浅谈人类活动对环境影响的预测

浅谈人类活动对环境影响的预测

随着科学技术和生产的快速发展，人类活动的研究和预测，尤其是经济活动对自然环境变化的影响，已成为现代地理学的一项重要而紧迫的任务之一。地理预测预报是科学技术革命的产物,是整个地理学的发展趋势之一。1研究的基本原理从广义来说,所谓预测,指的是预报的编制过程,是以事物发展的客观规律为依据推测或判断事物未来状态或发展趋势的一种特殊的科学研究。预测一般是计划工作的第一阶段,其目的是揭示事物的内在联系、发生原因以及决定未来发展动态。预报是对事物未来发展趋势或结局作出的推测或判断。预测就其目的、对象和积极程度而言尽管有所不同,但预测者都要从现在出发,考虑到未来,再回到现在,以便采取措施,应付未来的发展和演变。2《月》中的环节自然地理预测是现代地理学研究中最薄弱的环节之一。开展综合地理预测研究之所以难度很大,既有客观上的,也有主观上的原因,概括起来可以归纳为以下几个方面。2.1自然地理学的研究对象是极其复杂的对象它们由多种成分组成,在多种因素综合影响下形成各种自然综合体,因而具有复杂的结构、直接和反馈的关系体系;并在时间和空间上不断发生变化。2.2地理预测的实质及结构任何预测都要按程序分阶段进行(选择客体、拟定方法、收集资料、进行验证等等)。然而预测过程本身作为复杂的多阶段过程,其实质和结构迄今尚未认识清楚,特别是在解决专门的地理预测问题方面,情况更是如此。预测的各个特定阶段和作业,它们之间的相互关系的性质以及实施程序都有待于揭示和判明。2.3自然地理预测的系统分析方法为了预测,不仅要研究客体的变化结果,而且还要研究客体的时空变化过程,即分析自然系统和地理技术系统的运行机制,对后者没有认识,就谈不上任何可靠的预测。这就要求地理预测资料具有完整性、代表性、可靠性和针对性(特殊性)。但目前的地理资料大多质量较差,不符合预测要求。为了克服上述种种困难,可以把自然系统和地理技术系统作为结构功能完整的地理客体,并按系统分析法加以分析。系统分析的实施内容包括:(1)将预测过程表示成系统;(2)建立预测系统模型;(3)根据工程建筑物对自然环境造成的具体变化的预测资料对模型进行评估。由于自然地理预测过程作为一个系统具有非常复杂的结构(包括以直接关系和反馈关系结合起来的若干阶段和作业),并带有针对性(各个阶段均服从于统一的目标)和等级性(自然地理预测是普通地理预测的一部分;水文预测是自然地理预测的一部分,余类推),而地理预测客体本身又具有多维性和完整性,系统分析法在自然地理预测中的应用具有广阔的前景。工程建筑物影响区自然环境变化的预测研究的实质和内容如图1所示。由图1可见,自然地理预测一般从确定客体和揭示预测性质开始。为了作出可靠的预测,预测研究的基本任务必须包括:建立预测理论基础(预测理论的保证);制定实际资料的获取方法(预测信息的保证);制定所得资料的分析方法;建立预测客体的基础模型(预测分析的保证);选定预测方法(预测方法的保证);制定预测可靠性的检验方法(预测的验证)。3自然地理压缩的基本问题3.1自然平衡和不可逆变化的变化自然地理预测以近年来地理科学的成就为基础,以作为现代自然地理学基础的自然地理综合体学说(地理系统论)为依据。地理系统论可以揭示自然动态系统的特性、形成过程和在自然和人为因素影响下的发展前景。自然地理综合体具有一定的稳定性及其在外力作用下保持或返回到初期状态的能力。各种组成成分的稳定性各不相同。然而地理系统中进行物质和能量交换和转化的各种独特的渠道都是最不稳定的。自然因素和人为因素都会影响到地理系统内部各种相互关系的性质和稳定性。地理系统业已形成的自然平衡,即物质和能量的输出和输入持平的状态一旦遭受破坏,就会使地理系统的运行状态产生各种可逆的和不可逆的变化。地理综合体在短时间或者一次性作用下可以恢复其一定的平衡状态,这就是可逆的变化。