淺談人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的預(yù)測(cè)

淺談人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境影響的預(yù)測(cè)

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的快速發(fā)展，人類活動(dòng)的研究和預(yù)測(cè)，尤其是經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境變化的影響，已成為現(xiàn)代地理學(xué)的一項(xiàng)重要而緊迫的任務(wù)之一。地理預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)是科學(xué)技術(shù)革命的產(chǎn)物,是整個(gè)地理學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)之一。1研究的基本原理從廣義來說,所謂預(yù)測(cè),指的是預(yù)報(bào)的編制過程,是以事物發(fā)展的客觀規(guī)律為依據(jù)推測(cè)或判斷事物未來狀態(tài)或發(fā)展趨勢(shì)的一種特殊的科學(xué)研究。預(yù)測(cè)一般是計(jì)劃工作的第一階段,其目的是揭示事物的內(nèi)在聯(lián)系、發(fā)生原因以及決定未來發(fā)展動(dòng)態(tài)。預(yù)報(bào)是對(duì)事物未來發(fā)展趨勢(shì)或結(jié)局作出的推測(cè)或判斷。預(yù)測(cè)就其目的、對(duì)象和積極程度而言盡管有所不同,但預(yù)測(cè)者都要從現(xiàn)在出發(fā),考慮到未來,再回到現(xiàn)在,以便采取措施,應(yīng)付未來的發(fā)展和演變。2《月》中的環(huán)節(jié)自然地理預(yù)測(cè)是現(xiàn)代地理學(xué)研究中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。開展綜合地理預(yù)測(cè)研究之所以難度很大,既有客觀上的,也有主觀上的原因,概括起來可以歸納為以下幾個(gè)方面。2.1自然地理學(xué)的研究對(duì)象是極其復(fù)雜的對(duì)象它們由多種成分組成,在多種因素綜合影響下形成各種自然綜合體,因而具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、直接和反饋的關(guān)系體系;并在時(shí)間和空間上不斷發(fā)生變化。2.2地理預(yù)測(cè)的實(shí)質(zhì)及結(jié)構(gòu)任何預(yù)測(cè)都要按程序分階段進(jìn)行(選擇客體、擬定方法、收集資料、進(jìn)行驗(yàn)證等等)。然而預(yù)測(cè)過程本身作為復(fù)雜的多階段過程,其實(shí)質(zhì)和結(jié)構(gòu)迄今尚未認(rèn)識(shí)清楚,特別是在解決專門的地理預(yù)測(cè)問題方面,情況更是如此。預(yù)測(cè)的各個(gè)特定階段和作業(yè),它們之間的相互關(guān)系的性質(zhì)以及實(shí)施程序都有待于揭示和判明。2.3自然地理預(yù)測(cè)的系統(tǒng)分析方法為了預(yù)測(cè),不僅要研究客體的變化結(jié)果,而且還要研究客體的時(shí)空變化過程,即分析自然系統(tǒng)和地理技術(shù)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制,對(duì)后者沒有認(rèn)識(shí),就談不上任何可靠的預(yù)測(cè)。這就要求地理預(yù)測(cè)資料具有完整性、代表性、可靠性和針對(duì)性(特殊性)。但目前的地理資料大多質(zhì)量較差,不符合預(yù)測(cè)要求。