urban material metabolism: A case study of Shenzhen [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2007.08.005 URL [本文引用: 1] 摘要
城市可持续发展研究的关键是城市物质代谢通量及其效率研究，但物质代谢通量仅能反映代谢速率，而其生态效率则能反映支持社会经济发展的物质代谢能力。从工业、生活的源头循环（减少原生资源的消耗）和末端循环（减少污染物的产生）角度，构建城市物质代谢生态效率的度量模型，并依据中国城市化发展进程，选定深圳市作为研究区，核算城市水、能量和废物代谢通量以及代谢的生态效率。结果表明：随着深圳市社会经济的快速发展，水、能源和废物代谢通量呈现出增长势头，但代谢的生态效率不断提高。1998～2004年间，gdp增长2.7倍，城市水和电的代谢通量分别增长1.5倍和3.0倍；工业增加值增长3.7倍，工业水、电、能源和废物的代谢通量分别增长1.9、3.5、2.7倍和2.0倍；常住人口增长1.5倍，居民水和电的代谢通量分别增长1.8倍和1.7倍；资源效率提高1.8倍，环境效率提高3.7倍，生态效率提高2.3倍。虽然深圳市物质代谢的生态效率在提高，但是随着物质资源的日益稀缺，物质代谢的生态效率仍需进一步提高，而提高城市物质代谢生态效率的关键是资源效率和环境效率的协同发展，以及逐步构建废物资源化的循环链条。
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能源约束对北京城市化进程影响的计量经济模型 [J].
针对稳定的能源供应是经济发展的重要支撑及推进城市化进程发展的关键环节问题,在城市化进程评价指标体系的基础上采用主成分分析法(PCA)构建了综合城市化指数时间序列,结合二级三要素CES生产函数的机理形成能源约束的经济增长"尾效"模型,并通过城市化指数与经济增长的数量关系构建能源约束的城市化"尾效"模型。北京市统计数据的实证分析结果表明,能源约束对北京市经济增长的"尾效"为1.165%,对北京市城市化的"尾效"为0.510%,在北京市以第三产业为主导的社会背景下能源约束对北京市经济发展及城市进程的影响较小。
Econometric model for restriction of Beijing urbanization process under energy constraint [J].
针对稳定的能源供应是经济发展的重要支撑及推进城市化进程发展的关键环节问题,在城市化进程评价指标体系的基础上采用主成分分析法(PCA)构建了综合城市化指数时间序列,结合二级三要素CES生产函数的机理形成能源约束的经济增长"尾效"模型,并通过城市化指数与经济增长的数量关系构建能源约束的城市化"尾效"模型。北京市统计数据的实证分析结果表明,能源约束对北京市经济增长的"尾效"为1.165%,对北京市城市化的"尾效"为0.510%,在北京市以第三产业为主导的社会背景下能源约束对北京市经济发展及城市进程的影响较小。
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国家新型城镇化规划(2014-2020年) [EB/OL]. 新华社,Guojia xinxing chengzhenhua guihua (2014-2020) [EB/OL]. Xinhua News Agency, |
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城市化对生态系统服务功能的影响机制探讨与实证研究 [J].URL 摘要
城市化空间格局控制着生态系统 的动态。该文首先总结了城市化对生态系统服务功能影响的机制,并以西安市南郊平原为样区,实证分析了城市化水平与生态系统服务功能之间的定量关系。结果表 明:(1)城市化过程中的人口聚集、工业化、土地利用变化是导致生态景观格局、生物物理过程和生物栖息地、生物地球化学循环改变的主要原因,进而对生态系 统服务功能产生了重要影响。(2)总体上,城市化必然导致生态系统服务功能的降低。但人口城市化、经济城市化、景观城市化分别对生态系统的不同服务功能产 生的影响不同;景观城市化对生态系统服务功能产生的负面影响更为显著。实证分析表明:在西北河谷平原地区,城市化对气候调节、土壤形成与保护、废物处理、 食物生产等功能的负面影响比较显著,而对生物多样性保护功能、原材料生产功能和娱乐文化功能等的影响不显著。
Conceptual mechanism model of impact of urbanization on ecosystem service and case study [J].URL 摘要
城市化空间格局控制着生态系统 的动态。该文首先总结了城市化对生态系统服务功能影响的机制,并以西安市南郊平原为样区,实证分析了城市化水平与生态系统服务功能之间的定量关系。结果表 明:(1)城市化过程中的人口聚集、工业化、土地利用变化是导致生态景观格局、生物物理过程和生物栖息地、生物地球化学循环改变的主要原因,进而对生态系 统服务功能产生了重要影响。(2)总体上,城市化必然导致生态系统服务功能的降低。但人口城市化、经济城市化、景观城市化分别对生态系统的不同服务功能产 生的影响不同;景观城市化对生态系统服务功能产生的负面影响更为显著。实证分析表明:在西北河谷平原地区,城市化对气候调节、土壤形成与保护、废物处理、 食物生产等功能的负面影响比较显著,而对生物多样性保护功能、原材料生产功能和娱乐文化功能等的影响不显著。
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Evaluating flood resilience strategies for coastal megacities [J].https://doi.org/10.1126/science.1248222 URL PMID: 24786064 摘要
ABSTRACT Recent flood disasters in the United States (2005, 2008, 2012); the Philippines (2012, 2013); and Britain (2014) illustrate how vulnerable coastal cities are to storm surge flooding (1). Floods caused the largest portion of insured losses among all catastrophes around the world in 2013 (2). Population density in flood-prone coastal zones and megacities is expected to grow by 25% by 2050; projected climate change and sea level rise may further increase the frequency and/or severity of large-scale floods (3–7).
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Exploring the bi-directional long run relationship between urbanization, energy consumption, and carbon dioxide emission [J].https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.08.043 URL 摘要
This study investigated the long run relationship between urbanization, energy consumption and carbon dioxide emission in seven regions, namely, East Asia and Pacific, East Europe and Central Asia, Latin America and the Caribbean, Middle East and North Africa, South Asia, Sub-Saharan Africa, and Western Europe. To achieve the goal of the study, the fully modified ordinary least square (FMOLS) was employed taking the period 19802008. The results show that while 84% of the countries have a positive long run relationship between urbanization, energy consumption, and carbon dioxide emission, only 16% the countries have mixed results. Some countries have a negative long run relationship and others, especially low income countries have no relationship between urbanization, energy consumption, and carbon dioxide emission. Furthermore, a one way long run relationship between energy consumption and carbon dioxide emission and urbanization was found in a number of countries while a one way long run relationship between urbanization and energy consumption and carbon dioxide emission was found in other countries.
