2003年以来长春市城市功能用地演替

城市空间的增长不仅仅表现在城市用地的扩张,还表现在城市功能用地的演替。城市功能用地的演替可以更加深刻地揭示城市空间外延式水平扩展的内在特征,是城市功能集聚与扩散的空间反映。以长春市中心城区为例,利用2003、2007、2010、2012年4个年份的遥感影像图、地形图及城市用地现状图等数据资源,借助Arc GIS、Auto CAD等软件,运用GIS分析方法,在分析中心城区城市空间扩展的总体格局及城市用地结构变化的基础上,提出以外部扩展与内部更替来表达城市功能用地的演替,进而阐释城市空间扩展及城市功能集聚与扩散的内在特征,为城市空间扩展的研究提供一种新的、有效的手段,以丰富城市空间研究的理论成果体系。     

城市空间扩展的生态环境效应研究——以内蒙古呼和浩特市为例

城市空间扩展对生态环境的影响及其响应研究备受关注。以内蒙古呼和浩特市为例,借助1977—2014年遥感影像,基于城市用地扩展定量分析及相关评估方法,从资源、环境、景观、生态服务价值及生态环境质量与生态风险变化等角度,对其空间扩展所致生态环境效应进行分析。结果表明：研究期内,呼和浩特市建成区面积扩大5.65倍,生态用地减少18.18%,城市排污总量增加1.62倍,热岛比例指数升高0.40倍,斑块数量增加1.12倍,生态系统服务价值降低8.30%,生态环境质量指数下降8.37%,生态压力指数升高6.11倍。可见,呼和浩特城市空间扩展已对生态环境造成影响,是导致生态用地减少、环境污染加重、热岛效应显著、景观格局破碎、生态功能减退、环境质量降低、生态风险加剧的原因之一。研究结论可为有效遏制城市用地扩张对生态环境的负面影响提供理论依据。     

基于土地利用格局重建的区域生境质量时空变化分析

区域生境质量决定了区域内生物多样性状况,是生态系统服务功能和生态系统健康程度的重要体现,生境质量变化研究对区域生态安全具有重要的意义,重建区域生境质量空间格局可以还原历史时期的生态环境本底,为揭示区域生态环境质量演变规律提供科学支撑。选取高程、坡度、坡向、GDP、人口、温度、降雨量、河流距离、城市距离和海岸线距离10个土地利用变化驱动因子,构建CA-Markov模型参数,模拟得到历史土地利用空间数据。在此基础上,运用InVEST模型重建泛长三角地区生境质量空间格局,并对计算得到的生境退化度指数和生境质量指数进行等级划分与统计分析。结果表明：① 土地利用模拟精度验证结果显示Kappa系数为0.88,土地利用空间格局重建方法可行,可以在此基础上开展生境质量模拟研究。② 泛长三角地区1975—2010年生境退化度逐期上升,生境退化等级在空间分布上呈圈层递变分布规律。生境质量则表现为逐期下降,高值区主要分布于山区,低值区大部分位于建成区;1975—2010年期间,低值区逐渐向周边高值区域演变,生境高值区域趋于破碎化。③ 1975—2010年生境质量时空变化特征表明：生境质量差等级区域,其生境难以修复,维持原状居多;生境质量较差等级区域易继续恶化,且易发生在建成区周边区域,占比为研究区总面积的6.40%;生境等级为良好和优等的区域,其生境等级易转换为差等和较差等级,使得该区域的生境破碎化,该类型的面积占比为研究区总面积的5.68%。④ 1975—2010年期间,研究区土地利用变化显著,对生境质量造成了巨大的影响;研究区生境质量逐期变差,其生境质量等级位于较差及以下区域面积占比均达到了60%以上,建设用地为生境质量最大的威胁因子。     

