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。     

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。     

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。     

基于移动测量的城市空间形态对夏季午后城市热环境影响研究

城市空间形态是城市特殊微气候形成的主要因素之一。本研究旨在通过分析2016年及2017年武汉和郑州夏季移动实测数据,探讨不同气候区（夏热冬冷地区和寒冷地区）、不同用地属性（商业和住宅）以及不同城市空间形态指标（天空开阔度、绿化覆盖率、建筑高度和建筑密度）对夏季午后城市热环境形成的影响机理,并基于非线性回归分析,研究城市空间形态各项指标与夏季午后气温的相关性。结果显示,在夏季午后,建筑的遮阴效果是对城市气温影响最为关键性的因素。特别是在郑州,建筑密度和天空开阔度2个因素最为关键,具有显著的相关性。相比之下,武汉气温值与建筑遮阴效果的相关性低于郑州,说明干热环境下太阳辐射对气温的高低起决定性因素,而湿热环境下却并不显著。     

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。     

喀斯特多山城市空间形态结构与植物群落物种多样性的耦合关系——以安顺市为例

快速城市化导致土地资源开发利用强度增大,由此带来许多生态环境和社会经济等问题,相关部门在国土空间规划中提出"多规合一"举措,对有效统筹空间规划和城市生物多样性保护规划极为重要。为探析喀斯特山地城市空间形态结构与城市生物多样性内在关系,以典型黔中多山城市——安顺市为研究对象,运用空间句法和生物多样性相关理论与方法,分析了安顺市空间形态结构特征与植物物种多样性特征及二者之间耦合关系。结果表明：①安顺市城市空间形态结构呈东南-西北向条块状分布,城市整体水平上空间形态结构特征表现为：中心性不明显,核心分散,可达性较差,空间联系程度不高,网络结构规律性不明显,可理解性不高。②城市道路密度较低且分布不均匀,其密集区域在中心城区和西南片区,交通潜力大,空间聚集程度高、渗透性较好。③安顺市植物群落物种多样性指数偏低,不同空间区域差异较大;不同绿地类型中植物群落物种多样性指数由高到低的顺序为区域绿地、公园绿地、附属绿地、防护绿地、广场绿地。④安顺市整体空间形态结构与植物群落物种多样性呈显著负相关关系,在城市空间形态结构指数较高区域,植物群落物种多样性较低,但在局部尺度上这种相关性则较弱。本研究揭示了城市空间形态结构与生物多样性的互作关系,为城市空间规划、生物多样性保护规划与维持提供理论依据,同时对城市国土空间规划上的"多规合一"途径具有重要参考意义。     

基于“空间形态-破碎化-聚集度”的粤港澳大湾区森林景观格局时空演变

森林景观格局的时空演变研究能够帮助理解区域森林变化过程。传统的景观指数方法多以均值为计算结果且空间信息表达不足,基于形态学方法能够从空间上直观辨别景观类型,综合破碎化和聚集度的定量分析有助于进一步认识森林景观格局的演变特征。以1990、2000、2010、2020年粤港澳大湾区土地利用数据为基础,建立基于“空间形态-破碎化-聚集度”的综合研究框架,开展大湾区森林景观格局的时空演变研究。结果表明：(1)近30年大湾区森林形态以核心区为主,森林面积逐渐减少,而2010—2020年减少速率降低,各类型森林斑块均有所恢复;(2)整体破碎化程度较低,中部破碎化地区表现为先上升后下降的变化趋势;(3)聚集度结果表明,距离森林边界500 m内的森林斑块面积最大,约占研究区总面积的30%,而距离大于4.5 km的非森林斑块面积几乎翻倍增加,应重点关注该区域的森林损失。研究有助于全面理解森林景观格局的变化特征,相关结果可为粤港澳大湾区的森林生态修复工程、国土空间规划以及城市可持续发展提供科学依据。     

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。     

浅析P波离散度与房扑及房颤的关系

P波离散度(P Wave Dispwersion,Pd)是指同步记录的12导联心电图中,不同导联中的P波最大(长)时限(Pmax)与P波最短时限(Pmin)的差值.是近年提出的一种预测房扑及房颤患者的无创性心电检查方法.它可以预测房扑及房颤的发生.也可以评价抗心律失常药物的应用.     

