京津冀城市群多情景空间演化模拟北大核心CSCDCSSCI

京津冀城市群是中国经济发展三大引擎之一,随着京津冀协同战略的深入推进,其空间拓展呈现出新趋势与新动力。首先,集成约束性元胞自动机、空间聚类、Logistic回归、时间迭代等算法,构建出以地理分区、宏观预测和微观分配为核心的多情景空间演化模型。然后,利用京津冀2000-2013年及规划预测的用地、交通、城镇、生态和社会经济等数据,进行模型参数识别与模拟效果验证,并从交通引导、城镇辐射、经济发展等定量揭示城市群地域空间演化的动力机制。最后,从城镇化发展速度、生态保护格局和规划政策引导三大角度进行多情景模拟,总体呈现城镇扩展速度减缓、京津用地疏解效应明显和交通引导趋势加强等特点,且主要沿京津、京保石、京唐秦和京张四条发展轴扩展。2014-2030年新增城镇建设用地共3851 km^2,年均增长量226.5 km^2,远低于2000-2013年的339.7 km^2;其中,京津两地新增用地占比由42%下降到26%,保定和廊坊则成为未来城镇扩展的主力军,四市总增量占比达56%。     

基于重心-GTWR模型的京津冀城市群城镇扩展格局与驱动力多维解析

城镇用地扩展格局及驱动力研究对城市群发展规划与决策具有重要意义。以京津冀地区为例,基于城镇用地扩展强度指数、城镇用地扩展差异指数、分形维数、土地城镇化率和重心转移模型,多维解析了城市群城镇用地扩展格局特征,并耦合重心转移模型和时空地理加权回归（GTWR）模型构建重心-GTWR模型,在对空间格局进行长时间序列多维度指标分析的基础上,运用该模型依序对其特征进行驱动力解读,进而总结凝练京津冀区域发展的主导模式与城市核心驱动力。主要结论为：① 1990-2015年,京津冀城市群城镇用地扩展强度呈现“下降-上升-下降”的趋势,高峰时期在2005-2010年,在2005年之前高速发展城市集中在北京、天津、保定和廊坊,2005年之后集中在邢台和邯郸;② 城市群城镇用地重心虽呈现出发散态势,但城市之间的局部相互作用力逐渐增强,城镇用地扩展驱动力表现出空间溢出特征;③ 京津冀城市群空间发展模式由以北京和天津为中心的双核发展模式向多核发展模式转变,并出现北部资源运输核心、中部经济发展核心和南部投资发展核心三大功能核心组团,城市群趋向于多核功能协同发展模式;④ 重心-GTWR模型结合了时空非平稳性和城市空间相互作用,将城市群城镇用地扩展作为一个时空变化系统进行分析,经验证,该模型在城镇用地扩展格局驱动力分析研究中具有可行性。     

黄河流域城市群扩张的时空格局演化及情景模拟——以呼包鄂榆城市群为例

黄河流域城镇扩张对区域景观格局影响显著,城市群人口聚集与增长引发了流域“人-地”矛盾和“空间冲突”等一系列生态环境问题。基于土地利用数据和FLUS模型对2025年和2035年呼包鄂榆城市群城镇化与土地利用时空演化特征进行多情景模拟预测。结果表明：① 1990—2018年呼包鄂榆城市群整体发展水平较低,建设用地面积经历了“平稳增加-缓慢增加-急剧增加”的变化过程,区域总体以草地为主,其占土地总面积的50%以上,其次是未利用土地和耕地,林地和建设用地次之。② 城市群扩张最剧烈地区在空间上主要发生在呼和浩特市、包头市等城市主城区,且扩张模式以外延式扩张为主,扩张来源主要是耕地、草地等生态用地。③ 三种情景模拟发现,2025年和2035年区域土地利用变化的空间结构和特征差异明显。自然发展情景下,城市扩张不受约束,高速增长占据了大量生态用地;加入生态约束条件很好的控制了对草地和林地的占用;经济发展情景下,城市扩张将进一步占据更多的未利用土地和耕地。本研究通过城市群扩张时空格局演化及情景模拟分析,尝试为区域规划、城市空间规划和区域生态空间保护提供多角度、多情景和可选择的政策决策参考。     

