城市形态结构对空间紧凑发展的影响机制分析——以上海为例

基于空间紧凑发展内涵,构建综合指数模型,分析2005—2020年上海空间紧凑度的演变特征并与国内外城市进行比较,进一步利用时空地理加权回归模型分析城市形态结构对空间紧凑度的影响效应。研究发现：(1)空间紧凑度呈现中心高外围低的圈层式分布特征,中心城区普遍趋于稳定,外围城区增长较快,且与其他同类城市比较处于高紧凑发展水平;但受政策及规划影响,紧凑度分指标在空间格局上存在显著差异。(2)城市密度与空间紧凑度呈倒“U”型关系,功能混合度和用地形态与空间紧凑度呈近线性关系,且城市密度与之关联性最强。(3)整体上城市密度和功能混合度均对空间紧凑发展产生促进效应,而用地形态表现出抑制效应;分区尺度上形态、功能和密度要素对空间紧凑度的影响效应存在显著差异。(4)通过中心城区与外围城区的差异性空间结构调整,控制国土空间规划形态结构指标来提升城市紧凑发展水平。     

基于进化树模型的河南省城市紧凑度综合评价

城市紧凑度是区域可持续发展的重要衡量标准。运用熵权灰色关联方法及进化树模型对2006年和2016年河南省18个省辖市的城市紧凑度特征进行研究。结果表明:在紧凑度评价方面,城市紧凑度差异较大,河南省域整体城市紧凑度下降,城市呈蔓延状发展,但并不显著。在空间分异规律方面,省会郑州的核心带动能力逐渐增强,但未形成清晰的集聚格局;新乡、鹤壁、濮阳、商丘、周口和信阳的城市紧凑度亦有不同程度的提升,而安阳、南阳、驻马店、平顶山和三门峡呈现出扩散发展的态势。在关联特征方面,进化树模型和相关分析均显示城市空间发展形态的集聚扩散特征与城市综合发展水平之间没有必然联系。     

低碳视角下城市空间形态紧凑度研究

全球气候变化背景下,构建功能紧凑的低碳城市空间形态已成为世界各地城市实现低碳化可持续发展的主要途径之一。但目前的城市形态研究主要集中在城市外部空间,缺乏对城市内部功能空间紧凑度的量化。从实现低碳城市的视角,提出了城市内部功能空间形态紧凑度的量化指标,用以探讨实现低碳城市的城市空间形态特征;以商业、医疗、教育和文化娱乐等4种重要服务设施布局为基础,构建了城市功能空间紧凑度指数,对不同规模、不同地理条件类型的8个案例城市进行定量研究,实证了城市内部“功能空间紧凑度”指标较城市外部“形态紧凑度”指标能够更好的反映城市形态的紧凑性内涵,适用于评价各类城市空间形态的低碳发展模式。     

城市紧凑度的综合测度及驱动力分析——以江苏省为例

根据紧凑城市的核心内涵,从经济紧凑度、城市用地及形态紧凑度、交通紧凑度和人口紧凑度等方面,构建城市紧凑度的综合测度模型。运用熵值法,对江苏省13中心城市紧凑度进行综合分析后认为,各中心城市紧凑度总体水平不高,且空间差异明显,大致由南向北渐次减弱,根据差异可将江苏省中心城市紧凑度划分为紧凑、较紧凑和不紧凑三类。在此基础上,提出城市紧凑度主要是制度调控力,市场拉动力、人口推动力和交通引导力共同驱动的结果,结合回归模型对主要驱动力进行比较分析,认为制度调控力,市场拉动力和人口推动力对江苏城市紧凑度影响显著,交通引导力还需要进一步强化。     

