长江沿岸中心城市土地扩张时空演化特征——以宁汉渝3市为例

基于国家新型城镇化与"T"字型发展战略理论内涵,选取长江沿岸上、中、下游中心城市重庆、武汉和南京为实证研究对象,以1980、1990、2000、2010年4期遥感影像资料为基础数据源,通过RS、GIS和景观生态结合分析,分别对其城市扩张强度、城市扩张类型和城市建设用地扩张弹性进行对比分析,并采用景观指数进行了进一步分析和验证,从而系统分析了近30 a来3个城市建设用地扩张的时空特征与内在机理。结果表明:(1)30 a来,南京、武汉和重庆3市城市扩张强度均呈明显上升趋势,总体呈现南京市>武汉市>重庆市,但2000年是一个分水岭,之后重庆市城市扩张增速赶超武汉市,南京市反而增速最低;(2)对城市扩张类型分析表明,南京市始终以边缘式增长为主;武汉市在2000年之前以飞地式扩张主导,2000年之后呈现边缘式增长;重庆市以边缘式增长为主,但2000年之后飞地式增长迅速;(3)从城市建设用地扩张弹性分析表明,1980~2010年南京市土地扩张相比城市人口开始减缓,而武汉市和重庆市在2000年以后城市扩张速度远远超过城市人口增长速度;(4)景观指数验证分析结果显示,遥感分析、地理信息分析和景观生态分析的结合能够很好反映城市建设用地的扩张过程及演化特征。     

1980年以来南京市建设用地扩张阶段性特征

以快速城市化地区南京市为例,基于1980~2016年7期遥感影像分类结果,采用规则格网法、等扇分析法和公共边测度法等空间分析方法,分阶段分析36a间城市建设用地扩张强度、方向和模式等特征。结果表明：36a间南京城市建设用地增长迅速,达574.73 km2;在不同时期和不同方向上,南京城市空间扩张强度和扩张模式有很大差异, 36a间南、东北方向扩张强度最大;扩张最快的阶段是2004~2008年,年均扩张55.28 km2;填充式扩张主要发生在主城区内部和已有一定发展基础的地区,蔓延式扩张除围绕主城区向外扩张外,还包括上一阶段飞地式扩张地区的持续发展,飞地式扩张则比较分散,多受开发区、大学城等选址的影响;南京城市建设用地扩张经历了低速扩张-加速扩张—高速扩张—变化趋缓的过程。     

长江经济带城市扩张的时空特征与生态响应

量化识别城市扩张在不同发展阶段的时空特征，有助于从宏观上认知城市扩张态势，理解城市化的生态响应。以Landsat TM/OLI影像为数据源，分析了近30a（1986~2016年)长江经济带3个省级城市和4个地级市的城市扩张，包括建设用地的时空变化和扩张模式，以及扩张的生态效应。结果表明：(1)建设用地扩张量在过去30a呈线性递增过程，平均扩张速率在2006~2016年降低，表明建设用地由增量扩张向存量开发转型，但地级市的转型滞后于省级城市;(2)蔓延式扩张比例下降而填充式扩张和飞地式扩张不断增加，说明城市扩张模式由粗放蔓延型向紧凑集约型转换;(3)建设用地从快速扩张到稳定扩张的过程与植被覆盖从退化到管控的过程一致，印证了建设用地扩张与植被覆盖度的时空关联性。同时，建设用地扩张导致的生态系服务价值负值不断增加，较大幅度的降低了生态系统服务总价值。面临城市扩张进程中出现的植被覆盖退化和建设用地生态系统服务负值过大的问题，合理而有力的规划政策实施在未来城市发展中尤为重要。     

