中国城市空间形态的环境效应

中国城市需要更为紧凑的空间形态,但是城市空间紧凑性的环境效应并不十分清晰。采集城市管网设施指标、城市道路、交通设施指标、生态协同指标等建立环境因子指标集,选择标准化紧凑度指数NCI、标准化离散度指数NDIS、最大斑块面积指数LPI、景观形状指数LSI、平均形状指数SHAPE_MEAN、周长-面积分形维数PAFRAC等形态指标,运用统计分析的方法探索中国146座城市的空间形态的单因子环境效应、综合环境效应及环境效应的差异性。研究结果表明:(1)人均城市道路面积、供水管密度、排水管密度、万人拥有公交车辆、万人拥有出租车辆、人均公园绿地面积等环境因子与城市空间形态密切相关。城市紧凑度越高,城市管网系统密度越低,公共交通设施越少,人均公园绿地面积越少。城市形状越复杂,城市管网系统密度越高,公共交通投入越大,人均公园绿地面积越大。(2)综合环境因子与LSI呈中等强度的正相关(r=0.43,P0.01)。城市空间形状越复杂,城市资源环境相关设施总体投入越多。(3)在不同的紧凑及形状复杂性水平下,万人拥有公交车辆、万人拥有出租车辆、供水管道密度及综合环境因子的显著性差异再次表明城市越紧凑,交通越发达;城市形状越复杂,环境投入越多。本文研究证明了城市空间形态越紧凑、资源越是节约,紧凑型城市空间形态能够用于中国城市建设。     

城市空间形态紧凑度模型构建方法研究

我国城市空间形态的急剧变化给经济、社会、城市建设等带来诸多问题,使相对脆弱的城市生态环境承受巨大的压力,对城市可持续发展构成了一定的影响。深入了解城市景观的格局演变过程和机理,并构建适宜的城市空间形态定量化评价模型对于推进我国城市可持续发展、合理利用和保护区域生态环境具有重要的现实意义,也是我国城市发展的紧迫需求。在Thinh等提出的城市紧凑度算法的基础上,构建了一种城市空间形态定量化评价指标,即标准化紧凑度指数(normalized compactness index, NCI)。NCI将圆形区域作为标准度量单位,实现测算结果的标准化,在一定程度上避免了城市面积因素对评价结果所带来的影响,因而便于城市之间或同一城市不同时段间的城市空间形态紧凑程度的比较分析,为城市空间形态紧凑程度的定量评价提供了一种新的技术方法。     

2000—2010 年中国城市空间形态紧凑度变化特征分析

紧凑城市作为一种缓解城市无序蔓延, 高效利用土地资源和交通能源的一种可持续的城市形态, 对于处于快速城市化进程中的中国具有重要的现实意义和理论价值。主要以我国35 个案例城市为研究对象, 利用遥感数据和统计资料, 完成了我国城市空间形态紧凑度变化特征分析。研究表明, 近十年来我国城市建成区扩展呈加速趋势, 城市建设用地扩展的弹性系数的均值为2.27, 可见快速城市化进程中建设用地的效率偏低; 与此同时, 城市建设用地标准化紧凑度指数的均值由2000 年的0.1298 降低至2010 年的0.1177, 城市空间形态紧凑度略有下降, 城市空间扩展整体上以外延式扩展为主。     

空间形态受限型城市紧凑发展研究——以厦门岛为例

土地资源缺乏决定了空间形态受限型城市急需转变现有城市发展模式。城市中心区内建设用地集中分布、城市功能混合配置的紧凑发展模式符合空间形态受限型城市需求。近似圆形的城市形态和海陆隔离的特征让厦门岛成为典型的空间形态受限型城市,为城市紧凑发展理论在空间形态受限型城市扩张中的适用性研究提供了天然场地。选取厦门岛南北向的厦禾路—嘉禾路和东西向的湖滨北路—吕岭路两条城市发展轴作为样带,从南到北、从西到东分别划分10个样方,采用class水平的CA和PLAND指数分析旧城区及城市扩张方向上的景观格局特征,以空间饱和度和功能单一度表征城市发展紧凑程度。结果显示65%的样方空间饱和度较高,但城市功能主要单一化,大部分样方以居住功能为主,公共服务功能和商业服务功能比例较小甚至缺失;在城市向北、向东的扩张过程中,厦门岛建成区的城市用地利用强度降低,空间饱和度下降,城市功能虽有所增加和转变的趋势,但综合配置水平较低,厦门岛还未形成紧凑发展。最后提出厦门岛向紧凑城市发展的6条建议。     

