区域尺度城市增长时空动态模型及其在京津唐都市圈应用

Dynamic urban expansion simulation at regional scale is one of the important re-search methodologies in Land Use/Cover Change (LUCC) and global environmental change influenced by urbanization.However,previous studies indicate that the single urban expan-sion simulation for future scenarios at local scale cannot meet the requirements for charac-terizing and interpreting the interactive mechanisms of regional urbanization and global en-vironmental change.This study constructed a regional Dynamic Urban Expansion Model (Reg-DUEM) suitable for different scenarios by integrating the Artificial Neural Network (ANN) and Cellular Automaton (CA) model.Firstly we analyzed the temporal and spatial character-istics of urban expansion and acquired a prior knowledge rules using land use/cover change datasets of Beijing-Tianjin-Tangshan metropolitan area.The future urban expansion under different scenarios is then simulated based on a baseline model,economic models,policy models and the structural adjustment model.The results indicate that Reg-DUEM has good reliability for a non-linear expansion simulation at regional scale influenced by macro-policies.The simulating results show that future urban expansion patterns from different scenarios of the metropolitan area have the tremendous spatio-temporal differences.Future urban ex-pansion will shift quickly from Beijing metropolis to the periphery of Tianjin and Tangshan city along coastal belt.     

区域经济增长时空分异模拟方法——以京津冀都市圈为例

区域经济增长是有着丰富时空内涵的动态变化过程,认识和定量分析这种动态变化过程一直受到广泛关注。借助农业区位论、增长极理论和梯度推移理论的学术思想、概念和术语,在量化定义区域经济增长空间概念的基础上,提出了基于GIS技术的区域经济增长时空分异模拟方法,进而以京津冀都市圈为例进行实证研究和专业分析。研究结果表明:京津冀都市圈由城市增长极中心向外围,随着距离的增大,经济增长呈现出了显著的衰减特征,不同城市之间存在着明显的经济低谷地带。1993~2003年期间,都市圈的经济增长时空分异尤以京、津两市的极化增长最为显著;京、津两大增长极除对唐山方向有拉动效应外,对其它地市的带动辐射力度尚较小;都市圈内部的城市等级还未完全展开,尚未形成合理的梯度推移和梯级演化结构。     

FUTURES:一种新型区域城市增长模型

如何更好地进行城市发展模拟是发展中国家快速城市化过程中面临的一个科学问题。传统研究往往基于单体或组合模型,不能为决策方案提供直接支持。本文介绍了国外一个新的城市发展模型FUTURES(FUTure Ur-ban-Regional Environment Simulation)。该模型不仅考虑了城市发展区动态适宜性梯度计算、人均土地消耗的趋势分析以及基于空间位置的斑块变化可视化模拟,而且注重模块间的动态交互反馈过程,形成了独有的深度耦合机制,模型结构紧密又不失灵活性。基于高性能计算环境支持,该模型已经在美国北卡罗来纳州的多个区域进行实验并取得成功。本文主要介绍该模型设计思想、模型组成、关键建模方法,并总结了模型的主要优势,以期为我国城市发展模拟研究提供借鉴。     

基于城市尺度的中国区域经济增长差异及其因素分解

区域经济差异一直是地理学与经济学的重要研究领域。文章以中国地级及以上城市为区域分析单元对1999~2004年间中国区域经济增长及其差异进行了考察。首先基于GDP及其变化与人均GDP水平,对各城市区域经济增长类型进行划分并分析了不同类型城市的区域差异性;其次,对中国各城市GDP增长进行了空间和因素分解。研究发现,一些经济相对衰落的省区中仍然存在经济相对崛起的城市,且一个城市的经济规模在所属省区的序位变化在很大程度上能够反映其在全国的经济规模序位的变化;资本要素对于中国各城市第二产业GDP增长产生了广泛而重要的影响,但是城市在实现资本拉动驱动下的经济增长的同时,资本的产出效率并没有提高。我国十五期间,各城市第二产业专业化程度的普遍降低,表明劳动力要素对第二产业经济增长的作用是有限的。     