基于圈层建设用地密度分析的中国主要城市扩张的时空特征

基于圈层建设用地密度分析,提出了城市扩张核心度指数;通过计算城市扩张核心度指数和城市扩张强度指数,分析了1990~2010年中国27个主要城市距城市中心不同距离区域的城市扩张的时空模式。研究发现:(1)1990~2010年,大部分城市核心度指数不断降低,城市空间结构变化与国家区域政策密不可分,呈现明显的区域特征。1990~2000年东部沿海地区城市核心度值减少幅度较大,2000~2010年则是东北部和中西部城市降低明显。总体上看,西部和东北部城市的核心度指数要高于东部和中部的城市,结构更加紧凑。(2)城市扩张最活跃的地方总是出现在核心区边界附近,并不断向外推移。(3)城市的形态与城市的发展阶段密切相关。1990~2000年,一线城市扩张的强度和范围远大于其他城市;2000~2010年,二三线城市的扩张强度和范围明显增加。经济比较发达的城市,建设用地的扩张逐渐由单中心扩展向多中心协同发展转变,而经济相对落后西部城市和东北部城市,城市结构比较紧凑,保持着单中心的城市形态。     

基于不透水表面指数的城市扩张趋势及驱动机制分析——以南京市为例

城市扩张趋势及驱动机制研究存在两大难题:(1)传统景观数据的混合像元问题影响城市扩张趋势研究的准确性;(2)城市扩张驱动因子的共线性问题影响驱动机制研究结论的可靠性.针对上述问题,以南京市为例,利用不透水表面分析结果,采用不透水面加权平均重心分析、线性方向均值分析及标准差椭圆分析方法开展2000～2017年城市扩张趋势研究,并利用偏最小二乘回归分析方法对城市扩张驱动机制开展定性及定量分析.结果表明:南京市整体上表现为多中心非同步的蔓延式扩张;2000～2017年的3个时间跨度内,南京市整体的不透水表面扩张速度不断增长,年均不透水表面加权平均重心转移距离分别为303,379,611 m,全市尺度上往顺时针偏北259.12.方向转移2 564 m,具体到各辖区,重心转移距离存在较大差异;城市扩张的外部形态特征具有明显的方向性,2000、2005、2010以及2017年4个时期,不透水表面的标准差椭圆扁率均在2.232以上,主要表现为南北向扩张,各辖区扩张方向性不同;城市外部空间特征及发展战略、河流水系及自然保护区分布、土地利用规划等因素表现为对城市扩张方向的约束和限制作用;第二产业从业人员数量、人口密度、第三产业固定资产投资额、地区生产总值、城乡人均可支配收入等因素成为影响城市扩张规模的主要因素.     

南京城市化进程与热岛效应的初步研究

城市化过程对气候变化有着重要影响,全面而准确的分析城市化进程是十分重要的。以南京市为例,利用南京地区1985~2007年年平均气温和1985~2010年源于统计年鉴的4类城市化指标数据,使用人工神经网络方法以及综合指标法,分析了南京市城市化综合发展水平变化及其热岛效应的关系。结果表明：南京城市化进程分为稳步发展阶段（1985~2000年）和快速发展阶段（2001~2010年）,城市化综合评价指数增长速率分别为01/10a和06/10a;南京市1985~2007年年平均气温呈波动式上升,平均城郊温差03℃,温度差异明显,总体上热岛强度呈波动增加趋势,尤其 2000年之后,以019℃/10a的速率迅速增加;热岛强度与城市化综合评价指数之间相关系数为075,呈显著地线性相关关系     

中部3省城市建设用地功能时空演化特征

定量识别区域城市建设用地功能演化特征与模式,是推进可持续城市建设用地开发利用与管理、助力新型城镇化等国家战略的重要基础。从人口承载、生产与消费、公共服务3个方面构建了城市建设用地功能评价指标体系与模型,以地级市为研究单元探究了2000~2014年期间我国中部3省多尺度城市建设用地功能演化特征与模式。研究结果表明:(1)中部3省城市建设用地人口承载、生产与消费、公共服务和综合功能总体呈改善趋势,但演化过程复杂;(2)不同尺度尤其是城市群地区城市建设用地功能演化特征差异明显。沿长江和城市群地区城市建设用地功能演化强度高,但城市群地区空间异质性较强;(3)城市建设用地功能演化以复合型演化模式为主,演化格局复杂。其中,城市建设用地人口承载功能演化模式类型最多,且局部地区呈衰退型演化格局;城市建设用地生产与消费、公共服务功能和综合功能演化模式类型相对较少,且大多集中连片分布,武汉城市建设用地综合功能加速改善型演化特征显著。如何深入探究城市建设用地功能演化模式形成机理,并系统制定多级城市建设用地可持续利用管理策略,是实现我国新型城镇化和"美丽中国梦"等战略的重要任务。     