基于文献计量的城市空间紧凑度研究知识图谱分析

城市是地球上扩张速度最快的栖息地,城市的无序扩张被称为城市蔓延,城市蔓延带来了一系列社会和环境问题。为了应对城市蔓延所带来的问题,紧凑城市的相关理论逐渐得到重视。城市空间紧凑度量研究是紧凑城市的主要内容之一,以Web of Science数据库为数据源,运用文献计量法绘制城市空间紧凑性度量研究知识图谱,梳理城市空间紧凑性度量研究脉络,以期指导未来的紧凑城市研究。主要有以下发现：(1)城市紧凑性度量指标的研究基本遵循由粗略到详细,由外部到内部,由形态到功能,由静态到动态,由二维到三维的认知过程;(2)城市功能紧凑度研究相比形态紧凑度研究较为不足,中国的可持续发展应更加关注城市的功能效率;(3)新兴众源地理信息数据可以作为遥感数据的重要补充以丰富未来城市紧凑度度量的研究。未来城市紧凑度度量指标应统筹微观和总体,并兼顾公平和效率。     

用地紧凑变化对武汉市绿色空间生境质量的影响

城市化以及人类活动所造成的土地利用变化严重影响了城市绿色空间生境质量,从而引起了一系列生态环境危机。如何科学合理协调用地建设与绿色空间生境质量的关系是城市可持续发展的重要内容。尽管当前不少学者探究了建设用地扩张强度、景观格局变化、土地利用类型变化等因素对自然生境的影响,但用地紧凑视角下用地规模、形态、强度等方面如何影响生境质量仍少有研究。以武汉市三个建设时期（2005、2013、2018年）为例,首先从生境适宜度与生境承载力视角出发构建生境质量综合评价体系,围绕土地利用强度以及土地功能布局,构建用地紧凑度评价指标体系;其次依据三个时期生境质量的热点分布情况将样本网格划分为生境冷点区、生境热点区以及生境变化区;最后通过相关性与空间自相关分析,探究生境质量与用地紧凑度的相关性及其在空间上的关联格局。结果表明：（1）武汉市用地紧凑变化对生境质量有消极影响,2005年至2018年生境质量由0.624下降到0.578,其时空分异特征明显,在三个时期内均呈现中心低、边缘高的分布特征,总体上退化速度加快,城市生境质量的提升工作效果不显著,城市发展边界是生境质量退化的重点区域。（2）不同区间生境质量受用地紧凑度影响的程度呈现出明显的差异性,生境冷点区受用地紧凑度影响最为显著,生境变化区内其与建设用地密度、居住用地密度、路网密度、土地聚集度、土地利用多样性、公交站点密度等存在较强的相关性。（3）用地紧凑因子均会对周边区域生境质量产生潜在影响,建设用地密度、土地聚集度、土地利用多样性、用地混合度、路网密度五项指标不仅对所处地块生境质量造成影响,还与周围地块生境质量退化有着密切联系,对生境影响范围较广,用地整合度对生境质量影响较小。研究结果对优化用地格局、维持生境高质量、实现用地高效配置、完善绿色空间生态系统具有重要参考意义。     

权衡城市扩张、耕地保护与生态效益的京津冀城市群土地利用优化配置情景分析

京津冀城市群作为影响我国经济发展的重要区域,具有多重战略意义。然而,快速的城市扩张在提高社会、经济水平的同时,伴随着资源供求矛盾加深、耕地被侵占、生态退化,以及水、大气环境污染等众多突出问题,如何优化调整城市空间结构与布局,实现社会、经济发展与生态环境保护等多目标的协同优化是京津冀规划管理与决策的关键。从土地覆盖/利用数量和空间布局两个重点方面出发,通过多目标优化模型和CLUE-S模型的构建,提出了多目标权衡下的土地扩张优化情景预案,以期为京津冀城市群扩张布局与土地利用优化配置规划与管理提供科学参考。结果表明:一方面,利用多目标遗传算法(MOGA)可以很好地实现对京津冀土地利用结构优化配置及其与社会、经济及生态效益等多目标的定量化求解,为决策人提供满足不同权衡目标的多种选择,并通过与CLUE-S模型相结合,实现京津冀城市群土地利用格局的空间优化配置情景模拟;另一方面,研究结果表明,综合考虑了社会、经济和生态效益的优化方案中,林地的增加可以相对满足政策要求,增幅较大,耕地较未优化方案减幅放缓,符合耕地保有量的要求,同时,也从空间上减少了对重要生态用地的侵占。本研究的方法与结果可为京津冀城市群土地利用规划与生态安全格局建设提供理论与应用参考。     

