專利名稱：一種基于能值分析的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指數(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于城市生態(tài)評價、規(guī)劃與管理領(lǐng)域，尤其涉及城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指 數(shù)。本指數(shù)適用于從生物物理層面反映城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，揭示城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 與功能特征。
背景技術(shù)：
城市歷來是人類社會財富的主要創(chuàng)造者、擁有者和消費(fèi)者，它既是人類生存的主 要場所，又是人類發(fā)展的重要基地。工業(yè)革命后，城市更是成為國家(區(qū)域)的政治中心、 經(jīng)濟(jì)中心、科技中心、信息中心、文化中心等。毋庸置疑，城市對于推動人類社會進(jìn)步發(fā)揮著 不可替代的作用，保持城市生態(tài)系統(tǒng)健康對實(shí)現(xiàn)人類社會可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。然而，伴隨 著城市化進(jìn)程中的急劇經(jīng)濟(jì)增長、高度工業(yè)化、大規(guī)模資源消費(fèi)和能源利用等問題，城市逐 漸成為各種生態(tài)環(huán)境問題的高發(fā)區(qū)，城市生態(tài)系統(tǒng)健康受到嚴(yán)重威脅。在此情勢下，構(gòu)建適 宜的指標(biāo)體系以系統(tǒng)診斷城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，提出適宜的城市健康發(fā)展方向和管理措 施的研究，對于緩解城市生態(tài)環(huán)境壓力、實(shí)現(xiàn)城市安全發(fā)展具有重要意義。城市生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況取決于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)，而城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功 能特征又可以通過各種生態(tài)流來系統(tǒng)反映。因此，如何尋求一種普適性物理量來科學(xué)度量 城市生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)、能量、信息、資金、人口等各種生態(tài)流，統(tǒng)一表征城市生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多 樣的結(jié)構(gòu)與功能特征，探求某種共性的、本質(zhì)性的內(nèi)在驅(qū)動機(jī)制，就成為城市生態(tài)系統(tǒng)健康 研究的關(guān)鍵問題。由于能值分析方法搭建了生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)的聯(lián)系橋梁，提供了對各種生 態(tài)流進(jìn)行綜合分析的統(tǒng)一平臺與標(biāo)準(zhǔn)，利用其構(gòu)建相應(yīng)健康指標(biāo)將有助于從物質(zhì)能量代謝 層面了解城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。目前關(guān)于城市生態(tài)系統(tǒng)健康的評價指標(biāo)體系多是從城市生態(tài)系統(tǒng)所包含的各要 素出發(fā)來構(gòu)建的。例如，從社會、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境子系統(tǒng)出發(fā)，選擇能反映各個子系統(tǒng)健康狀況的 指標(biāo)組成評價指標(biāo)體系；從生態(tài)用地、農(nóng)業(yè)用地、生產(chǎn)與生活用地出發(fā)，構(gòu)建相應(yīng)的指標(biāo)體 系；從人群健康、城市基礎(chǔ)設(shè)施、環(huán)境質(zhì)量、家居與生活環(huán)境、社區(qū)作用及行動等方面著手建 立城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系。這些評價指標(biāo)雖然綜合考慮了社會、經(jīng)濟(jì)、自然等諸多 因素，但歸根到底，它們從分別描述不同要素的要求出發(fā)，將在物理意義上具有本質(zhì)差異的 各個指標(biāo)進(jìn)行綜合，來表征城市生態(tài)系統(tǒng)外在的直觀狀態(tài)。忽視不同性質(zhì)指標(biāo)間的差異而 將其硬性綜合在一起的做法，將對城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價的科學(xué)性產(chǎn)生一定影響。以生物 物理量作為統(tǒng)一度量標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建由同性質(zhì)指標(biāo)組成的健康評價指數(shù)，必然有助于系統(tǒng)全面 地分析城市生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)在特征與隱含驅(qū)動機(jī)制。但經(jīng)廣泛檢索，鮮見基于能值分析而構(gòu) 建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指數(shù)的專利或其他公開資料。因此，在認(rèn)識到現(xiàn)有城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標(biāo)體系在科學(xué)性、合理性方面的局 限之基礎(chǔ)上，鑒于能值可作為衡量社會經(jīng)濟(jì)和自然系統(tǒng)共同尺度的特性，特引入能值分析 到城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價中，建立基于能值的城市生態(tài)系統(tǒng)健康指數(shù)(命名為城市生態(tài)系 統(tǒng)健康能值指數(shù))。本指數(shù)將重點(diǎn)從物質(zhì)能量代謝角度揭示城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征及其與環(huán)境相互作用的模式，從生物物理層面反映城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況，有助于城市生 態(tài)系統(tǒng)健康評價理論與方法體系的進(jìn)一步完善。

發(fā)明內(nèi)容
能值意指“一流動或儲存的能量所包含的另一種類別能量的數(shù)量”，在實(shí)際使用過 程中以太陽能值為標(biāo)準(zhǔn)來衡量不同類別不同能質(zhì)的能量的真實(shí)價值和數(shù)量關(guān)系。它突破了 傳統(tǒng)能量分析中對存在質(zhì)與價值差異的不同類別能量難以加和與比較的壁壘，搭建起生態(tài) 學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)之間的橋梁，提供了對生態(tài)系統(tǒng)的各種生態(tài)流進(jìn)行綜合分析的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，也使 得基于生物物理視角構(gòu)建城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價指數(shù)得以實(shí)現(xiàn)。本指數(shù)以城市生態(tài)系統(tǒng)健康要素為框架，依據(jù)能值分析意義將適宜的能值指標(biāo)綜 合在一起，共同構(gòu)成反映城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況的評價指標(biāo)體系。