基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析简

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

沈阳市城市扩展与土地利用变化多情景模拟

利用基于遥感手段获取的沈阳市城市扩展与土地利用变化历史数据,对SLEUTH城市扩展模型进行校正,对未来(2005~2030年)不同管理情景下的城市扩展与土地利用变化过程进行模拟,并对其发展变化趋势和生态环境影响进行分析与比较。结果显示,在三种管理情景下,未来的沈阳市城市建设用地都将持续增加,大量的耕地资源被侵占;但不同管理情景下,城市景观格局和区域面临的景观生态风险却表现出明显差异。SLEUTH模型的模拟结果较好地反映了沈阳市不同土地利用政策、规划方案等对未来城市扩展和土地利用变化以及区域景观生态风险的潜在影响,同时也指出了当前城市增长管理政策中存在的不足之处。     

中心城区城市增长的情景模拟与空间格局演化

基于1993-2008 年间4 个时相的遥感影像,应用SLEUTH模型模拟与预测自组织和规划引导两类情景下泉州中心城区的城市用地增长过程,并借助空间关联法分析其城市增长的空间格局演化特征,为“两规”空间协调提供科学依据。结果表明：① SLEUTH模型适用于研究区的城市增长模拟与预测,其对城市用地扩展的数量拟合要优于空间匹配,可作为多方案情景模拟的一个技术手段。② 规划引导预案的MPS、ED、AWMSI、MPI 四类景观指数均优于自组织预案,城市用地斑块的整体性、连接性较优,未来城市发展较为紧凑,利于实现土地的集约利用与城市的集聚发展。③ 随预测时间推移,研究区城市用地扩展的速率以及空间集聚性将有所减弱,城市增长的热点区也会发生演变与迁移。2008-2020 年,热点区分布总体呈现“圈层式”结构,局部以“跨江发展”为主要特征;2020-2030 年,热点区总体布局较为发散,局部则呈“环湾发展”与“孤立分布”特征。本研究将情景模拟、景观指数、空间分析等方法有效结合,有助于深刻理解研究区的城市空间增长过程,可为城市管理工作提供决策支持。     

中国生态过渡带分布的空间识别及情景模拟

在全球变化及其生态环境效应研究中,如何对生态过渡带的空间分布格局及变化情景进行空间定量识别和模拟分析,对揭示气候变化和人类活动对全球变化的响应及反馈具有指示性意义.在对HLZ模型进行修正和拓展的基础上,建立了生态过渡带类型的空间识别方法.并基于1981-2010年的全国782个气候观测站点数据,在实现全国生态过渡带类型...     

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。     

基于GIS的梅里雪山国家公园土壤侵蚀敏感性情景分析

运用GIS-IDRISI软件,在其空间分析模块支持下,结合植被、土壤和DEM数据建立了一个土壤侵蚀功能模型,并在3种不同植被状况下(1.现有植被;2.植被遭受严重破坏;3.植被得以良好保护和恢复),利用此模型对梅里雪山国家公园的土壤侵蚀状况进行情景分析.结果表明:在梅里雪山国家公园内,土壤侵蚀极敏感和高度敏感区,主要分布于高海拔的高山区域和低海拔的澜沧江河谷区,而中度敏感、轻度敏感和不敏感区主要分布于中间海拔区域.研究区现有植被得到了当地藏族居民的较好保护,但如果该区域的植被受到严重破坏,如情景2所示,那么土壤侵蚀极敏感、高度敏感和中度敏感区面积将大量增加,相反,轻度敏感和不敏感区的面积将大量减少,尤其是不敏感区将几乎全部消失.所以梅里雪山国家公园当前的首要任务为保护好当地的植被和各生态系统.     

基于复合情景的上海台风风暴潮灾害危险性模拟及其空间应对

综合考虑海平面上升、陆域和海域地形变化、海塘沉降等因素,本文以上海历史上引发强风暴潮的热带气旋TC5612、TC8114和TC0012为基础,构建了12种复合灾害情景,利用MIKE21 FM模型模拟分析了不同情景下台风风暴潮对上海造成的漫滩淹没影响.结果表明:以2010年为模拟基准年份,由于上海地区有高标准的海塘防护,发生风暴潮漫堤淹没的概率极低;但随着时间情景的改变,各情景要素强度加大,漫滩淹没危险性逐渐增大;在2040年的复合灾害情景中,以正面登陆类热带气旋造成的影响为最大,局部区域淹没深度可达3.0m以上,全市25.23％的海塘和防汛墙存在漫堤危险,漫堤淹没危险区的面积可达到909.53 km2.在此基础上开展了应急避难模拟及避难场所优化研究,进而针对性地提出了保护城市水源涵养区、开挖城市蓄水空间、提高部分海塘设防水平、加强城市排涝系统建设和优化城市应急避难场所布局等空间应对方案.研究成果给上海新一轮“城市安全与综合防灾规划”提供了科学依据.     