基于遥感数据的伊宁市城市扩展及其驱动力分析

以新疆伊犁哈萨克自治州直属市-伊宁市为例,以1990-2015年的 Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为数据来源,采用最大似然法提取土地利用信息,通过城市用地扩展的变化分析、城市土地利用的动态度分析、城市用地的转移特征分析、转移矩阵特征分析、土地利用变化率分析、单一土地利用动态度分析等方法,对伊宁市城市信息和城市扩展及其驱动力进行回归分析和相关性分析。结果表明：（1）1990-2015年间建设用地扩展速率和扩展强度的变化趋势基本一致,最大值分别为7.85%、18.64%,出现在2000-2005年间。（2）研究期间建设用地重心总体上向西北方向转移2 087.79 m。（3）建设用地扩展空间主要来自于耕地、未利用地、林地。（4）经济发展、人口增长是伊宁市建设用地扩展的主要驱动因子,两个因素的相关性达到0.988和0.996。本项研究成果为更准确、更快捷地掌握伊宁市城市扩展变化的规律、合理布局城市改造及其未来发展方向提供客观的科学依据。     

近30年来苏锡常城市增长形态过程与聚散规律

基于苏锡常地区多时相遥感数据,采用缓冲区分析方法和象限分位分析方法,并结合景观格局指数,定量比较苏州、无锡、常州城市建设用地近30 a来扩展过程,研究城市空间分散-集中的规律性,揭示城市增长空间模式特征。结果表明:1979～2006年间苏锡常城镇用地面积扩展巨大,3市扩展强度指数随圈层半径变化轨迹高度一致,扩展强度峰值约10 a向外推移2 km;苏锡常城镇扩展形态均呈分散-集中交替变化,但研究中未观测到完整周期;城市外部轮廊变化差异明显,以开发区为代表的政府干预行为主导城市扩展方向。苏州城市用地扩展主要集中在东片工业园区和南部城区,无锡城市用地各向扩展相对均衡,常州城市用地扩展主要集中在北部高新技术产业区及城东工业区。     

长沙都市区生境质量对城市扩张的时空响应

生境质量是评价生态环境的重要指标,掌握其对城市扩张的时空响应规律,有助于提升都市区城乡规划质量和生态管控的合理性。本文在运用InVEST模型对长沙都市区1995-2015年生境质量时空演化的基本特征进行分析的基础上,利用缓冲区由内向外逐层剖析,探讨长沙都市区近20年来城市扩张格局及其对生境质量的影响。结果表明：①长沙都市区建设用地面积从170.26 km²增至487.19 km²;三环线以内建设用地快速扩张,从三环线起向外扩张逐渐放缓;②生境质量中等及以上的区域占比从1995年的43.49%下降到2015年的27.22%,生境质量平均值则相应地从0.46下降到0.31,且退化最明显的区域从核心外围区(5-10号缓冲区)外移到三环线附近(10-15号缓冲区);③各圈层建设用地扩张强度与生境质量变化之间存在显著的空间负相关性,生境质量变化对城市扩张响应最强烈的区域始终位于核心外围区;④建设用地空间布局零散和几何形态不规则程度的增加加剧了生境质量的退化,并在三环线附近区域(10-15号缓冲区)表现最为明显,应成为未来长沙都市区城乡规划和生态管控的重点区域。     

基于遥感监测的广州市建设用地时空变化

基于1996、2000、2005和2011年4期TM遥感影像,利用ArcGIS空间分析功能,研究了广州市建设用地时空变化状况。结果表明,研究时段内广州市建设用地共扩展413.44 km2,属快速扩展时期,且扩张速度越来越快。建设用地斑块个数、平均斑块面积、最大斑块指数和紧凑度越来越大。增城区和从化市等建设用地主要呈零星式和蔓延式扩张,而市辖区、番禺区、南沙区和花都区建设用地主要呈填充式和蔓延式发展;建设用地扩张以东南方向（番禺区、南沙区）和西北方向（花都区）为主,其次为增城区和从化市。人口增长、经济发展、规划与政策和交通建设是影响广州市建设用地扩展的主要驱动力因素。     

基于潜力—约束和SLEUTH模型松散耦合的南京城市扩展模拟北大核心CSCDCSSCI

将潜力—约束与SLEUTH模型进行松散耦合,在建设用地适宜性评价的基础上,将不同生态安全格局情景融入SLEUTH模型的排除图层,对研究区2013-2040年的城市用地空间扩展进行多情景模拟。研究表明:(1)两个模型的松散耦合能够有效提高像元尺度上模型校正的精度。(2)用地扩展在以"边缘增长"和"填充增长"为主的同时,在城市外围形成了较为明显的"跳跃式"发展,表明模型的松散耦合能够更好地捕捉城市发展政策所导致的新城市增长中心。(3)三种生态安全格局情景方案的城市用地模拟结果均呈增长趋势,但高生态安全格局情景的新增城市用地面积和增长率均最小,表明将生态敏感性作为城市发展的约束图层,能够有效保护研究区的自然生态空间,大幅降低生态安全风险。     

