典型城市生态风险评价与管理对策研究

论文摘要

生态风险是指一种或多种应力（物理、化学以及生物应力等）作用而导致生态系统某些负面生态效应发生的可能性。生态风险评价是对生态风险引起的负面生态效应发生概率进行评价，并实施风险管理、防止或降低风险的过程。其目的是通过风险评价，为风险对策提供科学的信息，以便使污染或其它的一些生态环境损害降到最低程度。早期的生态风险评价，绝大多数是针对于人类（或人类环境）所受的风险进行的。直到最近几年，由于全球生态环境的恶化，针对生态系统的风险评价才得到逐渐的重视。作为人类活动最集中的场所，城市是一类典型的社会-经济-自然复合生态系统，应成为生态风险研究的主要对象。城市生态问题的产生包括自然因素，如全球变化、地壳运动等；更主要的是人类自身生产、生活过程中造成的干扰。城市化是区域可持续发展的重要步骤，然而城市化过程与生态环境之间存在着各种各样的矛盾与胁迫，同时也伴随着生态风险的产生，评价城市化过程中诱发的生态风险，并找出各种生态风险变化的规律性，对城市未来的健康发展具有重要的现实意义。城市污染、气候变化（如洪涝灾害等）等生态风险是当前城市发展的重要瓶颈。当前关于区域生态风险评价的研究主要集中在自然生态系统，对于城市的生态风险评价研究并不多见。本文以典型滨海城市——青岛市崂山区作为研究区域，系统剖析该区域典型生态风险，研究这些风险的特征及变化趋势，根据可靠性数学理论构建生态风险评价指标及其计量模型，对典型滨海城市空气污染、气温改变、降水量变化等生态风险进行评价，深刻剖析了其生态风险特征，进行评价，并根据均生函数、人工神经网络等现代数学工具开展预测研究。在国际流行风险管理模型VaR的基础上，构建了区域生态风险管理的EVR模型，并开展了应用研究。考虑到城市生态系统的主体——人类对生态系统变化（风险）的响应，作者基于滨海城市这一人类生态系统的特征，构建了城市生态适宜度的数学模型，评价了研究区的生态适宜度及其演变趋势。最后，作者开发了滨海城市生态风险评估的决策支持系统软件，作为滨海城市生态风险管理的重要手段。主要研究内容与结论如下：（1）根据可靠性数学思想，用风险度、可靠性指数、风险指数、系统持续稳定性指数、系统恢复性指数、整体损失度等指标构建了城市生态风险评价模型。该模型具有指标意义明确、计算便捷、针对性强等特点，并在崂山区开展了应用研究。（2）根据生态风险评价模型，对青岛市崂山区2001-2005年空气污染生态风险及其演变趋势进行了研究。研究发现，2001-2005年间，多项风险评价指标均未见差异。但值得注意的是该区空气污染的恢复性指标明显提高。从2001年的45％，2002年的40％上升至2004年的60％、2005年的50％。这很大程度上反映了该区污染治理的力度加大；应对突发污染事件的能力增强，治理污染速度加快。同时，该区中度以上污染事故的发生率也明显减少。这是该区生态质量改善的重要标志之一。因此，整体损失度也呈下降趋势，2004年降为6．44％。冬春两季仍是空气污染事故的高发期。5年来，冬季空气质量状况并未好转，反略有进一步滑坡的趋势。应当引起足够的重视。（3）用趋势分析、相关分析等方法对崂山区近50年降水资料进行分析，用极值估算、均生函数等方法建立了降水预测模型。对崂山区2005-2010年的年降水、各季节降水、旱涝等级、夏季暴雨频数等进行了预测。预测结果与2006年的实况基本吻合。研究发现：崂山区降水量季节变化较大，降水主要集中在夏、秋两季，冬、春两季降水明显偏少。年降水量的变化近20年来有趋稳定的势头，但夏秋两季有逐年下降的风险。（4）研究了崂山区50年来气温变化趋势，发现该区发现，该区的气温升高主要发生在近20年间。1954-1975年共20年时间，未见明显的气温升高证据。而在1 981-2004年均升高气温最低在0．035℃，最高达到0．092℃，24年间平均每年升高0．052℃。