為了克服上述種種困難,可以把自然系統(tǒng)和地理技術(shù)系統(tǒng)作為結(jié)構(gòu)功能完整的地理客體,并按系統(tǒng)分析法加以分析。系統(tǒng)分析的實(shí)施內(nèi)容包括:(1)將預(yù)測(cè)過程表示成系統(tǒng);(2)建立預(yù)測(cè)系統(tǒng)模型;(3)根據(jù)工程建筑物對(duì)自然環(huán)境造成的具體變化的預(yù)測(cè)資料對(duì)模型進(jìn)行評(píng)估。由于自然地理預(yù)測(cè)過程作為一個(gè)系統(tǒng)具有非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)(包括以直接關(guān)系和反饋關(guān)系結(jié)合起來的若干階段和作業(yè)),并帶有針對(duì)性(各個(gè)階段均服從于統(tǒng)一的目標(biāo))和等級(jí)性(自然地理預(yù)測(cè)是普通地理預(yù)測(cè)的一部分;水文預(yù)測(cè)是自然地理預(yù)測(cè)的一部分,余類推),而地理預(yù)測(cè)客體本身又具有多維性和完整性,系統(tǒng)分析法在自然地理預(yù)測(cè)中的應(yīng)用具有廣闊的前景。工程建筑物影響區(qū)自然環(huán)境變化的預(yù)測(cè)研究的實(shí)質(zhì)和內(nèi)容如圖1所示。由圖1可見,自然地理預(yù)測(cè)一般從確定客體和揭示預(yù)測(cè)性質(zhì)開始。為了作出可靠的預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)研究的基本任務(wù)必須包括:建立預(yù)測(cè)理論基礎(chǔ)(預(yù)測(cè)理論的保證);制定實(shí)際資料的獲取方法(預(yù)測(cè)信息的保證);制定所得資料的分析方法;建立預(yù)測(cè)客體的基礎(chǔ)模型(預(yù)測(cè)分析的保證);選定預(yù)測(cè)方法(預(yù)測(cè)方法的保證);制定預(yù)測(cè)可靠性的檢驗(yàn)方法(預(yù)測(cè)的驗(yàn)證)。3自然地理壓縮的基本問題3.1自然平衡和不可逆變化的變化自然地理預(yù)測(cè)以近年來地理科學(xué)的成就為基礎(chǔ),以作為現(xiàn)代自然地理學(xué)基礎(chǔ)的自然地理綜合體學(xué)說(地理系統(tǒng)論)為依據(jù)。地理系統(tǒng)論可以揭示自然動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的特性、形成過程和在自然和人為因素影響下的發(fā)展前景。自然地理綜合體具有一定的穩(wěn)定性及其在外力作用下保持或返回到初期狀態(tài)的能力。各種組成成分的穩(wěn)定性各不相同。然而地理系統(tǒng)中進(jìn)行物質(zhì)和能量交換和轉(zhuǎn)化的各種獨(dú)特的渠道都是最不穩(wěn)定的。自然因素和人為因素都會(huì)影響到地理系統(tǒng)內(nèi)部各種相互關(guān)系的性質(zhì)和穩(wěn)定性。地理系統(tǒng)業(yè)已形成的自然平衡,即物質(zhì)和能量的輸出和輸入持平的狀態(tài)一旦遭受破壞,就會(huì)使地理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生各種可逆的和不可逆的變化。地理綜合體在短時(shí)間或者一次性作用下可以恢復(fù)其一定的平衡狀態(tài),這就是可逆的變化。地理綜合體結(jié)構(gòu)經(jīng)受改造的變化稱為不可逆變化。在永久性建筑物影響下產(chǎn)生的變化就是不可逆的變化,并導(dǎo)致地理技術(shù)系統(tǒng)的形成。同時(shí)自然綜合體會(huì)重新調(diào)整,直到在各組成成分與新形成的外界環(huán)境之間,和各組成成分之間達(dá)到協(xié)調(diào)一致時(shí)為止。新的平衡與原先的初期狀態(tài)有很大區(qū)別。