城市边缘区建设用地扩张空间特征及影响因素定量研究——以南京市江宁区为例

城市边缘地区内部建设用地扩张空间特征及影响因素研究是当前城市用地空间扩展研究的薄弱环节.以南京市江宁区为例,构造城市扩张综合指数(UICI)反映城市边缘区内部建设用地扩张的空间差异,并按计算结果将各镇(街道)城市用地扩张归纳为剧变型、快变型、缓变型及相对稳定型4种类型.在建立城市用地扩张影响因素因子体系的基础上,运用主成分分析与通径分析相结合的方法,得出以下结论:推动城市边缘区建设用地扩张的因素中科技水平是决定因素,经济水平、人口状况间接影响大于直接影响;主城关联因素不可忽略.     

撤县(市)设区对城市空间扩展的影响机理——以杭州市为例

城镇化的持续推进对城市空间扩展产生了新的需求,撤县（市）设区是中国城市市辖区实现扩容提质的主要手段之一。以杭州为例,定量测度撤县（市）设区后杭州城区空间扩展的时空特征及其各方面的影响,并探讨了这一区划调整对城市空间扩展影响的作用机理。研究发现：通过撤县（市）设区,杭州城区的建设用地东扩趋势明显,萧山和余杭两区的建设用地新增面积和扩展速度均高于平均水平,且两地建设用地空间存在多中心集聚特征,成为新一轮的杭州建设用地扩展高密度区,城市功能不断凸显。总体来看,撤县（市）设区对城市空间的影响是间接的,具有一定的滞后性,通过引导城市空间扩展的主要方向,实现中心城市人口和产业向新设市辖区的转移和集聚,提供城市空间扩展的载体。撤县（市）设区后需要通过后续的城市规划修编、土地性质和权限调整、生产要素集聚与空间重组等路径,对城市空间扩张与空间演变产生直接影响。     

一种新的城市景观扩张过程测度方法：多阶邻接度指数

提出多阶邻接度指数（Multi-order Adjacency Index, MAI）,应用多阶缓冲区完善对新旧斑块间空间关系的识别,从而更为详细地揭示城市扩张过程特征。MAI的延伸公式可供自下而上从宏观分析城市整体的扩张程度及空间变化过程。选取武汉市作为研究区,基于4期遥感影像（1995、2000、2005和2010年）划分3个时段应用MAI分析武汉市城市景观格局的演变特征。结果表明,MAI能够详细地反映出新增城市斑块在空间上有更加离散的分布趋势,新增斑块的扩张程度逐渐加深,建成区的边界不断向外延展。比较MAI与LEI（Landscape Expansion Index, LEI）的特征差异,指出MAI能够更加详尽地反映新旧斑块间的空间位置关系。     

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。     

厦门岛城市空间扩张特征及其影响因素

Most of the world’s cities are concentrated in coastal areas. As a special geographical component of the coastal system, island urban spatial expansion is the outcome of interactions between city development and the physical environment. This paper takes Xiamen Island, located in Southeastern China, as an example to analyze island urban spatial expansion and its determinants by combining an analysis of the literature on urban development policies, urban overall plans, population growth and industrial development, with geographical information analysis using historical maps and remote sensing photographs. Firstly, we reviewed the history of the Xiamen City development during the last 100 years, which can be divided into four periods: the embryonic modern city and early development from 1908 to 1949; administrative boundary expansion and infrastructure development from 1950 to 1979; special economic zone construction and rapid urbanization from 1980 to 2003; and Bay City construction since 2003. The dynamic changes to the coastline, island shape, built-up area, transportation, administrative division, and major land use type conversion which occurred during approximately the past 100 years were analyzed and the characteristics of the island urban spatial expansion were concluded: early expansion from a central point, followed by expansion along a section of coastline, and expansion from the coastline inland. Secondly, we discussed the potential determinants of island urban spatial expansion including administrative division adjustment, urban master planning revision, industrial development, topographical factors, coastal area reclamation, transportation expansion, and population growth. Finally, the effects of each potential determinant on island urban spatial expansion were concluded. Island urban spatial expansion is the result of a synthesis of natural and socio-economic factors which are not independent but interacting. Built-up area expansion is the major driver of island land cover and land use changes. By this paper, we hope to provide a scientific reference contributing to the rational understanding of island and coastal sustainable urbanization in China, and the world beyond.     