基于多智能体系统的城市增长时空动态模拟——以江苏省连云港市为例

城市化是土地利用/覆盖变化中最典型形式之一,探索城市增长的驱动机制并预测其未来变化,对于实现城市可持续发展十分重要。鉴于多智能体系统强大的模拟复杂空间系统的能力,基于联合"自上而下"和"自下而上"决策行为的视角,构建了一个城市增长时空动态模拟多智能体模型,在模型中,宏观Agent实施的"自上而下"的宏观土地利用规划行为和微观Agent自主发起的"自下而上"的微观土地利用空间诉求行为通过二维空间网格相互作用,并通过联合决策共同推动研究区域的城市化进程。以连云港市中心城区为例,考虑了基于目前趋势、经济发展优先和环境保护优先的3种目标情景,并进行了相应的城市增长情景模拟。模拟结果表明:联合"自上而下"和"自下而上"决策行为的城市增长时空动态模拟多智能体模型能够充分发挥多智能体系统的潜力来了解城市化的驱动机制,为城市管理提供基于情景分析的决策支持。     

黄土高原1995-2050年快速城市增长的时空动态模拟（英文）

随着中国的“黄河流域高质量发展”政策的实施,黄土高原未来的城市增长将进一步快速发展。然而,区域尺度城市增长的时空动态模拟研究还很有限。基于历史土地利用数据和SLEUTH模型模拟,得到1995-2050年1-km分辨率的城市覆盖数据,并利用指标化空间制图方法发展了一种城市增长量化与制图的集成分析方法。在黄土高原的研究表明：城市发展政策、自然环境和行政职能影响了不同等级城市的城市增长速度和空间格局;15个地级市和省会城市在2050年的总面积大约是1995年的8.12倍,1995-2015年和2015-2050年城市总体增长率分别为5.97%和3.2%;总体而言,1995-2015年的城市增长模式主要是跨越式增长,21世纪30年代以后,边缘增长模式将成为城市增长的主导模式,内生型增长模式仅对兰州、西宁等个别河谷型城市发展具有贡献作用。基于高分辨率地图集的多层次城市增长时空变化分析可为区域城市规划和可持续城市管理提供重要信息。     

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SLEUTH模型的东莞市区城市增长模拟研究

应用SLEUTH城市增长模型,借助GIS、RS技术,对东莞市区1990-2003年的城市增长过程进行模拟,同时预测2003-2030年城市增长情况。结果表明,SLEUTH模型较好地描述了东莞市区"自下而上"的城市增长模式,在这种增长模式下,未来东莞市区的城市化水平将在10～20 a内达到临界状态。研究结果对于理解东莞市区城市增长的内在规律具有理论和现实指导意义,同时可为政府制定相关决策提供依据。     

城市工业空间增长的多智能体模型

城市工业及基本就业空间的增长,是城市空间增长的动力源.有效模拟和预测城市基本就业空间的增长,对城市整体空间增长和城市系统的调控有着重要的作用.以城市工业及基本就业空间增长的决策主体--工业企业商和政府决策者,作为多智能体,通过多智能体之间的交流、竞争和协作,多智能体和环境间的交互作用,决定已存在工业区位的迁移和新工业空间区位的选择,形成城市工业及基本就业空间增长的动态微观模型.以珠江三角洲东部城市快速发展的樟木头镇为例,采用提出的方法模拟了该地区1988-2004年的工业及基本就业空间增长,获得了良好的模拟结果.     

京津唐城市群不透水地表增长格局以及水环境效应

不透水地表(Impervious Surface Area,ISA) 时空格局是城市化与全球环境变化交互影响下的土地利用/覆盖变化-生态系统过程-区域气候变化相互作用机理以及导致的环境效应研究的重要内容。如何快速准确地实现区域尺度不透水地表遥感信息的获取是上述研究面临的重要瓶颈问题。本研究嵌入中国LUCC 信息改进了基于MODIS NDVI 与夜间灯光指数(DMSP-OLS) 提取不透水地表信息的方法,反演了2000 年与2008 年京津唐城市群2 期250 m不透水地表信息,进而分析其变化的时空格局,结合子流域单元与河流污染物监测数据评价其对海河流域地表水环境的影响。结论表明：受环渤海经济区,天津滨海新区开发等政策的影响,京津唐城市群在21 世纪初8 年不透水地表沿着城-乡梯度带、城市交通廊道及海岸带高速增长。城乡建设用地不透水地表增长呈现显著的时空差异特征,由于北京市受人口-资源-环境的压力,产业发展不断向周边地区转移,天津与河北唐山、廊坊、秦皇岛三市具有更快的不透水地表增长速度。京津唐城市群城市高密度的不透水地表分布对于海河流域地表水环境产生严重影响,不透水地表的增长加剧了流域河流水质的污染程度。同时也发现,子流域不透水地表面积比例与COD、NH₃-N浓度均值呈现显著的线性关系。     