本指數(shù)的特征在于將城 市生態(tài)系統(tǒng)視為一個能量系統(tǒng)，通過物質(zhì)能量流動將各子系統(tǒng)貫穿起來，利用能值指標(biāo)描 述城市生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能特征，適宜于從生物物理層面理解城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。與 常見評價指標(biāo)相比，城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)通過能值分析搭建起各個城市子系統(tǒng)間的聯(lián)系橋梁，對于尋求系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功 能特征的統(tǒng)一表征方式，以更深入地揭示城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在驅(qū)動機(jī)制具有重要意義；(2)通過能值指標(biāo)統(tǒng)一核算物質(zhì)、能量、信息等各種生態(tài)流，有助于探討城市生態(tài) 系統(tǒng)的能量等級、環(huán)境容納能力、生態(tài)經(jīng)濟(jì)效率等狀況，深入揭示城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能 特征及其與環(huán)境相互作用的模式；(3)通過引入能值分析到城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究中，有助于促進(jìn)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)、 城市生態(tài)學(xué)、生態(tài)熱力學(xué)等研究方法的整合，對推進(jìn)相關(guān)學(xué)科理論的交叉、創(chuàng)新和發(fā)展具有 積極作用。
具體實(shí)施例方式借鑒經(jīng)典的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價要素，結(jié)合城市生態(tài)系統(tǒng)特征及能值分析特 點(diǎn)，選擇活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、服務(wù)功能維持、與環(huán)境作用5個要素作為評價框架。依據(jù) 能值分析的基本程序，對城市生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行能值分析，得到能值指標(biāo)體系。再結(jié)合指標(biāo)相關(guān) 性分析及主觀經(jīng)驗(yàn)判斷，篩選出適宜的能值指標(biāo)納入到已建立的城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價框 架中，共同構(gòu)成城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)(表1)。本指數(shù)分為目標(biāo)層、要素層、指標(biāo)層，共 由5類、17項指標(biāo)構(gòu)成。表1城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)
4目標(biāo)層
要素層
指標(biāo)層
城市生態(tài)系 統(tǒng)健康能值 指數(shù)
組織結(jié)構(gòu)
能值密度
能值貨幣比
能值自給率
能值使用集約度
能值多樣性指數(shù)
可更新資源之人口承載密度
可更新資源與進(jìn)口資源之人口承栽密度
本土不可更新能值比率
廢棄物與可更新能值比
廢棄物與總能值比
環(huán)境負(fù)載率
人均能值
人均燃料能值
電力能值比
能值投資率
輸出輸入能值比
輸入能值與自有能值比
恢復(fù)力
服務(wù)功能維持
與環(huán)境作用依據(jù)構(gòu)建的城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)，結(jié)合適宜的數(shù)據(jù)處理方法，如層次分析 法、加權(quán)求和法、模糊評價法、集對分析法等，即可以計算出指數(shù)值，從而反映城市生態(tài)系統(tǒng) 健康狀況。實(shí)施示例以北京、上海、武漢、重慶、廣州等20個中國典型城市2005年情況為例，利用所建 立的城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)，結(jié)合集對分析方法，計算出相應(yīng)指數(shù)值反映各城市生態(tài) 系統(tǒng)相對健康狀況(表2)。結(jié)果顯示，2005年間，廈門、深圳、青島、上海等城市基于能值指 標(biāo)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平較高，哈爾濱、銀川、武漢、北京等城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平較低， 其他城市生態(tài)系統(tǒng)健康水平則為中等。表2 20個中國典型城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)
權(quán)利要求
城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)，其特征在于鑒于能值可作為衡量社會經(jīng)濟(jì)和自然系統(tǒng)共同尺度的特性，特引入能值分析到城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價中，建立城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)，從活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、服務(wù)功能維持、與環(huán)境作用5個方面反映城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。本指數(shù)通過能值分析統(tǒng)一核算城市生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)、能量、信息等各種生態(tài)流，適用于從物質(zhì)能量代謝角度揭示城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征及其與環(huán)境相互作用的模式。
全文摘要
本發(fā)明引入能值分析到城市生態(tài)系統(tǒng)健康評價研究中，統(tǒng)一核算城市生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)、能量、信息等各種生態(tài)流，并構(gòu)建了相應(yīng)的城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)以從生物物理層面描述城市生態(tài)系統(tǒng)健康結(jié)構(gòu)與功能特征。城市生態(tài)系統(tǒng)健康能值指數(shù)以活力、組織結(jié)構(gòu)、恢復(fù)力、服務(wù)功能維持、與環(huán)境作用5個要素為框架，以17項能值指標(biāo)為內(nèi)核，分別針對各個要素反映城市生態(tài)系統(tǒng)健康狀況。本指數(shù)搭建起城市各子系統(tǒng)間的聯(lián)系橋梁，尋求到各子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能特征的統(tǒng)一表征方式，適用于從物質(zhì)能量代謝角度揭示城市生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能特征及其與環(huán)境相互作用的模式，有助于從生物物理層面探討城市生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)在驅(qū)動機(jī)制。
文檔編號G06Q90/00GK101964105SQ20101029714
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者楊志峰, 蘇美蓉, 陳彬 申請人:北京師范大學(xué)