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。     

基于洪涝情景模拟的城市公共服务灾害应急响应空间可达性评价——以医疗急救为例

在气候变化和城市化背景下,日益频发的洪涝灾害业已成为当前中国城市面临的重大挑战,也是城市灾害管理和应急响应研究的热点问题之一。本文旨在构建一套适用于城市尺度的洪涝灾害应急响应能力评估范式,以上海市外环以内中心城区为研究区,采用洪涝数值模拟与GIS网络分析相结合的研究方法,评估了当前以及未来正常条件和不同重现期洪涝情景下,城市关键公共服务部门（120急救）应急响应的空间可达性。结果显示：洪涝淹没强度（范围和水深）、道路交通状况（车流速度）以及应急服务机构的数量和位置共同决定了城市洪涝灾害医疗急救的服务范围及响应时间;由于上海市中心城区洪涝影响范围主要分布在黄浦江两岸2~3 km以内区域,因此洪涝对整个中心城区应急医疗服务的影响有限,主要是位于滨江地区部分医院的应急响应范围较正常状态下明显减少,120急救车辆无法或延迟达到部分救援点。研究表明基于洪涝情景模拟的城市公共服务应急响应空间可达性定量化评估方法,具有重要的科学价值和实践意义,可为中国城市洪涝灾害应急管理提供决策依据。     

基于网络分析的城市影响区和城市群空间范围识别

以不打破行政界线为前提,利用Huff模型,基于矢量数据,采用最短交通路网距离和城市综合规模值来综合测算腹地与中心城市之间的势能,根据势能确定腹地县域的归属,对全国地级及以上城市的空间影响范围进行识别,并和基于改进场强模型的城市影响腹地范围界定结果进行对比。以全国发育较成熟的15个城市群为对象,综合测定城市群的影响范围,并与城市群规划中的空间范围进行对比,提出城市群空间范围调整建议。并以长株潭城市群为例,通过社会网络分析方法,综合分析测定城市群的空间影响范围。研究结果可为城市(群)规划提供科学依据和方法参考。     

Spatial metrics to study urban patterns in growing and shrinking cities

This article reviews existing literature on spatial metrics, presenting a portfolio of metrics addressing the spatial patterns of growing and shrinking cities and discussing their potential and limitations. A wide and diverse set of spatial metrics was found. While these metrics address most of the identified spatial patterns of urban growth, spatial metrics used in urban shrinkage studies are much scarcer and not nearly sufficient to provide a comprehensive assessment of its spatial patterns. The article concludes that there is great potential for the development of new spatial metrics or mixed indicators, particularly in shrinkage contexts. The article builds on recent literature focusing on reviewing and developing metrics for particular spatial patterns (notably patterns of urban sprawl), while considering a very broad and multidisciplinary set of metrics. It focuses not only on the outcomes of urban growth but also on those of the increasingly common shrinking phenomenon.     

中国特大城市空间增长特征及其原因分析

1990 年以来是中国社会经济改革全面展开的阶段,城市空间增长发生了较大的变化,本文以全国52 个特大城市为样本,利用各城市1990-2008 年影像图、土地利用现状图等数据,运用空间计量、拓扑结构图示等方法对城市空间增长特征进行了分析。研究表明:1990 年以来中国特大城市空间在规模增长上表现出增长速度快且按人口规模等级顺序依次变缓,在要素增长上表现出新型化、多样化变化,在结构增长上出现带状化、多中心化转变,在形态增长上呈分散化、破碎化变化,城市空间增长方式以轴向式和跳跃式为主导,特别是2000 年以来这种变化更加明显。工业化进入中高级阶段之后的快速经济增长、快速城市化以及政府GDP导向的政绩观是导致城市空间增长上述变化的主要原因。最后文章针对中国特大城市空间增长规模过度超前、结构松散、形态破碎的问题,提出构建以规模控制、结构优化及空间紧凑性为核心的节约型城市空间增长目标。     