武汉城市群城镇用地扩展的动态模式及其驱动机制

基于遥感和GIS技术获取了武汉城市群3个阶段(1980～1990、1990～2000、2000～2010年)的城镇用地信息,采用景观扩张指数、间隙度指数和相关分形维数分析了该地区城镇用地扩展的基本模式、空间形态演化及其驱动机制。主要结论：（1）城镇用地扩展基本模式呈现差异,第一阶段以边缘式和飞地式扩展为主,第二、第三阶段以边缘式扩展为主;（2）城镇用地空间形态处于演化变动中,第一阶段城镇用地扩展遵循“小集聚、大分散”的特点,城镇用地分布呈现“均一化”,第二阶段城镇用地扩展显著趋缓,增长空间相互分离,以中心城市的孤立扩展为主,第三阶段城镇用地扩展呈现“首位式”“集中化”趋势,武汉市中心性显著增强,核心-外围差别显著,局部范围的空间融合初露端倪;（3）城镇用地扩展经历了多点“开花式”均匀扩展期、散点“离心式”缓慢扩展期和集聚“首位式”快速扩展期,这种差别化的城镇用地扩展模式与空间形态演化主要受国内外发展环境、国家发展战略、城市建设方针以及土地管理政策的综合影响     

江苏省城乡空间融合的形态演化研究

选取1980~2010年5期土地利用/覆被变化(LUCC)作为数据源,获取江苏省近30a的城乡建设用地变化数据,在空间分析和景观分析等方法支持下,分析城乡空间形态的演变特征,揭示城乡空间融合的过程和动力机制,并归纳不同类型的城乡空间融合模式。结果表明:(1)城镇空间扩展方面,数量变化呈先平缓后急剧增长特征,空间形态变化首先以外部扩展为主,然后进入斑块边缘间的填充扩展的循环过程,苏锡常地区城镇空间的扩展最为密集;(2)农村地域变化方面,总量呈小幅增长态势,江苏北部沿淮河地区农村建设用地分布较为密集,沿江地区逐渐形成农村建设用地的次级密集区;(3)城乡空间融合过程方面,城乡空间开始由离散扩展逐步向粘合扩展过渡,城乡连通程度逐步提高,苏南地区城乡粘合扩展最为明显;(4)城乡空间融合的动力机制和地域模式,社会经济发展水平的快速提高、乡镇企业的高速发展、交通基础设施的不断完善、开发区和新城区的快速建设是江苏城乡融合发展的主要驱动力。依据空间形态变化特征和主要动力因素,江苏省具有3种城乡空间融合发展类型:枢纽链接模式、集聚吞并模式、融合扩展模式。     