京津唐城市群不透水地表增长对水环境的影响(英文)

The impervious surface area (ISA) at the regional scale is one of the important en-vironmental factors for examining the interaction and mechanism of Land Use/Cover Change (LUCC)-ecosystem processes-climate change under the interactions of urbanization and global environmental change. Timely and accurate extraction of ISA from remotely sensed data at the regional scale is challenging. This study explored the ISA extraction based on MODIS and DMSP-OLS data and the incorporation of China’s land use/cover data. ISA datasets in Beijing-Tianjin-Tangshan Metropolitan Area (BTTMA) in 2000 and 2008 at a spa-tial resolution of 250 m were developed, their spatiotemporal changes were analyzed, and their impacts on water quality were then evaluated. The results indicated that ISA in BTTMA increased rapidly along urban fringe, transportation corridors and coastal belt both in intensity and extents from 2000 to 2008. Three cities (Tangshan, Langfang and Qinhuangdao) in Hebei Province had higher ISA growth rates than Beijing due to the pressure of population-re?sour?ces-envi?ronments in the city resulting in increasingly transferring industries to the nearby areas. The dense ISA distribution in BTTMA has serious impacts on water quality in the Haihe River watershed. Meanwhile, the proportion of ISA in sub-watersheds has significantly linear relationships with the densities of river COD and NH3-N.     

景观扩张指数及其在城市扩展分析中的应用

景观指数是定量分析景观格局的一种常用手段,但目前大部分景观指数,往往只侧重于对景观斑块或格局的几何特征进行简单分析和描述.忽略了景观格局动态变化过程的信息.缺乏将景观空间分布格局与其变化过程相结合的深入研究.作者提出了一种新的景观指数一景观扩张指数(Landscape Expansion Index,LEI),与传统的景观指数相比,LEI包涵了景观格局的过程信息,可用来分析两个或多个时相景观格局的动态变化.而传统景观指数则只能反映某一时相景观格局的信息.将景观扩张指数应用于东莞市1988-2006年期间的城市景观扩张过程中,研究结果表明.LEI能够很好的识别城市扩张的三种类型一填充式、边缘式以及飞地式.此外,通过对东莞市城市扩张过程LEI的变化分析,发现东莞市城市扩张规律与城市增长相位理论是相符合的.     

基于动态约束的元胞自动机与复杂城市系统的模拟

为获得复杂城市系统更理想的模拟效果,提出时空动态约束的城市元胞自动机(CA)模型。用不同区域、不同时间新增加的城市用地总量作为CA模型的约束条件,形成时空动态约束的CA模型,并利用该模型模拟1988—2010年东莞市和深圳市城市扩张过程。结果表明,利用CA模型模拟的1993年城市用地总精度比静态CA模型提高了5.86%,而且模型中的动态约束条件可以反映城市发展的时空差异性。     

广域空间尺度上植被净初级生产力的精确推算

作者介绍了使用遥感、GIS数据和BEPS生态过程模型推算植被净初级生产力 (NPP)的方法。为了准确推算北海道地区NPP,我们改进了BEPS模型,而且使用了高质量GIS数据作为模型的输入数据。通过计算得出1998年北海道NPP的平均值为644 g C/m²,总量为0.078 Gt C。我们还进行了模型输入数据质量对应用生态过程模型推算NPP的精度影响测试。结果表明,高质量的GIS输入数据可以提高NPP推算精度16.6%~39.7%。     