中国地级以上城市紧凑度时空演变特征研究

紧凑城市以提高城市效率为目的,体现在空间结构、社会经济和生态环境3方面。以土地利用紧凑、经济紧凑、人口紧凑、基础设施紧凑、公共服务紧凑和生态环境协同6个维度构建紧凑度综合指标体系,测算2001、2005和2009年中国280个地级以上城市的紧凑度,探讨中国城市紧凑度的时空演变特征。研究发现:①在全国尺度上,中国城市紧凑度整体高降低升,中低紧凑度城市逐渐增多,城市之间的差距不断减小,表现出日益明显的纺锤状特征。②在区域尺度上,紧凑度空间异质性显著,呈东高西低的特征,其中东部地区高紧凑度城市呈团块状分布于京津冀、长江三角洲和珠江三角洲地区;东北和中西部地区低值连绵分布,高值呈斑块状。但从变化趋势来看,东部地区紧凑度逐渐下降,中西部地区则慢慢提升。③城市紧凑度存在明显的规模等级递增效应,超大城市高于大中城市,小城市紧凑度最低。     

基于改进景观扩张指数苏锡常地区城镇扩展空间形态变化

针对目前景观扩张指数计算存在的问题,提出一种改进计算景观扩张指数的方法用于动态分析城镇空间形态变化特征。将景观格局的3 种增长模式:填充式、边缘式和飞地式分别表示为3 种拓扑关系:包含、相交及相离关系,通过判断新增城镇建设用地斑块之间的拓扑关系计算景观格局扩张的各项指数,据此对苏锡常地区1985~2008 年各阶段城镇扩展空间形态变化进行分析。从总体景观扩张模式的变化来看,苏锡常地区建设用地增长方式以边缘式的紧凑增长为主;从增长形态的空间位置来看,各市市区和各镇行政中心的增长形态基本可以归纳为以边缘式增长为主的紧凑增长形态,普通城镇则可能是紧凑增长形态或者蔓延增长形态。计算结果表明,改进的景观扩张指数方法能够动态的反映苏锡常地区城镇用地空间格局形态变化过程。进一步计算反映城镇用地分形特征的盒子维数作对比分析,从计算结果来看,随着时间推移苏锡常地区城镇用地分维数值逐渐增加,从1985 年的1.220 增加到2008 年的1.504,但增长幅度不大,说明城镇空间格局始终处于集中和均衡之间;而景观扩张指数计算结果反映,从1995 年飞地式增长模式的数量和分布开始增加之后,给城镇发展的主导的紧凑模式带来了扰动,这种扩散式的增长导致各城镇扩张的结果在空间形态上出现与总体趋势分异的现象。新建设用地的增长点引起了城镇空间结构的变化,这种发展增加了城镇空间形态的随机性和结构的不稳定性,这个结果可以作为前述盒子维数计算结果的补充,说明景观扩张指数可以解释分形这种形态结果的空间变化过程;并且通过计算景观扩张指数,决策者可以了解城镇扩展空间形态的变化趋势,从而从宏观上控制城镇的无序蔓延。     

中国特大城市空间形态变化的时空特征

基于国家资源环境数据库动态土地利用数据, 借助GIS软件支持, 分别计算了1990年和2000年中国31个特大城市平面轮廓形状的分维、紧凑度和形状指数以及城市的用地扩展类型。结果表明, 从1990年到2000年, 中国31个特大城市空间形态的总体变化趋势是, 城市用地空间扩展类型以填充类型为主, 外延类型相对较少且主要发生在发展限制较小的平原地区。总体上, 分维呈减少趋势且南方城市大于北方城市, 形状指数有减少, 城市空间形状有紧凑化趋势。综观1990年和2000年中国31个城市的分维、紧凑度和形状指数的数据, 可以看出广州、南昌、济南、成都、北京和上海等城市形状变化比较大, 而兰州、太原和唐山等城市形状变化很小。若用地扩展为填充类型, 则分维减少, 紧凑性增加, 形状指数减少;相反, 若用地扩展为外延类型, 分维增加, 紧凑性降低, 形状指数增加。     