地理综合体结构经受改造的变化称为不可逆变化。在永久性建筑物影响下产生的变化就是不可逆的变化,并导致地理技术系统的形成。同时自然综合体会重新调整,直到在各组成成分与新形成的外界环境之间,和各组成成分之间达到协调一致时为止。新的平衡与原先的初期状态有很大区别。然而,认识过去的动态,并以此作为预测模型,会有助于评估新出现的形态、特性以及新达到的平衡程度,进而揭示新发展造成的趋势。诚然,对在各种不稳定的状态不重复地交替出现情况下所产生的不可逆的变化进行研究和预测是极其复杂的课题。地理技术系统有其一定的发展规律。其变化速度显然高于处在天然条件下地理系统的变化速度。这是由于环境反差增大,物质和能量交换变得活跃所致。诸自然综合体的变化尽管各不相同,但都分为两个阶段。其一,加速发展阶段,各个地理系统均发生最大程度的变化,并各自形成新的结构(最初几年);其二,减速变化阶段,人为变化继续发生,但变化速度逐渐放慢并趋近于天然速度。3.2自然综合体的预测过程的地理分析由于现有的资料往往不包含预测所需的资料,自然地理预测的信息保证问题应当引起足够的重视。为此,需要用一些专门的调查研究,并遵循下列几项原则:(1)既要考虑预测客体的特殊性,又要考虑其综合性;(2)由于在工程建筑物影响区内自然环境会发生加速的变化,故要应用动态分析法,即测定景观的时空变化速度;(3)无论是正在设计中的,还是已经建成的工程建筑物所带来的影响,都要按同一程序加以研究。同时在现行建筑物的影响区内主要注意揭示已经发生过的变化,而正处在设计中的工程建筑物,则主要注意研究促使所预测过程发生的各种因素。实施上述原则的具体作法如下。首先揭示资料来源,特别注意有关某地区在不同时期编成的资料,以便判明其变化趋势和变化过程。当前,卫星象片资料具有重要价值。不过直到目前为止,野外观察成果仍然是预测资料的主要来源。野外观察最好在被动实验条件下进行。(而不改变所研究的过程)。野外观察可以采用路线考察、半定位研究、定位研究、综合考察以及其他形式进行。定位研究具有非常重要的意义。然而由于这种研究方法需要消耗大量的劳动和时间,在实践中较常采用半定位研究法,即关键地段作业法(关键地段设有纵剖面线、横断面线、站台等)。同时纵剖面线、站台、横断面线均为相或限区的实物模型。研究工作最好在工程建筑物建成之前就进行,并在15～20年期间内每隔3～4年重复进行。对于预测研究来说,重要的是揭示各种自然综合体的动态指示体(根据树木指示体、草本植被、地貌、土壤等)。指示主要分为三种形式:预报性指示(揭示尚未开始的过程),阶段同步性指示(指示发展中的过程),回溯性指示(根据留下的结果再现过程的发展历程)。如现在观测的过程无法与以前进行的过程加以比较时可以利用“标准地段”。“标准地段”可以是位于工程建筑物影响区范围以外的一些地段;可以是客体变化之前编制的地图和拍摄的象片资料;也可以是根据残迹标志(土壤形态特征:上层、新生体等)再现的一些地段。同时划定工程建筑物影响区的界线很重要。影响区界线为这样的一条线或者一条带,即在它的范围之外地理系统不发生变化。影响区界线有内部和外部界线之分。内部界线是客体的设计轮廊线;外部界线是影响区(根据某些个别的组成成份,明显的自然界线等)。为预测目的而积累的资料只有通过系统整理和综合之后才能使用。这项作业称为资料的地理分析,可用比较法、动态法、数学法和制图法实施。在综合应用这些方法的基础上,地理分析可以按照下列程序加以实施:(1)揭示自然界变化的实质和机制;(2)判明引起这种变化的因素;(3)确立自然界的因果关系和连锁反映;(4)判明过程的时空(动态)变化;(5)建立地理系统变化的基本模型。各个自然综合体的变化都是从某些个别的组成成分的变化开始,然后通过景观内部联系结构体系继续变化。地理技术系统的形成机制取决于具体的自然条件,并服从于地域地带性特征。