文档介绍：城市生态环境演变趋势的集对分析预测研究
——以武汉市为例
李湘梅,周敬宣,陈雷,罗露琴
华中科技大学环境科学与工程学院,湖北武汉 430074
摘要:自然生态环境是城市社会经济健康发展的重要物质基础,生态足迹作为生态环境承载状态测度的指标,受到社会、经济、人口等多种因素的影响,表现出时空动态性和不确定性等特征,集对分析(SPA)为不确定性问题的建模提出一条新的思路。在对1988—2004年武汉市生态足迹及其社会经济影响因子时间序列分析的基础上,通过构建的集对分析动态模型,对武汉市2005—2020年总生态足迹发展趋势进行了预测。研究结果表明,2005—,呈现出低于GDP和生态效率增长速率的趋势,但生态环境将进一步恶化,对此就武汉市生态系统的发展提出了对策与建议。最后,指出SPA动态模型为城市生态系统预测研究提供了一种可行的解决方案。
关键词:城市生态环境;生态足迹;集对分析;动态模型;武汉
中图分类号: 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2007)01-0083-06
自然生态环境是城市社会经济健康发展的重要物质基础。生态足迹作为生态环境承载状态测度的指标,受到社会、经济、人口等多种因子的影响,表现出时空动态性和不确定性等特征。近年来,国内外学者对生态足迹问题作了大量的研究,在生态足迹动态化探索方面取得一定进展[1-4]。根据以往的研究可以看出,利用线性模型ARIMA对生态足迹进行时间序列分析的方法,并未考虑各种不确定性因素的影响。而回归模拟方法建立预测模型虽然具有理论严密、易于操作和对不确定性处理精确的优点,但其前提条件是将研究对象看成是一个宏观上不确定、微观上确定问题来处理,本质上是基于经典的微分数学方法来处理不确定性问题。而生态环境是由多因子动态连接而成的复杂系统,其影响因子间的确定和不确定特性处于系统的同一层次或不同层次中[5],使得研究对象表现出宏观上确定、微观上不确定的特征。因此,采用微分数学方法建立模型将研究对象影响因子间存在的不确定性问题转化为确定性来处理,将忽视或人为地消除不确定性信息。显然,采用这些数学建模方法来处理生态足迹动态化问题存在不全面的缺陷。
本文以武汉市为研究区域,在对其1988—2003年总生态足迹计量的基础上,将总生态足迹与其相关影响因子联系起来考虑,利用将确定性信息和不确定性信息包含在同一个系统中进行处理的集对分析方法(Set Pair Analysis, SPA),融合集对分析中的同异反模式识别的“择近原则”和聚类分析思想构造集对分析动态模型,对武汉市2005—2020年总生态足迹发展趋势进行预测。根据预测结果,分析生态环境状态与经济发展的动态关系,为政府相关部门制定城市总体规划决策提供一种新颖、有效的分析手段。
1 集对分析简介及其动态模型
集对分析是由我国学者赵克勤1989年提出的一种关于确定、不确定系统同、异、反定量分析的系统分析方法[6]。其实质是一种新的不确定性理论,从同、异、反3方面来研究事物之间的确定性和不确定性,全面刻画事物之间的联系和转化。集对分析自提出以来,已经在评价、管理、人工智能和预测等领域得到了广泛的应用[7-9]。
集对分析简介
集对分析的基本概念是集