然而,認(rèn)識(shí)過去的動(dòng)態(tài),并以此作為預(yù)測(cè)模型,會(huì)有助于評(píng)估新出現(xiàn)的形態(tài)、特性以及新達(dá)到的平衡程度,進(jìn)而揭示新發(fā)展造成的趨勢(shì)。誠(chéng)然,對(duì)在各種不穩(wěn)定的狀態(tài)不重復(fù)地交替出現(xiàn)情況下所產(chǎn)生的不可逆的變化進(jìn)行研究和預(yù)測(cè)是極其復(fù)雜的課題。地理技術(shù)系統(tǒng)有其一定的發(fā)展規(guī)律。其變化速度顯然高于處在天然條件下地理系統(tǒng)的變化速度。這是由于環(huán)境反差增大,物質(zhì)和能量交換變得活躍所致。諸自然綜合體的變化盡管各不相同,但都分為兩個(gè)階段。其一,加速發(fā)展階段,各個(gè)地理系統(tǒng)均發(fā)生最大程度的變化,并各自形成新的結(jié)構(gòu)(最初幾年);其二,減速變化階段,人為變化繼續(xù)發(fā)生,但變化速度逐漸放慢并趨近于天然速度。3.2自然綜合體的預(yù)測(cè)過程的地理分析由于現(xiàn)有的資料往往不包含預(yù)測(cè)所需的資料,自然地理預(yù)測(cè)的信息保證問題應(yīng)當(dāng)引起足夠的重視。為此,需要用一些專門的調(diào)查研究,并遵循下列幾項(xiàng)原則:(1)既要考慮預(yù)測(cè)客體的特殊性,又要考慮其綜合性;(2)由于在工程建筑物影響區(qū)內(nèi)自然環(huán)境會(huì)發(fā)生加速的變化,故要應(yīng)用動(dòng)態(tài)分析法,即測(cè)定景觀的時(shí)空變化速度;(3)無論是正在設(shè)計(jì)中的,還是已經(jīng)建成的工程建筑物所帶來的影響,都要按同一程序加以研究。同時(shí)在現(xiàn)行建筑物的影響區(qū)內(nèi)主要注意揭示已經(jīng)發(fā)生過的變化,而正處在設(shè)計(jì)中的工程建筑物,則主要注意研究促使所預(yù)測(cè)過程發(fā)生的各種因素。實(shí)施上述原則的具體作法如下。首先揭示資料來源,特別注意有關(guān)某地區(qū)在不同時(shí)期編成的資料,以便判明其變化趨勢(shì)和變化過程。當(dāng)前,衛(wèi)星象片資料具有重要價(jià)值。不過直到目前為止,野外觀察成果仍然是預(yù)測(cè)資料的主要來源。野外觀察最好在被動(dòng)實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行。(而不改變所研究的過程)。野外觀察可以采用路線考察、半定位研究、定位研究、綜合考察以及其他形式進(jìn)行。定位研究具有非常重要的意義。然而由于這種研究方法需要消耗大量的勞動(dòng)和時(shí)間,在實(shí)踐中較常采用半定位研究法,即關(guān)鍵地段作業(yè)法(關(guān)鍵地段設(shè)有縱剖面線、橫斷面線、站臺(tái)等)。同時(shí)縱剖面線、站臺(tái)、橫斷面線均為相或限區(qū)的實(shí)物模型。研究工作最好在工程建筑物建成之前就進(jìn)行,并在15～20年期間內(nèi)每隔3～4年重復(fù)進(jìn)行。對(duì)于預(yù)測(cè)研究來說,重要的是揭示各種自然綜合體的動(dòng)態(tài)指示體(根據(jù)樹木指示體、草本植被、地貌、土壤等)。指示主要分為三種形式:預(yù)報(bào)性指示(揭示尚未開始的過程),階段同步性指示(指示發(fā)展中的過程),回溯性指示(根據(jù)留下的結(jié)果再現(xiàn)過程的發(fā)展歷程)。如現(xiàn)在觀測(cè)的過程無法與以前進(jìn)行的過程加以比較時(shí)可以利用“標(biāo)準(zhǔn)地段”。“標(biāo)準(zhǔn)地段”可以是位于工程建筑物影響區(qū)范圍以外的一些地段;可以是客體變化之前編制的地圖和拍攝的象片資料;也可以是根據(jù)殘跡標(biāo)志(土壤形態(tài)特征:上層、新生體等)再現(xiàn)的一些地段。