城市生态系统的系统分析

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（2）功效辨识：城市生态系统辨识的第二步 是系统功效辨识，即辨别城市的生产功能、 生活功能和还原自净功能等的高低和效益 的好坏。生产功能常以经济效益来衡量； 生活功能反映城市的生活质量，包括居民 的收入水平、供应水平等；城市的还原自 净功能包括污染消除效应、生物效应、地 学效应等。
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（3）过程辨识：对城市生态系统进行辨识，不仅
因此，长期以来，城市生态系统分析的最优目标 就是实现城市总体的最优规划、建设和管理。
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城市生态系统评估与优化的常用方法
一、专家评估法 以专家为取得信息的源泉，组织各有关领
域的专家，运用其经验和专业知识，对城 市生态系统的过去和现在进行综合分析， 对发展远景作出推断。 其最大优点是在缺乏足够数据资料的情况 下，可以对城市生态系统的发展前景作出 推断。
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6．系统分析结果的应用 模型试验得到的结果仅仅是一种主观认识，
应付诸实践应用以检验其是否符合客观实 际。只有在实际应用中才能最终判断模型 的预测是否准确，模型的诊断和评价是否 合理，模型提出的方案是否可行。系统分 析结果的应用可使人们对系统的认识进一 步加深，并促进对原有的系统模型作进一 步的更新和修正。
对于城市这个巨大的复杂系统，如果不使 用强有力的分析手段，是不可能进行分析 处理的，故系统分析已成为城市生态系统 研究中的重要手段。
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第一节 城市生态系统分析的步骤
对一个城市生态系统进行系统分析，首先要确定 此系统的范围，
接着就是辨识系统结构组分， 选择一套观察分析的指标， 收集这些指标的数据， 用一定的方法对这些数据进行分析， 最后对分析结果加以评判，从而得到该城市生态
数学模型，是在研究真实系统掌握大量统计数据
的基础上，找出系统组分间的数量变动关系，并 通过数学语言将这些关系表达出来；
仿真模型，是通过进一步地改变系统参数观察系
统的响应，推测系统组分间相互的动态关系。
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数学模型和仿真模型都要通过大量的运算， 计算机普及之后，一些复杂的数学运算都 可由计算机完成，此类模型已逐渐成为城 市生态系统分析中最常用的模型。城市生 态系统建模是城市生态系统分析的核心。
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一、建模步骤 1.建立原因环图 原因环图即系统成分及其结构联系图。系 统成分用自然语言标记加以鉴别，彼此间 用箭头联系起来，箭头指向按照各因子的 因果方向划出。系统的原因环图结构是更 详细的模型框图的基础。
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2．分析函数关系 在原因环图中，只鉴别出系统成分之间的
相互联系，没有给出它们的函数关系。建 立模型必须知道这些函数关系，如必须确 定两个输人量相加还是相乘的关系或更复 杂的关系，确定关系后，各关系及参数、 初始值、中间值均要定量化。
（5）腹地：主要以原材料供应地及产品销售 市场划界，包括华东地区及长江沿岸地区 原材料供应地及产品销售地。
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2．系统辨识 系统辨识包括系统结构组分辨识、功效辨
识和过程辨识（王如松，1988）。 （1）组分辨识：城市生态系统中结构组分辨
识主要包括环境辨识、资源辨识、人口及 人类活动辨识、土地利用强度辨识等。
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表9—2中第一行所表示的食用菌培养 亚系统
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（三）系统动力学模型
系统动力学模型（简称SD模型）适 用于解决复杂大系统的模拟问题，从 原理上来说是一组变微分方程组在计 算机上的模拟解，其建模步骤如图9一 5所示。
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1. 长兴岛SD模型 2．北京城市 SD模型 在确定变量集和选择指标时，采用了
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显然，投入产出分析表能比较直观而全面 地反映一个农业生态工程的经济特征。这 些基本的经济特征是进一步做好系统分析 的基础。例如，我们可以很容易地从投入 产出表中得出一个农业生态工程的各种产 品的价值构成，各亚系统的中间产品率和 最终产品率，最终产品的构成，各产品的 原料消耗、成本和利润，通过该表还可以 进一步分析原材料和产品价格变动与工资 提高之间的相互影响。