城市河流健康评价指标体系构建及其应用

健康的城市河流既能够维持其生态系统的自然运转,又能够满足城市社会经济的正常需求,还能够为人类提供休闲娱乐的场所。基于城市河流健康的内涵,构建出包含自然生态、社会经济和景观环境等3个方面24个指标的城市河流健康评价指标体系。以漓江市区段为例,通过建立基于层次分析法的模糊综合评价模型对其进行健康评价。结果表明:漓江市区段复合生态系统的评价结果为(0.2193,0.3004,0.3261,0.1137,0.0405),处于中健康状态;其自然生态子系统、社会经济子系统和景观环境子系统的健康状态分别为中、优和良;水量、防洪能力、鱼类多样性指数和底栖动物多样性是漓江市区段健康的主要影响因素。该评价指标体系可为其它城市河流的健康评价提供参考。     

县域城镇空间形态与居住建筑能耗关联性的连续尺度研究——以浙江长兴、福建连江为例

居住建筑能耗受建筑周边空间形态的直接影响,确定空间形态低碳效应及其最佳尺度将有助于实现县域城镇低碳转型。以浙江省长兴县、福建省连江县为例,共计选取49个具有代表性的居住建筑样本,采用GIS分析与数理统计相结合的方式,在居住建筑1800m半径范围内,以200m为间隔建立缓冲区,开展全年、最冷月份能耗期及最热月份能耗期建筑能耗与周边空间形态关联性的连续尺度研究。结果表明：(1)道路密度、开发密度、容积率均与建筑能耗呈正相关,但各指标对应的能耗时期、尺度范围有较大差异。(2)水面率、土地利用混合度是与建筑能耗相关的共性指标,但在不同地区的正负效应及尺度范围不同;(3)影响浙闽地区县域城镇最热月份能耗期能耗的关键形态因子为1000m-道路密度、800m-水面率、1600m-开放空间率;影响连江最冷月份能耗期能耗的关键形态因子为800m-水面率。(4)就控碳单元设置而言,长兴县可重点关注1000—1200m半径范围,连江县可重点关注800—1000m、1400m半径范围。(5)浙闽地区县域城镇特性指标为开放空间率,与最热月份能耗期建筑能呈负相关;长兴县特性指标为容积率、水岸密度,分别与全年、最冷...     

河北太行山区河谷土地空间分异规律研究

河谷是集自然的精华与众多的人文景观于一体的带状地域,在山丘区的可持续发展战略中具有举足轻重的地位。在山丘区退化河流生态系统的恢复和洪水过后的灾后重建过程中,河谷土地的空间分异特征以及洪水干扰对河谷景观安全制约作用,是确定河谷土地利用策略和指导河岸植被带建设的重要依据。本文以景观生态学原理为指导,调查了河北太行山地区的7条河流,在全面分析主流河谷土地利用格局及96．8洪灾格局的基础上,深入研究了太行山地区河谷土地的空间分异规律。以洪水干扰为主导因素,提出由上至下在纵向上把河谷划分为5个区段,即上游侵蚀区,上中游侵蚀－堆积区,中游侵蚀堆积区,中下游堆积－侵蚀地区,下游堆积区;由河道向两侧山体在横向上把河谷土地划分为弹性利用带、脆性利用带和稳定利用带3条土地带,同时阐明了每种土地带的空间范围和确定方法。     

基于用户兴趣点数据与Landsat遥感影像的城市热场空间格局研究

地图用户兴趣点(POI)数据能够反映微观尺度上城市系统中的人类活动。利用2015年夏季Landsat 8遥感影像提取了南京市地表温度和主要土地覆盖类型,利用空间与非空间多元回归模型在2、5、10 km 3个尺度上研究了地表温度与同期POI密度及植被和水体盖度的相关性,并利用方差分解技术定量区分人类活动因子(POI密度)及生态基础设施(植被和水体盖度)对城市热场的相对重要性。结果表明,在3个观测尺度上,POI密度与地表温度均存在极显著的正相关(P0.001),且相关性随观测尺度的增大而升高。植被和水体均具有显著的降温效应,水体盖度与地表温度的相关性仅在2 km尺度上显著,在5 km和10km尺度上其降温效应不再显著。方差分解结果表明,人类活动因子和生态基础设施对地表温度的独立解释率为1.6%—15%,而二者共同解释率达到了40%—70%。研究表明POI作为城市功能节点可以综合反映城市中人类活动的热源强度,在城市热场空间格局研究中是一种可与遥感数据互补的有用数据源。     

