朱海強,貢 璐,*,趙晶晶,張 飛,許仲林

1 新疆大學資源與環(huán)境科學學院, 烏魯木齊 830046 2 新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室, 烏魯木齊 830046 3 新疆大學智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室, 烏魯木齊 830046

城鎮(zhèn)化作為生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)演進、經(jīng)濟發(fā)展等多因素共同作用的產(chǎn)物,與經(jīng)濟、社會、生產(chǎn)生活結構的轉變密切聯(lián)系,是衡量國家發(fā)展水平的重要指標[1]。20世紀80年以來,中國的城鎮(zhèn)化發(fā)展迅猛,經(jīng)歷了從“注重城鎮(zhèn)化數(shù)量”到“提升城鎮(zhèn)化質量”的轉變,2017年底中國的城鎮(zhèn)化水平為58.52%[2]。城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的同時,產(chǎn)生的天氣霧霾、水污染、“垃圾圍城”、健康風險、資源耗竭等生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯[3- 4]。因此,開展城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的關系研究是協(xié)調二者發(fā)展的基礎,也是實現(xiàn)可持續(xù)城鎮(zhèn)化的前提[5]。國內學者利用耦合協(xié)調度模型[6]、系統(tǒng)動力學模型[7]、雙指數(shù)模型[8]等方法對城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的發(fā)展規(guī)律、協(xié)調關系、耦合機制等方面進行了研究,揭示了交互耦合系統(tǒng)遵循的六大基本定律和四個耦合階段[9- 10],涵蓋縣、市、省、城市群等多個尺度,總體呈現(xiàn)從理論到實證、靜態(tài)到動態(tài)的趨勢。

新疆作為絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū),生境脆弱,城鎮(zhèn)化相對滯后。近年來,隨著國家“一帶一路”生態(tài)文明建設的實施,新疆加快了城鎮(zhèn)化發(fā)展進程,但低水平的生態(tài)文明質量給新時代核心區(qū)新型城鎮(zhèn)化建設帶來嚴峻的挑戰(zhàn)[11]。在國家推進綠色城鎮(zhèn)化和優(yōu)化“一帶一路”城鎮(zhèn)化發(fā)展視角下, 探索絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展與生態(tài)環(huán)境間的交互耦合關系,促進城鎮(zhèn)化穩(wěn)步可持續(xù)發(fā)展,既是國內外學術界關注的熱點問題[12-15],又是實現(xiàn)新疆發(fā)展、社會穩(wěn)定和長治久安的重大戰(zhàn)略選擇。本文綜述了絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境特征及二者間的交互耦合規(guī)律,對未來研究進行展望,以期為區(qū)域性城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合研究提供科學參考。

1 絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境特征

1.1 絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化特征

中國城鎮(zhèn)化進程已經(jīng)由滯后向冒進轉變,未來應更加注重城鎮(zhèn)化質量。絲綢之路經(jīng)濟帶核心城市發(fā)展趨勢與中國大環(huán)境城鎮(zhèn)化發(fā)展步伐一致[16]。新疆的綠洲分布、聚居特征、資源稟賦等條件決定了城鎮(zhèn)化過程的復雜性和特殊性。一方面是空間上呈現(xiàn)點、區(qū)、面和集群分布的特點,形成“一圈三帶”的格局,表現(xiàn)為“北高南低、西高東低”的趨勢。城鎮(zhèn)化進程經(jīng)歷了加速發(fā)展、緩慢發(fā)展、穩(wěn)步上升及轉型4個階段[17],2015年城鎮(zhèn)化率達到47.23%[18],城鎮(zhèn)化水平上升。另一方面在于兵團城鎮(zhèn)化具有戍邊型、經(jīng)濟型的發(fā)展模式,城鎮(zhèn)化水平呈遞增態(tài)勢,但其區(qū)域差異明顯,城鎮(zhèn)規(guī)模小,現(xiàn)有行政體制阻礙了城鎮(zhèn)化發(fā)展[19]。

