基于生态效益的武汉城市圈土地利用结构优化

满足生态安全的土地利用结构优化是协调社会经济发展与生态环境间矛盾、实现土地持续利用的有效途径。以武汉城市圈为研究区,基于2002~2009年土地利用变更调查汇总数据,引入土壤有机碳储量和土地利用绿当量两个生态指标,评价了城市圈发展不同阶段土地利用结构的生态效益;并通过TOPSIS模型对历年土地利用结构生态合理度进行了评价。在此基础上,以经济效益和生态效益的最大化为目标,构建了2020年多目标优化模型,获得了符合城市圈发展需求的土地利用结构优化方案,呈现"四增三减三稳定"的数量格局,且生态效益指标和生态合理度均呈正向的发展趋势;进而提出了土地资源可持续利用的建议。研究结果对武汉城市圈土地利用总体规划修编、土地利用调控方案的优化以及土地可持续利用具有重要指导意义。     

武汉城市圈产业发展的空间优化

武汉城市圈是指以武汉市为中心,包括黄石、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、仙桃、潜江和天门等周边8市共同组成的城市密集区。该区域具有悠久的产业发展传统,其历史轨迹可分为3个阶段：第一阶段（1840~1949）为产业发展起步时期,第二阶段（1949~1994）为产业结构强化时期,第三阶段（1994~）为产业体系调整时期;与此相适应,区域产业的部门结构和空间结构均呈现典型的集中特征,以2003年区域制造业的增加值为指标,武汉市的空间集中度为50.5％,前10类制造业的产业集中度为60.6％。据此,目前的武汉城市圈是一个松散的“经济联邦”,但存在区域整合的产业、空间和创新基础。以2001~2004年武汉城市圈9城市的统计资料为基础,以制造业分行业的年均增加值和增长率为指标,计算和分析其区域产业发展潜力,结果表明：以钢铁、汽车和电子及通讯设备制造业等为依托,构建区域集群网络,能够充分发挥武汉市的产业组织和创新扩散功能。武汉城市圈应进一步调整产业发展思路,坚持创新驱动路径,通过完善集群网络规划、强化区域空间关联和引导产业集聚发展等政策措施,有效推动具有区域竞争优势的特色产业发展。     

武汉城市圈土地利用变化系统仿真模拟与驱动力分析

土地利用变化是全球环境变化与可持续研究的重要内容,驱动力研究是土地利用变化研究中的核心问题。现有土地利用变化驱动力研究多针对单一的城市区域展开,无法解释城市群地区,城市一体化战略指导下城市交互作用对土地利用变化的影响。运用系统动力学(SD)方法,综合考虑经济、人口、城市化、政策等主要人文因素,并将城市交互作用因素引入SD,以武汉城市圈为例,构建土地利用变化系统SD模型,运用1997~2006年的历史数据进行检验,并对武汉城市圈2010~2020年不同情景下的土地利用变化进行模拟。结果表明,建立的SD模型是有效的,两种情景下土地利用变化表现出差异性,说明城市交互作用是除经济、人口城市化等社会经济因素外,土地利用变化的又一重要影响因素。     

武汉城市圈土地利用碳排放效应分析及因素分解研究

土地低碳利用对减少土地利用碳排放,发展低碳经济,建设“两型社会”具有重要作用。以武汉城市圈为研究对象,估算了武汉城市圈1996～2010年土地利用碳排放量,分析了城市圈1996～2010年土地利用碳排放效应,利用LMDI模型对影响城市圈土地利用碳排放的因素进行了分解。研究表明：（1）1996～2010年武汉城市圈土地利用碳排放量由1996年的95282万t上升到2010年的4 55035万t,年均增长1182%,且上升幅度越来越大;（2）武汉城市圈居民点及工矿用地碳排放强度最大,耕地最小,不同土地利用方式碳排放强度及变化幅度存在一定差异;（3）城市圈各城市土地利用碳排放存在时空差异,时间上表现为碳排放增长速度和幅度的差异,空间上表现为各城市单元碳排放量的差异;（4）土地利用变化、经济发展水平提高、人口规模增加对城市圈土地利用碳排放存在正效应,能源效率提高和能源结构优化存在负效应     

