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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

京津冀城市紧凑度变化测度与分析

当前京津冀在快速城市化进程中出现了城市污染、用地混乱、建成区无序蔓延等问题, 城市紧凑型发展有利于有效缓解这些问题。因此,利用京津冀城市社会经济统计数据构建综合紧凑度测度指标体系及模型, 探讨城市紧凑度时空间演变特征及规律。结果发现: 生态环境协同紧凑和经济紧凑对京津冀城市综合紧凑度影响较大, 而公共服务紧凑贡献较小;京津冀城市综合紧凑度自西南向北部逐渐降低, 紧凑度较高的城市多分布于京津冀西南和中部地区, 出现了以石家庄市和北京市为中心的紧凑型城市圈。相对河北而言, 北京和天津综合紧凑度变化趋势较平缓;京津冀城市综合紧凑度整体小幅提升, 城市间差距不断减小;紧凑度等级大部分处于中低水平;紧凑度空间异质性显著。最后,提出京津冀在推进紧凑型城市建设时,应将人口密度、就业空间、基础设施建设、居住空间、生态空间等多方面纳入考量。     

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...     

快速城市化进程中我国城市空间形态演化特征分析

基于Landsat TM/ETM+数据完成了我国30 个案例城市建设用地的遥感信息提取, 采用空间自相关Moran’s I指数实现了城市空间形态集聚程度的分析与评价, 以期阐明近年来中国城市空间扩展的现状和发展趋势, 并为城市空间形态定量研究方法提供一定的技术手段。结果表明, 案例城市人口空间结构基本上呈“单核”分布; 2000-2010 年间城市建设用地全局空间自相关Moran’s I 指数平均变化率为–5.80%, 即我国城市空间形态的集聚程度表现为整体性下降的趋势。因而, 在我国快速城市化进程中, 要特别注意城市用地过度扩展而引发的大分散和蔓延式扩张态势, 遏制城市空间失控以促进城市经济、社会与环境的可持续发展。     

基于GIS和人工神经网络模型的区域生态旅游适宜度评价——以浙江省为例

区域生态旅游适宜度评价作为区域资源理论与旅游开发活动的结合点,对于区域产业布局和宏观调控具有重大意义。从区域生态旅游适宜度概念出发,以旅游资源条件、生态环境质量和社会经济条件构建评价指标体系,并借助于GIS空间分析功能和人工神经网络模型中自组织特征映射网络方法,对浙江省72个县级行政单位的区域生态旅游适宜度进行聚类分析。根据聚类结果分异情况,把研究区域分为生态旅游最适宜区、高度适宜区、中度适宜区、一般适宜区和重点建设区,对各区的生态旅游适宜度进行了评价,并从区域可持续发展角度提出了相应的开发保护对策,为各区旅游产业定位和发展方向提供科学依据。     

营口市城市及村镇聚落增长与土地利用变化的模拟预测

基于辽宁省营口市1988、1992、1997、2000和2004年5期Landsat TM卫星遥感影像数据,利用城市增长和土地利用变化模拟模型SLEUTH模拟预测了6种预案（当前趋势预案、无保护预案、适当保护预案、管理增长预案、生态可持续预案和区域及城市规划预案）下2005—2030年营口市城市及农村聚落的增长和土地利用变化情况.结果表明：1988—2004年,营口市城市及村镇聚落的增长面积为14.93 km²;1997—2004年,研究区水域、园地、矿山、耕地等土地类型面积的变化较大.2005—2030年,生态可持续预案下,营口市城市及村镇聚落的面积将缓慢增长,较好地保护耕地、林地等资源,但在一定程度上将限制城市及村镇聚落的增长;无保护预案下研究区城市及农村聚落的增长速度最快,耕地流失面积较大;当前趋势预案下,耕地流失面积与无保护预案相近,但耕地流失的格局不同;适当保护预案和管理增长预案下,耕地的流失面积较小;区域与城市规划预案下,城市及村镇聚落增长主要分布在城市开发区和城市周边地区.利用不同预案下的SLEUTH模型可以模拟不同土地管理政策对城市及村镇聚落增长和土地利用变化的影响,对我国实施统筹城乡发展、建设社会主义新农村具有指导意义.     

不同规模城镇的扩展过程分析——以北京为例

基于遥感和地理信息系统技术,利用Landsat系列遥感图像的解译成果,分析了北京地区1984～2002年不同规模城镇的扩展过程。研究表明,（1）北京近18a来,各区县城镇规模对其扩展度具有较大的正面影响,且随着城市化的进程其影响程度日益增长。（2）北京近18a来,各区县的城镇用地的扩展强度是以城区为中心,四周辐射逐渐变慢,且对扩展度起到重要作用的是空间位置和地形条件,也就是说地形条件越趋向于平原,空间位置越接近于市中心,城镇用地扩展机会将越大。（3）北京近18a来,大部分区（县）城镇用地不断向外扩张,迅速侵占、同化周边其他土地利用类型（以农业用地、草地、其他用地为主）,原有城镇扩展迅速,城镇分布局部集中,范围也不断扩大。     

Growth Type and Functional Trajectories: An Empirical Study of Urban Expansion in Nanjing,China

Drawing upon the Landsat satellite images of Nanjing from 1985, 1995, 2001, 2007, and 2013, this paper integrates the convex hull analysis and common edge analysis at double scales, and develops a comprehensive matrix analysis to distinguish the different types of urban land expansion. The results show that Nanjing experienced rapid urban expansion, dominated by a mix of residential and manufacturing land from 1985 to 2013, which in turn has promoted Nanjing’s shift from a compact mononuclear city to a polycentric one. Spatial patterns of three specific types of growth, namely infilling, extension, and enclave were quite different in four consecutive periods. These patterns result primarily from the existing topographic constraints, as well as government-oriented urban planning and policies. By intersecting the function maps, we also reveal the functional evolution of newly-developed urban land. Moreover, both self-enhancing and mutual promotion of the newly developed functions are surveyed over the last decade. Our study confirms that the integration of a multi-scale method and multi-perspective analysis, such as the spatiotemporal patterns and functional evolution, helps us to better understand the rapid urban growth in China.     