唐兵[20]、張振龍等[21]通過核密度模型分析認為,北疆地區(qū)城鎮(zhèn)形成以首府都市圈和沿鐵路線分布的格局,凝聚力強,內部極化程度擴大,城鎮(zhèn)化水平和增速屬于“高-高”和“高-低”型,但其工業(yè)化滯后于城鎮(zhèn)化水平,資源開采與農業(yè)經(jīng)濟對城鎮(zhèn)化的驅動作用不協(xié)調。南疆地區(qū)城鎮(zhèn)化水平低,城鎮(zhèn)化水平和增速多屬“低-高”和“低-低”型,相對差距具有明顯的“雙峰”特征[22]；其城鎮(zhèn)功能類同,內部集聚差異小,處于分散發(fā)展狀態(tài),城鎮(zhèn)化質量不高[23]。核心區(qū)城鎮(zhèn)化動力也經(jīng)歷了以政府為主導的單一因素向政策扶持、經(jīng)濟發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結構調整多元化動力的轉變,但不合理的產(chǎn)業(yè)結構及資金和人才的匱乏仍是制約城鎮(zhèn)化實力提升和城市群發(fā)展的重要因素[24],由此帶來的環(huán)境問題也不可小覷[25]。因此,核心區(qū)城鎮(zhèn)化的一系列傳統(tǒng)政策和取向需依據(jù)城市特色進行重構,新時期的城鎮(zhèn)化進程應關注質量而并非速度[26]。未來城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略重點應放在重塑城鎮(zhèn)化發(fā)展動力,重視生態(tài)環(huán)境保護,強化城鄉(xiāng)經(jīng)濟支撐體系,優(yōu)化城市網(wǎng)絡結構和提升城市發(fā)展質量等方面。

1.2 絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)生態(tài)環(huán)境特征

生態(tài)環(huán)境是經(jīng)濟、社會發(fā)展的基礎,人類生活和發(fā)展的基本條件[27]。城鎮(zhèn)化引發(fā)的生態(tài)環(huán)境問題表現(xiàn)為復雜性和階段性,不僅在于單因子因素(水、土、氣、生),更多表現(xiàn)為城市的“流”、“網(wǎng)”、“序”被破壞而導致整個生態(tài)系統(tǒng)機構功能變異和喪失。同時,城鎮(zhèn)化發(fā)展階段出現(xiàn)的各種生態(tài)環(huán)境問題,如土地的過度開發(fā)利用、大氣和噪音污染、水資源的過量消耗和交通堵塞交互作用,關系錯綜復雜[28]。

新疆氣候干旱,綠洲面積小,植被覆蓋率低,生態(tài)環(huán)境脆弱且敏感性高,承載力較低。北疆環(huán)境優(yōu)于南疆,降水多,森林、礦產(chǎn)資源相對豐富；王亞敏等[29]基于綜合指數(shù)法認為該地區(qū)生態(tài)環(huán)境為一般或良好水平；城鎮(zhèn)化進程中居民和交通用地所占比重大,重點區(qū)域空氣復合型污染仍然突出[30- 31]。南疆地區(qū)自然環(huán)境嚴酷,自然災害頻發(fā),水資源的不合理利用導致部分河流斷流、湖泊萎縮,水生態(tài)環(huán)境破壞嚴重。綠洲分布于荒漠邊緣且受風蝕流沙威脅,土地資源稀缺。雖然近年來采取了許多環(huán)境改善措施,生態(tài)環(huán)境有好轉,但狀況仍不樂觀[32-33]。

2 絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合關系

2.1 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境雙系統(tǒng)間的交互耦合

絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展過程對區(qū)域生態(tài)環(huán)境必然產(chǎn)生一定影響,而其全過程也同時受到生態(tài)環(huán)境不同程度的約束[34]。沿線城市人口集中、用地擴展、文明擴散等構成絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中的發(fā)展圈,水、土壤環(huán)境、大氣和生物等就形成了城鎮(zhèn)化發(fā)展過程中的限制圈,整個城鎮(zhèn)化過程的實質就是發(fā)展圈與限制圈相互作用、相互脅迫,由低級協(xié)調共生向高級協(xié)調發(fā)展的螺旋式上升的過程[35]。

