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城镇化与生态环境耦合动态模拟理论及方法的研究进展 总被引：2，自引：1，他引：2
城镇化与生态环境耦合是当前研究热点,而其动态模拟将是未来的重要方向。基于系统科学与跨尺度耦合理论揭示城镇化与生态环境耦合系统的本质,即一个非线性的、具有高低阶多重反馈的开放的复杂巨系统。通过综述城镇化与生态环境耦合动态模拟的理论、方法与应用的研究进展,可知：① 动态模拟成为趋势,相关理论与机理解析不断完善;② 动态模拟技术趋向多元化、精细化、智能化和集成化;③ 应用研究基于多类型案例区、多要素以及近远程与跨区域3个方面。当前研究不足包括：① 理论发展与整合不足;② 方法集成与数据共享力度滞后;③ 耦合关系链条和主控要素的动态特征未被完整揭示,远程耦合模拟缺乏定量表达、系统性整合以及与区域联动层面的应用衔接。今后,应以理论为根基,推动多科学交叉融合;以方法为支撑,推动动态模拟技术整合与数据共享;以应用为导向,揭示城市群等重点地区的近远程关系链条与主控要素的动态演化模式,为区域可持续城镇化提供决策支持。 相似文献
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从内容、空间尺度、时间维、综合程度、建模方式、复杂程度和数学方法等方面对目前的城市模型进行了系统的分类。论述了城市模型研究的发展趋势：模型研究内容日益丰富和多元化;从静态模拟到动态模拟发展;从子系统模拟向综合系统模拟发展;遥感和GIS的应用以及与城市模型的集成。对城市模型研究的未来发展进行了展望,认为未来的城市模型开发应基于综合方法的思想,注重加强城市基本理论和多学科交叉研究,强调城市模拟的动态性和综合性。充分借助遥感与GIS等技术手段进行研究。 相似文献
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特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应解析的理论框架及技术路径 总被引：51，自引：12，他引：39
特大城市群地区是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区,担当着世界经济重心转移承载地的历史重任,但在发展过程中面临着日益严重的资源与生态环境的胁迫压力。开展特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的研究,是未来10 年地球系统科学研究的前沿领域和高优先研究主题。本文系统解析了特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合效应的基本理论框架。首先从理论上分析了特大城市群系统各自然要素和人文要素交互作用的非线性耦合关系及耦合特征,科学辨识近远程主控要素作用下城市群系统内外部各要素相互作用的胁迫强度、近远程耦合机理与规律,总结特大城市群地区城镇化与生态环境交互耦合圈理论,进一步构建多要素—多尺度—多情景—多模块—多智能体集成的时空耦合动力学模型,研发特大城市群地区可持续发展优化智能调控决策支持系统;其次从方法上将特大城市群地区视为一个开放的复杂巨系统,在建立同一标准化共享数据库的基础上,采用多要素—多目标—多模型—多情景环境下的城镇化与生态环境交互耦合集成技术方法、大数据支持下的城镇化与生态环境交互耦合技术方法,构建多尺度—多技术—多智能体集成的城镇化与生态环境交互耦合技术框架,按照分析时空演变特征—寻求主控要素—辨识耦合关系—揭示胁迫机制—发现耦合规律—筛选调控变量—求解临界阈值—进行调控试验—完成情景模拟—提出优化方案—完成情景模拟—提出优化方案—实现国家目标这样一条技术路径,提出解
决问题的整体优化方案。本文旨在为特大城市群地区由问题集中区转为可持续发展区提供理论指导和方法支撑。 相似文献
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以流域为单元开展水环境多要素、多尺度过程的综合模拟已成为了自然地理学重要研究方向。水环境过程综合模拟模型可定量解析流域系统水环境变化,是流域水环境研究与管理的重要工具。论文围绕流域水环境过程模拟的发展历程和最新进展,梳理总结了流域非点源污染过程和河湖等受纳水体水环境过程模拟的理论方法和模型软件;面向模拟不确定性问题讨论了模型选择、开发与集成、率定验证等流域水环境过程综合模拟建模的关键环节;结合最新的研究进展及相关学科新方法新技术的发展,建议后续研究关注流域自然和人文多过程综合集成模拟(包括流域系统人与水环境耦合模拟、多过程综合集成模拟)以及新方法新技术应用(包括数据同化理论方法创新与应用、高性能计算技术和人工智能技术)。 相似文献
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城镇化与生态环境耦合圈理论及耦合器调控 总被引：6，自引：3，他引：6
城镇化与生态环境之间客观上存在着极其复杂的近远程非线性耦合关系,如何协调城镇化与生态环境的关系问题已上升为全球性战略问题和世界性科学难题。本文从理论上揭示了城镇化与生态环境交互作用的耦合性、耦合关系和耦合度;根据主控要素总结出了城镇化与生态环境耦合的10种关系和交互方式;根据耦合度强弱将耦合性分为低度耦合、较低耦合、中度耦合、较高耦合、高度耦合和完全耦合6种类型,分别对应随性耦合、间接耦合、松散耦合、协同耦合、紧密耦合和控制耦合,进而形成城镇化与生态环境耦合塔;创建了城镇化与生态环境耦合圈理论,按每旋转10°生成一个图谱构建了由直线图谱、指数曲线图谱、对数曲线图谱、双指数曲线图谱和“S”型曲线图谱等组合而成的45种耦合图谱,不同图谱对应着不同的城市发展阶段和发展模式。在多种耦合图谱中,认为“S”型曲线耦合图谱是最佳图谱,代表着多种图谱中体现城镇化与生态环境相互作用的最佳耦合状态。以“S”型曲线耦合图谱为依托,借助SD模型及各变量之间存在的一对一、一对多和多对多的复杂关系,构建了由11个调控要素和201个变量构成的耦合调控器（UEC）,只要一个变量发生变化,就会牵一发而动全身,影响整个耦合调控器的结构、功能和调控结果。这种耦合调控器包括同一时间多个城市城镇化圈与生态环境圈之间的静态调控、不同时间同一城市城镇化圈与生态环境圈之间的动态调控、不同时间多个城市城镇化圈与生态环境圈之间的动态调控3种时空尺度,通过调控将逐步推动城镇化圈与生态环境圈之间由低级耦合向高级耦合方向演进。 相似文献
