天山北坡城市群城市景观时空扩张过程及多情景模拟

城市群是区域经济发展的重要空间载体,探究天山北坡城市群城市景观扩张变化对边疆城市群的区域经济发展、城市规划、生态安全等有重要意义。研究借助GIS、Fragstats、Dyna-CLUE等软件,基于1990、2000、2005、2010、2015年空间分辨率30 m土地利用数据,采用景观扩张指数（LEI）、扩展强度指数（UEⅡ）、重心转移、多情景模拟等方法揭示天山北坡城市群的景观扩张模式及演变规律。主要结论为：①从景观指数来看,近25年来天山北坡城市群城市景观变化表现为破碎度增大、异质性增强、斑块形状趋于复杂;②从扩张模式来看,1990-2015年,天山北坡城市群的城市扩张模式以飞地式为主,其次为边缘式扩张,不同时期内扩张模式占比有所差异;③从扩张轨迹来看,城市群城市扩张重心总体由城市群的中心-乌鲁木齐的西侧向东、南移动;④从多情景模拟来看,Dyna-CLUE模型能够较好地模拟不同情景状态下的城市扩张与土地利用变化特征,2025年城市群扩张模式将以飞地式、边缘式为主。研究结果可为天山北坡城市群城市的未来发展和布局规划提供参考,为国土空间的管理与调控、生态环境的布局优化等提供决策依据。     

关中平原城市群扩张对生态用地的多尺度影响

城市扩张与生态空间保护的矛盾是新型城镇化和国土空间规划过程中急需解决的问题之一。作为黄河流域生态保护与高质量发展的核心区域,关中平原城市群面临更加严峻的生态和资源胁迫。但相关研究主要对研究区整体的生态环境变化进行测度,少有研究分析城市群发展对生态用地的多尺度影响,且忽略了城市群中土地变化最剧烈,生态受胁迫最严重的城市边缘区。因此,基于土地利用数据,结合土地利用转移矩阵、景观指数、估算城市扩张间接影响的生态用地面积等方法,研究从城市群、重点城市和主要城市边缘区3个尺度分析1990-2018年城镇扩张对生态用地的直接和间接影响。结果表明：（1）关中平原城市群土地利用类型以半生态用地（耕地）为主,面积占比超过40%。而城市边缘区主要以半生态用地和建设用地为主。1990-2018年城市群建设用地面积比例由3.67%增长至5.93%,耕地面积共计减少3032.11 km²,自然生态用地的面积增加628.03 km²。受耕地占补、退耕还林等多重政策的影响,半生态用地和自然生态用地的变化呈现为"拉锯式"发展特征。（2）城市扩张对半生态用地的直接影响大于对自然生态用地的直接影响,各尺度土地利用转移变化大同小异,新增建设用地的主要来源均为耕地,其中城市边缘区的耕地受城镇扩张的挤占最为突出。（3）城市扩张对自然生态用地的间接影响大于直接影响,且不同城市建设用地对自然生态用地的间接影响因耕地补偿机制的不同而有所差异。因此,对关中平原城市群实施"一刀切"的耕地补偿政策实际上并不合理,应当因地制宜,考虑地区土地资源条件,适当调整发展和约束政策,更有利于城市群的可持续发展。     

基于多智能体模型的兰州市城镇用地扩展模拟

利用1995、2005、2015、2018年4期兰州市土地利用数据和社会经济统计数据,运用扩展强度指数、Logistic回归、主成分分析等方法揭示兰州市城镇用地演变特征及驱动力,基于多智能体模型用Netlogo软件实现了2025年多情景下兰州市城镇用地扩展模拟.结果 表明:1995-2018年,兰州市城镇用地扩展强度和...     