1979—2006年沈阳市城市空间扩展过程分析

基于1979、1992、2001和2006年遥感影像资料,利用人机交互式方法提取了沈阳市城市扩展信息,并借助GIS技术对空间数据的统计分析功能,从城市扩展强度、重心坐标、紧凑度、分形维数和城市扩展弹性系数方面对沈阳市城市扩展的时空变化特征及其驱动力进行了分析.结果表明：1979—2006年间,沈阳市城市建设用地面积持续增加,扩展强度逐渐增强,以2001—2006年间的城市扩展规模和速度最大;沈阳市城市扩展具有明显的空间分异特征,城市重心总体向西南方向偏移;紧凑度逐渐减小,分形维数逐渐增大,城市空间形态日益复杂;自然环境因素、经济发展、人口增长、交通基础设施建设以及政府政策和城市规划是沈阳市城市扩展的主要驱动因素.     

城市空间形态离散度指数NDIS构建与应用

中国土地资源有限,需要可持续的、紧凑的城市空间形态与布局,因此,全面度量城市空间形态的紧凑性具有重要意义。通过6个情境分析了离散度指数DIS的优缺点,识别出DIS值在反映城市形态紧凑程度方面的不足,进而提出了一种新的城市空间形态紧凑度指数,即标准化离散度指数NDIS。NDIS不受城市面积规模的影响,且具有唯一性,利于城市紧凑度的横向和纵向比较,能更好地指示城市空间形态。NDIS值越大,城市越离散。进一步将NDIS与成熟使用的标准化紧凑度指数NCI结合,用于分析中国35座城市的空间形态紧凑性,研究结果表明:(1) NDIS最大值是兰州市的1.64,最小值是石家庄市的1.14,均值1.29±0.12(SE); NCI最大值是郑州市0.39,最小值是宁波市的0.1,均值0.24±0.07(SE);(2) NDIS与NCI虽然具有中等程度的相关性(r=-0.44,P0.01),但是NDIS把城市斑块间的距离关系表达得更为准确;(3)将NDIS与NCI结合,能够更加全面地指示城市空间形态的紧凑程度。准确、全面的衡量中国城市的空间形态,则需要与更多的景观格局指数结合使用。     

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。     

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.     

京津冀城市群空间扩张及其经济溢出效应

随着我国城市化的快速发展,区域城市之间的联系逐渐加强,不同的扩张模式对城市间经济增长溢出效应会产生不同的影响。基于Capello模型,计算了京津冀城市群地区13个城市扩张带来的经济增长溢出效应,通过比较扇状扩张城市和轴向扩张城市得到和给出的城市增长溢出效应,研究了不同扩张类型城市溢出效应的差异,以及京津冀地区经济增长溢出效应的空间分布特征。结果表明,京津冀城市群地区城市间经济增长溢出效应明显,北京和天津给出的溢出效应远高于其他城市,扇状扩张城市比轴向扩张城市更有利于城市之间的增长效益溢出。京津冀地区已经形成了以北京、天津、廊坊和唐山为中心的核心区,石家庄、保定为核心的次级核心区,位于城市群边缘的城市与核心城市联系较弱,在未来的城市群发展中,可通过政策和规划优化城市形态,使城市空间形态更有利于城市经济发展。     

京津冀地区资源环境承载力动态变化及其驱动因子

在构建京津冀地区资源环境承载力评价指标体系的基础上,运用状态空间模型科学测量京津冀地区资源环境承载力,并结合时间序列Tobit模型分析京津冀地区资源环境承载力的驱动因素.结果表明: 2000—2012年,京津冀地区资源环境承载力都处于可载状态,且在上升阶段.社会经济增长对资源环境带来的压力较大.京津冀三省(市)的承载度都呈现“U”型曲线形式,资源环境承载度都较低,资源环境承载潜力较大.常住人口数量、城镇居民恩格尔系数是京津冀地区资源环境承载力的共同影响因素,人口问题很可能成为限制区域社会经济发展的瓶颈,对资源环境造成威胁.三地应该在资源环境、社会发展、经济结构方面互为补充,把资源环境承载力作为参考等政策启示.     