中国矿业城市空间形态特征及其空间分异

矿业城市是以矿产资源开采和初加工为主的资源型城市,伴随矿业城市发展的各个阶段,城市空间会呈现相应的演变过程和格局,城市经济的转型也必将带来城市空间结构的响应.矿业城市空间结构受自然资源和产业发展的影响明显,是基于自然资源与产业转型的空间可持续发展的典型研究对象之一.选取中国33个公认的典型地级矿业城市作为研究样本,提取空间结构数据进行紧凑度和分形维数的计算与统计分析,力图总结我国矿业城市对比其他类型城市在空间形态上的基本特征和空间分异规律.结果表明,矿业城市空间形态的紧凑度较低,发展呈分散态;矿业城市空间的边界比较复杂,呈不规则状态;矿业城市紧凑度与边界维数呈负相关;矿业城市空间形态受城市发展阶段、有无依托、其他组织的人为规划等因素影响,呈现一定的空间分异规律;矿业城市空间形态与人口规模和经济发展水平存在相关.     

城市空间增长与人口密度变化之间的关联关系

探究城市空间增长与人口密度变化之间的关联关系是城市可持续发展研究的基础,对制定有效的土地政策、促进城市紧凑发展具有重要意义。选取中国和欧洲23个人口100万以上城市作为研究样本,采用1990年、2000年和2014年3期土地利用数据和人口数据,计算各时段样本城市空间增长速率,建立城市紧凑度指标,并将城市空间增长方式划分为紧凑型、保持型和蔓延型,进一步探讨了样本城市的空间增长特征、人口密度变化特征及两者之间的关系。主要结论为：① 人口密度降低这一现象普遍存在于中国和欧洲城市,中国城市人口密度相对较高且降低速率较快,欧洲城市人口密度相对较低且降低速率较慢;1990—2014年中国城市半径的增长速率明显快于欧洲城市半径的增长速率。城市空间增长速率与人口密度变化速率呈现强负相关关系（Pearson相关系数为-0.693）;② 1990—2000年中欧城市主要以紧凑型方式增长。2000—2014年中国城市主要以蔓延型方式增长,且人口密度随时间下降的速率加快;欧洲城市主要以紧凑型和保持型方式增长,人口密度降低速率减小;③ 紧凑型的空间增长方式并不一定会带来人口密度的升高,但会减缓人口密度下降的速率。中欧城市对比分析表明,城市维持紧凑型空间增长方式,则城市人口密度随时间下降速率减慢;而空间增长方式由紧凑型转为蔓延型,将加剧城市人口密度随时间下降。     

珠江三角洲城市群工业生产空间格局、形态特征及影响因素

GIS空间分析技术为空间形态的精准判别提供了新的路径和研究视角。本文通过高分辨率Google Earth影像提取2013年珠江三角洲城市群的工业生产空间分布信息,运用分形模型、形态紧凑度、空间离散度、密度指数定量分析珠三角工业生产空间的形态特征,采用GIS空间分析并结合社会经济统计分析进一步探讨了影响其分布的主要因素。结果表明：①2013年珠江三角洲城市群的工业生产空间共有2604.71 km2,其空间分布呈现典型的“核心—边缘”结构,并且形成了交错式、零散式和集中式3种分布模式。②珠江三角洲城市群的工业生产空间具有很强的分形特征,核心区的分形维数整体小于外围地区,而空间结构的稳定性高于外围地区;珠三角各市中,工业生产空间形态紧凑度最高的为珠海、最低的为广州,而空间离散度最高的为惠州、最低的为中山;珠三角各市工业生产空间的规模差异显著,与经济规模、人口规模、工业企业数等呈较强的正相关关系,而东莞、深圳、中山、佛山的密度指数过高,需加强工业生产空间的集约高效利用。③自然因素与交通条件、城镇化与开发区的发展、政策的引导和调控以及经济全球化是珠江三角洲城市群工业生产空间分布的主要影响因素。     