基于微粒群-马尔科夫复合模型的生态空间预测模拟——以长株潭城市群为例

生态空间具有重要的生态功能,对生态空间进行科学预测模拟可为保护国土空间生态安全提供决策依据。利用Arc GIS及MATLAB软件,在生态空间风险评价的基础上构建了微粒群-马尔科夫复合模型,并以长株潭城市群为研究区,基于2013年土地利用现状数据,对2020年的生态空间进行了预测模拟,最后在此基础上提出了生态空间重构的基本思路。结果表明:1)微粒群-马尔科夫复合模型(PSO-Markov)构建的基本步骤为:第一步:粒子的选择与设计,以2000 m×2000 m的正方形单元作为基本粒子。第二步:粒子的初始化设定,根据生态空间风险由低到高的原则进行选择。第三步:适应度函数的建立,用生态空间的风险值来确定生态空间的空间格局。第四步:空间位置的更新,根据自身的历史最优值及粒子群的全局最优值进行速度和位置更新。2)微粒群-马尔科夫复合模型(PSO-Markov)是一种土地利用格局预测的新途径,生态空间的数量规模可以通过改进后的马尔科夫模型进行预测,生态空间的格局可以通过微粒群模型进行预测。3)微粒群-马尔科夫复合模型具有4个特点:第一、数量预测较为合理。第二、搜索范围大、较好地考虑到局部对全局的影响。第三、受问题维数变化影响小,在求解多目标问题时具有明显优势。第四、收敛时间短、运算速度快、易于实现。4)2020年,长株潭城市群的生态空间总体数量减少,其中林地和未利用地面积变化最明显,空间变化主要集中分布在西南部地区。生态空间总面积减小的主要原因是建设用地的扩张。因此,要控制城市群的人口密度,优化城市群生产—生活—生态的数量结构及空间布局,尤其要合理规划与利用城市建设用地,充分发挥水体与未利用地的生态价值,重点保护好生态源地、廊道及关键结点,构建结构合理、功能齐全的生态网络系统,提高系统的生态服务价值功能,要在规划的指导下合理调整城市群的城乡局部空间结构,保护生态环境,提高生境质量和景观多样性。这是今后一段时期面临的主要任务。     

深圳市龙华地区城镇用地动态模型建设及模拟研究

在１９８８～１９９６年时段景面遥感制的基础上,利用细胞自组织模型对深圳市龙华地区城镇成区的动态变化过程进行了模拟研究。模型其选择了高程,城率、限最近干线公路的生趣距离,斑块相邻度指数和形状指数等５个变量参与非域镇用地单元的综合转移概率计算,利用１９８８～１９９０年的城镇扩张结果确定不同变量的权重参数,利用１９９２、１９９４和１９６年的数据进行模型验证。结果表明,细胞自组织模型可以很好地反映模拟起始     

长株潭经济圈土地利用变化的碳排放量及生态补偿研究

根据2000 和2014 年遥感影像获取土地利用现状数据, 采用碳排放评价模型, 对长株潭经济圈碳排放量进行评估,估算碳排放生态补偿标准。结果显示: 2000-2014 年间碳排放总量减少; 三市地均建设用地的碳排放强度均有所减少, 其中长沙市的减少量最大; 2014 年经济圈各县(市、区)的碳排总量以湘潭市区最大, 最低的是浏阳市, 14 县(市、区)的建设用地碳排放量以市区最大; 据我国造林成本的平均值计算, 长沙市区、湘潭市区和株洲市区应该向周边的县(市、区)进行生态补偿, 补偿标准分别为0.27×10⁸ 元、8.4×10⁸ 元、4.03×10⁸ 元; 提出减少碳排放的措施。     