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Using exergy to analyze the sustainability of an urban area [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2003.08.006 URL [本文引用: 1] 摘要
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Health benefits of tunneling through the Chinese environmental Kuznets curve (EKC) [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2007.11.002 URL [本文引用: 1] 摘要
In this paper, we first add to what is a growing literature on the existence and nature of the environmental Kuznets curve (EKC) model for developing countries, by testing for the existence of an EKC for China using a panel data set of city-specific, annual ambient levels of SO 2 pollution. We find some support for both the typical inverted-U-shaped relationship and an N-shaped, cubic configuration. More significantly, we then explore the possibility of China's “tunneling” through the EKC, by using newer, cleaner technologies, and thereby avoiding some of the environmental degradation that had often accompanied economic growth. Specifically, we estimate and economically value the health benefits realizable to Chinese cities from successful efforts to “tunnel” under the EKC over the next generation.
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Factors behind the environmental Kuznets curve. A decomposition of the changes in air pollution [J].https://doi.org/10.1023/A:1022881928158 URL [本文引用: 1] 摘要
The environmental Kuznets curve theory suggests that economic growth in the long run may reduce environmental problems. In this article, we use a decomposition analysis to isolate eight different factors, in order to investigate the origins of changes in emissions to air over the period from 1980 to 1996. Among these factors are economic growth, changes in the relative size of production sectors and changes in the use of energy. Given constant emissions per produced unit, economic growth alone would have contributed to a significant increase in the emissions. This potential degradation of the environment has been counteracted by first of all more efficient use of energy and abatement technologies. In addition, the substitution of cleaner for polluting energy types and other technological progressions and political actions have reduced the growth in emissions. Consequently, the growth in all emissions has been significantly lower than economic growth, and negative for some pollutants. The results indicate that policymakers may reduce emissions considerably through creating incentives for lower energy use and substitutions of environmental friendly for environmental damaging energy types, in addition to support environmental friendly research or to conduct direct emission reducing actions, such as abatement requirements or banning of environmental damaging products. This is particularly relevant to countries and sectors with relatively high energy intensities and low pollution abatement.
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Mapping ecosystem service supply, demand and budgets [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2011.06.019 URL 摘要
Among the main effects of human activities on the environment are land use and resulting land cover changes. Such changes impact the capacity of ecosystems to provide goods and services to the human society. This supply of multiple goods and services by nature should match the demands of the society, if self-sustaining human揺nvironmental systems and a sustainable utilization of natural capital are to be achieved. To describe respective states and dynamics, appropriate indicators and data for their quantification, including quantitative and qualitative assessments, are needed. By linking land cover information from, e.g. remote sensing, land survey and GIS with data from monitoring, statistics, modeling or interviews, ecosystem service supply and demand can be assessed and transferred to different spatial and temporal scales. The results reveal patterns of human activities over time and space as well as the capacities of different ecosystems to provide ecosystem services under changing land use. Also the locations of respective demands for these services can be determined. As maps are powerful tools, they hold high potentials for visualization of complex phenomena. We present an easy-to-apply concept based on a matrix linking spatially explicit biophysical landscape units to ecological integrity, ecosystem service supply and demand. An exemplary application for energy supply and demand in a central German case study region and respective maps for the years 1990 and 2007 are presented. Based on these data, the concept for an appropriate quantification and related spatial visualization of ecosystem service supply and demand is elaborated and discussed.
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Weight-of-evidence approaches for assessing ecosystem impairment [J].https://doi.org/10.1080/20028091057547 URL [本文引用: 1] 摘要
It is challenging determining whether an ecosystem is impaired. The complexity of direct and indirect interactions between physical, biological and chemical components with their varying temporal and spatial scales generally renders use of multiple assessment approaches mandatory, with a consequent need to integrate different lines-of-evidence. Integration generally involves some form of weight-ofevidence (WOE). WOE approaches reported in the literature vary broadly from subjective and qualitative to quantitative. No standard approach exists and no accepted guidelines exist describing how a WOE process should be conducted. This review summarizes the advantages, limitations, and uncertainties of different WOE approaches, critical issues involved in selecting and executing different lines-ofevidence, and the process for subsequent characterization of the likelihood of impairment.
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Urban metabolism and nexus [J].https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2014.09.010 URL |
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Greenhouse gas emissions in China 2007: Inventory and input-output analysis [J].https://doi.org/10.1016/j.enpol.2010.06.004 URL [本文引用: 1] 摘要
For greenhouse gas (GHG) emissions by the Chinese economy in 2007 with the most recent statistics availability, a concrete inventory covering CO2, CH4, and N2O is composed and associated with an input-output analysis to reveal the emission embodiment in final consumption and international trade. The estimated total direct GHG emission amounts to 7456.12 Mt CO2-eq by the commonly referred IPCC global warming potentials, with 63.39% from energy-related CO2, 22.31% from non-energy-related CO2, 11.15% from CH4 and 3.15% from N2O. Responsible for 81.32% of the total GHG emissions are the five sectors of the Electric Power/Steam and Hot Water Production and Supply, Smelting and Pressing of Ferrous and Nonferrous Metals, Nonmetal Mineral Products, Agriculture, and Coal Mining and Dressing, with distinctive emission structures. The sector of Construction holds the top GHG emissions embodied in both domestic production and consumption, and the emission embodied in gross capital formation is prominently more than those in other components of the final consumption characterized by extensive investment in contrast to limited household consumption. China is a net exporter of embodied GHG emissions, with emissions embodied in exports of 3060.18 Mt CO2-eq, in magnitude up to 41.04% of the total direct emission.
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Development of a relative risk model for evaluating ecological risk of water environment in the Haihe River Basin estuary area [J].https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2011.09.044 URL PMID: 22321901 [本文引用: 3] 摘要
Ecological risk assessment for water environment is significant to water resource management of basin. Effective environmental management and systems restoration such as the Haihe River Basin require holistic understanding of the relative importance of various stressor-related impacts throughout the basin. As an effective technical tool for evaluating the ecological risk, relative risk model (RRM) was applied in regional scale successfully. In this study, the risk transfer from upstream of basin was considered and the RRM was developed through introducing the source–stressor–habitat exposure filter ( SSH ), the endpoint–habitat exposure filter ( EH ) and the stressor–endpoint effect filter ( SE ) to reflect the meaning of exposure and effect more explicit. Water environment which includes water quality, water quantity and aquatic ecosystems was selected as the assessment endpoints. We created a conceptual model which depicting potential and effect pathways from source to stressor to habitat to endpoint. The Haihe River Basin estuary (HRBE) was selected as the model case. The results showed that there were two low risk regions, one medium risk region and two high risk regions in the HRBE. The results also indicated that urbanization was the biggest source, the second was shipping and the third was industry, their risk scores are 5.65, 4.71 and 3.68 respectively. Furthermore, habitat destruction was the largest stressor with the risk scores (2.66), the second was oxygen consuming organic pollutants (1.75) and the third was pathogens (1.75). So these three stressors were the main influencing factors of the ecological pressure in the study area. For habitats, open waters (9.59) and intertidal mudflat were enduring the bigger pressure and should be taken considerable attention. Ecological service values damaged (30.54) and biodiversity decreased were facing the biggest risk pressure.