基于MODIS的武汉城市圈地表温度场特征

地表温度是许多研究领域,如环境、生态、水文、气候、农业、浅层地温能、热岛效应等不可或缺的重要参数,这些参数现在可以通过卫星热红外遥感技术方便地获得。对一年的MODIS 8 d合成地表温度产品进行了处理,得到了武汉城市圈的地表年平均温度、年温度变幅、日温度变幅、年最低温出现时间、日最高温出现时刻等参数的分布图,并对这些参数的分布特征与土地利用现状进行了对比分析,初步揭示了该区的地表温度时空变化规律。结果表明,这些参数受到城市热岛效应、下垫面和地形因素的强烈影响,年平均温度以城市地区最高,平原地区其次,北部和南部山区的年平均温度最低;地表水体与其附近陆地相比,年平均温度的差异并不显著,但是其年温度变幅、日温度变幅都明显比陆地小,同时,年最低温出现时间、日最高温出现时刻都明显滞后,这些是水与岩土相比具有较高比热容的必然结果。〖     

基于生态用地约束的土地利用数量结构优化

引入生态优先理念,采用碳氧平衡法分析规划目标年区域生态用地约束,以经济效益最大化为目标,构建基于生态用地约束的土地利用数量结构优化模型,并以南通市为例进行案例研究。研究结果显示,从区域低碳经济发展及远期预留的角度出发,到2020年南通市需65.66万hm2标准生态用地。土地利用结构优化后,目标年南通市耕地与林地面积分别增加27 256.59 hm2和6 640.08hm2,园地、城镇工矿及交通水利用地也有不同程度增加;而其他土地减少44 034.20 hm2,其他建设用地、农村居民点及牧草地等也有所减少。结果表明,优化后南通市2020年土地利用经济效益可达8 414.73亿元,折算后的标准生态用地面积达89.01万hm2,比2007年减少1.90万hm2,但其综合固碳释氧能力满足区域碳氧平衡的需要,可保障区域生态安全。     

武汉城市圈空间组织演化评价

空间组织演化是空间自组织演化和经济社会发展耦合协同作用的结果。以武汉城市圈为研究对象,比较研究长三角、珠三角城市群和京津冀都市圈,利用空间相互作用强度、区域交通通达性和道路网络性评价武汉城市圈空间组织。结果显示：武汉城市圈在总量和规模等级等指标表征上弱于比较对象一个层级,尚处于发育的初级阶段;但武汉城市圈结构性指标表征良好,城镇空间组织演进良性,空间结构表现合理,从道路的网络性和通达性方面,与发达城市群（都市圈）差异不大,某些指标甚至超过了比较对象,表明武汉城市圈虽处于发展的初级阶段,但总体结构以及组织演化科学合理,发展健康     

土地利用结构优化研究综述

从系统分析的观点出发总结了目前土地利用结构优化模型,包括模型的发展回顾、建模方法和建模的步骤等。土地利用结构优化以建模理论进行划分,可分为：基于适宜性评价理论的优化模型、基于景观生态学理论的优化模型和基于复杂适应系统理论的优化模型;以建模的方法划分,可分为：线性模型和非线性模型。通过优化模型建立的方法对线性规划模型、多目标规划模型、灰色线性规划模型和系统动力学模型进行归纳。在此基础上概括出基于GIS的土地利用结构优化的两种模型：以数量优化和适宜性评价为核心的空间配置优化模型和以元胞自动机模拟演化为核心的优化模型,归纳出空间优化配置模型的建模步骤：预处理、数量优化、空间优化、评价结果4个步骤;元胞自动机演化模型的建模步骤：系统定义、系统抽象、模型实现、方法验证、模型校正和应用6个步骤,并针对模型的优缺点进行评价。指出作为土地资源可持续利用的有效手段,以元胞自动机模型为核心的多模型耦合和系统集成的土地利用优化模式将会是今后土地利用结构优化的发展趋势。     