2000-2010年中国大陆地区建设用地扩张的驱动力分析

2000-2010年我国社会经济迅猛发展,城乡建设用地急剧扩张。分析建设用地扩张的驱动力,辨识关键驱动因素,能够为我国土地资源的可持续利用提供支撑。研究以地级行政区为基本分析单元,以建设用地面积百分比的变化为因变量,以14个地理、经济、人口和政策变量为解释变量,分别采用普通线性回归模型、空间滞后回归模型和空间误差回归模型,分析2000-2010年我国大陆地区建设用地扩张的驱动力。结果发现,我国各地区建设用地扩张具有显著的正向空间自相关性,使普通线性回归模型估计结果有偏。比较3种回归模型的拟合效果也发现,两种空间回归模型的拟合效果明显好于普通线性回归模型;考虑到建设用地扩张的空间传导性,研究认为空间滞后回归模型是我国建设用地扩张驱动力分析的最适合模型。模型回归结果显示研究期内我国建设用地扩张受到各种地理、经济、人口和政策因素的广泛影响。第二产业的迅猛发展、流动人口的迁移聚集、固定资产投资和外商直接投资的快速增长,以及投资驱动的大规模土地城镇化和路网等基础设施建设是驱动我国各地区建设用地扩张的主要驱动力;第三产业的发展、进口增长以及自然保护的区建设等对建设用地的扩张具有一定的抑制作用,是缓解建设用地过快扩张的重要因素。此外,海拔和坡度等地理因素也有一定的影响。如果扣除其他因素的影响,受西部大开发、中部崛起、东北振兴等区域均衡发展战略的影响,此间我国建设用地扩张更倾向于出现在平均海拔更高的地区;而平均坡度的升高则对建设用地的扩张具有明显的抑制作用。     

哈大齐工业走廊城市建设用地扩张研究

为揭示2000-2015 年哈大齐工业走廊沿线城市建设用地扩张规律, 依托ENVI、ArcGIS、91 卫图技术, 集成多时期、多来源、多尺度沿线城市建设用地数据库。利用城市建设用地扩张强度和速度指数、增长弹性系数、紧凑度、破碎度、分维指数等指数模型和重心转移模型, 对研究区四个节点年份的城市建设用地的扩张进行详细分析。研究结果: 2015 年比2000 年城市建设用地增长近1 倍, 哈尔滨、大庆和齐齐哈尔三市城市建设用地扩张早于安达、肇东, 而且扩张快速; 但城市土地利用效益降低, 紧凑度不断下降, 分维指数不断扩大, 城市形态趋于复杂、不规则; 雷达图与重心轨迹迁移图表明了不同阶段城市的扩张方向及热点区, 近阶段齐齐哈尔、大庆、哈尔滨、肇东主要向西南方扩张,安达向东北方延伸; 此外交通线路的建设、开发资金的涌入、技术和人才的支持、优惠政策的扶持等成为沿线城市扩张的主要驱动因素。     

基于潜力-约束模型的冀中南区域建设用地适宜性评价

区域建设用地适宜性评价是区域规划空间布局的重要前提和基础,是区域土地资源合理利用的重要依据.基于GIS软件平台,采用区域综合实力与空间可达性分析方法对冀中南区域发展潜力进行了空间定量分析,采用生态环境敏感性方法对研究区发展的生态约束进行定量评价,进而借鉴损益分析法,构建了由发展潜力和生态约束构成的潜力-约束模型,并通过相互作用判别矩阵,得到不同发展理念下的建设用地适宜性情景方案.结果表明： 研究区综合实力与空间发展潜力均呈首位分布,且点轴发展模式明显;生态环境敏感性总体上呈西高东低的分布格局;区域经济发展理念对区域生态安全格局和城市建设用地增长空间规模具有重要影响.潜力-约束模型重新构建了区域用地发展适宜性的评判原则与方法,能够较为科学地实现区域综合发展潜力的空间栅格化,获取研究区未来用地的发展趋势和空间布局,可以为城市与区域规划提供科学依据,是实现区域“精明增长”与“精明保护”的有效途径.     

苏锡常地区建设用地扩张过程的定量分析

基于遥感影像与社会经济统计数据,本文综合运用3S空间分析技术、景观扩张指数与多元逐步回归模型,分析了1990—2010年苏锡常地区建设用地扩张的时空特征、空间模式及社会经济驱动力.结果表明:研究区建设用地面积经历了快速增长-缓慢增长-加速增长的变化轨迹,这与不同时期国家宏观政策的重大调整紧密相关;研究期间,建设用地面积增长2218.9 km2,主要源于对水田、旱田、水库坑塘等生态用地的占用;1990—1995年,区域建设用地主要以填充式、边缘式进行扩张;1995—2000年,填充式、边缘式受到政策限制,飞地式成为建设用地扩张的主要途径;2000年以后,飞地式扩张大幅锐减,填充式扩张显著增强,建设用地空间形态逐渐趋向紧凑;区域经济高速增长是驱动建设用地扩张的主导因素,城镇人口的激增也加速了建设用地的扩张.未来区域的经济社会发展规划,应重视提高土地集约利用水平、加强土地管理体制创新并推行紧凑的城市发展模式.     