景观演化特征指数及其应用

随着中国城市化建设的快速推进,城市蔓延式增长和生态空间持续性萎缩成为普遍的现象,以地表硬化为主要特征的城市景观格局变化得到广泛关注,而景观扩张指数(Landscape Expansion Index, LEI)是测度这一现象的重要工具。但在新型城镇化背景下,由于大城市空间结构调整优化以及城市绿化率的提高,硬化地景观的收缩与消亡已成为城市景观演变的另一重要形式,因此亟需新的有效手段来刻画城市发展的新特征。在此背景下,本文在LEI指数的基础上,提出景观演化特征指数(Landscape Evolution Characteristic Index, LECI),尝试综合描述城镇化过程中硬化地景观斑块扩张与收缩的动态特征;并基于邻域特征计算的景观演化特征指数,包括景观演化模式识别指数(Landscape Evolution Pattern Index, LEPI)和景观演化规模指数(Landscape Evolution Area Index, LEAI),协同分析两个或多个时相景观格局演变过程中的斑块新生与消亡。本文将LECI指数应用于武汉都市发展区1990-2010年期间的城市硬化地景观演变过程中,与基于最小包围盒的景观扩张指数(LEI)对比分析,结果表明：①LEPI能准确识别不同规模和形状斑块的空间扩张模式,LEAI能够较好反映斑块扩张强度并表征景观扩张方向;②LEPI能有效识别城市景观演变中消亡斑块的湮灭模式,研究区内硬化地景观消亡现象明显加剧,可能与政府加强城市内部改造及绿化建设有关;③LECI指数变化分析发现,武汉都市发展区研究期内的城市景观扩张强度有所放缓,飞地式和边缘式空间增长构成斑块演变的主体,城市硬化地景观扩张模式在空间上呈现明显的梯度分异规律,随距主城区的远近呈现填充式/包围式、边缘式/邻接式到飞地式/孤立式的演替。     

长株潭城市群核心区城镇景观空间扩张过程定量分析

城镇扩张是城镇化过程最直接的表现,定量研究与揭示城镇空间扩张模式,对理解区域城镇化过程及城镇空间规划具有重要的意义。利用景观扩张指数定量研究了长株潭城市群核心区1993-2006年城镇景观空间演化过程,揭示其城镇景观空间扩张规律。结果表明:①研究时段内,城镇用地发展经过了凌乱分散的初级发展阶段后正趋向局部紧凑和区域布局合理;②1993-2006年间,长株潭城市群核心区城镇景观扩张主要是以边缘式增长为主,但是不同的时期,景观扩张表现出相异的空间扩张模式:1993-1996年间,景观扩张方式主要是以边缘式和飞地式为主,这一阶段长株潭城市群核心区处于快速城镇化过程的初级阶段;1996-1998年城镇化过程加快,这一阶段的城镇发展显得凌乱而分散,飞地式扩张明显;1998-2001年处于快速城镇化发展的扩散阶段,以边缘式扩张为主;2001-2006年间,处于快速城镇化的聚合阶段,城镇发展主要以边缘式和填充式为主;③长株潭城市群核心区在1993-2006年间,其平均斑块扩张指数和面积加权平均斑块扩张指数都呈上升趋势,表明城镇景观扩张更趋于紧凑。     