同時(shí)劃定工程建筑物影響區(qū)的界線很重要。影響區(qū)界線為這樣的一條線或者一條帶,即在它的范圍之外地理系統(tǒng)不發(fā)生變化。影響區(qū)界線有內(nèi)部和外部界線之分。內(nèi)部界線是客體的設(shè)計(jì)輪廊線;外部界線是影響區(qū)(根據(jù)某些個(gè)別的組成成份,明顯的自然界線等)。為預(yù)測(cè)目的而積累的資料只有通過系統(tǒng)整理和綜合之后才能使用。這項(xiàng)作業(yè)稱為資料的地理分析,可用比較法、動(dòng)態(tài)法、數(shù)學(xué)法和制圖法實(shí)施。在綜合應(yīng)用這些方法的基礎(chǔ)上,地理分析可以按照下列程序加以實(shí)施:(1)揭示自然界變化的實(shí)質(zhì)和機(jī)制;(2)判明引起這種變化的因素;(3)確立自然界的因果關(guān)系和連鎖反映;(4)判明過程的時(shí)空(動(dòng)態(tài))變化;(5)建立地理系統(tǒng)變化的基本模型。各個(gè)自然綜合體的變化都是從某些個(gè)別的組成成分的變化開始,然后通過景觀內(nèi)部聯(lián)系結(jié)構(gòu)體系繼續(xù)變化。地理技術(shù)系統(tǒng)的形成機(jī)制取決于具體的自然條件,并服從于地域地帶性特征。各個(gè)自然綜合體中諸過程的進(jìn)行速度和方向都不一樣,即使在只有一個(gè)同樣的組成成分發(fā)生變化的情況下也是如此。要從數(shù)量和等級(jí)上估計(jì)各個(gè)可能因素對(duì)所預(yù)測(cè)過程的重要性。為此需要揭示研究客體諸因素間和諸參數(shù)間存在的各種關(guān)系。搞清諸形成因素有助于揭示自然界中直接的和反饋的因果關(guān)系和連鎖反應(yīng)。探索穩(wěn)定性關(guān)系具有特殊的意義,因?yàn)樵谶@種情況下諸因素與諸預(yù)測(cè)客體之間的關(guān)系表現(xiàn)得最為密切。這種情形與垂直的和水平的物質(zhì)流和能量流有關(guān)。研究各種相互關(guān)系有助于揭示各個(gè)自然綜合體的變態(tài)及其形成的時(shí)空(動(dòng)態(tài))變化規(guī)律。在運(yùn)行達(dá)15～20年以上的各種永久性客體上進(jìn)行觀測(cè)可以獲得最佳結(jié)果。如這種條件不具備時(shí),可根據(jù)航空象片、樹木生長(zhǎng)歷程、水文氣象指標(biāo)的波動(dòng)等可以間接地再現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化歷程。在任何情況下建立時(shí)間序列——某種特征按時(shí)間順序排成的數(shù)列都是適宜的。不過,對(duì)于自然地理預(yù)測(cè)來說,時(shí)間序列的研究重點(diǎn)在于研究時(shí)間序列的周期性和非周期性振動(dòng)的變異性和特征與預(yù)測(cè)時(shí)間序列在未來的狀態(tài)。帶有方向性的不可逆轉(zhuǎn)的變異性可以用以下幾個(gè)指標(biāo)加以表征:趨勢(shì)項(xiàng)(總的發(fā)展趨勢(shì));形成速度,即速率(特征的單位時(shí)間變化);發(fā)展階段、周期性、節(jié)律性、后延(時(shí)滯)(從因素開始發(fā)生影響的時(shí)刻到自然界出現(xiàn)變化的時(shí)刻的時(shí)間間隔)。為了確定時(shí)間序列的趨勢(shì)和周期性,可以利用各種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法:按滑動(dòng)平均施行平滑的方法,最小二乘法,周期圖分析法等等。在三級(jí)類型中,諸預(yù)測(cè)方法是根據(jù)所用工具的特征而合并歸類的。按照上述分類方案,具體選用哪一種方法進(jìn)行預(yù)測(cè)合適,這要根據(jù)目標(biāo)函數(shù)(預(yù)測(cè)的目的、任務(wù)和約束條件)、預(yù)見期、預(yù)測(cè)客體的特點(diǎn)、原始資料的完整性和可靠性等等來決定。