城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)的基本原理

【摘 要】在城市化與生態(tài)環(huán)境之間存在著客觀的動態(tài)耦合關(guān)系，這種耦合關(guān)系可以看作是一個開放的，非平衡的，具有非線性互相作用與自組織能力的動態(tài)漲落系統(tǒng)，稱為城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)，研究其六大定律具有重要的意義。

【關(guān)鍵詞】城市化；生態(tài)環(huán)境；耦合系統(tǒng)；定律

一、引言

目前，我國具備保持經(jīng)濟平穩(wěn)較快發(fā)展和社會和諧進步的有利條件，但同時，我國資源消耗過大，生態(tài)退化、環(huán)境污染加劇，資源環(huán)境對國家經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的剛性約束加劇。因此，著眼于戰(zhàn)略眼光來研究城市化和生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的理論與實踐問題，明顯具有重大的實踐意義。城市化與生態(tài)環(huán)境之間存在著客觀的動態(tài)關(guān)系，一方面城市化進程的加快必然引起干旱區(qū)周期生態(tài)環(huán)境的變化，這種變化在城市化發(fā)展初期體現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境的惡化，在城市化發(fā)展的中后期則表現(xiàn)為生態(tài)系統(tǒng)的良化；另一方面，生態(tài)環(huán)境的變化必然引起城市化水平的變化，這種變化表現(xiàn)為當生態(tài)環(huán)境改善時可促進城市化水平的提高和城市化進程的加快，當生態(tài)環(huán)境惡化時則限制或遏制城市化進程?？梢?，城市化與生態(tài)環(huán)境之間客觀上存在著極其復(fù)雜的交互耦合關(guān)系。根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論和生態(tài)需要定律理論，城市化與生態(tài)環(huán)境之間的交互耦合關(guān)系可以看作是一個開放的、非平衡的、具有非線性互相作用和自組織能力的動態(tài)漲落系統(tǒng)，我們稱其為城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合系統(tǒng)。從理論上分析，這種耦合系統(tǒng)滿足隨機漲落律、動態(tài)層級律、閾值律、非線性協(xié)同律、耦合裂變律和預(yù)警律，這六大定律是城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合過程必須要遵循的基本定律。

二、隨機漲落律

根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，城市化與生態(tài)環(huán)境交互耦合過程是一個動態(tài)漲落過程。這種過程的時間組織性決定了二者交互耦合過程是一個演變著的動態(tài)系統(tǒng)，其演變的重要機制是偶然性的隨機漲落，漲落的產(chǎn)生于放大取決與耦合系統(tǒng)熵的二階超量的貢獻。由于城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)具有等級性和包容性的特點，一個有限大小的耦合系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境要素總處在不斷地隨機變動之中，從而形成對耦合系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的各種隨機擾動，即城市化與生態(tài)環(huán)境耦合關(guān)系的“外部漲落”。城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)的內(nèi)漲落與外漲落互相疊加，同步和共振，造成系統(tǒng)漲落特性的復(fù)雜性，構(gòu)成了其本身形成耗散結(jié)構(gòu)的觸發(fā)機和破舊立新達到有序結(jié)構(gòu)的先行官，進而加劇了城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)演化規(guī)律的復(fù)雜性。

三、耦合裂變律

城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)是人與自然、環(huán)境交互作用的集中體現(xiàn)，是典型的生態(tài)-經(jīng)濟-社會復(fù)合系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，每一個因素都是該系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，其變化經(jīng)過系統(tǒng)的耦合作用，形成三種結(jié)果：（1）加大城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)的變化，稱之為耦合升壓效應(yīng)；（2）減小城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)的變化，稱之為耦合減壓效應(yīng)；（3）使城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)發(fā)生微小的擾動，稱之為耦合恒壓效應(yīng)。