各个自然综合体中诸过程的进行速度和方向都不一样,即使在只有一个同样的组成成分发生变化的情况下也是如此。要从数量和等级上估计各个可能因素对所预测过程的重要性。为此需要揭示研究客体诸因素间和诸参数间存在的各种关系。搞清诸形成因素有助于揭示自然界中直接的和反馈的因果关系和连锁反应。探索稳定性关系具有特殊的意义,因为在这种情况下诸因素与诸预测客体之间的关系表现得最为密切。这种情形与垂直的和水平的物质流和能量流有关。研究各种相互关系有助于揭示各个自然综合体的变态及其形成的时空(动态)变化规律。在运行达15～20年以上的各种永久性客体上进行观测可以获得最佳结果。如这种条件不具备时,可根据航空象片、树木生长历程、水文气象指标的波动等可以间接地再现动态变化历程。在任何情况下建立时间序列——某种特征按时间顺序排成的数列都是适宜的。不过,对于自然地理预测来说,时间序列的研究重点在于研究时间序列的周期性和非周期性振动的变异性和特征与预测时间序列在未来的状态。带有方向性的不可逆转的变异性可以用以下几个指标加以表征:趋势项(总的发展趋势);形成速度,即速率(特征的单位时间变化);发展阶段、周期性、节律性、后延(时滞)(从因素开始发生影响的时刻到自然界出现变化的时刻的时间间隔)。为了确定时间序列的趋势和周期性,可以利用各种数理统计方法:按滑动平均施行平滑的方法,最小二乘法,周期图分析法等等。在三级类型中,诸预测方法是根据所用工具的特征而合并归类的。按照上述分类方案,具体选用哪一种方法进行预测合适,这要根据目标函数(预测的目的、任务和约束条件)、预见期、预测客体的特点、原始资料的完整性和可靠性等等来决定。这些条件的组合方式会随具体情况的不同而有所差别。因而,最后结果亦会带有一定的相对性和约定性。一般说来,预测结果只能让时间来检验。然而为了使作出的预测富有成效(亦即是说,符合预期要求),应当通过仔细研究拟定出一些基本原则和条件,以便建立有根据的目标函数,为原始资料的分析整理作好准备,进而选定最合适的预测方法。3.4预测结果的客体模型预测的各项指标决定于自然综合体发展理论方面的知识水平,编制预报所用资料的完整程度以及对预测资料进行地理分析的最终结果是客体的基本模型,借以反映地理技术系统组成成分之间基本的相互关系和相互联系以及该系统的时空动态变化规律。3.3自然地理预测模型的技术类型不管使用哪一种方法进行哪一类预测,要想取得成效,必须遵守下列作业程序,即:建立目标函数→选择资料来源→分析整理原始资料→选择预测方法。这就是说,所需的合适的预测方法要看目标和资料情况来定。因此,对于某个范围的预测任务来说,总可以找到一组或几组方法与之相适应。换句话说,一种或一组方法都有各自的适用范围。兹以三级分类体制介绍自然地理预测方法的分类,如图2所示。在一级类型中,根据资料依据的特征,可分为罗列事实法(以客体过去和现在状态的现有资料为依据)、专家估计法(以专家信息为依据)和综合法(以两种以上信息源的综合资料为依据)。在二级类型中,根据资料分析整理的特征可分为统计方法(按数理统计法判明各种现象的相互关系和规律性,借以预测客体的未来状态)、类比法(根据其过程与客体相似的已知客体的规律性来预测客体的未来状态)、先行指标法(用来研究科学技术进步的动态和揭示其特性)和直接式、反馈式专家估计法(专家在不考虑或者考虑别的专家和专家集体意见的情况下作出估计)。预测方法选择的正确程度。预测的准确性取决于误差大小。误差值是预测指标的预测值与实际值之差。预测误差大小则与预测绝对误差与实际值之比这个相对误差值有关,又往往与均方误差、相关系数和其他统计指标有关。确定预测的可靠度、准确度和可靠性应当在预测事件开始之前进行。为了进行预测验证,可以利用以下几种间接的处理方法。(1)深入认识自然过程的形成和发展机制,并以此作为依据建立比较