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城市化与生态环境协调发展是影响城市可持续发展的重要方面.为了总结珠三角地区城市化与生态环境协调发展的经验,以珠海市为研究对象,首先,在构建城市化与生态环境指标体系的基础上,利用主成分法综合评价珠海城市化和生态环境水平.其次,根据城市化与生态环境耦合含义和规律,引入动态耦合模型,探讨复合系统耦合度的时间变化特征.结果表明:1996-2011年,珠海市城市化与生态环境水平显著提高;耦合度的变化呈现出先大后小、再变大的“U”型形状,依据其变化特点将其划分为两个阶段.最后,通过分析耦合度变化的原因,为其他城市提供可借鉴的经验. 相似文献
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植被与风蚀耦合动力学模型及其应用 总被引：2，自引：0，他引：2
利用植被-风蚀耦合动力学研究了植被生长发育与风蚀发生、发展之间的动力学关系,考虑了植被覆盖度V和风蚀比S之间的相互耦合作用,以及在外力作用尤其是人类活动影响下的植被与风蚀的演变规律,以此建立了植被-风蚀动力学模型。将模型应用于京津风沙源治理工程区等区域,采用试算法探索了模型中参数的取值,模拟了区域植被盖度与风蚀比发展演变过程,发现模拟结果与实际演变过程符合精度较高,进而分析并利用模型进行预测,结果表明,植树造林等增加植被的措施对风蚀发展的控制作用比较缓慢,是一个长期作用效果,需要坚持不懈的努力才可能达到预期的治理效果。 相似文献
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《干旱区地理》2021,44(4):1141-1152
在一带一路背景下,探索哈萨克斯坦城镇化与生态环境间的复杂关系具有重要的意义。通过运用熵技术支持下的变异系数法和多目标模糊隶属度函数分别对哈萨克斯坦城镇化与生态环境进行综合测度,构建综合指数,基于改进的Tapio脱钩分析模型分析了城镇化与生态环境的动态耦合关系并用阈值分析法分析其静态耦合关系。结果表明:(1)哈萨克斯坦综合城镇化的高值主要分布于西部的石油开采区及中部与东北部的工业区,低值主要分布于以农业经济为特点的南部和北部的部分区域。(2)生态环境综合水平高值分布于以服务业为主导、生态环境保护响应度较高的努尔苏丹市和阿拉木图市,低值则主要分布在碳排放相对活跃的西部油气开采区。(3)2000—2015年哈萨克斯坦城镇化与生态环境的动态耦合关系主要为强解耦、弱解耦、强负解耦、衰退性解耦和扩张负解耦状态;总结归纳耦合机理发现,生态环境保护响应度、所处城镇化阶段、农业用水总量和国际外部经济环境是影响哈萨克斯坦城镇化与生态环境耦合关系的主要驱动因素。 相似文献
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耦合自然-人文因素的沙漠化动态系统动力学模型 总被引：2，自引：0，他引：2
沙漠化土地是自然、人文因素共同作用下的地表复杂系统,建立耦合自然-人文因素的沙漠化动态模型对于理解沙漠化演变过程、预测发展趋势以及进行科学调控具有重要的意义。本文以鄂尔多斯为典型研究区,利用系统动力学的方法,针对气候变化、土壤水分、人口、经济、放牧、土地利用六大沙漠化驱动力建立其与植被NPP的影响与反馈,结合不同沙漠化等级对应的NPP阈值范围,构建耦合自然-人文因素的沙漠化动态系统动力学模型。模拟的植被NPP与基于MODIS影像反演的实际NPP的对比表明,模型总体较为可靠。对不同情景下研究区2011-2030年植被NPP及沙漠化动态模拟分析表明,降雨是控制研究区沙漠化动态的主要因素,但在未来人类活动不变的情况下降雨量增加50%仍不能改变现有的沙漠化状态; 禁牧休牧相对于退耕还林还草、植树种草等政策更有利于植被恢复,但总体成本较高; 单独政策均无法改变现有的沙漠化状态,而这些政策的取消则会在不同的时间内导致沙漠化朝重度和极重度方向发展。对于地方政府而言,则需要根据自身经济状况合理选择不同政策组合来确保沙漠化的持续改善。 相似文献
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长三角地区城市土地利用与生态环境效应的交互作用机制研究 总被引：2，自引：0，他引：2
论文以“长江三角洲城市经济协调会”内16个核心成员城市作为典型案例,构建城市土地利用与生态环境效应评价指标体系,运用灰色关联评价模型探究2000—2015年间城市土地利用与生态环境效应的时空演变规律与耦合度变化,解析系统间交互作用机制。结果表明：① 长三角地区城市土地利用指数不断增加,社会经济发展与土地利用开发均起到正向促进作用。社会经济发展对城市生产、生活空间和环境质量产生更多需求,建设用地扩张、耕地面积被侵占、人口承载增大也是导致城市土地利用指数上升的重要因素。② 区域生态环境质量整体表现平稳,效应映射到空间上,变化幅度与演变特征明显。浙江省的城市生态环境质量高于上海与江苏的城市,这与环境自净能力、污染处理设施建设以及生态保护理念的宣传等因素相关。③ 城市土地利用与生态环境效应耦合度较低的城市占多数,处于失调状态。城镇化进程中用地扩张呈现低密度、分散化倾向,对生态安全和环境质量扰动强烈,导致城市土地利用与生态环境保护的空间偏离度加大。④ 城市土地利用系统与生态环境系统各要素间存在较强的相互作用关系,要素胁迫与约束作用强度大小差异明显。 相似文献
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中国城市化过程中生态环境研究的文献计量分析 总被引：1，自引：0，他引：1
中国城市化过程中生态环境研究成果丰富,总结其演变过程利于把握该领域现状与趋势。本文从城市化文献视角对中国城市化过程中的生态环境研究在研究成果、研究子领域、研究主题、理论和方法等方面进行总结。结果表明,从2005年起中国城市化文献中关于生态环境的研究呈加速增长的态势;资源领域的国土资源和产业子领域,生态领域内经济子领域和环境领域内气候和城市环境子领域受到了较多的关注;＂土地利用＂和＂热岛效应＂一直是最热的关键词,分别占全部关键词出现频次的0.15%和0.09%,＂热岛效应＂和＂气候变化＂则是近期热点;主要理论涉及生态学、数理模型、资源与环境经济学、环境科学等,其中生态足迹理论从2002年起一直占据主流,STIRPAT模型、环境库兹涅茨曲线等综合理论模型是近期热点理论;依方法来源和主要应用领域将1992-2011年主要方法分为4类,即统计类（65.17%）、系统类（13.11%）、机理类（11.79%）和测评类（9.93%）。灰色系统分析和R/S分析近年来常见的方法。由此得出主要结论：中国城市化研究对城市土地利用、城市热岛、气候变化和水资源等大尺度的生态环境问题更加重视,对城市环境健康等微观尺度生态环境问题关注相对不足;以STIRPAT和多种土地利用变化模型为代表,综合自然和经济理论采用系统建模方法评价和模拟城市化过程中的生态环境效应将是未来研究的重点。 相似文献