京津冀地区城镇空间扩张模拟与分析

准确把握城镇扩张过程中空间形态的变化规律对城镇规划水平的提高具有重要的现实意义。当前,京津冀的协同发展已上升为国家战略,为了对京津冀远景的城镇增长进行预测,本文将北京城市空间发展分析模型(BUDEM)扩展到京津冀(JJJ)区域,构建了京津冀城镇空间发展分析模型(BUDEM-JJJ)。该模型以城市增长理论和约束性元胞自动机(Constrained Cellular Automata,Constrained CA)模型为基础,以京津冀区域为研究对象,以Logistic回归和单一参数循环方法(Monoloop)为模型参数识别方法,利用2000-2005年和2005-2010年两个历史阶段的城镇建设用地数据对模型进行了参数识别,并进行了模型验证。在此基础上,对京津冀区域2049年的城镇形态进行了多种情景模拟,分析了不同发展情景(Scenario)下京津冀地区城镇空间发展格局的变化,可为当前京津冀城镇发展方向的调整和下一轮的城镇规划提供参考。     

基于变化轨迹分析方法的生态用地流失空间关联研究

针对现有研究割裂了生态用地流失这一基本变化过程的不足,本文基于变化轨迹分析方法,从过程完整性角度探求了京津冀城市群地区生态用地流失的空间关联特征。结果表明：① 京津冀城市群地区土地利用变化主要表现为林地、草地、水域和耕地的流失,流失面积的40%转为人工表面;② 林地、草地和水域流失的空间自相关性随空间尺度增大而增强,7 km×7 km空间尺度上3种生态用地流失空间正相关性较强,且随距离阈值增加而降低;③ 距离阈值为10 km时,林地、草地流失高发区集中分布在京津冀西北部地区,水域流失高发区集中分布在东部渤海湾附近,生态环境保护应从京津冀协同发展角度,打破区域发展不均衡,促进京津冀城市群全面发展。     

长株潭都市圈城市空间演化情景预测及其耕地影响分析

长江经济带建设是新时期中国经济社会发展的重大战略之一。城市群国土空间的合理规划与科学管理对长江经济带健康、可持续发展具有重要的意义。位居长江中游的长株潭都市圈经历了快速的城镇化过程,城市扩展对区域资源与环境产生了深刻的影响,但目前该区域国土空间格局及变化预测的研究不足,城市空间扩展对耕地保护的影响尚不明确。本文基于极限学习的城市扩展元胞自动机模型,在自然增长、规划发展、生态优先三种城市发展情景下,模拟预测了2030年长株潭都市圈城市空间格局,分析了城市空间演化对耕地面积及其空间分布的影响。研究结果表明：(1)在自然增长、规划发展、生态优先三种城市发展情景下,2030年长株潭都市圈建设用地将分别达到1295.08、1166.44、1104.78 km²。在三种城市发展情境下,长株潭都市圈建设用地均以边缘增长为主,向外扩展延伸,城市一体化趋势显著;(2)在自然增长、规划发展、生态优先三种情景下,2030年长株潭都市圈耕地将分别减少到2088.30、2134.94、2199.45 km²。城市建设用地的扩展导致区域耕地面积的减少,从粮食安全与可持续...     

基于生态-经济权衡的京津冀城市群土地利用优化配置

探索生态保护与经济发展的权衡关系,并利用该权衡关系协调土地利用优化配置是解决城市群经济与生态协调发展难题的重要途径,已成为目前的一个研究热点。论文针对京津冀城市群生态友好型协同发展的需求,设置生态系统服务价值最大化和经济价值最大化2种优化目标,每种目标下再设置“生态保护”“统筹兼顾”“粮食安全”和“经济发展”4种土地利用情景,采用CLUE-S模型模拟2025年京津冀城市群在不同情景下的土地利用空间配置格局,及其生态系统服务价值、经济价值在不同目标的各种情景下的变化。研究结果表明：相比2015年,2025年在不同目标不同情景下,各类土地利用面积的数量变化和空间格局均有较大不同,且生态目标和经济目标下不同情景的土地利用配置不同。生态系统服务价值在生态目标生态保护情景下最大,为14423.58亿元;而经济价值则在经济目标经济发展情景下最大,为96771.49亿元。从土地利用变化的空间分布上来看,生态用地中林地与草地的增加多出现在坝上高原和燕山与太行山山地,水体的增加则主要分布在东部沿海地区。研究认为,生态效益与经济效益间存在权衡关系,基于生态-经济权衡的土地利用优化研究结果对未来京津冀城市群生态实践工作有较大的参考价值。     