基于DMSP/OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析

20世纪90年代以来,随着中国城市化步伐的加快,城市用地空间扩张极为明显。采用1992、1995、2000、2005、2009年5期的夜间灯光影像数据提取了京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群的城市像元,并从空间扩张强度、扩张类型以及方向性空间扩张特征3个方面对三大城市群城市用地的空间扩张特征进行了分析,同时还从社会经济方面对城市群空间扩张的驱动因素进行了讨论。结果表明,三大城市群的空间扩张特征既存在共性也存在明显的差异,同时社会经济的快速发展对城市用地的扩张具有明显的驱动作用,为进一步推动中国城市化进程提供了数据支撑。     

基于遥感影像的城市土地利用生态环境效应研究——以城市热环境和植被指数为例

城市化过程中,农村的土壤、水面以及植被等土地覆被类型逐渐减少,取而代之的是由沥青、水泥以及金属等组成的不透水表面,这个过程导致地表水分蒸腾减少、径流加速、显热的存储和传输增加以及水质降低等一系列生态环境效应,其中最明显的两个特征就是土地覆被的植被减少、城市热岛的出现.而城市土地利用类型及其空间结构的生态环境效应同时又是城市生态学中的关键问题,其研究对优化城市功能分区和城市规划管理以及城市可持续发展等都具有重要意义.以上海市为例,采用Landsat7的ETM＋为基本数据源,首先定量反演了每个像元内的陆地表面温度（LST）和植被指数（NDVI）,然后利用GIS中的空间分析功能,将由于城市土地覆被所形成的生态环境效应综合到土地利用的图斑中来,按照这个思路对城市土地利用的生态环境效应进行研究.分析LST、NDVI在不同土地利用类型之间的差异以及二者之间的定量关系,并引入多样性指数（SHDI）,讨论了不同土地利用的空间组合下,LST和NDVI的空间差异及相互关系.研究结果显示：LST和NDVI具有明显的相关性,LST大的区域对应NDVI一般都较小,反之亦然;中心城市LST表现出热岛效应,而NDVI则为低谷效应.通过Tamhance T2 post-hoc多重比较发现,LST以及NDVI在两两土地利用类型之间的差异不同.从土地利用斑块和类型两种尺度水平上建立了LST和NDVI的定量关系,二者具有明显负相关的线性关系,但在不同土地利用类型上二者关系并不同.其中工业仓储、交通用地与公园绿地、农业用地差异最为显著.它们和SHDI之间的关系揭示,LST与土地利用多样性具有正相关关系,而NDVI则与SHDI呈负相关关系,SHDI越大的地区,LST越大,而NDVI越小.由此,可以将LST、NDVI和SHDI作为三个基本指标,来定量评价城市土地利用类型、结构对生态环境的影响,以此作为城市功能分区中生态环境影响评价的参考.也为高性价比的中等分辨率遥感数据与GIS空间分析方法结合在城市规划中的应用提供了一种新的思路.     

经济快速增长区城市用地空间扩展对生态安全的影响

目前我国正处于经济快速发展、城市化进程加快阶段,承受着生态环境恶化的巨大压力,大多数城市已为环境污染、空间拥挤、绿化率低、秩序混乱等严重的城市问题所困扰.昆山市作为我国经济发展最为活跃的地区之一,其城市化过程与生态环境安全之间的矛盾更为突出.在总结国内外生态安全和城市生态研究的基础上,分析城市用地扩展对城市生态安全产生的影响.昆山市城市用地空间扩张经历了缓慢发展期(1949～1977年)、老城区改造期(1977～1985年)、新区开发期(1985～1999年)和快速扩展期(1999年至今)4个阶段,针对城市土地利用变化特征及其城市土地利用存在的问题,对昆山市城市用地空间扩展进程和模式及扩展的主要特征方面进行剖析.从城市废水、废气和固废排放量几个方面分析了昆山城市用地空间扩展过程中生态环境变化情况,指出高速工业化、城市化过程,快速增长的经济可能威胁到昆山城市的生态安全.同时建立城市生态安全评价模式,构建城市生态安全评价的指标体系,探讨城市生态安全评价的方法,评价了昆山市1985～2004年的城市生态安全,最后对昆山市未来城市生态安全进行预警.为维护昆山市的生态安全,实现可持续发展提供科学依据.