这明显高于东南沿海地区平均水平。作者还建立了多输出的2类人工神经网络模型预测了未来10年温度变化趋势。（5）青岛市崂山区生态适宜度调控对策研究计算结果表明，1996-2004年，青岛市崂山区人类生态适宜度平均为57．40％，高于全国平均水平（50％）。同时，我们注意到，该区的人类生态适宜度在经历了一个短期回落以后，已进入快速增长的时期。特别是近3年来，崂山区的生态适宜度均远高于全国平均水平，充分显示了该区强劲的综合竞争能力和可持续发展能力。（6）构建了生态系统风险管理的EVR模型，并基于Monte Carlo方法，以青岛市崂山区为例开展了空气污染状况案例研究。（7）开发了“青岛崂山生态风险决策支持系统”。作者认为在城市生态风险评价中，应要充分体现人的主体地位。建议按照驱动力（D）-压力（P）-状态（S）-响应（R）-调控（C）的系统工程框架，开展区域生态风险评价，该框架是对当前广为使用的压力（P）-状态（S）-响应（R）框架的扩充。以人口迁移为主要指标，根据人口迁移的动力学机制，构建了人口迁移势、生态适宜度模型，通过分析区域人口迁移的特征，巧妙地利用少量的数据研究了崂山区生态适宜度变化趋势。另外，本文构建的生态风险管理模型EVR充分借鉴金融市场风险管理的最新理念，对于区域风险管理具有重要参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 生态风险评价研究述评
• 1.1 风险的定义
• 1.2 生态风险的内涵及特点
• 1.3 生态风险评价
• 1.4 生态风险评价框架体系
• 1.5 生态风险评价中存在的问题
• 2 城市生态风险评价的理论基础与方法
• 2.1 城市生态学理论基础
• 2.2 论文基本构想与思路
• 2.3 城市生态风险评价的D-P-S-R-C模式
• 2.4 城市生态风险评价指标及计量模型
• 3 青岛市崂山区空气污染生态风险评价与调控对策
• 3.1 城市空气污染与及其危害
• 3.2 我国城市空气污染状况
• 3.3 青岛市崂山区空气质量的总体状况分析
• 3.4 2005年空气污染现状分析
• 3.5 崂山区2001～2005年空气污染的变化趋势分析
• 3.6 崂山区空气污染生态风险评价
• 3.7 生态系统风险管理的EVR模型及其在空气污染中的应用
• 4 青岛市崂山区降水量变化生态风险评价与调控对策
• 4.1 水旱灾害生态风险及其危害
• 4.2 崂山区降水量的气候特征
• 4.3 崂山区降水量的变化特征
• 4.4 崂山区暴雨的发生特征、演变规律和时空分布特征
• 4.5 崂山区旱涝的发生特征、演变规律
• 4.6 汛期旱涝特征
• 4.7 崂山区暴雨、降水量及旱涝的预报
• 4.8 崂山区50A来降水量变化生态风险评价结果与调控对策
• 附件A:崂山区历年降水年度、季节异常年份
• 附件B:崂山区年、季、汛期降水距平百分率拟合与预测结果
• 5 青岛市崂山区气温变化生态风险评价与调控对策
• 5.1 气温变化的影响
• 5.2 青岛市崂山区近50A来气温变化的趋势分析
• 5.3 青岛市崂山区近50A来气温变化生态风险评价结果与调控对策
• 5.4 基于人工神经网络的气温预测研究
• 6 青岛市崂山区生态适宜度与调控对策
• 6.1 崂山区自然与社会发展概况
• 6.2 青岛市崂山区景观格局分析
• 6.3 人类生态适宜度的内涵及度量模型构建
• 6.4 青岛市崂山区人类生态适宜度评价与对策研究
• 7 青岛市崂山区生态风险决策支持系统
• 7.1 青岛崂山区生态风险决策支持系统安装操作说明
• ERA用户操作使用说明'>7.2 青岛崂山生态风险决策支持系统LAOSHAN_ERA用户操作使用说明
• 8 结论与讨论
• 8.1 本文主要结论
• 8.2 主要创新点
• 8.3 不足之处
• 参考文献
• 致谢
• 博士在读期间发表论文和科研工作情况