哈长城市群城镇用地扩展进程及其驱动因素研究

以Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为主要数据源,提取哈长城市群1990、2000、2010、2015 年4 个年份的建设用地信息,采用年均扩展指数、景观扩展指数、多距离空间聚类函数、空间分维度等对城镇用地扩展进程进行分析。结果表明,1990~2015年间,哈长城市群城镇用地增加57 321.47 hm²,增长率为21.05%,整体扩展强度呈上升趋势;空间扩展表现出以中心城市为核心的扩展模式,边缘式增长在各个时期均为主导增长方式;空间扩展聚集性总体表现出“先增强、后减弱”趋势,整体空间结构相对稳定。国家宏观政策、非农业GDP增量和第三产业GDP增量是影响哈长城市群城镇用地扩展的重要因素。GDP增量、非农业人口增量、第二产业GDP增量对城镇用地的扩展起阶段性作用;人均GDP增量与城市用地扩展相关性不显著。     

不同非空间模拟方法下CLUE-S模型土地利用预测——以秦淮河流域为例

基于快速城镇化背景下秦淮河流域土地利用历史状况,选择CLUE-S模型对其2020年土地利用情况进行模拟预测。分别使用线性回归、Markov模型、灰色GM（1,1）模型预测CLUE-S模型非空间模块的土地利用需求量,再嵌入CLUE-S中得到3种预测结果,对预测结果进行比较。另外设定“自然发展”情景与考虑规划政策影响的“优化格局”情景,模拟2020年不同情景下秦淮河流域土地利用格局情况,并进行景观格局分析。结果表明：线性回归模型、Markov模型、灰色GM（1,1）模型的Kappa指数分别为0.866、0.849、0.867,3种方法均满足模型精度要求;自然发展情景中2020年水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积相对于2010年分别变化21.5%、-15.3%、-9.0%、51.5%、-28.9%,而优化格局情景下水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积分别变化3.1%、-1.6%、10.8%、6.3%、-10.6%,相比于自然发展情景,优化情景土地利用状况更符合保护基本农田、增加生态用地连通性、提高雨水下渗能力以及缓解城市热岛效应的要求,为后期土地利用规划提供了依据。     

转型期京津冀城市群空间扩展格局及其动力机制研究——基于夜间灯光数据方法

针对中西方城市群空间扩展路径研究的争论,以京津冀城市群为例,运用夜间灯光数据,采取扩展强度指数、空间关联模型、多维驱动力分析模型,定量揭示了城市群时空扩展路径及其动力机制。结果表明：① 1992-2012年,京津冀城市群时空扩展呈现以京津唐为核心的中心集聚扩展模式,保定—衡水—石家庄之间的“三角地带”成为城市群空间扩展的冷点区;② 城市群空间扩展虽然已经出现了扩散势头,但向心集聚的惯性作用力依然强大;③ 城市群时空扩展的动力机制表现出以市场力为主要驱动因子的特征,行政力、外向力和内源力对城市群空间扩展的影响作用依次递减,从城市群空间扩展的驱动力演化趋势看,市场力、行政力、外向力的影响呈现上升趋势,而内源力的影响系数则呈现下降趋势。最后,提出降低行政干预、构建市场主导机制、强化内外双向开放、推动产业升级政策建议,促进城市群空间结构持续优化。     