全球价值链视角的武汉城市圈产业体系构建——推动武汉城市圈低碳经济发展

从全球价值链的视角分析武汉城市圈产业体系构建,提出发展低碳经济是城市圈融入更大区域乃至全球价值链,不断朝着全球价值链的高附加值环节攀升,具有持久的生命力和强大的竞争力的途径。在文中,通过湖北近20年来的能源消耗情况计算出碳排放量,据此发现城市圈碳轨迹,并提出构建产业体系的策略。武汉城市圈近中期应该把提高能效和碳生产率作为核心,不断降低能源消费强度和碳排放强度,努力减少CO2的排放的增长率,实现碳排放与经济增长的逐步脱钩。产业结构的调整是发展低碳经济的重要途径。因此,城市圈要走新型工业化道路,建设低碳经济,工业结构升级调整任务迫切。同时,进行有利于碳减排交易的机制体制创新;进行有利于EET(能源环保)产业发展的机制创新;进行有利于推动EMC(能源合同管理)模式的机制体制创新;进行有利于科技创新的机制体制创新。     

土地利用碳排放地域差异下减排责任分摊研究——以武汉城市圈为例

碳减排责任分摊是制定碳减排政策的基础,亦是完善碳交易市场体系的重要一环。为合理明确各区域碳减排责任,从土地利用碳排放地域差异视角入手,兼顾公平与效率原则,构建IFCAM模型,尝试在2020年武汉城市圈碳减排目标下划分各县区的碳减排责任,并对其进行可行性检验,以期为武汉城市圈及相关区域的碳减排责任分摊提供参考。研究发现:(1)武汉城市圈核心城市土地利用碳排放占城市圈的比例超过70%,且整体呈现出核心-外围递减的分布,各地区差异较明显;(2)3E分摊模型虽然提高了城市圈碳排放的公平性,但整体碳排放效率仅为0.54,相比2015年降低了30.77%,需进一步完善;(3)IFCAM模型在维持整体效率为1且不衰减的基础上,兼顾了3E公平原则,使经济发展水平较高地区的碳减排压力减小,而增加经济发展效率较低地区的碳减排压力;(4)检验结果显示基于IFCAM模型的2020年武汉城市圈各县市碳排放强度下降幅度均达标,整体平均碳排放强度下降幅度为19.27%,超过湖北省政府分配的整体18.78%的目标,且分摊结果变异系数较小,整体平均碳排放效率提升,有效的解决了公平和效率的分配问题,具有一定的可行性和科学性。     

武汉城市圈制造业集聚的实证研究

采用调整后的产业集聚EG指标,结合产业集中度指数,对武汉城市圈2000～2007年制造业19个行业的集聚程度进行了精确的测度,并分别从制造业集聚度变动趋势、产业集聚度特征、产业集聚空间分布特征、增长集聚弹性等角度进行了详细的分析。结果表明：考察期间武汉城市圈制造业的区域集聚度较高,而且中高技术行业集聚特征十分明显,资源性和低技术行业较为分散;从行业的区域集聚空间分布特征来看,产业集中度较高,主要集中在武汉、黄石、孝感和黄冈4市,其它5个城市产业集中度较低,城市上榜次数较少,且上榜行业主要集中在资源性和低技术行业,形成了以武汉等4市为中心,其它5市为外围的“中心 外围”结构;构建的产业集聚弹性模型计算结果表明,整体上城市圈制造业集聚弹性较大,但不同行业间的弹性值差距明显。     

武汉城市圈产业经济的系统性分析

摘 要： 构建产业经济的系统性评价指标体系，通过偏离份额方程、产业动态度和偏离度指标对产业结构性和产业演进性这两个维度进行核算，定量揭示武汉城市圈的产业经济发育特征：近20年来，武汉城市圈整体产业结构波动明显，不同城市不同产业在各时段的效益差异明显，呈现一定的圈层结构分异，中心城市武汉增长速度最快，圈域经济发展处于一定的“一极集聚”态势，武汉—鄂州—黄石—孝感城市群产业升级明显，经济发展较快，其余5个城市发展较慢，导致城际产业链群发育不完全，区间产业经济联系较弱；产业结构演进总体上呈现倒“U”型曲线变化规律，中心城市产业结构变动程度差异明显，明显形成3种产业结构演进类型：低偏离度—高结构效益型、中偏离度—中结构效益型、高偏离度—高结构效益型；核心城市武汉的产业结构不断向成熟方向演进，但其它中心城市产业结构仍有待进一步升级优化.     