城市滨江地区生态用地演变及驱动因素分析——以长江南京段为例

从中小尺度对城市滨江生态用地演变进行研究,可为制定生态用地开发与保护政策提供重要参考。基于2005、2009、2014和2018年土地利用数据,利用转移矩阵等方法分析了南京滨江1 km范围内生态用地演变特征,并从城乡用地冲突和政策有效性角度对这些变化进行探讨。结果表明:(1)耕地大面积减少导致滨江地区生态用地比重下降,由2005年的71.86%下降到2018年的65.54%,但是林草地等半自然生态用地的比重略有上升;(2)林地、内陆滩涂保留率较高,耕地、园地、水域等地类变化以数量净变化为主,而林草地以空间交换变化为主;(3)生态用地流失热点区主要位于中心城区与近郊区间的城乡过渡带,并临近产业园区,建成区扩张是其主要成因;(4)政策规划对滨江生态用地演变作用明显,沿江开发政策加剧了生态用地流失程度,而生态红线等规划对某些重要生态用地保护效果显著,土地利用规划在用地管理方面效果显著,但仍存在耕地、裸地、内陆滩涂被违规侵占现象,长江防洪堤对生态用地保护作用不显著。要使生态空间得以长期存在,不仅需要明晰的政策边界,还需要加快形成公众对生态景观的整体认知和基于生态用地功能目标的保护政策。     

城市核心建成区对邻近新增建设用地影响研究——以长江三角洲为例

为探究城市核心建成区对邻近建设用地增长的影响机制,选取1990~2015年间长江三角洲77个县级以上市核心建成区10km缓冲区内新增建设用地图斑为研究对象,借助扩展强度、景观格局指数和空间分析等方法分析了图斑的成长特征及扩展模式。结果表明：(1）1990~2015年,各等级城市新增建设用地平均面积处于周期波动上升趋势,与各阶段国家（区域）政策变化密切相关;城市等级越高,核心建成区周边扩展规模越大;(2）随着与城市核心建成区距离的增加,各等级城市新增建设用地扩展强度总体呈下降趋势,景观分离度总体呈上升趋势,扩展强度与距核心建成区距离存在衰减的对数曲线关系;(3）研究时段内,城市扩展模式存在两个明显的阶段性特点：第一阶段是1990~2000年,建设用地的增长主要以内部向心填充式集聚为主的城市化阶段,第二阶段是2000~2015年,建设用地的增长主要以离心边缘式圈层扩散为主的郊区化阶段,此阶段大、小城市的飞地式扩展比例明显提升,中等城市边缘式蔓延保持较高的增长比例。针对城市的不同等级及其发展阶段,政策的引导和政府规划对于土地的合理布局有着重要影响。     

基于RS和GIS的上海城建用地扩展研究

利用多时相遥感影像,借助GIS强大的空间分析功能对上海市城镇建设用地的时空扩展过程、特征、规律作了探讨,结合社会经济统计数据对上海市城镇建设用地扩展驱动力进行了分析和综合评估。研究结果表明：1985~1995年城镇建设用地扩展主要集中于城郊边缘地带,而1995~2000年地区扩展差异则更为明显;上海城市扩展主要侵占的用地类型为耕地,其中以水田为主,同时也占用了较多的农村居民点;上海城镇建设用地在不同方向上扩展程度和规模有较大不同;随着距离城区几何中心点距离的增加,各阶段城镇建设用地扩展强度指数都呈现一个大致相同的变化过程,扩展强度指数最高的区域大多位于上海主城区的外围即城乡交替地带;经济发展是上海城镇建设用地扩展的决定因素,郊区小城镇及小城镇工业的发展是郊区城镇建设用地扩张的一个重要影响因素。     

1989~2015年武汉市城市格局时空演变分析

城市格局时空演变以土地利用变化为承载,为城市用地调控、空间发展政策的制定提供依据。以武汉市主城为实证区,采用1989、1999、2008和2015年4期Landsat遥感影像为数据源,综合空间信息技术、用地扩张量化分析方法研究城市土地利用转换关系,测度建设用地扩张强度、弹性与方向,揭示城市格局时空演变过程。结果表明：1989~2015年间,武汉市主城区土地利用变化以建设用地扩张、未利用地和耕地减少为主,经济增长与建设用地扩张关联度高;主城区建设用地在1999年之后扩张速度明显加快,总体扩张强度逐步加强。建设用地扩张呈现时空不平稳状态,扩张主要集中在以汉阳、青山为代表的城郊过渡带区域,以及硚口、武昌等老城区的更新改造区域,1989~2008年间扩张方向以偏西向为主,2008~2015年间扩张方向以东南向为主,反映城市区域发展阶段的差异和空间开发政策变动的影响。     