成渝城市群土地利用转型与经济发展的耦合协调性研究

随着城镇化、工业化快速推进,成渝城市群土地利用转型与经济发展的矛盾问题日益显现,对二者互动关系与存在问题的探讨,现有研究尚无法给出系统的解答和经验证据。本文以成渝城市群为研究区域,基于1990年、2000年、2010年及2018年四期土地利用现状遥感监测数据,从三生空间角度出发,利用转移概率矩阵、空间分析模型对研究区土地利用转型及其与经济发展的耦合协调性进行研究,揭示了成都城市群和重庆城市群土地利用转型与经济发展的耦合协调关系。结果表明:(1)1990—2018年,研究区转型发展过程中生产用地和生态用地共计分别减少1733.43 km~2和520.12 km~2,生活用地增加2389.30 km~2;(2)土地利用转型最大的是工业生产用地,转型最小的是绿色生态用地,生产用地属于减少型地类,生活用地和生态用地属于增加型地类;(3)邻近"双核"的中小城市耦合协调度大于远城区,"双核"及其广大腹地地区一批中小城市耦合协调建设发展趋势明显,同步型与经济发展滞后型两种类型占据了大部分城市;(4)成都城市群和重庆城市群的土地利用转型与经济发展的耦合协调类型发展趋势大致相似,成都城市群耦合协调水平整体略高于重庆城市群。本研究可为区域国土空间格局优化与经济社会可持续发展提供一定理论和实践参考。     

转型期京津冀城市群空间扩展格局及其动力机制——基于夜间灯光数据方法

针对中西方关于城市群空间扩展路径研究的争论,以京津冀城市群为例,运用夜间灯光数据,采取扩展强度指数、空间关联模型、多维驱动力分析模型,定量揭示了城市群时空扩展路径及其动力机制。结果表明:1 1992-2012年京津冀城市群时空扩展呈现以京津唐为核心的中心集聚扩展模式,保定—衡水—石家庄之间的"三角地带"成为城市群空间扩展的冷点区;2城市群空间扩展虽然已经出现了扩散势头,但向心集聚的惯性作用力依然强大;3城市群时空扩展的动力机制表现出以市场力为主要驱动因子的特征,行政力、外向力和内源力对城市群空间扩展的影响作用依次递减,从城市群空间扩展的驱动力演化趋势看,市场力、行政力、外向力的影响呈现上升趋势,而内源力的影响系数则呈现下降趋势。最后,提出降低行政干预、构建市场主导机制、强化内外双向开放、推动产业升级的政策建议,促进城市群空间结构持续优化。     

基于SSP-RCP不同情景的京津冀地区土地覆被变化模拟

如何实现自然与人文双重驱动下的特大城市群地区土地覆被变化的情景模拟,不仅是当前土地覆被变化研究领域的热点问题,也是城镇化可持续发展研究的核心主题之一。本文在对现有土地覆被变化情景模型缺陷进行分析和修正的基础上,构建了自然要素与人文要素耦合驱动的土地覆被情景曲面建模（SSMLC）方法。结合IPCC 2020年发布的共享社会经济路径（SSPs）与典型浓度路径（RCPs）组合的CMIP6 SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5的气候情景数据,以及人口、GDP、交通、政策等人文参数,分别实现了SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5情景下的京津冀土地覆被变化的情景模拟。模拟结果表明：SSMLC对京津冀地区土地覆被变化模拟的总体精度为93.52%;京津冀地区的土地覆被在2020—2040时段内的变化强度最高（3.12%/10a）,2040年以后的变化强度将逐渐减缓;在2020—2100年间,建设用地增加速度最快,增加率为5.07%/10a。湿地的减少速度最快,减少率为3.10%/10a。2020—2100时段内的京津冀土地覆被在SSP5-8.5情景下的变化强度整体高于在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下的变化强度;GDP、人口、交通和政策等人文因子对京津冀地区耕地、建设用地、湿地和水体的影响强度高于对其他土地覆被类型的影响强度。研究结果证实了SSMLC模型能够有效模拟和定量刻画京津冀地区土地覆被空间分布格局在未来不同情景的时空变化趋势和强度,模拟结果可为京津冀协同一体化的国土空间优化配置与规划、以及生态环境建设提供辅助依据和数据支撑。     