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Network environ perspective for urban metabolism and carbon emissions: A case study of Vienna, Austria [J].
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Social vulnerability, green infrastructure, urbanization and climate change-induced flooding: A risk assessment for the Charles River watershed, Massachusetts, USA [D]. |
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Urban metabolism: Measuring the city's contribution to sustainable development [J].https://doi.org/10.1016/j.envpol.2015.03.027 URL PMID: 25827689 摘要
Abstract Urban metabolism refers to the assessment of the amount of resources produced and consumed by urban ecosystems. It has become an important tool to understand how the development of one city causes impacts to the local and regional environment and to support a more sustainable urban design and planning. Therefore, the purpose of this paper was to measure the changes in material and energy use occurred in the city of Curitiba (Brazil) between the years of 2000 and 2010. Results reveal better living conditions and socioeconomic improvements derived from higher resource throughput but without complete disregard to environmental issues. Food intake, water consumption and air emissions remained at similar levels; energy use, construction materials and recycled waste were increased. The paper helps illustrate why it seems more adequate to assess the contribution a city makes to sustainable development than to evaluate if one single city is sustainable or not. Copyright 2015 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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Implications of agricultural transitions and urbanization for ecosystem services [J].https://doi.org/10.1038/nature13945 URL PMID: 25373674 摘要
Historically, farmers and hunter-gatherers relied directly on ecosystem services, which they both exploited and enjoyed. Urban populations still rely on ecosystems, but prioritize non-ecosystem services (socioeconomic). Population growth and densification increase the scale and change the nature of both ecosystem- and non-ecosystem-service supply and demand, weakening direct feedbacks between ecosystems and societies and potentially pushing social-ecological systems into traps that can lead to collapse. The interacting and mutually reinforcing processes of technological change, population growth and urbanization contribute to over-exploitation of ecosystems through complex feedbacks that have important implications for sustainable resource use.
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Ecosystem appropriation by cities [J].https://doi.org/10.1080/02786829708965446 URL 摘要
We estimated the ecological footprint of cities in Baltic Europe and globally. The 29 largest cities of Baltic Europe appropriate for their resource consumption and waste assimilation an area of forest, agricultural, marine, and wetland ecosystems that is at least 565-1130 times larger than the area of the cities themselves. Of the global human population, 20% (1.1 billion), living in 744 large cities worldwide, appropriate for their seafood consumption as much as 25% of the globally available area of productive marine ecosystems. The same cities' appropriation of forests for assimilation of CO2emissions exceeds the full sink capacity of the world's forests by more than 10%. If the goal as emphasized at the UN Habitat II Conference, 1996, is sustainable human settlements, the increasingly limited capacity of ecosystems to sustain urban areas has to be explicitly accounted for in city planning and development.
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Freshwater ecosystem service footprint model: A model to evaluate regional freshwater sustainable development: A case study in Beijing-Tianjin-Hebei, China [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2013.11.025 URL 摘要
Freshwater is the essential resource element to support and ensure human life and regional sustainable development. On the basis of the concept of ecosystem service footprint proposed by Burkhard, in this paper, we introduce a new methodological approach that addresses the sustainability and capability of regional freshwater provision and consumption, which we have coined freshwater ecosystem service footprint model (FESF model). The FESF model enhances the accuracy of water provision and consumption calculations and reveals a spatial-pattern of freshwater ecosystem service footprint at the watershed scale, overcoming the shortcomings of the traditional water footprint model, which was first introduced by Rees and Wackernagel in 1992. The proposed model is tested in the Beijing―Tianjin―Hebei (BTH) freshwater supply area in China, where water use restrictions are regularly imposed on the population and economic activities. The results of the physical process and theoretical analysis reveal that FESF model is a reliable and helpful model for researchers to understand the regional freshwater situation. The average FESF is 0.94 hectare per capita in BTH, with a maximum of 2.52 hectare per capita and a minimum of 0.36 hectare per capita. Approximately 16.8% of the considered region, primarily parts of the mid-northern region and the surrounding eastern and southern low-lying regions, is under high freshwater resource pressure. In conclusion, this model can be used by researchers and policymakers for promoting sustainable human―ecology interactions.
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Quantification of urban metabolism through coupling with the life cycle assessment framework: Concept development and case study [J].https://doi.org/10.1088/1748-9326/8/3/035024 URL 摘要
Cities now consume resources and produce waste in amounts that are incommensurate with the populations they contain. Quantifying and benchmarking the environmental impacts of cities is essential if urbanization of the world’s growing population is to occur sustainably. Urban metabolism (UM) is a promising assessment form in that it provides the annual sum material and energy inputs, and the resultant emissions of the emergent infrastructural needs of a city’s sociotechnical subsystems. By fusing UM and life cycle assessment (UM–LCA) this study advances the ability to quantify environmental impacts of cities by modeling pressures embedded in the flows upstream (entering) and downstream (leaving) of the actual urban systems studied, and by introducing an advanced suite of indicators. Applied to five global cities, the developed UM–LCA model provided enhanced quantification of mass and energy flows through cities over earlier UM methods. The hybrid model approach also enabled the dominant sources of a city’s different environmental footprints to be identified, making UM–LCA a novel and potentially powerful tool for policy makers in developing and monitoring urban development policies. Combining outputs with socioeconomic data hinted at how these forces influenced the footprints of the case cities, with wealthier ones more associated with personal consumption related impacts and poorer ones more affected by local burdens from archaic infrastructure.
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Economic growth and the environment [J].