四、動態(tài)層級律

城市化與生態(tài)環(huán)境的需求度是生態(tài)系統(tǒng)平衡與否的“感應(yīng)器”。由理論分析，生態(tài)環(huán)境對城市化需求度的滿足程度可以分為：滿足、較滿足、基本滿足、弱滿足和不滿足，對應(yīng)這五個層次的城市化因子與生態(tài)環(huán)境因子的耦合態(tài)可分為：強耦合態(tài)、較強耦合態(tài)、中等耦合態(tài)、較弱耦合態(tài)和弱耦合態(tài)五個層次，對應(yīng)的城市化與生態(tài)環(huán)境因子之間耦合態(tài)的評估分級依次可分為：優(yōu)態(tài)、良態(tài)、中等態(tài)、可態(tài)和劣態(tài)，其發(fā)展態(tài)勢依次為：強可持續(xù)、較強可持續(xù)、準可持續(xù)、弱可持續(xù)和不可持續(xù)五種發(fā)展趨勢。

五、閾值律

閾值是任何事物的發(fā)展不能超過所依附的另一事物所能承載的能力。不同的學(xué)科對閾值有著不同的認識和理解，但其相同之處都包含臨界和限制、載荷和容量之意。從區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的角度分析，如何科學(xué)的確定一些閾值或臨界點，來有效地預(yù)警自然與社會系統(tǒng)的退化狀態(tài)尤其是危急狀態(tài)，如何認識有關(guān)地球自然系統(tǒng)和人類發(fā)展的理論和模型中人與自然之間的動態(tài)聯(lián)系，如何認識不同區(qū)域的自然和社會系統(tǒng)在各種脅迫下的脆弱性是有什么因素決定的，采用什么樣的經(jīng)濟、法律、科技體制能夠更有效地促進人地系統(tǒng)向可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，怎樣延伸和綜合現(xiàn)行的社會經(jīng)濟統(tǒng)計和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，來引導(dǎo)社會向可持續(xù)發(fā)展的轉(zhuǎn)型等問題，是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究領(lǐng)域需關(guān)注的科學(xué)問題。

六、預(yù)警律

城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)同任何其他復(fù)雜系統(tǒng)一樣，遵循預(yù)警定律。加入預(yù)警預(yù)報過程的城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)叫城市化與生態(tài)環(huán)境耦合預(yù)警系統(tǒng)。耦合預(yù)警系統(tǒng)統(tǒng)是以社會、經(jīng)濟、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展為核心，以經(jīng)濟高速發(fā)展的持久性，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定性，社會分配的公平性和資源開發(fā)利用的持續(xù)性為內(nèi)容，以經(jīng)濟城市化過程、人口城市化過程和社會城市化過程等為對象，在一定經(jīng)濟理論、突變論、系統(tǒng)論、協(xié)同論等理論指導(dǎo)下，采用一系列科學(xué)的預(yù)警方法技術(shù)、指標體系、預(yù)警模型和信號系統(tǒng)，對城市化與生態(tài)環(huán)境耦合過程進行監(jiān)測，對監(jiān)測結(jié)果獲得的警性、警兆發(fā)布警示的決策支持系統(tǒng)。也就是說，城市化與生態(tài)環(huán)境耦合預(yù)警系統(tǒng)就是對城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)偏離期望狀態(tài)的警告。耦合預(yù)警系統(tǒng)分為兩種模式，一種景氣預(yù)警，另外一種是警兆預(yù)警。

七、非線性協(xié)同率

根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)是城市化要素間、生態(tài)環(huán)境各要素間以及城市化與生態(tài)環(huán)境各要素間有非線性互相作用的系統(tǒng)，是一個具有整體性和倏忽性等重要特性的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，在城市化與生態(tài)環(huán)境耦合系統(tǒng)中，作為輸出能量物質(zhì)的“營養(yǎng)匯”的城市系統(tǒng)之間相互促進又相互制約，彼此間存在著極復(fù)雜的非線性互相作用。同時，生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)、城市之間系統(tǒng)內(nèi)部的各要素間的非線性聯(lián)系更為密切。這種非線性互相作用使無數(shù)個地理要素的微觀行為得到協(xié)同和合作，產(chǎn)生宏觀的序，其結(jié)果形成了錯綜復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)體系。

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