城市化与生态环境的概念很早就已经存在，但当时他们基本上是依附于经济增长的，或者说与经济增长相比处于从属地位。随着环境污染与生态破坏日益严峻，生态环境越来越受人们重视，城市化过程与生态环境的关系协调问题已经上升为世界性的战略问题。国际全球环境变化人文因素计划(IHDP)非常关注城市化与全球变化相互关系及相互作用机制的研究。其中，科学计划—城市化与全球环境变化(UGEC)是IHDP的核心研究计划之一[1-2]，IHDP已制定有关城市化与全球环境问题研究的发展战略规划，并取得了一些积极进展[3]。A. J .Mcmichael指出:“城市化将以一种重要的形式危害人类的生存环境和健康[4]。Barney Cohen在总结过去20年时间全球发展中的城镇化发展特征时，认为在未来30年时间内，发展中国家的城市化仍然会持续高速发展，但已经出现了环境承载方面的问题[5]。1995 年，Grossman 和Krueger 用计量经济学方法，以42 个发达国家的面板数据进行实证，揭示了随着城市经济水平的提高，城市生态环境质量呈现倒“U”型的演变规律，提出著名的环境库兹涅茨曲线(EKC)假设[6]。
城市化过程不可避免会带来环境问题，有些学者强调城市化对生态环境的积极意义，认为城市化是改善生态环境的有效途径。有研究表明，若使用营养丰富的城市废水灌溉土地，每公顷土地可减少所需肥料达100公斤以上[7]，提取城市废水中的金属元素，提高回收利用率，可减缓土壤中重金属积累问题[8],大城市群汇集了人类聪明才智,因此可能比小城镇需要更少的资源推进城市的发展[9]。宋言奇，傅崇兰[10]强调城市化通过资源集约效应、人口集散效应、环境教育效应以及污染集中治理效应等方面减少环境污染。马磊[11]利用我国1995-2005年省级工业污染数据研究得出城市化最终有利于减少污染的结论。郭郡郡[12]在分析城镇化和生态环境的胁迫和约束机制时，认为城市化虽然可能通过消费强度的增加而对生态环境造成压力，但也可通过城市密度的提高，以居住和交通能源的节约促进生态环境的提高。事实上，更为人们所接受的是环境库兹涅茨曲线，即生态环境质量随着城市化水平的提高呈现出先上升后下降的趋势，杜江，刘渝[13]已通过省际面板数据验证了环境库兹涅次曲线在我国的适用性。
我国已有大量研究基于不同尺度、对象和研究方法探讨了城市化与生态环境的耦合关系[14,15,16,17]，并有不少研究从微观层面分析了城市化过程对生态环境各子系统的影响[18]。城市化是一个不断变化的动态发展过程，二者的协调发展至关重要，因此，有必要继续深入研究城市化与生态环境二者的动态变化，实时监测二者的时序变化。努力寻找出一条健康的可持续发展的城市化发展之路，并通过科学的、有效的手段进行生态环境的保护与建设。

1. 当前中国城市化与生态环境水平现状
自1978年改革开放以来，中国正总体步入城市化发展的加速时期。随着城市化进程的加快，城市化不可避免地对资源和生态环境造成严重影响，使我国城市化发展面临能源和自然资源的超常规利用，以及生态环境恶化带来的压力和制约[14]。城市化是经济发展的重要过程，是推动现代经济社会发展的重要力量，是解决内需不足，缩小我国城乡收入差距、转变经济结构、提升经济效益等其他社会问题的根本出路。我国城市要在国际大舞台崛起，就必须注重发展质量。城市化发展的步伐要与城市的生态环境在平衡、协调发展的基础上，循序渐进，才能取得最大的经济、社会和生态效益。我们应该清醒的看到，首先，中国城市化与发达国家相比水平仍然落后；其次，我国城市化的快速发展在一定程度上是以牺牲生态环境为代价的；第三，由于自然条件、历史发展基础、资源禀赋等要素差异，我国东部各省城市化和生态环境水平均明显优于中西部各省。在我国目前城市化加速化发展的格局中，要把中国这样一个人口大国建设成为现代化的强国，没有城市化的加速发展是不行的，不能单纯为了保护环境而放慢城市化速度，也不能为了城市化的加速发展而以牺牲生态环境为代价，更不能总是出现了问题再提出解决方案，那显然是非常不科学、不合理之举。现阶段的状况要求我们必须在更加注重经济发展的同时进行生态环境的保护与治理，并未雨绸缪，防患于未然。