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Environmental impacts of urban growth from an integrated dynamic perspective: A case study of Shenzhen, South China [J].https://doi.org/10.1016/j.gloenvcha.2008.07.004 URL 摘要
ABSTRACT China is home to one-fifth of the world's population and that population is increasingly urban. The landscape is also urbanizing. Although there are studies that focus on specific elements of urban growth, there is very little empirical work that incorporates feedbacks and linkages to assess the interactions between the dynamics of urban growth and their environmental impacts. In this study, we develop a system dynamics simulation model of the drivers and environmental impacts of urban growth, using Shenzhen, South China, as a case study. We identify three phases of urban growth and develop scenarios to evaluate the impact of urban growth on several environmental indicators: land use, air quality, and demand for water and energy. The results show that all developable land will be urban by 2020 and the increase in the number of vehicles will be a major source of air pollution. Demand for water and electricity will rise, and the city will become increasingly vulnerable to shortages of either. The scenarios also show that there will be improvements in local environmental quality as a result of increasing affluence and economic growth. However, the environmental impacts outside of Shenzhen may increase as demands for natural resources increase and Shenzhen pushes its manufacturing industries out of the municipality. The findings may also portend to changes other cities in China and elsewhere in the developing world may experience as they continue to industrialize.
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Urban growth and environmental impacts in Jing-Jin-Ji, the Yangtze, River Delta and the Pearl River Delta [J].https://doi.org/10.1016/j.jag.2013.12.012 URL 摘要
This study investigates land cover changes, magnitude and speed of urbanization and evaluates possible impacts on the environment by the concepts of landscape metrics and ecosystem services in China's three largest and most important urban agglomerations: Jing-Jin-Ji, the Yangtze River Delta and the Pearl River Delta. Based on the classifications of six Landsat TM and HJ-1A/B remotely sensed space-borne optical satellite image mosaics with a superior random forest decision tree ensemble classifier, a total increase in urban land of about 28,000 kmcould be detected alongside a simultaneous decrease in natural land cover classes and cropland. Two urbanization indices describing both speed and magnitude of urbanization were derived and ecosystem services were calculated with a valuation scheme adapted to the Chinese market based on the classification results from 1990 and 2010 for the predominant land cover classes affected by urbanization: forest, cropland, wetlands, water and aquaculture. The speed and relative urban growth in Jing-Jin-Ji was highest, followed by the Yangtze River Delta and Pearl River Delta, resulting in a continuously fragmented landscape and substantial decreases in ecosystem service values of approximately 18.5 billion CNY with coastal wetlands and agriculture being the largest contributors. The results indicate both similarities and differences in urban-regional development trends implicating adverse effects on the natural and rural landscape, not only in the rural-urban fringe, but also in the cities' important hinterlands as a result of rapid urbanization in China.
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Introduction: Megacities in Latin America as risk habitat [M]//
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Measuring urban ecosystem functions through 'Technomass': A novel indicator to assess urban metabolism [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.02.035 URL 摘要
Cities are complex systems of accumulated matter. The continuous process of matter accumulation in urban systems differs in intensity across the globe according to specific urban features, such as location and age of the urban tissue, and as a physical manifestation of metabolic lineaments, material accumulation should differ amongst cities. In this paper, a new indicator to measure this process of material accumulation is proposed, namely, the Technomass. Emulating ecology, which measures biomass in natural ecosystems, a sample of different urban tissues in a given city – Bogotá – was measured in terms of volume and rates of matter accumulation. Technomass is able to indicate overall asymptotic behaviour, specific spatial profiles and intensification of rates in time. In metabolic terms, the indicator looks into the black box, providing the possibility to link metabolic behaviours with urban form and attempting to fill the gap between urban planning, urban metabolism (UM) and Material Flow Analysis (MFA). This new indicator offers a broad scope of applications. Further possibilities and links to urban research and policy making are explored in the discussion section.
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The changing metabolism of cities [J].https://doi.org/10.1162/jie.2007.1107 URL 摘要
ABSTRACT Data from urban metabolism studies from eight metropolitan regions across five continents, conducted in various years since 1965, are assembled in consistent units and compared. Together with studies of water, materials, energy, and nutrient flows from additional cities, the comparison provides insights into the changing metabolism of cities. Most cities studied exhibit increasing per capita metabolism with respect to water, wastewater, energy, and materials, although one city showed increasing efficiency for energy and water over the 1990s. Changes in solid waste streams and air pollutant emissions are mixed.The review also identifies metabolic processes that threaten the sustainability of cities. These include altered ground water levels, exhaustion of local materials, accumulation of toxic materials, summer heat islands, and irregular accumulation of nutrients. Beyond concerns over the sheer magnitudes of resource flows into cities, an understanding of these accumulation or storage processes in the urban metabolism is critical. Growth, which is inherently part of metabolism, causes changes in water stored in urban aquifers, materials in the building stock, heat stored in the urban canopy layer, and potentially useful nutrients in urban waste dumps.Practical reasons exist for understanding urban metabolism. The vitality of cities depends on spatial relationships with surrounding hinterlands and global resource webs. Increasing metabolism implies greater loss of farmland, forests, and species diversity; plus more traffic and more pollution. Urban policy makers should consider to what extent their nearest resources are close to exhaustion and, if necessary, appropriate strategies to slow exploitation. It is apparent from this review that metabolism data have been established for only a few cities worldwide, and interpretation issues exist due to lack of common conventions. Further urban metabolism studies are required.
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Developing a multi-layered indicator set for urban metabolism studies in megacities [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.07.039 URL 摘要
Abstract We introduce a new ‘multi-layered’ indicator set for urban metabolism (UM) studies in megacities. The indicator set is designed for gathering information on the definition (spatial boundaries, constituent cities, population, economy), biophysical characteristics (climate, population density, building floor area), and metabolic flows (water, waste, materials, and all types of energy) of megacities. In addition, it addresses the role of utilities in the provision of services and regulatory actions that, along with public governance, may influence (and/or control) the urban metabolism. In the article, we give background context to the growth and development of megacities, their overarching socio-economic issues, and the definition of their boundaries. Two methodologies to define megacity boundaries are compared, showing that the definition of ‘megacity’ is not trivial and that further investigation is needed to establish a baseline for comparison of urban metabolism data. Use of the standardized indicator set will ease inter-city comparisons of urban metabolism, whilst enhancing knowledge of megacities and their transformation into sustainable systems.