太湖流域近25年土地利用变化对生态耗水时空格局的影响

为了评估流域土地利用变化对生态系统水量调节能力的影响,从生态水文的新角度来管理流域水资源,本文借助遥感、野外监测等方法获取地表基本参数,基于GIS技术与方法,以网格为基本单元,计算流域生态耗水量,评估太湖流域近25年土地利用变化对生态耗水的影响,结果表明:(1)近25年的年总耗水量高值区域主要分布在流域的浙西区、环太湖的北缘以及湖西区林木分布区,耗水量及其截留量、蒸散量等分量的空间分布特征基本和土地利用类型的植被覆盖度一致,耗水量较大值区域对应着植被覆盖度较高区域;(2)太湖流域1985~2000年以及2000~2010年耗水量显著减少的区域明显多于流域耗水量增多的区域,减少区域主要分布在浦东浦西区、苏锡常区和杭嘉湖区三大区域的建设用地的周围,多受建设用地扩张侵占了耕地的影响;(3)1985、2000、2010年年耗水量分别为1068.8、1041.5、960.2 mm,1985~2000年间的减小幅度(2.53%)明显小于2000~2010年间的幅度(7.78%),与太湖流域的近25年耕地面积1985~2000年减少程度(3.99%)和2000~2010年减少程度(11.09%)保持一致。     

南京市2000~2014年城市建设用地变化及驱动因子研究

基于土地利用模型测度2000~2014年南京市城市建设用地的动态变化,再运用典型相关分析、主成分分析及逐步回归分析组合的偏最小二乘回归法对南京市城市建设用地的驱动因子进行分析。结果表明：（1）2000~2014年南京市城市建设用地面积总体上呈上升趋势,年均增长率为11.73%;（2）南京市用地结构信息熵呈波动下降趋势,城市建设用地系统结构性增强,但是用地扩展的综合效益趋降;（3）人口增长、道路扩展、投资水平提高及文化产业发展等能够较好的解释南京市城市建设用地的增长,这4类因子对城市建设用地变化具有正向作用;（4）逐步线性回归结果表明,园林绿地面积的增加相对其他因子对南京市建设用地规模增长的作用最大,其次是道路长度和公路里程。     

居民活动空间与生态约束协调的城市开发边界划定方法——以长沙市为例

为了遏制长沙市城市的无序扩张,促进土地节约集约、高效利用,保障生态空间质量,划定长沙市城市开发边界成为重要举措。基于居民活动空间扩展,选取人口密度、居民活动分布、基础设施布局等多源时空数据,通过量化居民活动空间扩展概率,并利用植被覆盖度构建生态约束强度,确定二者协调规则,作为CA模型的约束条件,进行城市建设用地模拟,划定城市开发边界。结果表明：划定的长沙市城市开发边界,结果与长沙市“十三五”规划的城市空间发展框架基本一致,对未来建设用地扩展方向预测合理,而且避免了侵占重要生态资源,达到了兼顾城市空间发展和生态资源保护的多重目的。     

引入城市扩张干扰效应的生态服务价值化方法改进

城市扩张在规模上对自然环境空间造成挤压,在结构上加剧生境破碎化程度,且对其邻域的生态用地有负面影响,测算城市扩张引起的生态服务价值变化应考虑其干扰效应。以南昌市为研究区,首先测算生态服务价值变化,在此基础上,考虑不同建设用地类型的不同干扰效应,测算引入城市扩张干扰效应改进的生态服务价值,深入对比分析南昌市1995～2005年和2005～2015年间改进前后生态服务价值变化的差异。研究结果表明:(1)南昌市各城市扩张斑块的干扰强度总体较高。2005～2015年间的城市扩张干扰效应明显比1995～2005年间的城市扩张干扰效应高,城市扩张的生态成本在增加;(2)城市扩张斑块干扰效应的空间分布差异明显,周围的耕地、林地和水域面积比例较大的城市扩张斑块的干扰效应较高;(3)基于改进方法评估的城市扩张引起的生态服务价值变化大于改进前方法评估的生态服务价值变化,不同的邻域组成,不同来源类型的城市扩张斑块的生态服务价值变化差异明显。研究结果有助于科学合理度量城市扩张引起的生态系统服务价值变化,并为城市扩张生态成本的测算提供科学的支撑。     