Spatial patterns of urban land use growth in Beijing

By using digitized land use maps of Beijing in 1982, 1992 and 1997 and employing GIS spatial analysis techniques, this paper conducts an empirical study on the spatial differentiation and spatial patterns of urban land use growth in Beijing in the period of 1982–1997. It is observed that urban land use growth in Beijing went beyond the control of urban planning, in terms of the extraordinary high growth rate and undesired spatial pattern. The rate of urban expansion after 1982, which was predominated by growth of industrial land, was extraordinary high compared to its historical period. While its growth centers have been actively shifting toward the northern part, rather than toward the southern and eastern parts as designated by the latest General Plan (1991–2010) of Beijing, its spatial pattern of urban land use growth in general was in distinct concentric sprawl, which seriously violated the General Plan of Beijing.     

北京城市蔓延的测度与分析

针对现阶段我国城市用地快速扩张和无序蔓延的现实问题, 以北京市在1996~2004 年期间的城市扩展作为研究案例, 提出可以从城市扩展形态、扩展效率和外部影响等三个方面来判识城市蔓延现象, 并提出基于地理空间指标体系的城市蔓延测度方法, 主要由涉及人口、经济、土地利用、农业、环境和城市生活等方面的13 项指标所组成。实证分析结果表明, 该方法可以有效地测度和量化研究区城市蔓延的特征: ① 建设用地斑块具有明显的破碎化和不规则化趋势, 缺乏良好的规划控制, 不连续开发、条带式开发和跳跃式开发特征明显, 扩展形态不尽合理; ② 新增建设用地的建设密度和容积率较低, 并且新增用地的人口密度和经济产出水平均低于原有用地绩效, 扩展效率不高; ③ 城市蔓延占用大量的耕地和开敞空间、加重了交通负担, 对农业、环境和城市生活存在显著的负面影响。     

Spatial patterns of urban land use growth in Beijing

By using digitized land use maps of Beijing in 1982, 1992 and 1997 and employing GIS spatial analysis techniques, this paper conducts an empirical study on the spatial differentiation and spatial patterns of urban land use growth in Beijing in the period of 1982-1997. It is observed that urban land use growth in Beijing went beyond the control of urban planning, in terms of the extraordinary high growth rate and undesired spatial pattern. The rate of urban expansion after 1982, which was predominated by growth of industrial land, was extraordinary high compared to its historical period. While its growth centers have been actively shifting toward the northern part, rather than toward the southern and eastern parts as designated by the latest General Plan (1991-2010) of Beijing, its spatial pattern of urban land use growth in general was in distinct concentric sprawl, which seriously violated the General Plan of Beijing.     

北京城市蔓延的测度与分析

Concerning about the rapid urban growth in recent China, this study takes Beijing as a case and puts forward that urban sprawl can be measured from spatial configuration, urban growth efficiency and external impacts, and then develops a geo-spatial indices system for measuring sprawl, a total of 13 indicators. In order to calculate these indices, different sources data are selected, including land use maps, former land use planning, land price and floor-area-ratio samples, digitized map of the highways and city centers, population and GDP statistical data, etc. Various GIS spatial analysis methods are used to spatialize these indices into 100m×100m cells. Besides, an integrated urban sprawl index is calculated by weight sum of these 13 indices. The application result indicates that geo-spatial indices system can capture most of the typical features and interior differentia of urban sprawl. Construction land in Beijing has kept fast growing with large amount, low efficiency and disordered spatial configuration, indicating a typical sprawling tendency. The following specific sprawl features are identified by each indicator: (1) typical spatial configuration of sprawling: obvious fragmentation and irregularity of landscape due to unsuccessful enforcement of land use planning, unadvisable pattern of typical discontinuous development, strip development and leapfrog development; (2) low efficiency of sprawl: low development density, low population density and economic output in newly developed area; and (3) negative impacts on agriculture, environment and city life. According to the integrated sprawl index, the sprawling amount in the northern part is larger than that in the southern, but the sprawling extent is in converse case; most sprawling area include the marginal area of the near suburbs and the area between highways, etc. Four sprawling patterns are identified: randomly expansion at urban fringe, strip development along or between highways, scattered development of industrial land, leapfrog development of urban residence and industrial area.     