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Synthesis and spatial dynamics of socio-economic metabolism and land use change of Taipei metropolitan region [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2009.06.021 URL [本文引用: 1] 摘要
Ever since the concept of metabolism was extended from biological science by social scientists to analyze human systems, socio-economic metabolism has been extensively applied to explore resource consumption, asset accumulation, waste emissions, and complex processes of land use change in a socio-economic system. Current research in socio-economic metabolism and land use change has used accounting approaches for macroscopic comparisons of countries and regions. However, socio-economic metabolism has seldom been applied to the analysis of land use change. To simulate the spatial-temporal dynamics of socio-economic metabolism and land use change, this study adopts a spatial system modeling method to develop a Socio-Economic Metabolism and Land Use Change (SEMLUC) model for the Taipei Metropolitan Region. The simulation results illustrate that the Taipei Metropolitan Region is highly dependent on inflows of non-renewable energy and exhibits a spatial hierarchy of non-renewable energy consumption centering on Taipei's Main station. Additionally, urban assets provide feedback to natural and agricultural systems to extract additional resource inflows which, driven by the maximum power principle, accelerate the convergence of energy flows toward urban assets. Accumulating urban assets also facilitates inflows of non-renewable material to nearby cells thereby enhancing land use conversion to urban areas. This work also demonstrates the capability of ArcGIS software in simulating socio-economic metabolism and land use change in an urban system.
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Emergy synthesis and simulation for Macao [J].https://doi.org/10.1016/j.energy.2007.11.008 URL [本文引用: 1] 摘要
Macao is a tourist city with a dense population and has a shortage of natural resources. Almost all of the city's life-support systems thus depend on imports of external resources. During the past 20 years, Macao has experienced an economic boom accompanied by rapid social development, in which the gambling industry and related tourism services have become the main economic activity. This paper employs emergy flow analysis to investigate and characterize the evolution and development of Macao from 1983 to 2003. In addition, Macao has experienced six periods of land reclamation since 1866, supported by large-scale importation of sand and rocks from China. By simulating the emergy trends using the STELLA dynamic modeling software, we predicted the evolution of Macao's development and trends in the coming 20 years. In 2025, the city's economy is estimated to be 15 times its current size as a result of Macao's territorial expansion. The exported emergy will increase slowly and then stabilize, the population will reach 593185, and the area covered by Macao will expand to 38.91km2.
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Ecological relationship analysis of the urban metabolic system of Beijing, China [J].https://doi.org/10.1016/j.envpol.2012.07.010 URL PMID: 22819953 [本文引用: 1] 摘要
Cities can be modelled as giant organisms, with their own metabolic processes, and can therefore be studied using the same tools used for biological metabolic systems. The complicated distribution of compartments within these systems and the functional relationships among them define the system's network structure. Taking Beijing as an example, we divided the city's internal system into metabolic compartments, then used ecological network analysis to calculate a comprehensive utility matrix for the flows between compartments within Beijing's metabolic system from 1998 to 2007 and to identify the corresponding functional relationships among the system's compartments. Our results show how ecological network analysis, utility analysis, and relationship analysis can be used to discover the implied ecological relationships within a metabolic system, thereby providing insights into the system's internal metabolic processes. Such analyses provide scientific support for urban ecological management.
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Emergy-based urban dynamic modeling of long-run resource consumption, economic growth and environmental impact: Conceptual considerations and calibration [J].https://doi.org/10.1016/j.proenv.2012.01.112 URL 摘要
This paper describes the development of a forecasting model, named the emergy-based urban dynamic model capable of accurately simulating the observed resource consumption, economic growth and environmental impact of Beijing. This model differs from previous urban emergy models by monitoring the negative effects to human well-being and ecosystem integrity in the developing urban system. A fresh perspective focuses on urban comprehensive performance linking such impacts to a supply-side environmental cost evaluation (including ecological service supply, ecological and economic losses and investment for treatment). In this introductory paper, we present the conceptual considerations of the most important components of the emergy-based urban dynamic model: the urban assets, lands, capitals, population, water resources, economic and environmental loss. Each subsystem in this model will enrich the feedback dynamics, policy levers and post-scenario analyses. Statistical Information and calibration are also considered in this dynamic emergy accounting. This study advances the temporal dynamic principles of emergy accounting through integrating upstream and downstream evaluation methods to quantify the environmental impact by addressing specific damages to human health and ecosystem's integrity and by linking such impacts to a supply-side environmental cost evaluation.
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Ecological network analysis of urban metabolism based on input-output table [J].https://doi.org/10.1016/j.proenv.2012.01.154 URL 摘要
With the increasing metabolic throughput, the city as a giant organism causes resource consumption and environmental pollution, which become a bottleneck for urban ecological systems to develop healthily. Using Beijing as an example, we adopt the material flow method to account for resource consumption and waste emissions during the urban metabolic process. Combined with a monetary input-output table (MIOT) for Beijing in 2002, we compile a physical input-output table (PIOT) and build an ecological network model of the urban metabolic system including 45 nodes and 1761 network paths. Using flow analysis and utility analysis methods of ecological network, we can study the complex relationships and hierarchical structure to reveal the crux that results in the disorder of the urban metabolic process; thus, it can provide a scientific basis for healthy development of urban ecological systems.
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A procedure for ecological tiered assessment of risks (PETAR) [J].https://doi.org/10.1080/10807030490438427 URL [本文引用: 1] 摘要
Several procedures for Ecological Risk Assessment (ERA) have been suggested. The use of these existing procedures often relies on availability of existing data and/or on large resources for acquisition of new ones. This paper presents a three-tiered procedure for retrospective evaluation of risks adapted to limited resources and scarce background information of relevance for risk assessments, such as in developing countries. The tiers require successively more detailed investigations. The approach assures that resources available for site-specific investigations are directed towards well-formulated questions raised during previous stages of the assessment. The first tier, the preliminary assessment, is a qualitative evaluation of existing information on anthropogenic stressors, sources of stressors and expected ecological effects. The second tier is a regional risk assessment; a semi-quantitative evaluation of ecological risks, over large geographical areas, which results in a ranking of sources and stressors having the greatest potential for ecological impact and ranking of subareas inside the study area more likely to be impacted. The final tier is a site-specific and quantitative risk assessment, at a smaller scale and requiring more resources, that incorporates methodologies for establishing causality between exposure to multiple stressors and effects on specific endpoints of ecological and societal relevance.
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Translating ecological risk to ecosystem service loss [J].https://doi.org/10.1897/IEAM_2009-009.1 URL PMID: 19545189 摘要
Hazardous site management in the United States includes remediation of contaminated environmental media and restoration of injured natural resources. Site remediation decisions are informed by ecological risk assessment (ERA), whereas restoration and compensation decisions are informed by the natural resource damage assessment (NRDA) process. Despite similarities in many of their data needs and...