京津冀地区城镇化与环境质量协调性

通过构建城镇化与环境质量评价指标体系,评估了2014年京津冀地区13个地级(直辖)市和20个县级城市城镇化强度和环境质量的综合水平;采用协调发展度模型,定量分析了研究区城镇化与环境质量的协调度。结果表明:京津冀城镇化在地级(直辖)市呈现京津"极化"发展模式,县级市大部分处于中低等水平;环境质量在地级(直辖)市中,天津和唐山最差,县级市总体为中等水平;地级市城镇化与环境质量协调度处在0.37~0.83,高值区在京津唐三角区,县级市在0.22~0.65,协调状态集中在冀东北地区,而失调状态则集中在冀东南地区,存在明显区域差异。研究结果可以为京津冀地区城市发展和环境保护提供准确评估和管理决策。     

京津冀地区城市化发展时空差异特征

随着京津冀一体化协同发展的提出,如何协调城市间城市化和产业发展的差异成为目前关注的焦点。因历史原因和政策影响,尤其在城市化发展方面地区之间存在较大差异,定量识别该区城市发展的时空差异性对于制定合理的区域协同发展政策具有重要的指导意义。基于1984—2012年社会经济统计数据,通过引入偏离度指数和变异系数,从人口、土地、社会、经济四方面研究了不同时期京津冀地区城市化发展时空差异特征。研究表明:(1)京津冀地区城市化4个方面的发展均呈整体上升趋势,尤其表现在经济和社会发展方面。整体增长幅度为:经济社会土地人口。(2)从发展速度看,京津冀地区人口与土地增速最快时期发生在2000—2004年;而社会与经济增速最快时期发生在1992—1996年;这些特征充分反映了我国阶段性政策的影响。(3)从城市化发展的驱动因子分析,京津冀地区人口与土地增长速度差异较小,发展趋势较为一致,呈现显著的正相关关系;经济、社会增长速度差异较小,发展趋势较为一致,表现出高度的正相关性;而人口与社会、人口与经济、土地与社会、土地与经济之间的相关性不显著。(4)京津冀地区城市化发展区域差异较大,不同时段各城市发展存在明显差异;在城市化进程中区域间最大差异性表现在土地的扩张,其次是人口增长,而经济和社会增长差异性相对较小。(5)人口、土地、社会、经济四项城市化驱动因子与城市生态因子的耦合协调度均不断提高。     

京津冀城市群土地利用生态风险的时空变化分析

以京津冀城市群为研究区,基于1984、1990、2000、2005、2010和2015年土地利用数据,利用斑块密度、蔓延度和土地利用类型的主观权重构建土地利用生态风险指数,从而揭示京津冀城市群地区6个时间节点的土地利用生态风险空间分布特征。土地利用生态风险划分为5个等级:低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区和高风险区,将较高风险区和高风险区定义为综合高风险区,然后计算其重心转移轨迹,从而探究土地利用生态综合高风险区的空间转移动态变化规律。结果表明在研究时段内:(1)研究区土地利用生态风险的总体分布规律为城市中心城区周边的土地利用生态风险逐渐加剧,非城市地区低于城市地区,且高风险区、较高风险区的面积呈增加趋势。(2)京津冀城市群13个地级市综合高风险区变化各不相同:北京市、天津市、唐山市和廊坊市的综合高风险区呈现出增加的趋势;承德市、张家口市、保定市、石家庄市、秦皇岛市、邯郸市和邢台市的综合高风险呈现出降低的趋势;而沧州市和衡水市几乎不变。(3)综合高风险区的重心转移方向基本分为三类:朝首都方向、朝东部海洋方向和自身发展方向,且重心转移方向与城市的规划、治理及发展方向联系密切。     

京津冀地区的生态质量定量评价

生态质量的好坏标志着区域经济社会可持续发展的能力以及社会生产和人居环境稳定可协调的程度,如何定量评价区域生态质量状况与变化,协调其与城镇化的关系,日益成为城市生态学研究的热点.本文选择城市化发展迅速、生态环境问题突出的京津冀城市群为研究对象,基于遥感技术反演京津冀城市群植被覆盖度、生物量和人工表面比例、植被面积百分比等生态参数,结合植被破碎化指数,采用主成分分析法,构建了基于遥感参数的生态质量指数综合模型,定量评价了2000—2010年京津冀城市群生态质量及动态变化.结果表明: 本文构建的生态模型可以更客观、综合地定量评估城市与区域的生态质量状况与变化.2000—2010年,京津冀城市群的生态质量指数从2.38上升到2.84,增幅达19.3%.其中,2000—2005年的增幅(12.2%)高于2006—2010年(7.2%).从空间分布来看,生态质量指数的高值区位于京津冀北部,西部、东南部较低.不同城市的生态质量状况及变化趋势不同.承德的生态质量状况最好,并显著高于其他城市;其次为北京、秦皇岛和保定;天津的生态质量最差.承德、北京、秦皇岛和保定的生态质量高于京津冀地区的平均水平;廊坊、天津和沧州的生态质量明显低于平均水平.2000—2010年间,除唐山外,其他城市的生态质量均呈好转趋势.其中,沧州、衡水的生态质量指数提升最显著,增幅分别达520.5%和171.8%.     