国土生态空间中现存建设用地与耕地退出的生态系统服务响应——以昆山市为例

如何管控包括生态保护红线等国土重要生态空间中的存量建设用地和耕地,是目前业界争论的焦点问题,而是否该退出、怎么退出、有何影响,则是值得学界重点探讨的科学问题。以昆山市为例,基于"生态系统服务重要性-生态敏感性-景观连通性"框架识别其国土重要生态空间,在分析重要生态空间与其现存建设用地、耕地的冲突特征及影响因素基础上,多情景模拟并评估重要生态空间中耕地和建设用地不同退出方式下的区域生态系统服务响应特征。研究表明：（1）占全域不足1/4的重要生态空间中,现存耕地和建设用地主要分布在水域周边,且以耕地占用冲突为主。（2）重要生态空间中耕地和建设用地退出方式不同会导致不同的生态系统服务响应特征,整体上生态保护情景能够有效地缓解服务间的权衡关系,但过度生态保护并不是最合适的;需权衡好不同国家既有政策之间关系,在保护中要避免"一刀切"问题。此外,研究尝试探讨了重要生态空间中现存用地斑块退出的生态系统服务响应研究的方法和思路,未来还可就围绕退出斑块的面积阈值、空间配置特征及其生态系统服务响应规律展开深化研究。     

佛山市高明区生态安全格局和建设用地扩展预案

城市生态环境问题已上升到生态安全的层面.以人类生存安全和理想人居环境为目标,基于空间数据和统计资料,利用景观安全格局原理和地理信息系统空间分析方法,构建了包含基本保障格局-缓冲格局-最优格局3个级别的水安全格局、地质灾害安全格局、大气安全格局、生物保护安全格局和农田安全格局,叠加得到高明区综合生态安全格局,在此基础上提出了高明区建设用地扩展最优方案和生态功能分区.结果显示,并非生态安全格局水平越高,城乡发展模式越优,缓冲生态安全格局下的高明区建设用地扩展模式,最可能实现生态安全保护与城镇扩展的和谐发展.综合生态安全格局明确了区域的生态环境敏感区和生态服务功能重要区,为区域生态功能分区提供了新的思路.     

碳税政策对农业土地利用变化及其碳排放的影响

农业生态系统具有碳源和碳汇的双重特征,其在减缓气候变化中的重要性已得到国际社会的广泛认可。相较于技术手段的创新,碳税、补贴等经济手段被认为是较为简单、可行、易出台的碳排放减缓政策。采用气候变化综合评估模型-GOPer-GC模型,构建国际碳税情景,模拟分析了2008年至2050年碳税政策的实施对全球各区域农业土地覆被及土地利用变化碳排放的影响。模拟结果表明,情景2和情景3中全球农业土地利用变化累计碳排放分别达到49.6 GtC和23.1 GtC,明显低于基准情景的累计排放量51.9 GtC。这说明,实施碳税政策后,相较于将碳税收入用作一般性财政收入,将碳税收入补贴至农业部门在一定程度上减缓农业碳排放。此外,林业部门获取更多的碳税补贴时,多数区域农业土地利用变化碳排放规模大幅减少,主因是耕地变为林地、草地变为林地面积的增加。情景3中,中国的碳汇量较其他情景显著增加,主要来自耕地变为林地、草地变为林地,累计碳汇量分别达到1.7和3.7 GtC。因此,对于中国、美国、印度等大部分区域来说,碳税收入更多地补贴至林业部门有利于在整体上减缓农业碳排放,而欧盟、日本、东亚、马来西亚、印度尼西亚、俄罗斯、东欧地区,碳税收入平均补贴至种植业、畜牧业和林业反而具有相对更好的减排效果。     