學者們主要基于綜合評價指標體系、耦合模型、PSR模型、灰色系統(tǒng)模型和脈沖響應函數(shù)等方法定量研究了絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的耦合關系,認為兩個系統(tǒng)的耦合協(xié)調度由失調向協(xié)調轉換,空間上為北疆基本協(xié)調、南疆基本協(xié)調-生態(tài)環(huán)境滯后；二者的交互耦合模式以磨合、拮抗型為主,總體上是一種在交互脅迫中相互促進的動態(tài)耦合[36- 41]。王亞敏等[29]基于“協(xié)調度模型”認為北疆地區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調度呈現(xiàn)“下降-波動上升-下降的趨勢,二者的關系總體上為不協(xié)調。安瓦爾·買買提明等[42]采用關聯(lián)度和耦合度模型分析得出南疆地區(qū)城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合關系復雜,可分為高等與中等兩種耦合類型,其中經(jīng)濟城鎮(zhèn)化、人口基礎設施是脅迫生態(tài)環(huán)境的主要因子,而資源、能源、生態(tài)條件對城鎮(zhèn)化的約束顯著；許圓圓等[33]基于“PSR理論”認為南疆城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境綜合發(fā)展水平有所提高,二者的協(xié)調發(fā)展度由“瀕臨失調城鎮(zhèn)化滯后型”演變?yōu)椤俺跫墔f(xié)調生態(tài)環(huán)境滯后型”,但仍然是低層次的一種協(xié)調。

2.2 城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)之間的交互耦合

2.2.1城鎮(zhèn)化與水資源間的交互耦合

水資源是綠洲城鎮(zhèn)發(fā)展最基礎的因素,對城鎮(zhèn)化既有限制又有促進作用[43]。城鎮(zhèn)化過程發(fā)展過快,但缺乏相應的基礎設施建設時,往往會采取一些非可持續(xù)發(fā)展的方式開發(fā)利用水資源[44],長期以往必然導致水資源嚴重短缺和水環(huán)境惡化[45],此時水資源對城鎮(zhèn)化進程的“尾效”效應就會凸顯。因此,如何協(xié)調綠洲地區(qū)不同城鎮(zhèn)化水平與水資源約束效應間的關系成為人們探索與解決的現(xiàn)實問題[46]。

新疆水資源匱乏,城鎮(zhèn)化進程中普遍存在水資源浪費現(xiàn)象,而小城鎮(zhèn)尤為突出[47]。城市用水量、城市廢水產(chǎn)生量及水資源利用效率等必然對未來城市發(fā)展產(chǎn)生深刻影響[48-49]。在一定程度上,人口聚集對絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城市水資源的開發(fā)利用產(chǎn)生影響,沿線城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展使大量人口集聚于中心城市,引起總用水量增大,缺水量加劇[50-51]。Yang等[52]基于協(xié)調發(fā)展模型認為新疆流域城鎮(zhèn)化發(fā)展與水資源利用效率不一致。底陽陽等[53]以熵權法為基礎認為新疆城鎮(zhèn)化與水資源系統(tǒng)間的響應表現(xiàn)為二者的約束與優(yōu)化作用,水資源可推動城鎮(zhèn)化發(fā)展,但當用水規(guī)模增加、水體污染加劇,超出一定界限就會對城鎮(zhèn)化產(chǎn)生阻礙,體現(xiàn)在水資源利用負荷和管理上；二者間的耦合關系呈現(xiàn)出“勉強協(xié)調發(fā)展階段-中級協(xié)調發(fā)展階段-良好協(xié)調發(fā)展狀態(tài)”,協(xié)調水平不斷提高。聶春霞等[54]基于系統(tǒng)動力學理論認為新疆水資源只對短時期的低速和高速城鎮(zhèn)化有效,而中速城鎮(zhèn)化才有利于經(jīng)濟社會和生態(tài)環(huán)境用水的良性發(fā)展。面對水資源對城鎮(zhèn)化發(fā)展的制約作用可通過調整地區(qū)產(chǎn)業(yè)結構、推廣農業(yè)用水、改良用水工業(yè)、提高用水效率、加強水資源環(huán)保意識等措施來促進城鎮(zhèn)化的良性發(fā)展[55]。

2.2.2城鎮(zhèn)化與土地資源和土地利用間的交互耦合

土地資源既是城鎮(zhèn)化的基礎,也是其制約因素之一,兩者存在互動互饋的關系[56]。土地資源和利用的可持續(xù)性已成城鎮(zhèn)化和區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的重要助力[57],而快速城鎮(zhèn)化過程中城鎮(zhèn)用地的擴展也會引起土地利用結構不合理、土地生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性減少、城市土壤理化性質變化等問題,降低土地生態(tài)功能[58]。