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城市与区域定量研究进展 总被引：3，自引：3，他引：0
本文系统地梳理了城市与区域的定量研究方法,主要包括数理模型和模拟方法、单个城市增长和动力系统研究、城市系统动力学模型及其发展过程模拟研究、空间一般均衡模型研究以及多模型复合/集成系统研究等。主要结论为：1950年以前的城市与区域研究主要采取时间序列预测法,依靠历史资料的时间数列进行趋势外推研究;1960-1970年代主要采用数理统计分析方法,应用人口统计学模型和线性回归方法进行研究;1970-1980年代,随着系统科学的发展,采用系统分析方法发展了诸如交通、人口、土地等专业模型,展开对城市与区域问题的深入分析;1990-2000年代,研究数据的获取手段得到极大的改善,利用数据模型、地计算分析、模拟预测等分析手段使得研究的深度和广度均有了长足进步。近年来,由于空间数据挖掘的突破,大数据、云计算和巨型模型系统开始进入城市与区域研究领域,多模型复合/集成系统研究成为主要研究方向。 相似文献
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如何更好地进行城市发展模拟是发展中国家快速城市化过程中面临的一个科学问题。传统研究往往基于单体或组合模型,不能为决策方案提供直接支持。本文介绍了国外一个新的城市发展模型FUTURES(FUTure Ur-ban-Regional Environment Simulation)。该模型不仅考虑了城市发展区动态适宜性梯度计算、人均土地消耗的趋势分析以及基于空间位置的斑块变化可视化模拟,而且注重模块间的动态交互反馈过程,形成了独有的深度耦合机制,模型结构紧密又不失灵活性。基于高性能计算环境支持,该模型已经在美国北卡罗来纳州的多个区域进行实验并取得成功。本文主要介绍该模型设计思想、模型组成、关键建模方法,并总结了模型的主要优势,以期为我国城市发展模拟研究提供借鉴。 相似文献
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甘肃省张掖市地处我国西北干旱区，该地区属于内陆河流域绿洲城市，生态环境极其脆弱，研究其新型城镇化与生态安全耦合协调发展问题显得尤为重要。通过借鉴国内外城镇化与生态环境耦合协调发展现有的研究成果，以2005—2017年张掖市统计数据为依据，建立综合评价指标体系，运用熵权法求各项指标权重，设立了耦合协调度模型，测算新型城镇化与生态安全耦合协调发展的综合指数，来表征该区域的耦合关系。结果表明：13 a间系统由低水平耦合协调——拮抗时期——磨合阶段——高水平耦合发展。新型城镇化发展水平基本保持稳步上升的态势；而生态环境综合水平尽管总趋势是向好发展，以2011年为拐点明显波动。新型城镇化与生态安全的耦合协调度持续向好，2012年达到峰值后一直保持在大于0.9的耦合协调度极高水平。最后提出促进该城市新型城镇化与生态安全耦合协调发展的政策建议。 相似文献
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Land change science has become an interdisciplinary research direction for understanding human-natural coupling systems. As a process-oriented modelling approach, agent based model(ABM) plays an important role in revealing the driving forces of land change and understanding the process of land change. This paper starts from three aspects: The theory, application and modeling framework of ABM. First, we summarize the theoretical basis of ABM and introduce some related concepts. Then we expound the application and development of ABM in both urban land systems and agricultural land systems, and further introduce the case study of a model on Grain for Green Program in Hengduan Mountainous region, China. On the basis of combing the ABM modeling protocol, we propose the land system ABM modeling framework and process from the perspective of agents. In terms of urban land use, ABM research initially focused on the study of urban expansion based on landscape, then expanded to issues like urban residential separation, planning and zoning, ecological functions, etc. In terms of agricultural land use, ABM application presents more diverse and individualized features. Research topics include farmers' behavior, farmers' decision-making, planting systems, agricultural policy, etc. Compared to traditional models, ABM is more complex and difficult to generalize beyond specific context since it relies on local knowledge and data. However, due to its unique bottom-up model structure, ABM has an indispensable role in exploring the driving forces of land change and also the impact of human behavior on the environment. 相似文献