湖北省耕地非农化压力的时空演变格局

耕地非农化压力及其区域差异是建设用地指标区际配置的基础。湖北省社会经济发展与城镇化水平存在显著的区域差异,耕地非农化压力区际差异明显。通过对比人均建设用地指标的理论值与实际值之间的差异开展湖北省耕地非农化压力的时空格局研究,结合重心迁移模型,采用Arc GIS空间分析方法揭示了湖北省耕地非农化压力的时空演化路径。结果表明:(1)湖北省耕地非农化压力存在显著的区域差异,西部地区中恩施市的耕地非农化压力较大,其他城市耕地非农化压力较小且相对变化较小;东部地区的耕地非农化压力较大且相对变化较大;(2)2000~2011年,湖北省耕地非农化压力的重心总体向东北方向迁移,表明湖北省东部一些城市的耕地非农化压力相对西部一些城市的增长较大。(3)重心迁移距离为17.37 km,相对较小,表明湖北省耕地非农化压力于2000~2011年整体变化相对稳定。     

RS与GIS支持下的南京市景观格局动态变化研究

利用1986、1994、2000年的TM图像和2000年的土地利用现状图,运用GIS和核心景观指数研究南京市自1986年以来景观格局的动态演变规律。结果表明：南京市在快速城市化的过程中,城市景观结构的变化主要表现为耕地、绿地、水体和未利用地等自然或半自然景观向城市、农村居民地、工矿用地以及交通用地等人文景观转变;景观的多样性增加,斑块的平均面积增大,分离度、破碎度和孔隙度减小,城市的开发趋向有序化、规模化;但由于人类活动作用方式或作用程度的不同,不同的景观类型在同一时间段,或者同一景观类型在不同的时间内空间格局的转变模式不同,1986~1994年城市扩展的速度很快,开发比较混乱,城市、农村居民地和交通用地等人文景观的面积大幅增加,耕地、绿地和未利用地的面积大量减少,斑块分布不均匀,空隙度增加,1994~2000年城市扩展的速度减慢,开发趋向有序化,除耕地外,其他景观类型的分离度、破碎度和孔隙度减小,空间分布趋向均匀。     

太湖流域水敏性与建设用地扩张的关联评价

水是流域空间管理最重要也是最敏感的要素,流域不同区段的水敏性差异会对建设用地扩张形成不同的限制性影响。从流域空间综合管理的视角出发,尝试从水资源、水生态、水环境、水灾害4个方面构建流域水敏性分区评价指标及方法,以太湖流域为例开展基于小流域单元的水敏性评价,并采用1985、1995、2007、2017年4个典型年份的土地利用数据,刻画了过去30余年太湖流域建设用地扩张与水敏性之间的关联关系。研究表明：（1）1985~1995年间,太湖流域建设用地扩张与水敏性基本上没有关联,高水敏区建设用地扩展强度最高;（2）1995~2007年间,空间扩张与水敏性的关联性增强,建设用地扩展强度随水敏性增强而下降,扩展强度较大区域以低水敏区域为主;（3）2007~2017年,建设用地扩展强度显著提升,拓展空间主要布局在低水敏区域,水敏性对空间扩张的约束性在增强;（4）虽然太湖流域水敏性对建设用地扩张的限制作用在提升,但二者关联度还不够高,水敏性还没有成为建设用地扩张的关键约束。研究结果可为协调流域经济社会发展与资源环境关系、制定适应水敏性的空间管理政策提供科学依据。