城市三维空间结构对碳排放影响的尺度效应

城市是碳排放最集中的区域,全面厘清城市空间结构对碳排放的影响对碳减排规划具有重要意义。以往研究主要关注城市二维结构与碳排放的关系,表明城市扩张是碳排放剧增的主要原因。虽然城市三维空间结构也会显著影响碳排放,然而其影响的尺度效应依然缺少深入分析。为此以广州市为例,结合相关性分析、随机森林探究三维空间结构与碳排放的关系,并揭示三维空间结构影响的尺度效应。研究结果表明：（1）（高层）建筑物密度、建筑覆盖率、容积率与人口密度是碳排放的关键影响因素,主要通过直接增加人类活动或加剧热岛效应使得能源消耗和碳排放增多;（2）三维空间结构对碳排放的影响具有明显的尺度效应。随着分析尺度的变化,碳排放受三维空间结构的不同方面主导;（3）广州作为紧凑型城市的代表,如果片面追求城市三维空间的紧凑布局将不利于低碳城市的发展。因此,相关部门应重视宏观尺度下的三维空间结构的合理布局,合理开发城市边缘地区,降低城市中心建筑物的紧凑布局,构建多中心的城市格局,以有效降低碳排放水平,促进低碳城市的构建与可持续发展。研究所得成果可为城市建筑三维空间布局的合理优化提供参考依据,助力"双碳"目标的实现。     

北京城市土地复合生态服务功效演变特征

城市的发展依赖于土地复合生态系统提供各项的生态服务功能,其产出是生态服务功效,可分为正向和负向的服务功效。快速的城市化导致的土地利用变化影响了土地的生态服务功效。在GIS平台的支持下,基于遥感影像和城市社会经济发展数据,以特大城市北京为案例城市,建立了基于正向和负向生态功效的空间指标体系,采用划分单元空间网格评价方法,评估了上一版城市总体规划实施以来土地复合生态服务功效的变化特征。研究表明由于城市化的快速发展影响了土地的复合生态功效,2003—2011年城市土地复合生态功效评价结果显示,土地的生态服务负功效在增长,而正功效在不断减少,2003年土地正负服务功效空间分别为57.7%和42.3%,2011年则分别为51.3%和48.7%。2003年的生态服务负功效空间以中心城为核心,成放射状向新城辐射;而2011年生态服务负功效空间以中心城为核心向外呈饼状蔓延;外延式的城市发展空间发展模式是导致负功效增长的主要因素。为建设良好的城市生态环境,需要在未来的城市规划和管理中,重视非建设用地的生态功能管理,引导外部生态空间渗入城市,强化土地生态服务功能;同时优化城乡结合部的用地结构,保育郊区的生态环境。     

基于生态绿当量的城市土地利用结构优化——以宁国市为例

基于生态绿当量的概念,探讨了城市生态用地合理性的生态标准,构建了土地利用结构优化模型。并在此基础上,以安徽省宁国市为例对该研究区不同空间范围下生态用地的结构及其优化方法进行实例分析。分析结果表明:宁国市域和城乡结合部均达到最佳绿地覆盖率的要求,而城区综合绿当量仅为0.66,需要进行用地调整。市域、城乡结合部和城区3个空间范围下的绿容率(GPR)分别为:4.89、4.22和2.77,可见城区绿化结构简单,树种单一,乔木和水体景观缺乏。同时,城区人口密集,但绿地生态系统服务功能较低,人均绿地率(ELP)仅为41.7 hm²/人。由此提出宁国市城区土地利用结构的优化调整方案,通过整个城市中心增绿、外围拓展;路林结合,蓝、绿交融,城乡一体,构筑内外环抱的多功能、多效益、完整的城市发展生态网架,保障城市长远的生态安全,促进良好的城市生态环境的形成。     

城市生态韧性时空变化及情景模拟研究——以杭州市为例

从韧性的特征角度研究城市生态韧性水平的变化机制,探究城市防范化解生态风险能力的时空差异,以此明确城市分区生态治理的重要任务,是实现韧性城市生态风险防控的有利途径。从抵抗力、适应力和恢复力3个方面构建了城市生态韧性评估模型,并以杭州为例,评估了其1995—2015年城市生态韧性时空变化格局,再者利用空间自相关模型对2015年杭州生态韧性分区管理模式进行了探究。最后,基于FLUS模型模拟了2035年基准和创新创业导向的两种情景下的城市土地利用空间格局,并评估了不同城市发展情景下的生态韧性水平空间分布情况。基于以上研究得到以下结论:(1)1995—2005年,生态韧性低值区域向东北和东南方向扩张,而生态韧性高值水平区域明显减少。2005—2015年,杭州西北部和西部原本存在的中等韧性水平区域也转为低等水平。(2)2015年,城市东北区域呈现低韧性水平-高排污企业密度的集聚分布,说明该区域环境生态风险防范化解能力比较低,需要加大环境监测和生态治理的资金投入,严防重大环境污染事件的发生。(3)创新创业导向的"创新天堂"城市发展情景比基准情景下2035年杭州整体生态韧性水平更高,主要影响因素在于前...