近年來,絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)在城鎮(zhèn)化進程中仍然存在土地利用、規(guī)劃不合理、可利用土地資源銳減現(xiàn)象。鄭飛等[59]認為隨著城鎮(zhèn)化水平的提高,新疆城鎮(zhèn)土地利用變化愈加劇烈,二者的耦合系數(shù)呈先上升后下降的趨勢。城鎮(zhèn)化與土地利用集約程度相互影響,二者的發(fā)展呈現(xiàn)出非同步性,其耦合協(xié)調關系有明顯的地域性[60]。Qi和楊宇等[61- 62]基于ESDA模型發(fā)現(xiàn)新疆城鎮(zhèn)化與土地利用效率具有明顯的空間聚集,二者的協(xié)調發(fā)展度呈現(xiàn)紡錘體結構,協(xié)調發(fā)展類型可分為5類,其中同步協(xié)調型較少,而其他類型城鎮(zhèn)分布均勻。古麗美合日·阿巴斯[63- 64]認為南疆城鎮(zhèn)化與耕地資源的協(xié)調度由不協(xié)調變?yōu)榛緟f(xié)調,逐漸向良性演變；與土地利用效益間的耦合度較低,為低水平耦合和磨合狀態(tài)。也有學者研究了南疆單一城市城鎮(zhèn)化與耕地資源的關系,發(fā)現(xiàn)庫爾勒市二者的協(xié)調度在1990—2002年為基本協(xié)調-調和-不協(xié)調,2003—2012年為勉強調和-調和-較協(xié)調；而阿克蘇市1990—2014年間城鎮(zhèn)化與耕地資源的協(xié)調程度分為3個階段,行政區(qū)劃變更和農業(yè)技術的提高使二者始終處于基本協(xié)調-不協(xié)調更迭變化的狀態(tài)[64- 65]。

2.2.3城鎮(zhèn)化與氣候間的交互耦合

快速城鎮(zhèn)化增加了大氣環(huán)境安全的風險,在特大城市往往存在嚴重空氣污染,其后果嚴重影響了全球氣候環(huán)境且危害人體健康,降低城鎮(zhèn)居民的生活質量[66- 67],長期以往將嚴重阻礙城鎮(zhèn)化進程的發(fā)展,而掌握城鎮(zhèn)化與大氣環(huán)境間的耦合規(guī)律對二者的協(xié)調發(fā)展和保護措施的制定具有借鑒作用。

隨著絲綢之路經(jīng)濟帶核心城市的城鎮(zhèn)化大力發(fā)展,一方面空氣污染已成為該區(qū)域最為嚴重的環(huán)境問題之一?？焖俚某擎?zhèn)化已對大氣產(chǎn)生脅迫,2005—2014年隨城鎮(zhèn)化發(fā)展,大氣中污染物含量增加了10倍左右,SO2、NO2、粉塵的濃度增加,霧霾天氣頻發(fā),大多數(shù)城市空氣質量下降[33]。馮剛[68]研究了城鎮(zhèn)化與大氣污染間的關系,發(fā)現(xiàn)大氣污染綜合指數(shù)隨城鎮(zhèn)化提高而上升,兩者的耦合度呈下降趨勢,北疆城市低于南疆城市;而耦合協(xié)調度呈上升趨勢,北疆城市高于南疆城市。與此同時,經(jīng)濟城鎮(zhèn)化與SO2的相關性較大,南疆城鎮(zhèn)化與PM10關系密切。安瓦爾·買買提明等[69]發(fā)現(xiàn)阿圖什市城鎮(zhèn)化與大氣污染間呈“N”曲線關系,污染物以總懸浮微粒為主。另一方面,城鎮(zhèn)化改變了城市下墊面性質、人口與建筑物密度及建成區(qū)面積,進而改變小區(qū)域空氣對流。貢璐[70]認為烏魯木齊熱島效應與上述因子的分布格局具有較好的一致性,城市熱溫場與建筑密度呈正相關,人為熱是強熱島區(qū)域面積變化的首要因素。

2.2.4城鎮(zhèn)化與能源消耗與碳排放間的交互耦合

城鎮(zhèn)化、能源消耗和碳排放間長期存在均衡關系,三者的互動耦合分析可得出城鎮(zhèn)化與能源消耗和碳排放間存在密切關聯(lián),能源利用效率對城鎮(zhèn)化的影響及其反饋效應關系到城鎮(zhèn)化的發(fā)展趨勢[71]。絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)資源開發(fā)與城鎮(zhèn)體系演變密切相關,特別是促進了天山北坡地區(qū)城市發(fā)展[72],在能源匱乏的背景下,城鎮(zhèn)化發(fā)展勢必造成其與能源消耗間的矛盾日益尖銳。

