城市化与生态环境耦合系统的基本原理
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作者: 曹威 代显帅 王炳翰
【摘 要】在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，具有非线性互相作用与自组织能力的动态涨落系统，称为城市化与生态环境耦合系统，研究其六大定律具有重要的意义。
【关键词】城市化；生态环境；耦合系统；定律
一、引言
目前，我国具备保持经济平稳较快发展和社会和谐进步的有利条件，但同时，我国资源消耗过大，生态退化、环境污染加剧，资源环境对国家经济持续发展的刚性约束加剧。因此，着眼于战略眼光来研究城市化和生态环境协调发展的理论与实践问题，明显具有重大的实践意义。城市化与生态环境之间存在着客观的动态关系，一方面城市化进程的加快必然引起干旱区周期生态环境的变化，这种变化在城市化发展初期体现为生态环境的恶化，在城市化发展的中后期则表现为生态系统的良化；另一方面，生态环境的变化必然引起城市化水平的变化，这种变化表现为当生态环境改善时可促进城市化水平的提高和城市化进程的加快，当生态环境恶化时则限制或遏制城市化进程。可见，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。根据耗散结构理论和生态需要定律理论，城市化与生态环境之间的交互耦合关系可以看作是一个开放的、非平衡的、具有非线性互相作用和自组织能力的动态涨落系统，我们称其为城市化与生态环境交互耦合系统。从理论上分析，这种耦合系统满足随机涨落律、动态层级律、阈值律、非线性协同律、耦合裂变律和预警律，这六大定律是城市化与生态环境交互耦合过程必须要遵循的基本定律。
二、随机涨落律
根据耗散结构理论，城市化与生态环境交互耦合过程是一个动态涨落过程。这种过程的时间组织性决定了二者交互耦合过程是一个演变着的动态系统，其演变的重要机制是偶然性的随机涨落，涨落的产生于放大取决与耦合系统熵的二阶超量的贡献。由于城市化与生态环境耦合系统具有等级性和包容性的特点，一个有限大小的耦合系统的生态环境要素总处在不断地随机变动之中，从而形成对耦合系统宏观状态的各种随机扰动，即城市化与生态环境耦合关系的“外部涨落”。城市化与生态环境耦合系统的内涨落与外涨落互相叠加，同步和共振，造成系统涨落特性的复杂性，构成了其本身形成耗散结构的触发机和破旧立新达到有序结构的先行官，进而加剧了城市化与生态环境耦合系统演化规律的复杂性。
三、耦合裂变律
城市化与生态环境耦合系统是人与自然、环境交互作用的集中体现，是典型的生态-经济-社会复合系统。在此系统中，每一个因素都是该系统的一个子系统，其变化经过系统的耦合作用，形成三种结果：（1）加大城市化与生态环境耦合系统的变化，称之为耦合升压效应；（2）减小城市化与生态环境耦合系统的变化，称之为耦合减压效应；（3）使城市化与生态环境耦合系统发生微小的扰动，称之为耦合恒压效应。
四、动态层级律
城市化与生态环境的需求度是生态系统平衡与否的“感应器”。由理论分析，生态环境对城市化需求度的满足程度可以分为：满足、较满足、基本满足、弱满足和不满足，对应这五个层次的城市化因子与生态环境因子的耦合态可分为：强耦合态、较强耦合态、中等耦合态、较弱耦合态和弱耦合态五个层次，对应的城市化与生态环境因子之间耦合态的评估分级依次可分为：优态、良态、中等态、可态和劣态，其发展态势依次为：强可持续、较强可持续、准可持续、弱可持续和不可持续五种发展趋势。
五、阈值律
阈值是任何事物的发展不能超过所依附的另一事物所能承载的能力。不同的学科对阈值有着不同的认识和理解，但其相同之处都包含临界和限制、载荷和容量之意。从区域可持续发展研究的角度分析，如何科学的确定一些阈值或临界点，来有效地预警自然与社会系统的退化状态尤其是危急状态，如何认识有关地球自然系统和人类发展的理论和模型中人与自然之间的动态联系，如何认识不同区域的自然和社会系统在各种胁迫下的脆弱性是有什么因素决定的，采用什么样的经济、法律、科技体制能够更有效地促进人地系统向可持续发展的方向发展，怎样延伸和综合现行的社会经济统计和环境监测系统，来引导社会向可持续发展的转型等问题，是区域可持续发展研究领域需关注的科学问题。
六、预警律
城市化与生态环境耦合系统同任何其他复杂系统一样，遵循预警定律。加入预警预报过程的城市化与生态环境耦合系统叫城市化与生态环境耦合预警系统。耦合预警系统统是以社会、经济、资源、环境协调发展为核心，以经济高速发展的持久性，生态环境系统的稳定性，社会分配的公平性和资源开发利用的持续性为内容，以经济城市化过程、人口城市化过程和社会城市化过程等为对象，在一定经济理论、突变论、系统论、协同论等理论指导下，采用一系列科学的预警方法技术、指标体系、预警模型和信号系统，对城市化与生态环境耦合过程进行监测，对监测结果获得的警性、警兆发布警示的决策支持系统。也就是说，城市化与生态环境耦合预警系统就是对城市化与生态环境耦合系统偏离期望状态的警告。耦合预警系统分为两种模式，一种景气预警，另外一种是警兆预警。
七、非线性协同率
根据耗散结构理论，城市化与生态环境耦合系统是城市化要素间、生态环境各要素间以及城市化与生态环境各要素间有非线性互相作用的系统，是一个具有整体性和倏忽性等重要特性的复杂系统。因此，在城市化与生态环境耦合系统中，作为输出能量物质的“营养汇”的城市系统之间相互促进又相互制约，彼此间存在着极复杂的非线性互相作用。同时，生态环境子系统、城市之间系统内部的各要素间的非线性联系更为密切。这种非线性互相作用使无数个地理要素的微观行为得到协同和合作，产生宏观的序，其结果形成了错综复杂的层次结构体系。
参考文献：
[1]司金鉴.生态需要定律：前提、结构及满足度研究[J].数量经济与技术经济研究，2001，（12）：60-64
[2]方创琳.中国西部生态经济走廊[M].北京：商务印书馆，2004，78-86
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