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Sustainability analysis of a society based on exergy studies: A case study of the island of Samsø (Denmark) [J].https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2014.08.035 URL 摘要
The results demonstrate that the already existing overhead in production of electricity leaves the island with many options and a great opportunity to be independent of fossil fuels in near future. In fact, it might well be that socio-economical perspectives will turn out to be the more severe obstacles in the transition process. Adjacent to this work a carbon model has also been set up to reveal the consequence of proposed measures and strategies to the carbon budget of the island ( J rgensen and Nielsen, 2014 ).
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Urban geography [M].
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Urban diagnosis and integrated disaster risk management [J].URL 摘要
Abstract This paper addresses the need for integrated disaster risk management (IDRM) as a novel perspective for dealing with 21 st century's disaster prevention in both Japan and China, and all over the world. When cities are focused, the methodological leverage of "urban diagnosis" linked with IDRM is found to be quite effect. First the prototype scheme of risk management is explained and its extended version for disaster management is proposed. This is followed by our claim that this type of risk management inevitably calls for an "integrated" approach and its rationales are listed up. Then the definition of urban diagnosis is provided and its prospective role in disaster management in this 21 st century is proposed. Conclusion addresses the need for examining meta-level conditions for IDRM development such as "the culture and climate for IDRM" and documenting the process technology of implementing IDRM in the real-world practice.
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The urban energy balance [J].https://doi.org/10.1177/030913338801200401 URL [本文引用: 1] 摘要
There are advocates of the use of glauconite as a chronometer for geologic time scale studies who insist that if the geohistory of the sample in question is known in detail, one can ascertain before hand that the sample will yield a radiometric result that is accurate in the geological sense. Examples are presented indicating that while some glauconite samples may yield the correct age within their assigned analytical uncertainties when compared to high-temperature minerals, others clearly do not and are too young by varying degrees. The outright acceptance of published results on glauconite can result in erroneous age estimates of various biostratigraphic levels and stage or epoch boundaries.
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An examination of urban heat island characteristics in a global climate model [J].https://doi.org/10.1002/joc.2201 Magsci [本文引用: 1] 摘要
A parameterization for urban surfaces has been incorporated into the Community Land Model as part of the Community Climate System Model. The parameterization allows global simulation of the urban environment, in particular the temperature of cities and thus the urban heat island. Here, the results from climate simulations for the AR4 A2 emissions scenario are presented. Present-day annual mean urban air temperatures are up to 4 degrees C warmer than surrounding rural areas. Averaged over all urban areas resolved in the model, the heat island is 1.1 degrees C, which is 46% of the simulated mid-century warming over global land due to greenhouse gases. Heat islands are generally largest at night as evidenced by a larger urban warming in minimum than maximum temperature, resulting in a smaller diurnal temperature range compared to rural areas. Spatial and seasonal variability in the heat island is caused by urban to rural contrasts in energy balance and the different responses of these surfaces to the seasonal cycle of climate. Under simulation constraints of no urban growth and identical urban/rural atmospheric forcing, the urban to rural contrast decreases slightly by the end of the century. This is primarily a different response of rural and urban areas to increased long-wave radiation from a warmer atmosphere. The larger storage capacity of urban areas buffers the increase in long-wave radiation such that urban night-time temperatures warm less than rural. Space heating and air conditioning processes add about 0.01 W m(-2) of heat distributed globally, which results in a small increase in the heat island. The significant differences between urban and rural surfaces demonstrated here imply that climate models need to account for urban surfaces to more realistically evaluate the impact of climate change on people in the environment where they live. Copyright (C) 2010 Royal Meteorological Society
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An empirical test of environmental Kuznets curve for water pollution [J].https://doi.org/10.1007/s10640-005-1544-5 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<a name="Abs1"></a>The Environmental Kuznets Curve (EKC) on water pollution was investigated with both semiparametric and parametric models using watershed level data for the state of Louisiana, USA. The parametric model indicated the turning points within the range <span class="latex"><span class="ss">$10241–$</span><span class="cs"><span class="math">10241–</span></span></span>12993, <span class="latex"><span class="ss">$6636–$</span><span class="cs"><span class="math">6636–</span></span></span>13877, and <span class="latex"><span class="ss">$6467–$</span><span class="cs"><span class="math">6467–</span></span></span>12758 for nitrogen (N), phosphorus (P), and dissolved oxygen (DO), respectively. However, only the parameters associated with N EKC were found to be significant. Model specification tests rejected parametric models in favor of semiparametric specification for P but not for N and DO.
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On the impact of urban climate on the energy consumption of buildings [J].https://doi.org/10.1016/S0038-092X(00)00095-5 URL [本文引用: 1] 摘要
Climatic measurements from almost 30 urban and suburban stations as well as specific measurements performed in 10 urban canyons in Athens, Greece, have been used to assess the impact of the urban climate on the energy consumption of buildings. It is found that for the city of Athens, where the mean heat island intensity exceeds 10 C, the cooling load of urban buildings may be doubled, the peak electricity load for cooling purposes may be tripled especially for higher set point temperatures, while the minimum COP value of air conditioners may be decreased up to 25% because of the higher ambient temperatures. During the winter period, the heating load of centrally located urban buildings is found to be reduced up to 30%. Regarding the potential of natural ventilation techniques when applied to buildings located in urban canyons, it is found that, mainly during the day, this is seriously reduced because of the important decrease of the wind speed inside the canyon. Air flow reduction may be up to 10 times the flow that corresponds to undisturbed ambient wind conditions.
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The direct material inputs into Singapore's development [J].
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A meta-analysis of global urban land expansion [J].https://doi.org/10.1371/journal.pone.0023777 URL PMID: 3158103 [本文引用: 1] 摘要
The conversion of Earth's land surface to urban uses is one of the most irreversible human impacts on the global biosphere. It drives the loss of farmland, affects local climate, fragments habitats, and threatens biodiversity. Here we present a meta-analysis of 326 studies that have used remotely sensed images to map urban land conversion. We report a worldwide observed increase in urban land area of 58,000 km(2) from 1970 to 2000. India, China, and Africa have experienced the highest rates of urban land expansion, and the largest change in total urban extent has occurred in North America. Across all regions and for all three decades, urban land expansion rates are higher than or equal to urban population growth rates, suggesting that urban growth is becoming more expansive than compact. Annual growth in GDP per capita drives approximately half of the observed urban land expansion in China but only moderately affects urban expansion in India and Africa, where urban land expansion is driven more by urban population growth. In high income countries, rates of urban land expansion are slower and increasingly related to GDP growth. However, in North America, population growth contributes more to urban expansion than it does in Europe. Much of the observed variation in urban expansion was not captured by either population, GDP, or other variables in the model. This suggests that contemporary urban expansion is related to a variety of factors difficult to observe comprehensively at the global level, including international capital flows, the informal economy, land use policy, and generalized transport costs. Using the results from the global model, we develop forecasts for new urban land cover using SRES Scenarios. Our results show that by 2030, global urban land cover will increase between 430,000 km(2) and 12,568,000 km(2), with an estimate of 1,527,000 km(2) more likely.