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土地系统多主体模型的理论与应用 总被引：1，自引：0，他引：1
土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型（ABM）作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城市和农业土地系统两方面的应用与发展,进一步介绍了横断山区退耕还林ABM研究案例;在梳理ABM建模协议的基础上,提出了主体视角的土地系统ABM建模框架和实施流程。在城市土地利用方面,ABM研究从最初基于景观研究城市扩张,到研究城市内部居住分隔,规划分区,生态功能等多方面;在农业土地利用方面,ABM应用则呈现出更加多样化和个性化的特征,包括农民行为、农户决策、种植系统、农业政策等。相比于传统模型,ABM因其依靠本地知识与数据而使得其构建更为复杂,且不易推广;但因其独特的自下而上模型构架,在探究土地变化驱动力、刻画人类行为对自然环境影响等方面具有不可或缺的作用。 相似文献
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International progress and evaluation on interactive coupling effects between urbanization and the eco-environment 总被引：10，自引：1，他引：9
Global urbanization is exerting severe stress and having far-reaching impacts on the eco-environment, and yet there exists a complex non-linear coupling relationship between the two. Research on the interactive coupling effect between urbanization and the eco-environment will be a popular area of study and frontier in international earth system science and sustainability science in the next 10 years, while also being a high-priority research topic of particular interest to international organizations. This paper systematically collates and summarizes the international progress made in research on interactive coupling theory, coupling relationships, coupling mechanisms, coupling laws, coupling thresholds, coupling models and coupling optimization decision support systems. The research shows that urbanization and eco-environment interactive coupling theories include the Kuznets curve theory, telecoupling theory, planetary boundaries theory, footprint family theory and urban metabolism theory; most research on interactive coupling relationships is concerned with single- element coupling relationships, such as those between urbanization and water, land, atmosphere, climate change, ecosystems and biodiversity; the majority of research on interactive coupling mechanisms and laws focuses on five research paradigms, including coupled human and nature systems, complex social-ecological systems, urban ecosystems, social-economic-natural complex ecosystems, and urbanization development and eco-environment constraint ring; the majority of interactive coupling simulations use STIRPAT models, coupling degree models, multi-agent system models and big data urban computer models; and research has been carried out on urbanization and eco-environment coupling thresholds, coercing risk and optimal