基于熵视角的南京城市生态环境系统可持续发展能力研究

作者:张洪福;宋胜帮;屈维意 刊名:《生态经济》 上传者:姜南

【摘要】通过对城市生态系统和对城市生态系统的耗散结构进行熵变演化分析,构建了城市生态系统可持续发展能力评价指标体系;借鉴热力学第二定律中的熵变方程原理,运用信息熵构建了城市生态系统可持续发展能力评价模型;并以南京市为例,对南京市城市生态系统可持续发展能力进行实证研究,结果表明:2005~2012年南京市经济社会的发展对其城市生态系统带来了沉重的压力,但在政府部门的重视下,南京市城市环境污染问题业已得到有效的治理,南京市城市生态系统的生态承载能力在曲折中逐步上升,并呈现出逐步好转的趋势,对经济社会发展的支撑能力不断增强,已走在可持续发展能力不断增强的轨道上。

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1前言当前,城市在快速发展的同时,由于长期不合理的生产和生活方式,致使城市的资源和环境等问题也日益严重,给城市生态环境带来了沉重的压力,并最终制约着城市自身的健康发展。面对着严重的资源环境问题,城市的可持续发展问题已经成为当前最重要的热点问题之一,引起了社会各层的高度重视,城市可持续发展理论也逐渐被提出。城市可持续发展理论是可持续发展战略的重要组成部分,对经济社会发展起着不可或缺的重要作用。因此,如何科学判断城市生态环境系统是否健康发展,已成为经济社会可持续发展目标下必须关注的重要问题之一,而科学评价城市生态环境系统可持续发展能力是准确把握城市生态环境系统是否健康发展的重要依据。当前,对城市可持续发展分析和评价的研究成果十分丰富,其研究方法可以概括为以下三个方面:一是采用综合评价方法、生态足迹理论和人工神经网络方法等对城市可持续发展问题进行研究[1~3];二是基于城市生态学理论和熵值法对城市可持续发展能力进行分析[4~6]。三是应用生态学理论和GIS技术识别城市的生态承载力状况[7~8]。城市作为一类典型的“社会经济自然”复合生态环境系统,生态可持续发展是其可持续发展的物质基础和保障,因此从城市生态学的角度来研究城市可持续发展能力具有重要的现实价值。但已有的相关成果未能从城市复合生态环境系统视角对城市的结构、功能和演化机制进行全面分析,对城市可持续发展的研究存在一定欠缺。基于此,本文在现有研究的基础上,依据耗散结构理论和信息熵理论,以城市生态环境系统的结构、功能和演化机制为切入点,将熵变分析和信息熵有效结合起来,通过建立基于支持型输入熵、压力型输出熵、消费代谢型熵和还原代谢型熵的城市生态环境系统协调程度量化模型,并以南京市为例,对南京市城市生态环境系统可持续发展能力做实证分析,以期丰富和完善城市可持续发展的研究方法,为系统研究城市生态环境系统可持续发展提供新的思路。2研究区域概况南京市位于3114~3237N,11822~11914E,是中国江苏省第一大城市。南京市是现代服务中心,是国家重要的综合性工业生产基地。改革开放以来,南京市经济社会发展十分迅速,2013年南京市人口总量为818.78万人,城镇化率为80.5%,排在全国第7位。南京市的GDP从1978年的3340.05亿元增长到2013年的8011.78亿元,增长近3倍。2013年南京市的人均GDP为15827美元,经济发展水平进入发达国家行列。但是,在南京市经济社会发展取得巨大成就的同时,南京市的生态环境问题也日益显现,对生态承载力带来了沉重的压力。3研究方法3.1城市生态环境系统的耗散结构与信息熵熵的概念是由物理学家Clausius于1854年提出,1948年由Shannon将统计熵推广引入信息论,并将其生成理论命名为“信息熵”。信息熵理论是建立在概率和数值统计上来表达系统无序程度的方法,使多维度的信息能被量化和综合[9],可用于所有统计过程的分析。城市生态环境系统与外界环境存在密切的物质、能量和信息的交换关系。并在外部环境的影响下发生演替和变化,完全符合耗散结构系统的预定假设,具有耗散结构的一切特征。根据I.Prigogine的耗散结构理论观点,城市生态环境系统的演化过程就是旧的结构不断解体和新的耗散结构不断形成的过程,其演化过程可以用耗散结构系统的熵变来表征。由此,可以用城市生态环境系统熵变来分析和评价城市可持续发展的状态和趋势[10]。信息熵可用来描述任何一种体系或物质运动的混乱度和无序度,而且同一物理系统的热力学熵和信息熵之比为一个常数[10~11]。所以,从熵的角度来分析城市

参考文献

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