武汉城市圈人口分布的时空格局

基于1990~2010年人口统计数据,结合数理统计分析方法和GIS空间分析方法,探讨了武汉城市圈人口空间分布的时空格局分异规律,得出以下结论：（1）圈域人口规模持续稳步增长,可划分为1990~1999年剧增阶段、1999~2006年滞涨阶段和2006~2010年稳步增长3个阶段;（2）圈域人口格局表现为东西向的交通廊道（宜黄 黄黄 黄小高速）指向且不断得到强化;（3）人口密度的空间变异系数先升后降,圈域人口分布的空间差异先扩大后缩小,但空间差异的绝对水平即空间异质性特征仍较为突出;（4）人口分布的动态变化格局表现为“圈层式”空间分异,圈域人口分布的主要方向为西北 东南向,且在进一步的往东南方向集聚;（5）圈域人口格局是自然地理条件、区域公共政策、社会经济发展和交通运输条件共同作用的结果     

武汉城市圈产业经济的系统性分析

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摘 要： 构建产业经济的系统性评价指标体系,通过偏离份额方程、产业动态度和偏离度指标对产业结构性和产业演进性这两个维度进行核算,定量揭示武汉城市圈的产业经济发育特征：近20年来,武汉城市圈整体产业结构波动明显,不同城市不同产业在各时段的效益差异明显,呈现一定的圈层结构分异,中心城市武汉增长速度最快,圈域经济发展处于一定的“一极集聚”态势,武汉-鄂州-黄石-孝感城市群产业升级明显,经济发展较快,其余5个城市发展较慢,导致城际产业链群发育不完全,区间产业经济联系较弱;产业结构演进总体上呈现倒“U”型曲线变化规律,中心城市产业结构变动程度差异明显,明显形成3种产业结构演进类型：低偏离度-高结构效益型、中偏离度-中结构效益型、高偏离度-高结构效益型;核心城市武汉的产业结构不断向成熟方向演进,但其它中心城市产业结构仍有待进一步升级优化.     

基于碳排放约束的土地利用结构优化模型研究及其应用

以经济快速发展区域（县域）的土地利用生态经济系统为研究对象,利用系统科学相关分析方法,结合区域土地利用的经济、生态和社会功能变化趋势,在分析区域未来社会经济科学发展、碳排放目标与土地利用结构变化关系的基础上,研究了土地利用结构调控的CO2当量指数、经济效益指数及其目标函数,通过集成Markov模型和结构优化方法,建立了区域土地利用结构的低碳优化动态调控模型（LUSCC）及其求解方法。最后以江苏泰兴市为例进行了分析验证,综合考虑该区域的发展战略和政策实施情况,获得3种不同碳排放目标调控程度的土地利用优化结构及其调控方法,研究表明,建立的基于碳排放约束的动态优化调控模型,能够满足土地资源配置效率的最大化及其可持续利用要求,为探索区域未来低碳型土地利用结构的优化方法提供参考。     

武汉城市圈社会经济与资源环境系统耦合作用的时空结构

建立都市圈社会经济-资源-环境系统(ERE)评价指标体系,构建系列ERE耦合作用模型,系统揭示武汉城市圈ERE复合系统耦合作用的时空规律:①时间演化上,ERE复合系统耦合度和协调度波动变化明显。耦合度发展曲线为S型,呈动态螺旋上升趋势;协调度呈剧烈波动变化态势;协调发展度增长迅猛,整体呈直线上升态势;整个ERE复合系统内部或要素之间不断交互作用,与外界环境不断进行熵流交换,呈现一开放的、渐变与突变、自组织与他组织相互交织演替的递嬗过程,发展函数上表现为一动态的螺旋上升曲线,是一个开放的复杂巨系统。②空间分异上,ERE系统耦合度呈"串形"等级规模结构,空间集聚性明显,形成两大空间板块;协调度呈"纺锤形"等级规模分布,空间呈一定弱集聚效应和相关作用,形成两个高值区、多个中值区和两个低值区;社会经济-资源-环境系统空间分异明显,等级规模结构失衡呈"纺锤形"、"串字形"等不均衡态势。③区域类型上,耦合作用强度和协调程度空间不对称,形成磨合良好协调、磨合濒临失调、拮抗优质协调、拮抗良好协调、拮抗中级协调、拮抗初级协调、拮抗勉强协调七大区域类型。     