2. 研究方法
2.1 指标选取
城市化与生态环境均有丰富的内涵，单一的统计指标难以全面准确地反应它们的实际水平，因此，建立具有代表性的指标体系能更加科学地反应这两者的总体水平，从而能更好的反应二者间的相互关系。本着科学性、代表性、连续性、简要性和数据可得性原则，我们选取从人口城市化、经济城市化和社会城市化3个方面的9项指标来体现城市化综合发展水平；从生态环境现状、生态环境压力和生态环境保护3个方面的10个指标来表明生态环境综合状况，进而量化表达二者间的耦合变化情况。具体指标见表1。
表1.城市化与生态环境耦合的指标体系
Tab.1 The coupling index system of urbanization and ecological environment
一级指标 　 二级指标 　 三级指标
城市化 子系统f(x) 人口城市化
x1 城镇人口占总人口的比重（%）
非农产业从业人员比重（%）
经济城市化
x2 　 人均GDP（元）
国内生产总值（亿元）
非农产业比重（%）
城镇居民可支配收入（元）
社会城市化
x3 城市建成区面积（km2）
人均城市道路面积（m2）
城市人口密度（m2）
生态环境 子系统g(y) 生态环境现状
y1 人均公共绿地面积（m2）
城市绿地面积（公顷）
建成区绿化覆盖率（%）
人均水资源量（m3/人）
生态环境压力
y2 　 工业废水排放总量（万吨）
SO2排放量（亿标m3）
工业固体废弃物排放量（万吨）
生态环境保护
y3 固体废弃物综合利用量（万吨）
工业污染治理完成投资（亿元）
工业废水排放达标量（万吨）

2.2数据来源与处理
2.2.1数据来源
表1中各指标数值来自于1996-2013年《中国统计年鉴》、《中国人口统计年鉴》。由于西藏地区部分数据缺失，故本文选取中国大陆其他30个省市区的数据。
2.2.2标准化处理
为消除不同指标数据量纲不统一，我们对原有数据进行极差标准化处理。数据越小越有益于系统时，用公式(1)进行标准化处理；数据越大越有益于系统时，用公式(2)进行标准化处理。计算公式如下：
(1)
(2)
其中，Cij和Zij分别为第i年(i=1,2,…,m)第j个指标(j=1,2,…,n)的原始值和标准化后的值；max(Cj)和min(Cj)分别为j指标的最大值和最小值。
2.2.3 指标权重
本文采用客观赋值的变异系数法确定各指标的权重[16]，计算方法如下：
(3)
(4)
其中，、Dj、Zj’和Wj分别为第j指标的变异系数、标准差、均值和权重值。
2.2.4 综合指数的计算
由各指标的权重与标准化值，加权求和得到城市化综合指数f(x)和生态环境综合指数g(y)。设xi为城市化各指标，yj为生态环境各指标，wi和wj分别为对应的权重。由公式(5)、(6)得到城市化综合指数f(x)和生态环境综合指数g(y)。
(5)
(6)
2.2.5 城市化与生态环境耦合协调度的计算
本文采用廖重斌提出的能表明两个系统之间协调度的模型[20]，对城市化和生态环境这两个系统的耦合关系进行分析。模型如下：
(7)
(8)
(9)
其中，C为协调度，k为调节系数，我们取k=0.5；T为城市化与生态环境综合评价指数，、分别为城市化与生态环境这两个系统的权重，因二者重要性相当，故；D为两个系统的协调发展程度。

3. 中国城市化与生态环境耦合度的时空分析
3.1中国城市化与生态环境协调发展的时序变化
基于统计数据，由以上算法得到1995-2013年中国城市化综合指数、生态环境综合指数和城市化与生态环境的耦合协调度，其变化如图1所示。

图1. 1995-2012年中国城市化与生态环境协调发展度趋势
Fig.1 The trend of coordinated development degree of China’s urbanization and ecological environment
因没有设定平均值或期望值对原始数据进行极差标准化，并且自1995年各项城市化指标大多呈现逐年增长的趋势，所得基准年1995年的城市化指标和协调度均为0，因此，我们得到的结论是基于1995年的相对变化情况。
由图1协调发展度曲线变化趋势可以看出，自1995年以来，中国城市化与生态环境向协调一致的良好方向发展，其中1995-1998年协调发展度的增长速率较大，为10.23%，1998年到2010年增加速率为4.91%，而2010-2012年增长速率仅为1.6%。从城市化综合发展指数和环境综合指数变化曲线可以看出，中国城市化水平增加速度要明显大于生态环境综合指数增加速度，城市化增长速率为6%，而生态环境水平增长速率为3%。在2005年之前生态环境优先于城市化发展，2005年-2012年城市化发展优先于生态环境发展，并且二者差距有扩大的趋势。表明中国生态环境建设滞后于城市化发展，随着城市化的进一步推进，生态环境将趋于恶化。