decision support systems. An objective evaluation of progress in international research on interactive coupling between urbanization and the eco-environment suggests that there are six main research focal points and six areas lacking research: a lot of research exists on macroscopic coupling effects, with little research on urban agglomeration and scale coupling effects; considerable research exists on single-dimension coupling effects, with little on multiple-dimension coupling effects; a great deal exists on “one-to-one” dual- element coupling effects, with little on “many-to-many” multiple-element coupling effects; a lot exists on positive feedback coupling effects, and little on negative feedback coupling effects; a great deal exists on empirical coupling effects, and little on theoretical coupling effects; a great deal exists on the use of simple quantitative methods, and little on using integrated simulation methods. Future studies should focus on coupling effects between urbanization in urban agglomerations and the eco-environment, spatial scale coupling effects, multi-dimensional coupling effects, telecoupling effects, “one-to-many” and “many-to-many” element coupling effects, and positive and negative feedback coupling effects. There is also a need to strengthen the development and application of dynamic models for multi-element, -scale, -scenario, -module and -agent integrated spatiotemporal coupling systems and further improve theoretical innovations in coupling effect research and integrate and form complete and diverse coupling theoretical systems. 相似文献
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《地理学报(英文版)》2016,(8)
Global urbanization is exerting severe stress and having far-reaching impacts on the eco-environment, and yet there exists a complex non-linear coupling relationship between the two. Research on the interactive coupling effect between urbanization and the eco-environment will be a popular area of study and frontier in international earth system science and sustainability science in the next 10 years, while also being a high-priority research topic of particular interest to international organizations. This paper systematically collates and summarizes the international progress made in research on interactive coupling theory, coupling relationships, coupling mechanisms, coupling laws, coupling thresholds, coupling models and coupling optimization decision support systems. The research shows that urbanization and eco-environment interactive coupling theories include the Kuznets curve theory, telecoupling theory, planetary boundaries theory, footprint family theory and urban metabolism theory; most research on interactive coupling relationships is concerned with single- element coupling relationships, such as those between urbanization