CN101964105A - 一种基于能值分析的城市生态系统健康评价指数 - Google Patents

Abstract

本发明引入能值分析到城市生态系统健康评价研究中，统一核算城市生态系统中物质、能量、信息等各种生态流，并构建了相应的城市生态系统健康能值指数以从生物物理层面描述城市生态系统健康结构与功能特征。城市生态系统健康能值指数以活力、组织结构、恢复力、服务功能维持、与环境作用5个要素为框架，以17项能值指标为内核，分别针对各个要素反映城市生态系统健康状况。本指数搭建起城市各子系统间的联系桥梁，寻求到各子系统结构与功能特征的统一表征方式，适用于从物质能量代谢角度揭示城市生态系统的结构功能特征及其与环境相互作用的模式，有助于从生物物理层面探讨城市生态系统内在驱动机制。

Description

一种基于能值分析的城市生态系统健康评价指数

技术领域

本发明属于城市生态评价、规划与管理领域，尤其涉及城市生态系统健康评价指数。本指数适用于从生物物理层面反映城市生态系统健康状况，揭示城市生态系统的结构与功能特征。

背景技术

城市历来是人类社会财富的主要创造者、拥有者和消费者，它既是人类生存的主要场所，又是人类发展的重要基地。工业革命后，城市更是成为国家(区域)的政治中心、经济中心、科技中心、信息中心、文化中心等。毋庸置疑，城市对于推动人类社会进步发挥着不可替代的作用，保持城市生态系统健康对实现人类社会可持续发展至关重要。然而，伴随着城市化进程中的急剧经济增长、高度工业化、大规模资源消费和能源利用等问题，城市逐渐成为各种生态环境问题的高发区，城市生态系统健康受到严重威胁。在此情势下，构建适宜的指标体系以系统诊断城市生态系统健康状况，提出适宜的城市健康发展方向和管理措施的研究，对于缓解城市生态环境压力、实现城市安全发展具有重要意义。

城市生态系统的健康状况取决于系统结构与功能状态，而城市生态系统结构与功能特征又可以通过各种生态流来系统反映。因此，如何寻求一种普适性物理量来科学度量城市生态系统中物质、能量、信息、资金、人口等各种生态流，统一表征城市生态系统复杂多样的结构与功能特征，探求某种共性的、本质性的内在驱动机制，就成为城市生态系统健康研究的关键问题。由于能值分析方法搭建了生态学与经济学的联系桥梁，提供了对各种生态流进行综合分析的统一平台与标准，利用其构建相应健康指标将有助于从物质能量代谢层面了解城市生态系统健康状况。

目前关于城市生态系统健康的评价指标体系多是从城市生态系统所包含的各要素出发来构建的。例如，从社会、经济、环境子系统出发，选择能反映各个子系统健康状况的指标组成评价指标体系；从生态用地、农业用地、生产与生活用地出发，构建相应的指标体系；从人群健康、城市基础设施、环境质量、家居与生活环境、社区作用及行动等方面着手建立城市生态系统健康评价指标体系。这些评价指标虽然综合考虑了社会、经济、自然等诸多因素，但归根到底，它们从分别描述不同要素的要求出发，将在物理意义上具有本质差异的各个指标进行综合，来表征城市生态系统外在的直观状态。忽视不同性质指标间的差异而将其硬性综合在一起的做法，将对城市生态系统健康评价的科学性产生一定影响。以生物物理量作为统一度量标准，构建由同性质指标组成的健康评价指数，必然有助于系统全面地分析城市生态系统的内在特征与隐含驱动机制。但经广泛检索，鲜见基于能值分析而构建城市生态系统健康评价指数的专利或其他公开资料。

因此，在认识到现有城市生态系统健康评价指标体系在科学性、合理性方面的局限之基础上，鉴于能值可作为衡量社会经济和自然系统共同尺度的特性，特引入能值分析到城市生态系统健康评价中，建立基于能值的城市生态系统健康指数(命名为城市生态系统健康能值指数)。本指数将重点从物质能量代谢角度揭示城市生态系统的结构功能特征及其与环境相互作用的模式，从生物物理层面反映城市生态系统健康状况，有助于城市生态系统健康评价理论与方法体系的进一步完善。

发明内容

能值意指“一流动或储存的能量所包含的另一种类别能量的数量”，在实际使用过程中以太阳能值为标准来衡量不同类别不同能质的能量的真实价值和数量关系。它突破了传统能量分析中对存在质与价值差异的不同类别能量难以加和与比较的壁垒，搭建起生态学与经济学之间的桥梁，提供了对生态系统的各种生态流进行综合分析的统一标准，也使得基于生物物理视角构建城市生态系统健康评价指数得以实现。

本指数以城市生态系统健康要素为框架，依据能值分析意义将适宜的能值指标综合在一起，共同构成反映城市生态系统健康状况的评价指标体系。本指数的特征在于将城市生态系统视为一个能量系统，通过物质能量流动将各子系统贯穿起来，利用能值指标描述城市生态系统结构与功能特征，适宜于从生物物理层面理解城市生态系统健康状况。与常见评价指标相比，城市生态系统健康能值指数具有以下优点：

(1)通过能值分析搭建起各个城市子系统间的联系桥梁，对于寻求系统结构与功能特征的统一表征方式，以更深入地揭示城市生态系统内在驱动机制具有重要意义；

(2)通过能值指标统一核算物质、能量、信息等各种生态流，有助于探讨城市生态系统的能量等级、环境容纳能力、生态经济效率等状况，深入揭示城市生态系统的结构功能特征及其与环境相互作用的模式；

(3)通过引入能值分析到城市生态系统健康评价研究中，有助于促进系统生态学、城市生态学、生态热力学等研究方法的整合，对推进相关学科理论的交叉、创新和发展具有积极作用。

具体实施方式

借鉴经典的城市生态系统健康评价要素，结合城市生态系统特征及能值分析特点，选择活力、组织结构、恢复力、服务功能维持、与环境作用5个要素作为评价框架。依据能值分析的基本程序，对城市生态系统进行能值分析，得到能值指标体系。再结合指标相关性分析及主观经验判断，筛选出适宜的能值指标纳入到已建立的城市生态系统健康评价框架中，共同构成城市生态系统健康能值指数(表1)。本指数分为目标层、要素层、指标层，共由5类、17项指标构成。

表1城市生态系统健康能值指数

依据构建的城市生态系统健康能值指数，结合适宜的数据处理方法，如层次分析法、加权求和法、模糊评价法、集对分析法等，即可以计算出指数值，从而反映城市生态系统健康状况。

实施示例

以北京、上海、武汉、重庆、广州等20个中国典型城市2005年情况为例，利用所建立的城市生态系统健康能值指数，结合集对分析方法，计算出相应指数值反映各城市生态系统相对健康状况(表2)。结果显示，2005年间，厦门、深圳、青岛、上海等城市基于能值指标的城市生态系统健康水平较高，哈尔滨、银川、武汉、北京等城市生态系统健康水平较低，其他城市生态系统健康水平则为中等。

表2  20个中国典型城市生态系统健康能值指数

Claims (1)

1.城市生态系统健康能值指数，其特征在于：鉴于能值可作为衡量社会经济和自然系统共同尺度的特性，特引入能值分析到城市生态系统健康评价中，建立城市生态系统健康能值指数，从活力、组织结构、恢复力、服务功能维持、与环境作用5个方面反映城市生态系统健康状况。本指数通过能值分析统一核算城市生态系统中物质、能量、信息等各种生态流，适用于从物质能量代谢角度揭示城市生态系统的结构功能特征及其与环境相互作用的模式。