资源环境保护下天津市用地空间增长模拟

从资源承载和生态保护的角度预测城镇土地利用变化,是实现国土空间用途管制的客观需求。以典型缺水城市天津市为研究区,采用系统动力学模型预测土地利用规模、最小成本路径法构建生态廊道和FLUS模型模拟土地利用变化等方法,分别模拟自然扩张和资源环境保护情景下天津市2035年土地利用情况。结果表明：① 资源约束条件显著制约城镇人口和建设用地的超量发展,随着资源约束增强、科技发展增速,人口和建设用地增长量随之降低,城镇GDP保持稳定增长。② 天津市重要生态廊道以南北向联系为主,东部和北部生态廊道重要性较高,部分生态廊道由于路径较长或距离建设用地较近而面临被蚕食挤压的风险。③ 水体湿地在资源环境保护情境下面积略有增长,在自然扩张情境下则延续以往不可持续的发展模式,出现向草地退化的情况,部分生态源地和廊道受到耕地侵占和建设用地扩张的影响。④ 受交通发展和京津职住分离的影响,天津市城镇建设用地增长主要发生在蓟州、武清和宝坻区。此外,在资源环境保护情景下,中心城区和滨海新区增长率较低,津南区表现出较大发展潜力。以资源环境承载约束城镇扩张,能够为国土空间规划实践提供科学引导。     

权衡生态安全与城市扩展模拟的山地城市增长边界划定

进行城市空间增长边界模拟研究,对区域有序开发土地资源和有效保护生态效益具有重要意义。传统方法未考虑到现实约束下生态需求对城市扩展的影响,缺乏一定的客观评价。本文以2005年和2015年两期城镇建设用地数据为基础,从协调城市扩展与生态安全的视角出发,借助ArcGIS平台构建改进CA模型,模拟了2025年万州城区的城镇用地扩展情况,并划定了城市增长边界。首先,通过计算生态敏感性、生态服务价值和禁止开发区划定生态保护红线,结合水域用地得到生态安全格局;其次,合理选取城市扩展潜力因子建立Logistic驱动评价体系,并纳入可控的邻域作用和随机作用构建CA模型模拟城市扩展的空间形态;最后,综合评价划定出2025年城市增长边界。结果表明:(1)以2005年为基期模拟2015年研究区的城镇用地情况,模拟总精度为96.80%,Kappa系数为0.86,模型效果好;(2)2025年模拟的城市增长边界内面积为166.79 km~2,占研究区面积的15.32%。模拟结果可为城市空间规划提供定量支撑,保障了城市扩展的可持续性,对生态环境敏感、城市用地紧张的山地型城市的增长边界划定具有参考价值。     

京津冀城市用地形态的双分形特征及其演化

区域城乡一体化的标志之一是城镇体系结构的一体化,这个过程可以从标度的角度进行描述和评价。分形是标度分析的重要方法,地理空间无尺度分布特征的典型参数是分维。论文以京津冀城镇体系为例,利用遥感图像的解译数据和人口普查数据开展分形分析、位序-规模分布分析和异速标度分析,用以解释1995—2013年间京津冀城镇体系演化的过程。结果表明,京津冀城镇体系及其演化的特征有：①京津冀空间结构和位序-规模分布都表现为自仿射双分形结构;②京津冀区域的城市人口-城区面积异速标度退化为假线性关系;③随着城镇体系的演化,自仿射的双分形结构逐步向自相似分形结构演化。由此得出结论：其一,京津冀城镇体系存在结构性的不协调因素。其空间结构和等级结构具有二元化特征,但演化方向却呈现内在结构一体化的显著趋势。其二,大城市用地不够集约。城市边缘区的无序扩张导致土地利用铺张浪费。地方政府和规划专家可以有意识地利用城镇体系演化的这种特征和趋势制定管理措施和优化规划方案。     