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Variation in ecosystem services across an urbanization gradient: A study of terrestrial carbon stocks from Changzhou, China [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2015.04.027 URL 摘要
Ecosystem services in urban areas are regarded as multiple environmental benefits fostered by urban ural landscapes. A wide range of ecosystem services have been largely affected by land use and cover change in urban areas, leading to significant variation of ecosystem services, such as terrestrial carbon stocks across a gradient of urbanization. Urban areas are critical for terrestrial carbon dynamics owing to both considerable amount of biomass and soil carbon stored in cities and significant losses in carbon stocks from urban land use and cover change. We used Changzhou, a typical fast-growing city in China, as a case study, and estimated biomass and soil carbon stored in land covers using the InVEST model. We also quantified gradient changes in terrestrial carbon stocks in response to urban land use and cover change along two sample transects as a function of distance from the urban center. We found that carbon densities decreased with increasing intensity of urban development. Gradient transect analyses revealed an overall trend of increasing carbon stocks from the urban center to peri-urban areas as a direct result of land use and cover change driven by policy-oriented urban planning, which led to both infilling of empty areas within the urban center and sprawling of urban land toward peri-urban areas. As recent growth trends continue, the expansion of urban land markedly decreased areas previously dominated by green open spaces, making urban land use and cover change and losses in carbon stocks an increasingly important component of regional carbon dynamics. We proposed measures to mitigate these negative effects of urbanization on carbon stocks both for densely built-up areas and for rapidly urbanizing peri-urban areas.
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Ecological risk assessment of urban stormwater ponds: Literature review and proposal of a new conceptual approach providing ecological quality goals and the associated bioassessment tools [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2011.03.027 Magsci 摘要
Stormwater ponds are a common feature of the urban landscape in many countries with advanced stormwater management. Built to control the impacts of urbanization in the form of increased runoff flows, volumes and pollution loads, stormwater ponds are exposed to strong anthropogenic pressures. Meanwhile, as open water systems, they represent new aquatic habitats potentially enhancing the biodiversity of urban areas and balancing the transformation of original ecosystems existing prior to urbanization. In the current context of sustainable development, assessing the ecological risks of stormwater ponds serving as aquatic habitats is therefore crucial for ensuring both the preservation and rehabilitation of biodiversity in urban areas. During the last decade, ecological risk assessments applied to stormwater ponds lacked adoption of integrated interdisciplinary approaches. This prevented advances in developing adaptive methodologies for assessing the ecological quality of stormwater ponds and for providing quality objectives for the management of these facilities. Also, the application of established integrated assessment methodologies, such as the Sediment Quality Triad widely used in North America, based on comparisons with reference sites, is challenged by the man-made features of urban stormwater ponds. The search for a more specific and effective methodology led to the proposal of supplementing the Sediment Quality Triad with the Oligochaete methodology, which was developed and standardized in France for determining the biological status of sediments in stagnant water ecosystems. The benefits of this approach are discussed in a conceptual framework providing ecological quality goals for urban stormwater ponds. (C) 2011 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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Capacity, pressure, demand, and flow: A conceptual framework for analyzing ecosystem service provision and delivery [J].https://doi.org/10.1016/j.ecocom.2013.07.004 URL Magsci 摘要
Ecosystem services provide an instinctive way to understand the trade-offs associated with natural resource management. However, despite their apparent usefulness, several hurdles have prevented ecosystem services from becoming deeply embedded in environmental decision-making. Ecosystem service studies vary widely in focal services, geographic extent, and in methods for defining and measuring services. Dissent among scientists on basic terminology and approaches to evaluating ecosystem services create difficulties for those trying to incorporate ecosystem services into decision-making. To facilitate clearer comparison among recent studies, we provide a synthesis of common terminology and explain a rationale and framework for distinguishing among the components of ecosystem service delivery, including: an ecosystem's capacity to produce services; ecological pressures that interfere with an ecosystem's ability to provide the service; societal demand for the service; and flow of the service to people. We discuss how interpretation and measurement of these four components can differ among provisioning, regulating, and cultural services. Our flexible framework treats service capacity, ecological pressure, demand, and flow as separate but interactive entities to improve our ability to evaluate the sustainability of service provision and to help guide management decisions. We consider ecosystem service provision to be sustainable when demand is met without decreasing capacity for future provision of that service or causing undesirable declines in other services. When ecosystem service demand exceeds ecosystem capacity to provide services, society can choose to enhance natural capacity, decrease demand and/or ecological pressure, or invest in a technological substitute. Because regulating services are frequently overlooked in environmental assessments, we provide a more detailed examination of regulating services and propose a novel method for quantifying the flow of regulating services based on estimates of ecological work. We anticipate that our synthesis and framework will reduce inconsistency and facilitate coherence across analyses of ecosystem services, thereby increasing their utility in environmental decision-making. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Planning for climate change in urban areas: From theory to practice [J].https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2012.12.008 URL Magsci 摘要
Climate change poses a serious threat to sustainable urban development, placing many cities at risk. As a consequence, city authorities are increasingly facing the challenge of finding ways to include adaptation strategies into their work, although related knowledge and competence is still scarce and fragmented. With the aim to contribute to knowledge development and organizational learning, the objective of this paper is to critically review and compare current theoretical and practical approaches to adaptation planning in cities. In order to do so, first the conceptual characteristics and features of a climate resilient city are identified. Second, the reciprocal linkages between climate-related disasters, urban form and city planning processes are analysed by considering the life cycle of disasters from causes, to short- and long-term impacts, to post-disaster response and recovery. Finally, urban adaptation measures proposed for both developed and so-called developing countries are assessed. On the basis of the identified differences, gaps and synergies between the theoretical and practical approaches to adaptation planning, the implications for improving sustainable urban transformation are discussed. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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The metabolism of cities [J].https://doi.org/10.1038/scientificamerican0965-178 URL PMID: 14338520 摘要
WOLMAN A.