北京城市边缘区城市化过程与空间扩展——以大兴区为例

城市边缘区空间扩展研究是探讨城市未来空间结构和形态演变的基础。本文基于北京大兴区1994、2001和2006年3期TM遥感影像资料提取城镇用地信息,通过对城市扩展强度、城市扩展梯度、城市边缘区空间扩展模式等建设用地的总体扩张行为进行研究,分析研究区十多年来城市化进程中城镇建设用地扩展的时间过程和空间格局特征,对明确未来城市边缘区土地利用发展方向,提高土地利用效率和城乡建设效益提供基本依据。结果显示,大兴区城市土地利用扩展强度不断增强;中心城区以及中心区面积的不断扩张,导致建设用地在高指数区间集中的趋势明显,农村地区小城镇建设的高速发展使得低指数区间的建设用地面积大幅度增加;根据城市化扩展梯度,大兴区分为城市化高速扩展带、城市化快速扩展带和城市化低速扩展带;紧邻中心区的城市化高速扩展带,以集中连片式扩展为主,该模式在边缘区空间扩展中居于主导地位。城市化快速发展带土地利用以轴向扩展模式为主,轴向扩展稳定地影响着大兴区城市化进程。独立发展模式随着城市经济的快速发展其影响将明显增强,逐渐成为城市边缘区空间扩展的主要形式。     

中国城市群城市用地扩张时空动态特征

认识城市群城市用地扩张特征、扩张质量及景观生态效应等综合信息将有助于城市群空间高质量发展规划与决策。选取10个不同发育等级的城市群作为研究对象,综合运用城市用地扩张强度指数、城市用地扩张强度差异指数、景观扩张指数、景观格局指数,分析1990—2015年期间城市群城市用地扩张时空特征及景观生态效应,并构建人口、经济与城市用地协同发展指数,据此分析城市用地扩张中“人—地”关系协同程度。结果表明：① 1990—2015年,各个城市群城市用地面积持续增加,建成区的范围不断扩大,扩张强度呈现“上升—下降”的趋势;在2010年之前成熟型城市群的扩张强度最高,2010年之后培育型城市群成为扩张强度最高的类型。② 城市群城市用地扩张总体上呈现不均衡布局的趋势,高速扩张区域主要分布在沿海地区。从全国视角来看,东部高于中、西、东北部,整体城市群快速扩张的中心由东向西移动。③ 城市群城市用地空间扩张模式表现出边缘式和飞地式两种空间扩张模式并存,不同发育等级之间具有明显差异性,成熟型城市群的空间结构较为稳定,其他两种类型的城市群空间结构初具雏形或尚未形成。④ 城市群城市用地扩张“吞没”了郊区和农村地区,破碎化程度、形状的复杂程度较高,景观格局表现出不稳定。⑤ 城市群“人口—土地”协同程度逐步增强,“经济—土地”协同程度整体较高,整体上表现出城市用地扩张质量有所提升。新时期城市群城市用地应严格控制扩张规模,加快中小城市的发展,促进城市群城市用地扩张均衡发展,为城市群国土空间高质量发展提供重要参考。     

基于PLUS和InVEST模型的渭河流域土地利用与生境质量时空变化及预测

生境质量是关系人类福祉和实现可持续发展的重要基础,对区域生态保护和土地资源可持续利用具有重大意义。以渭河流域为研究对象,基于2000、2010年和2020年的土地利用数据,应用斑块生成土地利用变化模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型、生态系统服务和权衡的综合评估（Integrated valuation of ecosystem services and trade-offs,InVEST）模型预测并评价了土地利用与生境质量时空变化特征。结果表明：（1） 2000—2020年渭河流域建设用地和草地面积逐年增加,林地面积略微增长,耕地面积持续减少;2020—2050年土地利用变化趋势同2000—2020年基本一致但剧烈程度显著下降,建设用地扩张趋势减缓,耕地减少幅度下降,草地面积占比超过耕地跃居流域第一。（2） 2000—2020年流域内生境质量两极分化趋势明显,低生境质量和高生境质量区域面积有所增加,中等生境质量的面积减少,整体生境质量水平呈上升趋势;2020—2050年生境质量水平继续保持逐年上升趋势但增幅放缓,生境质量变化强度下降,低生境质量区域面积逐渐减少,中等生境质量面积保持稳定,高生境质量面积有所增长。研究结果可为渭河流域土地资源可持续利用和高质量发展提供相应科学依据和决策参考。