一种城市生态系统承载力的动态分析方法技术方案

本发明专利技术公开了一种城市生态系统承载力的动态分析方法，包括：运用系统动力学模拟城市社会经济系统驱动要素的动态过程和作用关系；通过构造子模块来建立所述驱动要素同生物资源供需的响应关系；采用生态足迹综合核算法进行生态足迹核算；以可行性和可持续发展目标为标准，设计不同的生态调控情景对城市可持续发展趋势进行调控优化。本发明专利技术在传统生态足迹动态分析基础上，引入了系统动力学思想，补充了内生的系统建模过程，模拟城市生态承载力的动态变化；能够预测城市发展过程中生态承载力的动态变化趋势；能够利用预测结果，结合情景分析方法反向调控规划方案优化城市生态发展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境科学领域，尤其涉及。
技术介绍
随着社会经济、科学技术的飞速发展和人口的迅速增长，世界城市化的进程在不 断加快，尤其是发展中国家的城市化进程更是日新月异。如何在城市发展进程中坚持可持 续发展的原则，把城市人口、资源、社会经济与城市生态环境建设协调统一，促进城市的全 面发展，是现代城市发展所面临的迫切问题，实施生态城市规划建设正是探索城市生态可 持续发展的一种有效途径。同时，城市规模、结构和功能受自然条件的限制，使得城市生态 建设必须充分考虑自然特征和环境承载能力，并以此作为实施城市生态可持续发展规划的 ■石出。生态足迹方法作为一种生态承载力的量化方法，在城市生态相关研究中得到广泛 应用。目前该方法主要应用于静态核算，但该方法一方面只能识别和分析研究区域时间点 上的可持续发展状态，不能预测其未来发展趋势；另一方面，从获得相应统计数据到生态足 迹核算并根据分析结果给予决策者适当的政策建议，这一过程有相当长的时间延迟，不能 有效地调控城市生态规划方案和策略。而生态承载力的动态分析研究尚处于起步阶段，生 态足迹动态方法虽能够预测未来变化趋势，但仍存在预测结果不准确和预测时间区间短等 不足。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题本专利技术的目的是提供，以解决预测结果 不准确和预测时间区间短等不足的问题。( 二 )技术方案—种城市生态系统承载力的动态分析方法，利用系统动力学方法建立生态足迹与 系统动力学的耦合动态分析模型，根据所述动态分析模型分析城市发展驱动要素与生态足 迹的响应关系，预测城市生态足迹变化趋势，具体包括以下步骤Sl 运用系统动力学模拟城市社会经济系统驱动要素的动态过程和作用关系，包 括经济发展过程、人口增长、迁移过程及人口 _经济要素的相互作用过程；S2:通过构造子模块来建立所述驱动要素同生物资源供需的响应关系，包括能源 需求系统模块，生物资源消费模块，生物生产性土地面积变化模块和生物生产能力模块；S3 采用生态足迹综合核算法进行生态足迹核算，包括核算生态足迹账户及各账 户成分；S4:以可行性和可持续发展目标为标准，设计不同的生态调控情景对城市可持续 发展趋势进行调控优化。其中，所述步骤Sl中的城市社会经济系统驱动要素包括人口经济、自然资源禀赋条件、生产结构、技术变革和社会政策体系调控。其中，所述步骤S2中的生物资源消费模块中生物资源消费生态足迹计算公式如 下 其中F。，Fp, Ff分别表示由于生物资源消费对耕地，草原和水域所产生的生态足 迹。C'。，C"。分别对粮食和蔬果的直接消费量，c^c^cf分别为次级肉类产品，初级畜 牧类肉制品和初级鱼类肉制品的消费量，\饲料转换因子，β偶尔消费食品所携带的耕地 生态足迹所对应缩放比例，Cn非食用粮食消费，Yc, Y'。，Yp, Yf分别为粮食、蔬果、畜牧类肉 制品及鱼类制品的产量。其中，所述步骤S2中的生物生产性土地面积变化模块中土地覆盖未来变化趋势 预测公式为ρ (η) = ρ(0) · ρ (η)P (η) =Pn其中，ρ(η)表示第η年时各土地类型覆盖面积分布，ρ(0)为基年各土地类型覆盖 面积分布，P(η)为η步马尔科夫转移概率矩阵，P为一步转移概率矩阵。(三)有益效果本专利技术具有如下有益效果1、在传统生态足迹动态分析基础上，引入了系统动力学思想，补充了内生的系统 建模过程，模拟城市生态承载力的动态变化；2、能够准确预测城市发展过程中生态承载力的动态变化趋势；3、能利用预测结果，结合情景分析方法反向调控规划方案优化城市生态发展。