城市形态对广州市生境质量的影响

城市形态引起城市生态空间格局与生态系统服务功能的变化,深刻影响着城市生境质量。以广州市为对象,基于2020年土地覆盖数据和城市基础开放数据,运用InVEST模型评估广州市生境质量,构建多尺度地理加权回归模型,探究城市形态对生境质量的影响。结果表明:(1)广州市的生境质量具有明显的空间差异,高生境质量占市域面积的34.56%,低生境质量占25.48%,外围城区的生境质量较高,主城区的生境质量较低。(2)城市形态对生境质量影响有空间非稳性,建筑覆盖度、夜间灯光强度、建筑斑块紧凑度等在局部尺度上影响广州市的生境质量;而建筑斑块形状指数等指标在全局尺度上影响广州市的生境质量。(3)城市形态对生境质量影响具有空间异质性,生境质量较好的外围城区受城市形态的负影响最强烈,更容易遭受城市扩张的影响;而主城区城市形态稳定,受城市扩张影响较小,与建筑斑块紧凑度呈正相关。(4)城市形态对生境质量影响程度不同,影响程度按大小依次为建筑覆盖度、建筑斑块紧凑度、建筑高度标准差、建筑斑块形状指数、夜间灯光强度、道路密度、人口数量。(5)协调城市发展与生态优先的关系,需要因地制宜完善城市空间形态,在高密度的城市中心区...     

基于“三生空间”的福建省城市综合承载力研究

基于“三生空间”构建城市综合承载力指标体系,分析2011—2016年福建省各设区市城市综合承载力的时空分布特征,引入耦合协调度模型和障碍度诊断对各设区市生产、生活、生态空间承载力的耦合协调度及主要制约因素进行分析。结果表明:①2011—2016年福建省各设区市城市综合承载力整体变化不大,闽东南沿海地区城市综合承载力较高,闽东北和闽西内陆地区城市综合承载力相对较低;②2011—2016年各设区市“三生空间”耦合协调度相对较低,以濒临失调和轻度失调为主;③2011—2016年各设区市城市综合承载力制约因素主要分布于生产空间和生态空间,未来应加强这两方面的发展。据此研究结果,提出加强区域协作,促进共同发展等协调福建省各设区市未来发展的对策建议。     

京津冀城市群用水效率及其与城市化水平的关系

深入分析京津冀城市群用水效率与城市化水平的相互关系,揭示不同城市城市化水平对水资源利用效率的影响,有助于缓解水资源短缺问题。结合超效率数据包络模型,定量分析了京津冀城市群不同行业的用水效率,从人口、经济、社会与土地等不同城市化角度,全面分析了城市发展水平与生活、工业、农业三大行业用水效率之间的相互关系。主要结论为:(1)2006—2015年,京津冀城市群生活和工业用水效率总体上略微下降,而农业用水效率明显上升;不同城市之间存在明显差别,唐山、衡水与沧州市各行业用水效率均较高,邯郸和邢台市各行业用水效率均偏低。(2)城市发展水平对不同行业用水效率的影响存在明显差异。城市化水平的提升可以显著提高生活用水效率,但对工业和农业用水效率具有不同程度的负向影响。综合用水效率仅受到经济城市化的显著影响,相关系数达0.19,表明提高用水效率的关键是进一步调整经济产业结构。(3)城市化水平与用水效率梯度的匹配状态较差。一方面,京津冀13个城市中达到匹配的城市仅有4个,占京津冀城市总数的30.77%,匹配程度较低。另一方面,不存在城市化水平和用水效率双高型的城市,匹配层次较低。综上所述,针对京津冀城市化发展与用水效率的失衡关系,应审视水资源投入产出结构并尝试行业联动等节水发展模式。