非正式聚落快速增长下的城市蔓延

姆万扎是坦桑尼亚第二大城市，也是非洲发展最快的城市之一，近年来城市蔓延问题日益凸显。本文以遥感解译的姆万扎2000、2010、2015年3期土地利用数据为基础，运用GIS空间分析、用地增长弹性系数、景观指数等方法和指标，并结合实地调研和关键知情人访谈，分析了姆万扎2000年以来城市蔓延的空间特征及影响因素。分析结果表明：1）2000年~2015年间姆万扎城市以非正式聚落形式快速蔓延，建成区扩展速度和扩展强度迅速增加；蔓延主要占用裸地，其次是植被，侵占植被的速度迅速加快；2）城市蔓延主要沿3条主干道进行，属于“廊道式为主，填充式为辅”的扩展模式，形成指状的城市空间形态；建成区紧凑度逐渐下降，形状变得更加不规则；3）城市蔓延的主要区域和整体范围都在扩大，距离衰减特征明显,沿东南方向扩展强度最高；4）城市蔓延主要受到人口与经济增长、交通条件改善、土地制度问题及有效规划缺失等因素的影响。加强次干路和地方道路的规划和建设，制定及时、有效、符合地方背景的城市规划，是未来姆万扎控制城市蔓延的可能途径。     

Measuring urban sprawl in Beijing with geo-spatial indices

Concerning about the rapid urban growth in recent China, this study takes Beijing as a case and puts forward that urban sprawl can be measured from spatial configuration, urban growth efficiency and external impacts, and then develops a geo-spatial indices system for measuring sprawl, a total of 13 indicators. In order to calculate these indices, different sources data are selected, including land use maps, former land use planning, land price and floor-area-ratio samples, digitized map of the highways and city centers, population and GDP statistical data, etc. Various GIS spatial analysis methods are used to spatialize these indices into 100m×100m cells. Besides, an integrated urban sprawl index is calculated by weight sum of these 13 indices. The application result indicates that geo-spatial indices system can capture most of the typical features and interior differentia of urban sprawl. Construction land in Beijing has kept fast growing with large amount, low efficiency and disordered spatial con-figuration, indicating a typical sprawling tendency. The following specific sprawl features are identified by each indicator: (1) typical spatial configuration of sprawling: obvious fragmenta-tion and irregularity of landscape due to unsuccessful enforcement of land use planning, unadvisable pattern of typical discontinuous development, strip development and leapfrog development; (2) low efficiency of sprawl: low development density, low population density and economic output in newly developed area; and (3) negative impacts on agriculture, en-vironment and city life. According to the integrated sprawl index, the sprawling amount in the northern part is larger than that in the southern, but the sprawling extent is in converse case; most sprawling area include the marginal area of the near suburbs and the area between highways, etc. Four sprawling patterns are identified: randomly expansion at urban fringe, strip development along or between highways, scattered development of industrial land, leapfrog development of urban residence and industrial area.     