這些條件的組合方式會(huì)隨具體情況的不同而有所差別。因而,最后結(jié)果亦會(huì)帶有一定的相對(duì)性和約定性。一般說來,預(yù)測(cè)結(jié)果只能讓時(shí)間來檢驗(yàn)。然而為了使作出的預(yù)測(cè)富有成效(亦即是說,符合預(yù)期要求),應(yīng)當(dāng)通過仔細(xì)研究擬定出一些基本原則和條件,以便建立有根據(jù)的目標(biāo)函數(shù),為原始資料的分析整理作好準(zhǔn)備,進(jìn)而選定最合適的預(yù)測(cè)方法。3.4預(yù)測(cè)結(jié)果的客體模型預(yù)測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)決定于自然綜合體發(fā)展理論方面的知識(shí)水平,編制預(yù)報(bào)所用資料的完整程度以及對(duì)預(yù)測(cè)資料進(jìn)行地理分析的最終結(jié)果是客體的基本模型,借以反映地理技術(shù)系統(tǒng)組成成分之間基本的相互關(guān)系和相互聯(lián)系以及該系統(tǒng)的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。3.3自然地理預(yù)測(cè)模型的技術(shù)類型不管使用哪一種方法進(jìn)行哪一類預(yù)測(cè),要想取得成效,必須遵守下列作業(yè)程序,即:建立目標(biāo)函數(shù)→選擇資料來源→分析整理原始資料→選擇預(yù)測(cè)方法。這就是說,所需的合適的預(yù)測(cè)方法要看目標(biāo)和資料情況來定。因此,對(duì)于某個(gè)范圍的預(yù)測(cè)任務(wù)來說,總可以找到一組或幾組方法與之相適應(yīng)。換句話說,一種或一組方法都有各自的適用范圍。茲以三級(jí)分類體制介紹自然地理預(yù)測(cè)方法的分類,如圖2所示。在一級(jí)類型中,根據(jù)資料依據(jù)的特征,可分為羅列事實(shí)法(以客體過去和現(xiàn)在狀態(tài)的現(xiàn)有資料為依據(jù))、專家估計(jì)法(以專家信息為依據(jù))和綜合法(以兩種以上信息源的綜合資料為依據(jù))。在二級(jí)類型中,根據(jù)資料分析整理的特征可分為統(tǒng)計(jì)方法(按數(shù)理統(tǒng)計(jì)法判明各種現(xiàn)象的相互關(guān)系和規(guī)律性,借以預(yù)測(cè)客體的未來狀態(tài))、類比法(根據(jù)其過程與客體相似的已知客體的規(guī)律性來預(yù)測(cè)客體的未來狀態(tài))、先行指標(biāo)法(用來研究科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的動(dòng)態(tài)和揭示其特性)和直接式、反饋式專家估計(jì)法(專家在不考慮或者考慮別的專家和專家集體意見的情況下作出估計(jì))。預(yù)測(cè)方法選擇的正確程度。預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性取決于誤差大小。誤差值是預(yù)測(cè)指標(biāo)的預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之差。預(yù)測(cè)誤差大小則與預(yù)測(cè)絕對(duì)誤差與實(shí)際值之比這個(gè)相對(duì)誤差值有關(guān),又往往與均方誤差、相關(guān)系數(shù)和其他統(tǒng)計(jì)指標(biāo)有關(guān)。確定預(yù)測(cè)的可靠度、準(zhǔn)確度和可靠性應(yīng)當(dāng)在預(yù)測(cè)事件開始之前進(jìn)行。為了進(jìn)行預(yù)測(cè)驗(yàn)證,可以利用以下幾種間接的處理方法。(1)深入認(rèn)識(shí)自然過程的形成和發(fā)展機(jī)制,并以此作為依據(jù)建立比較