and water, land, atmosphere, climate change, ecosystems and biodiversity; the majority of research on interactive coupling mechanisms and laws focuses on five research paradigms, including coupled human and nature systems, complex social-ecological systems, urban ecosystems, social-economic-natural complex ecosystems, and urbanization development and eco-environment constraint ring; the majority of interactive coupling simulations use STIRPAT models, coupling degree models, multi-agent system models and big data urban computer models; and research has been carried out on urbanization and eco-environment coupling thresholds, coercing risk and optimal decision support systems. An objective evaluation of progress in international research on interactive coupling between urbanization and the eco-environment suggests that there are six main research focal points and six areas lacking research: a lot of research exists on macroscopic coupling effects, with little research on urban agglomeration and scale coupling effects; considerable research exists on sin-gle-dimension coupling effects, with little on multiple-dimension coupling effects; a great deal exists on "one-to-one" dual- element coupling effects, with little on "many-to-many" multiple-element coupling effects; a lot exists on positive feedback coupling effects, and little on negative feedback coupling effects; a great deal exists on empirical coupling effects, and little on theoretical coupling effects; a great deal exists on the use of simple quantitative methods, and little on using integrated simulation methods. Future studies should focus on coupling effects between urbanization in urban agglomerations and the eco-environment, spatial scale coupling effects, multi-dimensional coupling effects, telecoupling effects, "one-to-many" and "many-to-many" element coupling effects, and positive and negative feedback coupling effects. There is also a need to strengthen the development and application of dynamic models for multi-element,-scale,-scenario,-module and-agent integrated spatiotemporal coupling systems and further improve theoretical innovations in coupling effect research and integrate and form complete and diverse coupling theoretical systems. 相似文献
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半城市化地区生态系统服务对土地利用/覆被变化的响应——以厦门市集美区为例 总被引：1，自引：0，他引：1
半城市化地区是在快速城市化进程中产生的一种过渡地域类型, 其土地利用特征表现为土地利用竞争和矛盾剧烈, 土地利用变化迅速的特征。土地利用/覆被的变化改变生态系统的结构与功能, 是对生态系统服务产生胁迫的主要驱动力之一。本文以厦门市集美半城市化地区为例, 分析半城市化地区生态系统服务对土地利用/覆被变化的响应, 基于对2007 年中国陆地生态系统服务价值当量修正的方法, 对半城市化地区生态系统服务价值(ESV)变化作出评估, 并通过土地系统和生态系统二者的耦合变化关系探讨生态系统服务对土地利用/覆被变化的响应过程。结果表明:①近20 年来, 集美半城市化地区生态系统服务价值总量随着土地利用强度增加呈现波动性变化, 总体上呈现负相关关系。②调节服务和文化服务是最主要的生态系统服务类型;土地利用强度与调节服务和支持服务呈现显著的负相关关系。③随着半城市化地区的快速城市化发展, 土地利用类型急剧转化, 城市建设用地大量增加, 预计集美半城市化地区未来ESV将继续降低, 可采取生态综合整治措施减缓ESV降低趋势。 相似文献