系统现状的描述。其步骤如图9一1所示。
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1.边界确定
边界确定包括对所研究系统性质的确定和范围的 确定。
确定研究系统的性质是系统分析的起点；系统范 围可以按研究目的、经费来源和有关部门的要求 以及相关单位的协同情况来选定研究的区域，划 定一定的边界。
城市生态系统的边界划分必须是管理上或地理上 有明确定义的，如按区域生态划分、按行政界限 划分、按物资集散关系划分。一般来讲，把自然 地理联系以及社会经济联系较为密切的地区或一 个城市的市区和市郊成在一起较为合理。
究对象，将系统科学的思想、生态学的理 论以及城市规划融为一体，去评价、解释 和规划城市复杂的系统关系。基本工作程 序为界定问题、筛选变量、建立模型、宏 观模拟、系统行为总体解释与评价、系统 决策、政策试验和优化选择等八个步骤 （王如松，1988）。
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（五）可能一满意度模型
北京环保所吴峙山、赵彤润等在1987年运 用可能一满意度模型评价北京东城分区的 城市生态现状和规划。
1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
5．运行
运行是对模型进行计算。模型的目的很少 通过一次运算就能达到，通常需要经过多 次的运行调试，从中了解系统及其响应效 果。
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6．检验和有效化
第九章 城市生态系统的系统分析
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城市生态学研究的核心是城市生态系统 的系统分析，即对城市生态系统内错综 复杂相互关系的辩证分析、预测与调整。
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系统分析除了继续依赖经验、实物模型等 传统手段外，越来越多地以数学和计算机 作为工具。
城市是一类极其复杂的人工生态系统，其 中各种社会、经济、自然因素通过各种功 能和反馈关系结成一个错综复杂的时空网 络。
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例如从不同的功能指标出发，可将上海城 市生态系统划分为如下不同的边界线或功 能范围：
（1）市中心区：由浦西中心城和浦东新区中 心城两部分组成。
（2）市区：由市中心区及其相邻的（如宝山、 闽行）二级城市（如金山、嘉定、松江） 组成。
（3）市行政区：以市区管辖范围划界，包括 市辖的各个区、县。
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（4）生态经济圈：以城市生态系统的物质能 量流动规律及社会经济联系密切程度划界， 包括上海市及邻省近沪各县。
收集到的数据要进行整理，应用适当的数学方法 对合理的数据进行处理和分析，以说明系统的现 状，并作出恰当的评价。
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5．建立模型 建立模型的目的是为了深入认识系统的结
构与功能，了解系统结构与功能的相互关 系及其影响因素，以便优化系统。系统分 析的模型可采用多种计算机语言进行程序 化，并在给定的条件下运行模型，获得系 统分析结果。通过参数、初始值和外部条 件的变化，模型可代表具有同类结构的不 同系统或不同管理策略。
要注意考察系统在空间上的纵横交错的联系，而 且还要注意研究系统在实践上发展变化的趋势和 规律。
任何系统都有其产生、发展和灭亡的过程。城市 生态系统的发展状况取决于系统中生态流的流通 状况、组分协调状况和自我调控能力的高低，若 这三个因素有不合理的状况存在，就可能导致系 统平衡的破坏，造成系统结构与功能的退化。故 过程辨识必须从生态流、生态协调及自我调控能 力等方面对系统进行分析。
在建立模型并进行了初始运算后，必须对 模型进行检验，以保证模型在结构上、行 为上、经验上及应用上的有效性，这种有 效化过程通常要对模型中的错误和误差加 以鉴别，需要对模型和公式进行部分修改。
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二、模型案例
（一）能量模型
图9—2是H．T．Odum(1983)描述的一个城市 的组分与其许多外部驱动函数的一般性模型。 通过合并各种函数（仅留主要驱动函数）， Zucchetto(1975)给出了迈阿密的模拟模型（图 9—3）。
Delphi法加以辅助，聘请了49位专家，经过 两轮调查研究后，确定了变量集。变量集 共分为6个子系统，即城市人口、城市用地、 工业、城市服务、政治文化和环境污染； 反馈环50个，包括24个正环和26个负环； 变量163个，方程351个（王如松，1988）。