中国沿海三大城市群城市空间网络拓展分析——以综合交通信息网络为例

在以“空间流”为逻辑的区域空间组织下,借由城际交通与信息网络的全面发展改变着社会经济空间结构的深度与广度,由此产生的“时空压缩”效应大幅度增强城市信息联系,促使现代城市在“空间流”的作用下不断扩展城市网络空间。针对中国在城镇化发展过程中出现的沿海三大城市群：长三角、京津冀以及珠三角城市群,对其进行城市空间网络分析,结果表明：① 公路运输、普通列车、高速列车、信息网络在一定程度上把相互连接的城市转变成为城市空间对外拓展的网络节点,拉近节点城市与周边城市的时空距离,带动城市群区域信息“网络化”结构的形成;② 长三角城市群城市空间网络主要以上海（沪）、南京（宁）核心节点城市构成,北翼网络化程度较高于南翼线性联系程度,其区域联系密度以“沪-宁”“沪-杭”沿线向两侧递减;其城市群城市网络拓展流向主要是以上海→湖州、上海→宁波、上海→泰州、南京→扬州、南京→镇江、南京→无锡、南京→苏州、南京→上海、杭州→宁波等城市流向,呈现典型多中心结构;③ 京津冀城市群城市空间网络主要以北京、天津为核心向外辐射,形成了以廊坊、沧州、承德、张家口等次级城市网络连线。其城市群城市间网络的拓展流向主要是以北京→天津、北京→石家庄、北京→秦皇岛、北京→廊坊、天津→秦皇岛、天津→石家庄等城市流向,呈现典型的双核心结构,这些城市彼此之间呈现复杂网状联系特征,其中,北京-天津-石家庄围成度中心网络的核心圈层,度中心值较低的其他10个城市节点组成外围低密度圈层;④ 珠三角城市群城市空间网络主要以广州、深圳、珠海为核心向外辐射,形成了以佛山、惠州、江门等次级城市网络连线。其城市群城市网络拓展方向主要以广州→深圳、广州→肇庆、广州→东莞、深圳→广州、深圳→东莞、珠海→东莞等城市流向。其中,广东、深圳处于网络的绝对中心位置,广东-深圳-东莞-佛山围成度中心网络的核心圈层,度中心值较低的其他5个城市节点组成外围低密度圈层,多核心网络结构特征显著。     

基于出租车轨迹数据的城市空间结构变化研究——以深圳市为例

在地理大数据大量涌现的背景下,利用深圳市2009年5月和2016年9月2期出租车轨迹大数据,通过构建2层空间网络,并使用Infomap社区发现算法,发现网络中的全局空间社区和局部空间社区。通过对比空间社区的变化,并结合遥感数据和规划政策等,探讨深圳市长时期多层空间结构的动态变化,揭示了城市基础设施建设以及规划政策制定等对城市空间结构的影响。结果表明：全局尺度下,城市的空间结构趋向于紧凑式发展,如深圳市郊区的小空间社区合并成了5个大空间社区,这与深圳2020年总体规划有较大的关联。局部尺度下,城市的空间结构趋向于多中心式发展,如围绕深圳高铁北站和南山中心的2个空间社区分裂成了多个小空间社区,这与重大基础设施建设和经济发展有较大的关联。     

Influence of urban expansion on the urban heat island effect in Shanghai

The urban heat island (UHI) effect resulting from rapid urbanization is attracting increasing attention among the global scientific community. This research analyzed the relationship between urban expansion and the UHI effect utilizing an integrated approach, including urban land interpretation and retrieving land surface temperature based on remote sensing, and spatial overlay analysis for revealing the relationship for different time periods between 1984 and 2014 in Shanghai, China. The results show that (1) the spatiotemporal changes in UHI are consistent with the expansion of urban land, and rapid urban expansion leads to an expansion of the UHI, in particular along roadways. (2) The mode of urban expansion is an important factor influencing the UHI effect. Urban sprawl (urban expansion in the edge-expansion way) is a form of typical expansion that leads to the rapid increase in the UHI. When the urban compactness ratio is less than 0.15, a compact design can effectively control the expansion rate of the UHI and mitigate its range of influence and intensity. However, when the urban compactness ratio is greater than 0.15, the urban design has a marked influence on the UHI ratio index: a more compact form produces a stronger UHI effect. So, finding an equilibrium between urban compactness ratio and urban expansion rate is good for effective urban management and planning.