城市复合生态系统人与自然耦合机制与调控方法

Cities, the social-economic-natural complex ecosystems dominated by human, currently are confronted with greater challenges of recourse inefficiency, environmental pollution, traffic congestion and residential environment deterioration. The investigation of the coupling relationships and mechanism between human and nature in cities is the essentials for urban sustainable managements. This project, based on massive data analysis, model simulation and scenario analysis, would select the cities with different types and sizes in different regions as cases, to examine variation trends of the interaction between their environment and social economic development, to assess the capacity of supporting and maintaining urban social and economic development by physical environment and ecosystem services, to identify the coupling ways of human and nature, and to analyze dynamic features of the thresholds, feedbacks and time-lag of the coupled system. Then, model of coupled human-nature system will be built. At last, we would explore the ecological management and planning methods for ecological land, eco-environmental infrastructure and urban ecological specific planning for the purposes of optimizing urban structure and pattern, improving resource efficiency, and enhance ecosystem services.

城市是以人为主体的社会－经济－自然复合生态系统，目前正面临资源效率低下、环境污染、交通拥挤、人居环境恶化等严峻挑战，研究城市人与自然耦合关系是促进城市可持续管理的科学基础。本项目将选择不同类型、区域和规模的城市，通过多数据源挖掘、模型模拟与情景分析，研究我国城市社会经济发展与生态环境关系的变化趋势；分析人类活动对城市格局、生态过程与功能的影响及其生态环境效应，评估城市自然环境、生态服务功能对社会经济发展的支撑作用；研究城市社会经济活动与生态环境的相互作用与反馈机制，明确城市人与自然耦合的方式，分析耦合系统的阈值、反馈、时滞特性，建立城市人与自然耦合测度指标与模型；探讨城市生态用地和生态环境基础设施的规划方法，以及城市生态专项规划的理论与方法，提出优化城市结构与格局、提高资源利用效率、增强生态功能的生态管理政策与措施，为城市生态管理提供理论基础和科学方法。

在项目五年执行期内，通过建立碳排放核算计算器，核算中国的能源消耗碳排放和贸易隐含碳排放，明确了我国典型城市化石能源消耗和碳排放与城市社会经济发展水平的关系，在城市尺度开展了减排路径研究并进一步探讨了气候变化对人类生活的影响。课题构建了城市复合生态系统物质代谢模型，开展了中国典型城市氮代谢变化特征分析，探究了城市典型物质代谢过程与生态环境耦合机制研究，并从氮代谢和污染的角度分析了城市生态系统食物与水资源可行性消费评估。城市生物多样性及与环境和人类社会系统的关系，分析了北京市空气细菌群落的季节特征、空气病原细菌季节分布、沙尘暴、秋冬季雾霾和大气环境对对空气细菌群落的影响；以北京市和深圳市为例，研究城市公园绿地鸟类群落特征极其与人类活动和景观格局的关系。在人类活动对环境、资源、生态系统的影响方面，研究以北京市大气为切入点，从人类活动影响方面，分析了北京市主要空气污染物的时空格局，并分析了中国生态地理区城市水资源利用效率特征、城市绿地建设水平的区域差异及影响因素，探讨了我国城市化速度与污染排放差异的影响你因素。.这些研究揭示了在城市人与自然耦合系统中，人类社会经济系统和自然生态环境资源系统系统的相互作用。在此基础之上，项目围绕绿色发展的概念，建立城市绿色发展评估指标体系，对我国286个地级以上城市进行了绿色发展评估，并对城市未来绿色发展提出了建议。最后，项目以城市GEP、协调性、整体性、资源利用效率、绿色发展指数等为突破口，项目综合分析了城市自然与社会经济耦合过程的机制及其复杂性特征，明确城市人与自然耦合系统管理切入点与途径。研究建立了基于人与自然耦合关系的城市生态智能管理系统IUEMS（包含软件和网络平台，已获得软件著作权并在深圳等城市开展了应用），通过情景分析和模型模拟，提出城市复合生态系统人与自然耦合管理措施和调控策略，建立了城市生态智能管理系统、城市生态专项规划方法、城市生态红线划定方法、城市生态修复区划方法等，提出了优化城市格局、提高资源利用效率、增强城市生态功能的城市生态管理和绿色发展的政策和技术建议，在深圳市、澳门特别行政区和北京市等典型城市得到应用。