城鎮(zhèn)化水平與能源消費增長和碳排放量之間長期呈現(xiàn)Granger關系,城鎮(zhèn)化水平占GDP比重變化1%,碳排放總量相應的就會在相同方向變化1.516%；城鎮(zhèn)化水平提高1%,能源消耗增加4.407%,而能源消費增長1%,城鎮(zhèn)化水平僅增加0.195%,城鎮(zhèn)化對能源消耗的影響要大于能源消費對城鎮(zhèn)化的反作用[73- 74]。對新疆碳排放影響因素的研究發(fā)現(xiàn),城鎮(zhèn)化過程、經(jīng)濟與工業(yè)的快速增長是驅動能源消耗和碳排放的主要因子,一方面是因為其增加了居民對生活型能源消耗的需求,另一方面是基礎設施的增加推動了能源消耗總量的增加[75- 76]。但在引入一些限制因素研究二者關系時,發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化有利于高收入地區(qū)的碳減排,對低收入地區(qū)則產(chǎn)生相反的影響。在貫徹節(jié)能減排和綠色發(fā)展理念下,絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)必須加快產(chǎn)業(yè)升級的步伐,推廣綠色低碳新能源,協(xié)調好能源-經(jīng)濟-碳排放間的關系。

2.2.5城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性間的交互耦合

自工業(yè)革命以來,城鎮(zhèn)化在世界范圍內得到迅猛發(fā)展,但城鎮(zhèn)化和工業(yè)化的超閾值發(fā)展嚴重威脅森林、草原、濕地等生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[77- 79],尤其是城鎮(zhèn)化進程中的土地開發(fā)、土地復墾、土地覆蓋等變化對生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性有極大的壓力和影響[80]。所以,對城鎮(zhèn)化與生態(tài)系統(tǒng)耦合規(guī)律的認識有利于對二者耦合機理進行更深入的研究。

絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)位于生態(tài)環(huán)境極度脆弱帶,城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展,沿線許多城市片面追求短期經(jīng)濟效益,進行土地復墾、資源過度開發(fā)、無節(jié)制放牧,增大了城市和生境接觸面,降低了生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,生物多樣性受到嚴重威脅[81]。近20年核心區(qū)人口密度增加,城鎮(zhèn)化發(fā)展加劇了城市景觀格局破碎化、降低了優(yōu)勢度,壓縮了生物生存空間、人工林代替原有林地,影響鳥類和野生生物的存在,破壞了生物多樣性[82]。Yan等[83]利用遙感和景觀指數(shù)發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化進程中綠地破碎程度增加,景觀結構的變化不利于本土動植物的生存。同時,城市與草地生態(tài)系統(tǒng)接觸面的增大,有害生物體增加,環(huán)境惡化,生物多樣性減少[84]。城鎮(zhèn)化的發(fā)展必然會加劇生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性,而脆弱的生態(tài)系統(tǒng)和生物多樣性的也會威脅到城鎮(zhèn)化的可持續(xù)發(fā)展。

3 研究展望

城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境雙系統(tǒng)耦合規(guī)律研究已成為可持續(xù)生態(tài)學關注的焦點,其有助于辨析二者間的增益或阻尼規(guī)律,可為城市病和資源環(huán)境問題的破解提供診斷方案。學者們對絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)城鎮(zhèn)化進程中存在問題及其與生態(tài)環(huán)境的關系進行了一定的研究,但仍存在一定不足：目前研究缺乏完整性,缺乏對規(guī)律的總結,未能形成完整的數(shù)據(jù)信息庫和知識體系；研究方法和理論創(chuàng)新不足,當前生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的構建多以“PSR”體系為主,未能考慮城市-環(huán)境雙系統(tǒng)復雜要素間的交互耦合機制；缺乏對城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境相互脅迫關鍵因子的甄別,對關鍵因子時空變化及閾值范圍的研究不足；對雙系統(tǒng)交互耦合機制的中長期預警研究匱乏,不能滿足城鎮(zhèn)可持續(xù)性發(fā)展和規(guī)劃的需求。絲綢之路經(jīng)濟帶核心區(qū)肩負著亞歐合作樞紐的重任,但生態(tài)系統(tǒng)的脆弱性決定了城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境關系的復雜性,深入研究核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境的耦合規(guī)律可為二者的可持續(xù)發(fā)展提供理論指導,有助于更好的發(fā)揮新疆在區(qū)域經(jīng)濟一體化中的區(qū)位優(yōu)勢。未來可考慮在以下幾個方面進行研究：