京津冀城镇用地空间结构的多分维谱分析

城市形态和城镇体系都具有分形性质,但简单分形模型不能有效揭示城市系统的复杂结构特征及其背后的问题。多分形模型及分析方法是研究城市空间复杂性和描述城市异质性的有效手段。利用城镇建设用地和总建设用地的多分维谱分析,可以发现京津冀城镇体系及主要城市的空间演化问题。主要结果如下：①京津冀总建设用地的全局谱线不正常,代表中心区的谱线收敛过快,而代表边缘区和乡村地区的谱线收敛位置严重越界;②局部谱线单峰左偏,左(趋向中心区)高密、右(趋向边缘区)低疏,且右边数值越界;③多分维增长曲线服从二次logistic函数,但不同区域和城市的增长曲线的拐点位置不同。深入分析谱线特征及其异常根源,得出如下结论：①京津冀主要城市的中心区填充过密,没有太多缓冲空间,而边缘区无序扩展,需要通过规划进行优化;②京津冀城市生长以外延扩展模式为主,但河北省总建设用地有中心集聚迹象;③京津冀地区特别是主要城市用地接近饱和,土地扩展速度高峰已经过去,只有河北省部分区域例外。     

中国“三生用地”分类（英文）

经济的快速发展以及工业化和城市化导致中国人地关系紧张,争地现象多发。为兼顾粮食安全、生态保护和经济发展之间的关系,需要协调土地不同功能用地的矛盾。现行的土地利用分类体系,注重土地的生产、生活功能,欠缺对土地生态功能考虑。本研究从土地的主体功能出发,强调生态用地的概念和地位,构建了"三生用地"分类体系,统筹生产、生活和生态用地空间。所谓生态用地,是指以调节、维持和保障生态安全功能为主的用地。三生用地分类体系,将生态用地纳入土地利用分类体系,有助于生产、生活和生态用地空间的统筹兼顾和规划。该分类系统包括三级的分类体系,一级类包括生态用地,生态生产用地,生产生态用地和生活生产用地等4类;二级类具体分为生态用地(重点调节生态用地,一般调节生态用地和生态容纳用地),生态生产用地(牧草地,用地林地和渔业养殖地),生产生态用地(耕地和园地)和生活生产用地(城镇建成区用地,农村生活用地和工业生产用地)等共15类;三级类则主要依据传统的土地利用类型划分。基于多数据源,通过先分区再分类的策略,本文提取了中国"三生用地"的分布范围。结果表明,生态用地、生态生产用地、生产生态用地和生活生产用地等面积分别为603.70万km~2、135.38万km~2、200.19万km~2和20.73万km~2,各占国土面积的62.89%、14.10%、20.85%和2.16%。生态用地主要分布在中西部,生态生产用地因其生产功能具有明显的地域分异,生产生态用地和生活生产用地则更集中分布在东部地区。     

土地集约利用与城市化相互作用的定量研究——以中国三大城市群为例

基于京津冀、长三角和珠三角三大城市群2007-2013年土地集约利用与城市化水平的测度,运用协整检验、脉冲响应和方差分解等计量方法,对其城市化与土地集约利用的动态关系和相互作用强度进行研究。结果表明：三大城市群土地集约利用与城市化水平之间存在长期的正向促进作用,但作用强度不同;城市化对土地集约利用的作用强度表现为京津冀>珠三角>长三角,而土地集约利用对城市化的作用强度则表现为长三角>京津冀>珠三角;京津冀和珠三角城市群应在城市化进程中加强城市土地的内涵挖潜,而长三角城市群应逐步调整和优化城市发展模式,从而实现三大城市群城市化与土地集约利用的协同发展。     

长江三角洲生态用地破碎度及其城市化关联

破碎化是当今地表自然景观演化的重要形式。基于县(区) 行政单元,利用GIS 技术和景观生态方法,定量探讨了长江三角洲生态用地破碎分区及其城市化关联,研究结论有：① 建立了生态用地破碎度综合模型,并与城市化规模和空间构型等参数聚类,将全区划为2 个 高破碎区、3 个中等破碎区和2 个低破碎区;② 基于区县尺度和30 m 分辨率影像的生态用 地破碎度是城市化、生态用地特征及其他干扰源的综合表现,与城镇化水平和城镇用地比例 等规模参数相关性不明显,相关系数分别为0.303、0.432,但与城镇用地聚合度呈现明显的负相关,相关系数为-0.807;③ 破碎分区及破碎度的城市化关联为不同生态用地空间战略的选择提供依据,对面向生态保护的城市化空间引导和规划具有指导意义。