基于约束性CA的大都市郊区城镇增长的情景模拟与管控——以武汉市江夏区为例

大都市郊区是快速城镇化进程中空间演变最为频繁、人地矛盾最为突出的区域,尤其在中国加快推进“就地就近”城镇化战略的背景下,把握大都市郊区小城镇土地利用时空变化过程及其演变机制,对制定科学合理的管控政策和优化都市空间结构具有重要的现实意义。约束性元胞自动机(constrained Cellular Automata, constrained CA)能够通过简单的规则模拟复杂的城市动态演化过程。本文将土地利用总体规划指标、城镇空间发展战略布局、土地利用开发适宜性等,嵌入约束性CA的转换规则中,采用Logistic逐步回归法分析土地利用空间影响因素,对严格约束下的武汉市江夏区2020年土地利用进行情景模拟分析,并提出城市增长管控手段。结果表明：①研究时段内,江夏区城镇用地呈低效外延式扩张,土地利用集约节约程度较低,其人口规模并未有较大增长,对主城区人口的分散作用尚未真正形成;②约束性CA在模拟大都市郊区演化方面具有较高的可靠性,能够真实反映近郊小城镇的未来空间布局与结构,模拟结果与土地利用规划和城市规划较为契合;③将规划目标导向与现实发展趋势下的模拟结果进行叠加分析,可确定城镇增长需求与规划指标调控间冲突的空间分布,从而划定土地督察的重点监测区域,为加强大都市近郊区的违法用地监查和土地利用管控提供先验的预警知识。     

The inclusion of differentially assessed lands in urban growth model calibration: a comparison of two approaches using SLEUTH

This research sought to understand the role that differentially assessed lands (lands in the United States given tax breaks in return for their guarantee to remain in agriculture) play in influencing urban growth. Our method was to calibrate the SLEUTH urban growth model under two different conditions. The first used an excluded layer that ignored such lands, effectively rendering them available for development. The second treated those lands as totally excluded from development. Our hypothesis was that excluding those lands would yield better metrics of fit with past data. Our results validate our hypothesis since two different metrics that evaluate goodness of fit both yielded higher values when differentially assessed lands are treated as excluded. This suggests that, at least in our study area, differential assessment, which protects farm and ranch lands for tenuous periods of time, has indeed allowed farmland to resist urban development. Including differentially assessed lands also yielded very different calibrated coefficients of growth as the model tried to account for the same growth patterns over two very different excluded areas. Excluded layer design can greatly affect model behavior. Since differentially assessed lands are quite common through the United States and are often ignored in urban growth modeling, the findings of this research can assist other urban growth modelers in designing excluded layers that result in more accurate model calibration and thus forecasting.     

Characterization of neighborhood sensitivity of an irregular cellular automata model of urban growth

The neighborhood definition, which determines the influence on a cell from its nearby cells within a localized region, plays a critical role in the performance of a cellular automaton (CA) model. Raster CA models use a cellular grid to represent geographic space, and are sensitive to the cell size and neighborhood configuration. However, the sensitivity of vector-based CAs, an alternative to the raster-based counterpart, to neighborhood type and size remains uninvestigated. The present article reports the results of a detailed sensitivity analysis of an irregular CA model of urban land use dynamics. The model uses parcel data at the cadastral scale to represent geographic space, and was implemented to simulate urban growth in Central Texas, USA. Thirty neighborhood configurations defined by types and sizes were considered in order to examine the variability in the model outcome. Results from accuracy assessments and landscape metrics confirmed the model’s sensitivity to neighborhood configurations. Furthermore, the centroid intercepted neighborhood with a buffer of 120 m produced the most accurate simulation result. This neighborhood produced scattered development while the centroid extent-wide neighborhood resulted in a clustered development predominantly near the city center.     

1979年以来南京都市区空间增长模式分析

利用遥感和GIS技术分析1978年以来南京都市发展区的空间增长模式,并从行政区、环形圈层和方位3个视角进行分析。研究发现:1979~1988年间南京主城以填充式增长为主,周围城区以外延式发展为主;1988~2000年间南京主城的空间增长很慢,外围城区以外延增长、线状增长和聚集式增长为主,2000年以后外延式和聚集式增长较其他增长方式更为明显。影响城市空间增长的因素非常复杂,除了社会和经济因素外,城市规划的引导作用以及城市空间结构影响最为显著,其次旧城改造和新区开发的城市发展策略、城市基础设施和开发区建设是推动城市空间增长的重要力量。     

张家界旅游企业空间成长对城镇空间形态的影响

运用核密度估计法和标准差椭圆分析法,分析张家界旅游企业空间成长特征及演化过程;选取紧凑度指标,结合城镇空间均衡分布椭圆,分析张家界城镇空间形态演化过程;通过比较不同阶段旅游企业椭圆和城镇空间椭圆的重合面积,剖析旅游企业空间成长对城镇空间形态的影响程度。研究发现：① 张家界旅游企业空间成长过程和特征为：由出现期的“一核多极点”逐渐演变为生成期的“核心-边缘”,最后在发展期形成一个高集聚中心和三个次中心联动的“组团扩展型”格局;② 张家界建成区面积呈现增长态势,城镇空间不断扩展,建成区用地紧凑度逐渐下降;③ 不同阶段,张家界旅游企业空间成长对城镇空间形态的影响程度有一定的差异性,整体呈现出逐渐增强的趋势。研究结论对于重新认识旅游对城镇化建设的作用具有重要的现实意义。