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Grey water footprint combined with ecological network analysis for assessing regional water quality metabolism [J]. |
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The outward extension of an ecological footprint in city expansion: The case of Beijing [J].https://doi.org/10.3390/su6129371 URL 摘要
A biologically productive area was used in the ecological footprint method to measure the demand and impact of human activities on the natural capital, and further, to judge whether the impact is within the scope of the regional bio-capacity. In this presentation, an indicator “ecological footprint distance (Def)” is proposed. The results indicated that the proposed indicator Def could identify the outward extension of a city’s ecological footprint with the city’s rapid expansion. From 2008 to 2012, the proportion of imported bio-capacity increased approximately from 48% to 64%, which implied that the ecological impact of Beijing had expanded year by year. The Def of Beijing increased from 567 km in 2008 to 677 km in 2012, with an average annual increase of about 25 km. From the perspective of seasonal change, Beijing’s ecological footprint distance in winter and spring was much higher than in summer and fall. The main features of provincial-spatial distribution of Beijing’s Def were as follows: grain and oil and meat and eggs were mainly supplied by Heilongjiang, Jilin, Liaoning, Hebei and Inner Mongolia; yet vegetable and fruit were mainly supplied by Hainan, Guangdong, Hebei and Shandong. Measures should be taken to decentralize the sources of imported bio-capacity, so as to ensure a sustainable development in Metropolitan cities.
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Ecological risk assessment of ecosystem services in the Taihu Lake Basin of China from 1985 to 2020 [J].https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.02.120 URL PMID: 26946060 摘要
Abstract There are tremendous theoretical, methodological and policy challenges in evaluating the impact of land-use change on the degradation of ecosystem services (ES) at the regional scale. This study addresses these challenges by developing an interdisciplinary methodology based on the Procedure for Ecological Tiered Assessment of Risk (PETAR). This novel methodology integrates ecological models with a land-use change model. This study quantifies the multi-dimensional degradation risks of ES in the Taihu Lake Basin (TLB) of China from 1985 to 2020. Four key ES related to water purification, water quantity adjustment, carbon sequestration and grain production are selected. The study employs models of Denitrification-Decomposition (DNDC), Soil-Water-Atmosphere-Plant (SWAP), Biome-BGC and Agro-ecological Zoning (AEZ) for assimilations. Land-use changes by 2020 were projected using a geographically weighted multinomial logit-cellular automata (GWML-CA) model. The results show that rapid land-use change has posed a great degradation risk of ES in the region in 1985-2020. Slightly less than two-thirds of the basin experienced degradation of ES over the 1985-2010 period, and about 12% of the basin will continue to experience degradation until 2020. Hot spots with severe deterioration in 2010-2020 are projected to be centered around some small and less developed cities in the region. Regulating accelerated urban sprawl and population growth, reinforcing current environmental programs, and establishing monitoring systems for observing dynamics of regional ES are suggested as practical counter-measures. Copyright 2015 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Urban metabolism: A review of research methodologies [J].https://doi.org/10.1016/j.envpol.2013.03.052 URL PMID: 23619057 Magsci [本文引用: 1] 摘要
Urban metabolism analysis has become an important tool for the study of urban ecosystems. The problems of large metabolic throughput, low metabolic efficiency, and disordered metabolic processes are a major cause of unhealthy urban systems. In this paper, I summarize the international research on urban metabolism, and describe the progress that has been made in terms of research methodologies. I also review the methods used in accounting for and evaluating material and energy flows in urban metabolic processes, simulation of these flows using a network model, and practical applications of these methods. Based on this review of the literature, I propose directions for future research, and particularly the need to study the urban carbon metabolism because of the modern context of global climate change. Moreover, I recommend more research on the optimal regulation of urban metabolic systems. (C) 2013 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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Development of a spatially explicit network model of urban metabolism and analysis of the distribution of ecological relationships: Case study of Beijing, China [J].https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2016.09.175 URL 摘要
Analysis of the relationships and interactions between the bodies of carbon metabolism in an urban area can provide some new ideas for the design of a low-carbon city. In this paper, we used ecological network analysis to develop a spatially explicit model of carbon metabolism in the Beijing weir distribution area and examined changes over time. Our goal was to identify the key elements and relationships with an 8 nodes network model, with land considered as the node. Data for Beijing from 1990, 1995, 2000, 2005, and 2010 were combined with empirical coefficients to construct the network, which allowed us to quantitatively analyze the structure and function of the network and determine the key ecological relationships between components of the system, from the aspect of the system and each component. The analysis revealed that exploitation and control relationships were the dominant types that promoted the growth of the economy. The land for transportation, infrastructure, and cultivation were the primary bodies of these two types of relationship. However, mutualism relationships maintained the stability of the system, with contributions from natural node and technological node at a low density. Simultaneously, the inevitable competitive relationships somehow increased the efficiency of resource use of natural metabolism components and the cultivated land. Using quantitative simulation of carbon metabolism, we identified the negative relations affecting healthy development of an urban area, and we offer a theoretical basis for the effective spatial adjustment of carbon management activity.
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Urban resource use and environmental performance indicators. An application of decomposition analysis [J].https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2014.04.022 URL Magsci 摘要
An evaluation of interlinkages and synergies among the different resources and performance patterns in the city of Rome (Italy) was accomplished by means of decomposition equations, in order to identify the major drivers of change in the investigated period as well as future low-resource scenarios. A half-a-century historical series (1962-2008) of energy and resource consumption in the city of Rome (Italy) was investigated in order to ascertain the links between resource use and complexity change. Environmental, material and energy inputs were firstly evaluated as actual energy and mass flows, then converted to emergy units to provide an assessment on a common ground. Results show that the sustainability of the urban system decreased steadily in the investigated period, as confirmed by both intensive and extensive parameters. The demand for abiotic matter, water, energy and emergy (environmental work) was accounted for over time and referred to the population (per-capita indicators) and current prices economic product generated by the city (GVA, Gross Value Added). Moreover, the effects associated with the emissions were evaluated, with a special focus on global warming and acidification potential. The changes in the urban metabolism occurred within the investigated period were analyzed considering the variation of different inputs necessary to drive the city (electricity, fuels, goods, machineries, etc.).<br/>Finally, a decomposition analysis was performed to identify the main causes and drivers associated with the changes in the city metabolism. Decomposition results show that the increased fraction of imports compared to local sources, of non-renewable resources compared to renewables, as well as of population and per capita income not accompanied by sufficient increase of energy and material efficiency are the major drivers of such unsustainability pattern and call for policies that focus on optimization of production and consumption patterns in times of unavoidable shrinking of resource basis. (C) 2014 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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