(1)建立核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)系統(tǒng)耦合關系的數(shù)據(jù)庫

大數(shù)據(jù)時代背景下,應該建立核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境成果可視化的數(shù)據(jù)查詢平臺,如基礎數(shù)據(jù)模塊、可視化與空間數(shù)據(jù)模塊、模擬分析模塊等。利用GIS、RS、可視化軟件、空間疊加技術對核心區(qū)長時間序列的水、土、氣、生與城鎮(zhèn)化相關的自然和人文因子進行大范圍的空間化和可視化處理,制作各種熱度圖、三維圖,以更加直觀的形式表達要素分布；進行多種假設條件下城鎮(zhèn)發(fā)展和環(huán)境作用的模擬演示,模擬和探索不同環(huán)境因子脅迫下城鎮(zhèn)化發(fā)展的最優(yōu)規(guī)模和形態(tài),探索城鎮(zhèn)化發(fā)展的最優(yōu)路徑,實現(xiàn)其演變的動態(tài)化；利用云計算、人工智能實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)的綜合處理和分析,提高研究數(shù)據(jù)的可應用性和價值,為實現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化和智慧城市的建設提供數(shù)據(jù)庫。

(2)注重核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)耦合作用研究

新型城鎮(zhèn)化建設更應注重探討城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境雙系統(tǒng)間的耦合作用,實現(xiàn)由單一要素耦合向多要素復雜系統(tǒng)耦合的轉變。在目前研究的基礎上應該引入城鎮(zhèn)化系統(tǒng)中的基礎設施、社會人文、創(chuàng)新和政策因子及生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中的生態(tài)、氣候和環(huán)境因子,用多系統(tǒng)耦合模型構建多因子尺度及系統(tǒng)尺度相互脅迫和耦合關系,注重判定子系統(tǒng)、雙系統(tǒng)間的耦合過程、階段和類型,明確保障性因子和輸入性因子與城鎮(zhèn)化發(fā)展間的交互作用,實現(xiàn)人與水、土、氣、碳關系協(xié)調發(fā)展,提高人居環(huán)境、基礎設施和城市管理。

(3)開展核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)各因子閾值范圍研究

現(xiàn)階段應模擬不同模式、情景下城鎮(zhèn)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)各因子的閾值,根據(jù)已獲得的城鎮(zhèn)化與生態(tài)環(huán)境耦合模型和規(guī)律,重新構建不同發(fā)展階段、不同行政區(qū)劃、不同城市布局下多因素、關鍵因素與城鎮(zhèn)化相互作用的耦合模型；利用計算機仿真技術運算各種臨界條件下關鍵環(huán)境因子最適宜的載荷數(shù)值及與之相適應的城鎮(zhèn)化規(guī)模,建立相應的數(shù)學模型并用現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行檢驗與修正,提高模型的精準程度,同時根據(jù)核心區(qū)發(fā)展規(guī)劃,對中長期城市發(fā)展模式和環(huán)境進行反復模擬,求解二者的臨界數(shù)值,使其能夠為核心區(qū)城鎮(zhèn)化的長期發(fā)展與規(guī)劃提供可信的參考閾值。

(4)加強核心區(qū)城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境問題的預警研究

城鎮(zhèn)和環(huán)境問題的可判性和預測性能提高引導措施的合理化程度,當前缺乏對兩系統(tǒng)預判機制的探討。應當定量表達城鎮(zhèn)化和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)間相互約束和促進作用,界定二者影響程度的大小和階段；利用生態(tài)系統(tǒng)供求模型評價城市生態(tài)系統(tǒng)的安全程度和脆弱性,采用經(jīng)典統(tǒng)計和貝葉斯統(tǒng)計結合的方法對各地州生態(tài)環(huán)境問題出現(xiàn)的概率、類型、及其程度進行分析和預測；構建預警模型,確立能反映城市風險和環(huán)境問題的預警指標,并對預警指標進行等級劃分,以便對城鎮(zhèn)化進程中的生態(tài)問題進行動態(tài)分析和及時預警。