芜湖市城市扩展的遥感监测及驱动力研究

通过对芜湖市1979,1988和2001年的MSS/TM/ETM 遥感影像的动态监测,利用改进后的条件仿植被指数(NDBI)专题信息提取法与监督分类法相结合提取城市建成区空间信息.利用叠加分析法对芜湖市建成区不同时期城市扩展特征进行研究,表明城市扩展在时间上呈现扩展速度不断增加,空间上呈现扩展的方向性特征.分析了各个时期城市扩展模式,结合社会经济统计数据,得出城市扩展的主要驱动力是城市人口的增长和经济的发展,政府决策在宏观上影响着城市扩展的方向和强度的结论.     

基于遥感数据的建三江垦区城镇用地扩张时空特征及驱动力分析

在RS和GIS的支持下集成多源数据,重建了建三江垦区下辖农场1990年、2000年、2010年和2015年4个时期的城镇用地格局。应用动态度模型等探讨了建三江垦区城镇用地扩张的时空特征及区域差异,分析了其驱动因素。结果表明：① 1990~2015年,建三江垦区城镇用地面积增加了3 237.5 hm²,平均扩张速率为130 hm²/a,扩张速率最显著的阶段是2000~2010年。② 垦区下辖农场城镇用地扩张时空差异明显,建三江管局所在城镇扩张面积最大;浓江农场扩张相对比例最大;动态度模型分析发现二道河农场扩张速度最快,勤得利农场的城镇用地扩张速率最慢,扩张面积最小。③ 建三江垦区以农场为城镇单元的建设用地扩张模式主要为线性轴状扩张。④ 城镇人口数量、经济水平的不断提升、产业结构的优化与区域政策极大地促进了垦区城镇用地的扩张,交通条件是城镇扩张速率和模式的重要影响因素。     

南京城市用地增长管理机制与效能

南京是长江三角洲地区核心城市之一,近20年来城市用地在现行管理框架下快速扩张.基于两个样区近20年城市扩展过程的用地数据.以城市规划的有效性代表用地布局的合理性,以地块闲置概率指征开发质量,定量评估城市增长管理效能.①选取南京城市沿交通轴扩展的两个样带,利用四期遥感影像跟踪分析近20年来城市用地增长的过程与管理机制;②采用增长调控效力指数、累积调控效率指数、土地闲置率等指标,定量分析城市规划及用地管理机制的有效性,指出规划对用地增长的5年累积调控效率达到70%左右:③基于样区478个土地利用斑块的离散数据进行逻辑斯蒂回归分析,表明城市规划对降低开发的盲目性、降低用地闲置率具有非常显著的作用(P<0.001),用地制度与政策等管理因素也显著影响用地闲置率,用地审批权和规划管理权下放对用地闲置具有正效应.加强区域统筹,适当扩大城市规划的覆盖范围,加强行业管理,适当上收用地审批权限和规划实施管理权限,将有利于用地集约化,提高土地利用效率.本研究结论对中国城市土地管理、集约节约利用城市土地具有积极意义.     

Unplanned urban growth: land use/land cover change in the Guwahati Metropolitan Area,India

Unplanned urban growth, particularly in developing countries has led to changes in land use/land cover (LULC). Numerous Indian cities face problems of unplanned LULC change due to nominal or non-existent planning efforts compounded by rapid urban population growth. The Guwahati Metropolitan Area (GMA) is one such urban centre. The present study assesses the trajectories of LULC change using Landsat imageries acquired in 1976, 1989, 2002 and 2015. Natural and semi natural vegetated area and artificial and natural water bodies decreased while built-up areas, cultivated and managed areas, and natural and semi natural non-vegetated areas increased. The built-up area increased from 23.9 in 1976 to 115.1 km² in 2015 becoming the dominant land cover class accounting for 41.8% of the total geographical area. During this period, natural and semi natural vegetated land were reduced by 88.9 km² at an annual rate of 2.2 km². Over the years there was an increasing trend of built-up land and cultivated and managed areas in the peripheral areas of the city while natural and semi natural vegetated land diminished. Consequently, as in many other developing countries, there is an urgent need for the governmental authorities and other stakeholders to implement effective urban planning policies.