武汉城市圈水资源及水环境承载力分析

水资源及水环境承载力是衡量区域可持续发展的一项重要指标,对区域经济的发展规划具有重要的指导意义。以可承载的人口数量和GDP作为承载力的表征指标,分别运用单位GDP综合用水量评判法和河流一维水质模型及湖库均匀混合模型计算武汉城市圈不同水平年的水资源及水环境承载力,并用承载度来评价水资源及水环境的承载状态。结果表明:2012、2020和2030年武汉城市圈水资源承载力都处于合理承载状态,但是其水环境承载力处于轻度超载状态。可见,水环境承载力对武汉城市圈的用水限制更为严格。随着社会经济的发展及污水处理技术的进步,水环境状况虽然会有所好转,但与水资源数量这一因素相比,水环境仍是制约武汉城市圈经济社会发展的关键因素。     

武汉城市圈空间结构演化及影响研究

武汉城市圈是我国资源节约型、环境友好型社会建设的重点示范区,是中部崛起战略实施的重要支点。但就现阶段的发展情况来看,武汉城市圈在空间结构方面存在一些问题,制约了城市圈的总体发展。采用两方面的方法对武汉城市圈的空间结构展开研究。一方面,利用数理分析确定武汉城市圈的城市职能等级体系;另一方面,利用针对历史建成区的图面分析和方格网分析确定城市圈空间结构的演化历程。结合两方面的研究结论,将武汉城市圈的空间结构确定为单核模式,即由一个较大的核心城市和若干个组团城市结合而成的空间结构模式。单核模式有利于培育强有力的核心城市,突出核心城市的辐射带动作用,但不利于组团城市的扩张和城市圈的总体长远发展。在此基础上,提出了优化武汉城市圈空间结构的初步设想,包括联合一些组团城市建设发展中心,突出一些组团城市特色功能等     

武汉城市圈旅游景区时空差异研究

旅游景区空间分布处于不断演化和发展的过程中,在不同发展阶段具有不同的空间作用形式。运用洛伦兹曲线、集中化指数以及空间自相关方法,以2001年、2006年、2010年为研究时间截面,结合GeoDA和ArcGIS空间分析工具,对武汉城市圈旅游景区时空差异进行分析。研究发现：（1）武汉城市圈旅游景区空间差异显著,旅游景区主要分布在武汉、咸宁、黄冈等地,空间集中化水平呈减弱趋势;（2）旅游景区空间自相关总体上呈增强的趋势,二元化空间分布格局不断强化;（3）旅游景区发展热点区表现出一定的时空继承性,地理近邻效应明显。旅游景区热点区主要为孝感、鄂州、武汉等地区,具有向东推移的趋势,天门、仙桃、潜江一直是旅游景区发展冷点区。人口分布、旅游交通、经济发展水平、旅游资源禀赋以及政策等因素是影响武汉城市圈旅游景区空间差异的主要原因     

武汉城市圈旅游景区空间结构分形研究

武汉城市圈旅游景区具有沿河流、交通、城市分布的特征,集聚态分布格局明显。运用分形理论对武汉城市圈旅游景区空间结构进一步分析,结果表明：武汉城市圈旅游景区空间结构存在明显的无标度区,空间结构是分形的。武汉城市圈旅游景区在自组织演化过程中的中心性较为明显,多分形结构凸出,空间结构较为复杂;旅游景区空间结构是以武汉、咸宁、黄冈、麻城等主要城市为节点,通过系统内部的长江、京广高铁、京港澳高速、沪蓉高速等线状要素进行能量传递而展开的;旅游景区空间分布具有较强的轴线分布特征,空间相互作用较强,旅游交通网络通达性优良。对旅游景区空间结构现状分析和分形刻画的基础上,认为“K”形空间发展结构是武汉城市圈旅游空间结构的最佳发展模式