基于建筑容量的城市建设用地碳汇量核算方法

城市建设中的矿物质材料开发利用活动不仅导致大量碳排放,也产生了碳吸收.以往建筑矿物质材料的碳吸收过程一直没有得到重视和科学量化.本研究采用遥感影像阴影高度反演技术,提取地块的建筑容量,识别建筑类型,以此为依据确定矿物材料用量及碳含量参数,采用热重分析法测定碳化率,基于以上步骤构建城市建筑碳汇量的核算方法,并选取沈阳市蒲河新来测试这一核算方法,同时进行不确定性分析.结果表明: 1996—2016年,沈阳市蒲河新城各类型建筑产生的碳汇总量依次为:居住建筑>公共服务建筑>其他类建筑>商业金融建筑>工业建筑;各类建筑用地的碳汇容积率依次为:商业金融建筑>居住建筑>公共服务建筑>其他类建筑>工业建筑.本研究构建的基于建筑容量提取的城市尺度的建筑碳汇量核算方法,可以快速准确地估算不同类型城市建设用地无机材料产生的碳汇量.在城市自然碳汇有限条件下,利用建筑碳汇增加城市碳汇量,能够为我国城市低碳发展提供新的思路.     

武汉城市圈县域空间横向碳生态补偿研究——基于土地利用碳收支差异

认识和探讨区域土地利用碳收支并构建碳生态补偿模式,对于引导区域低碳协调发展、促进实现碳中和目标具有重要理论和现实意义。探究基于土地利用碳收支的碳生态补偿原理,并以武汉城市圈县域为实证研究对象,依据区域土地利用碳收支差异,在碳中和目标下估算城市圈各县(市、区)的碳生态补偿标准,明确碳生态补偿支付或受偿次序。结果表明：(1)研究期内城市圈各县(市、区)土地利用净碳排放空间差异显著。土地利用净碳排放呈现“西高东低,南北低中心高”的空间分布特点,且该空间分布特征逐渐强化;(2)武汉城市圈有14个碳生态补偿支付区,大多位于城市圈中部和西部地区,其中包括5个优先支付区、6个次级支付区、3个潜在支付区;(3)武汉城市圈有25个碳生态补偿受偿区,大多位于城市圈东部及外围地区,其中包括5个优先受偿区、9个次级受偿区、11个潜在受偿区,并针对不同类型支付和受偿区提出差别化的低碳发展对策建议。     

贵州省城镇建设用地扩展的时空演变特征

选择贵州省的85个城镇为研究区,运用1973年1∶5万地形图,1986、1995、2000和2007年4期高分辨率遥感影像,选取城镇扩展动态度指数、城镇扩展贡献率指数和城镇扩展强度指数3个指标,构建城镇综合扩展程度指数模型,定量分析了1973—2007年4个时期贵州省城镇建设用地扩展的总体特征和时空分异特征。结果表明:从1973—2007年,贵州省城镇建设用地呈持续增长态势,城镇建设用地面积共增加17550.8915hm2,其中2000—2007年贵州省城镇建设用地扩展面积最大,动态度、贡献率和强度指数均最大;研究区建设用地扩展具有明显的空间分异特征,1973—1986年,城镇建设用地扩展主要集中在省会城市贵阳市,1986—1995年,地级城市所在城镇扩展面积和强度快速提高,1995—2000年,交通沿线城镇扩展速度加快,2000—2007年,贵州省城镇扩展强度和综合扩展程度不仅在贵阳市和地级城市较快,而且在区位和自然条件良好的县级城镇也迅速提高。     

兰州中心城区用地扩展及其热岛响应的遥感分析

以兰州中心城区为研究区,以1978、1993、2001和2010年的Landsat MSS/TM/ETM+影像为数据源,采用NDBI-SAVI指数相结合的方法,提取建设用地信息,利用热红外波段的单窗算法反演城市地表温度.结合城市热岛比例指数和地表温度分级,定量研究城镇用地扩张对城市热环境的影响.结果表明:兰州中心城区建设用地在1978-2010年的30余年间面积由87.47 km2增加到172.61 km2,增幅近l倍.城市扩展与热岛扩展趋势具有空间一致性,在城市扩张的同时,城区地表温度逐渐上升,城市热岛面积不断扩大.