附图说明图1是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法的系统动力学和生态 足迹耦合模型构建过程图；图2是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法建立的人口 _经济子系 统模块框架图；图3是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法建立的能源需求系统 模块框架图；图4是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法建立的消费食品所携 带的耕地生态足迹模块框架图；图5是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法建立的生物生产性土 地面积变化模块框架图；图6是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法建立的生物生产能力 模块框架图；图7是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法在对某城市分析中在 常规发展情景下的模拟结果(a)案例地区土地利用类型变化趋势，(b)影响生态足迹变化 的系统驱动要素变化趋势，(c)生态足迹和生态承载力变化趋势，(d)各组分生态足迹变化趋势；图8是根据本专利技术的城市生态系统承载力的动态分析方法对图7中案例分析的实 验数据。具体实施例方式本专利技术提出城市生态系统承载力的动态分析方法，结合附图和实施例说明如下。本专利技术将通过开发系统动力学和生态足迹的耦合模型，建立动态分析框架，从动 态角度预测评价城市生态承载力，并利用预测结果反向调控城市生态规划方案，给出科学 的政策建议，实现城市生态可持续发展，在实际应用中产生显著的环境和社会经济效益。其 中，系统动力学作为一种能够理解复杂系统内部物质流，信息流和干预措施之间运行和作 用过程的交叉综合学科，被广泛应用于模拟经济环境复杂系统。生态足迹被定义为在现有 技术条件下，按空间面积计量的支持一个特定地区的经济和人口的物质、能源消费和废弃 物处理所要求的生物生产性地域空间。该时空尺度下生物生产性土地供给，即生态承载力。 生态足迹核算体系通过比较该时空尺度下生态足迹与生态承载力，衡量区域内资源利用强 度与生态支持系统的协调程度，以及可持续发展状况。本专利技术利用系统动力学方法建立生态足迹与系统动力学耦合动态分析模型，根据 所述耦合动态分析模型分析城市发展驱动要素和生态足迹响应关系，预测城市生态足迹变 化趋势。本专利技术将系统动力学的动态模拟思想植入传统生态承载力各分析体系，构建生态 足迹动态分析模型，通过此模型，可分析调控城市发展驱动要素和生态足迹响应关系，从动 态的角度预测未来城市承载力发展趋势，根据对未来趋势的预测结果，反向调控城市生态 规划方案，以实现城市生态压力的减少和可持续发展能力提高优化。具体包括以下步骤，如 图1所示步骤Si，运用系统动力学模拟城市社会经济系统驱动要素的动态过程和作用关 系，包括经济发展过程、人口增长、迁移过程及人口-经济要素的相互作用过程。所述城市 社会经济系统驱动要素包括人口经济、自然资源禀赋条件、生产结构、技术变革和社会政 策体系调控。如图2所示，为人口-经济子系统模块框架图，由带长条形方块的箭头连接的系统 要素反映宏观经济增长过程，由带圆点的箭头连接的系统要素模拟人口规模变化过程，人 口 _经济相互作用关系用带菱形的箭头表示，三个带方块箭头表示柯布_道格拉斯生产函 数关系，带三角的箭头将人口 _经济驱动力和个体消费行为联系为一个整体。整个经济增长机理大致可以描述为基于柯布-道格拉斯生产函数，初期资本储 量(CS)，连同劳动力(L)及能源投入(E)，推动地区生产总值(GRP)增加。地区生产总值在 扣除掉净出口(TR)之后，剩余部分作为地区总支出(GRE)。基于居民的边际消费倾向(ο) 和地区总支出，计算居民最终消费水平(FC)，剩余部分作为固定资本支出(FCE)用于投资 (I)。作为一个闭合回路，投资又将注入到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市生态系统承载力的动态分析方法，其特征在于，利用系统动力学方法建立生态足迹与系统动力学的耦合动态分析模型，根据所述动态分析模型分析城市发展驱动要素与生态足迹的响应关系，预测城市生态足迹变化趋势，具体包括以下步骤：Ｓ１：运用系统动力学模拟城市社会经济系统驱动要素的动态过程和作用关系，包括经济发展过程、人口增长、迁移过程及人口－经济要素的相互作用过程；Ｓ２：通过构造子模块来建立所述驱动要素同生物资源供需的响应关系，包括能源需求系统模块，生物资源消费模块，生物生产性土地面积变化模块和生物生产能力模块；Ｓ３：采用生态足迹综合核算法进行生态足迹核算，包括核算生态足迹账户及各账户成分；Ｓ４：以可行性和可持续发展目标为标准，设计不同的生态调控情景对城市可持续发展趋势进行调控优化。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐琳瑜，舒心，杨志峰，靳玮，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：11