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（四）灵敏度模型 德国法兰克福灵敏度模型以一个城市为研
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第二节 城市生态系统建模与案例
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模型按其与原型之间相似关系的特点可分为： 实物模型和抽象模型。前者是真实系统的放大或
缩小，但却具有和原型系统相似的形状或具有某 些相似的功能，如河道水力模型和沙盘模型等都 属实物模型。 抽象模型又可分为：
概念模型，即一般用文字、符号、图表或语言来
模拟系统，使人们能够一目了然地掌握系统组分 间的主要依存关系或主要功能过程；
但应重视系统结构功能指标的整体性和系统性， 从而才能使城市生态系统的各个方面或各项具体 问题的研究相互衔接沟通。
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4．数据的收集与处理
在确定指标体系之后，进一步的工作就是收集这 些指标的数据。数据的来源可以通过各种自然科 学的调查方法，如大地测量、气象观察、土壤调 查、水文地质测量、环境监测等获得；也可以通 过各种社会科学的调查方法，如访问、抽样统计、 专家咨询等获得；有的还要依据统计部门的统计 报表、统计年鉴等。总之，由于城市系统包含的 方面很多，其数据来源也各式各样。
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3．建立指标体系
对系统的研究要落实到具体的结构单元以及各单 元可能的联系上，每一项具体事物的研究都要落 实到指标上。
为了能互相交流和比较，每个指标有统一的标准， 对所有指标进行系统化整理，选定一个规范化的 指标体系。
为适应不同研究目的，可以建立不同的相应指标 体系，在相似性质的研究中尽量保持指标体系的 一致性，使研究结果具有可比性；
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以一个农业生态工程为例，说明投入产出模型的 应用。
假设一农业生态工程由几个组分或亚系统组成， 以Xi(i=1,2，3，4，5，… ，n)表示第 i个亚系统的 总产值，以Xij表示第 j个亚系统在生产过程中所消 耗的第i个亚系统的中间产品的产值，以 Yi表示第i 个亚系统最终产品的产值，以 Cj表示第j个亚系统 的来自外部的原料和动力消耗，以 Dj表示第j个亚 系统的固定资产折旧，以 Vj和Mj分别表示第j个亚 系统的劳动报酬和纯收入，我们就可以得到农业 生态工程系统的投入产出表的一般形式（表9一 1）。
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对于一些结构比较简单的农业生态工程系统，可 以直接制表和计算分析，但对于复杂的农业生态 工程系统就必须依靠计算机来进行这些工作了。 表9—2是环保型投入产出表的一个简化例子。该 表从水平方向看，表明各组分或亚系统的产品及 副产品的去向。产品包括两大部分，即中间产品 及最终产品。中间产品是该农业生态工程系统生 产的尚需进一步加工的产品，可用作该系统中其 他亚系统的原料、辅助材料、动力消耗用的材料 或副产物。
Forrster(1969)根据大量事实作出了一个城市 动态模型（图9—4）,其中包括了商业发展的 三个阶段、房屋的三个水平和劳动力的三个 水平（管理者、劳动者和非充分就业者）。 图中所要表示的能源被包括在点线里。
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（二）投入产出模型 投入产出模型又称部门联系平衡模型，是
利用现代数学方法和计算机来研究和分析 各种经济活动的投入与产出之间的数量关 系。
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3．模型框图 在系统成分、功能、结构、参数及成分间
的函数关系被确定以后，选择计算方法， 画出模型的框图，它含有计算机程序中需 要的所有信息。 4．编程 模型可以用各种计算机语言编程，如 BASIC 语言、FORTRAN语言DYNAMO语言等。
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉 、心、肺、肾等多脏器严重损害 的，全身性疾病，而且不少患者 同时伴有恶性肿瘤。它的1症状表 现如下：
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除上述介绍的分析方法外，其他方法如线 性规划、泛目标生态规划、蒙特卡罗法、 系统动力学方法等亦可用于城市生态系统 的分析，详情可参考有关书籍，在此不—一 赘述。
百度文库37
第三节 系统的评估与优化
城市生态系统分析的根本目的是要最大限度地提 高城市生态系统的效益。
城市是各类不同利益的集团（包括生产者、消费 者等）冲突的统一体，每个子系统都在追求本系 统的最优目标，这是城市生态系统演替的动力， 也是城市问题的症结所在。