城市增長(zhǎng)與景觀變化的多尺度研究——以杭州市為例.pdf

1、改革開放以來(lái),城市以空前的速度增長(zhǎng),中國(guó)的城市化已成為影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主題之一。對(duì)城市增長(zhǎng)的時(shí)空特征、演變過(guò)程、驅(qū)動(dòng)因素的探討以及對(duì)未來(lái)城市增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)一直以來(lái)都是城市相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在快速城市化地區(qū),如何有效引導(dǎo)和調(diào)控城市增長(zhǎng),控制城市外延擴(kuò)張帶來(lái)的負(fù)面影響,就成為現(xiàn)階段亟待研究的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。根據(jù)等級(jí)理論,尺度被認(rèn)為是描述現(xiàn)實(shí)世界層次結(jié)構(gòu)的核心概念。城市可看作是具有等級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng),在研究城市增長(zhǎng)與景觀格局時(shí)必須充分考慮尺度問(wèn)題。

2、一般認(rèn)為,尺度包括時(shí)間尺度、空間尺度和決策尺度,其中,空間尺度又可分為粒度和幅度。在城市景觀格局分析和景觀動(dòng)態(tài)變化模型中,尺度問(wèn)題對(duì)分析結(jié)果影響顯著。近期研究十分強(qiáng)調(diào)模型的多尺度分析能力,以解決尺度依賴性問(wèn)題。已有城市景觀的粒度和幅度分析方面的研究成果頗豐,而元胞自動(dòng)機(jī)等城市增長(zhǎng)模型的尺度研究相對(duì)較少,尤其缺乏規(guī)劃和管理角度的尺度問(wèn)題研究。因此,在以往研究的基礎(chǔ)上,本文具體探討城市增長(zhǎng)空間驅(qū)動(dòng)因素的尺度依賴性、城市景觀格局的多尺度分析、

3、城市增長(zhǎng)模型的尺度敏感性；同時(shí),充分利用遙感數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)據(jù),對(duì)杭州市的城市增長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)證研究。本文所作的主要研究工作如下： 第1章為緒論,闡述研究背景和意義。 第2章較為全面地概括城市增長(zhǎng)與景觀變化的尺度問(wèn)題,指出城市景觀分析和模擬中應(yīng)進(jìn)一步探討尺度問(wèn)題。 第3章提出研究的總體設(shè)計(jì),將等級(jí)理論和擴(kuò)散-凝聚理論作為理論基礎(chǔ),并介紹數(shù)據(jù)收集過(guò)程和主要的研究方法。 第4章為城市增長(zhǎng)空間驅(qū)動(dòng)因素的尺度依賴性

4、分析,在變化概率、變化密度、變化強(qiáng)度的多尺度分析框架中,引入變化時(shí)序的研究。選取經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素、生物物理因素和政策規(guī)劃因素等作為解釋變量,利用探索性空間數(shù)據(jù)分析和空間logistic回歸模型,建立不同尺度上城市增長(zhǎng)格局與空間驅(qū)動(dòng)因素的定量關(guān)系。對(duì)杭州市的研究表明,次要道路、城市建成區(qū)和空間政策尺度依賴性較弱,而主要道路、可開發(fā)用地規(guī)模和人口變化尺度依賴性較強(qiáng)。到主要道路和工業(yè)中心的距離、可開發(fā)用地?cái)?shù)量和人口增長(zhǎng)區(qū)域是影響大規(guī)模城市開發(fā)的重

5、要因素,而與次要道路和建成區(qū)的鄰近度是影響開發(fā)概率和開發(fā)時(shí)序的主要因素。 第5章為城市景觀格局變化的多尺度分析,從城市區(qū)域和城市土地利用兩個(gè)層次出發(fā),采用景觀梯度分析與景觀填充分析發(fā)現(xiàn)城市開發(fā)概率、探測(cè)其變化密度。將景觀格局分析應(yīng)用于城市區(qū)域和城市土地利用兩個(gè)層次時(shí),前者應(yīng)側(cè)重選取破碎化程度指數(shù),而后者應(yīng)側(cè)重選取城市斑塊形態(tài)和連通度指數(shù)。本章沿杭州市擴(kuò)散廊道設(shè)置5個(gè)景觀梯度,結(jié)果表明各個(gè)梯度帶的城市平均斑塊面積沿中心往外逐漸降低

6、,經(jīng)過(guò)開發(fā)區(qū)的梯度帶表現(xiàn)為多峰值變化,而城市景觀形狀指數(shù)在城市郊區(qū)未出現(xiàn)顯著下降。對(duì)大規(guī)模城市斑塊的分析發(fā)現(xiàn),杭州市建成區(qū)的分維數(shù)為1.76,具有理想的填充能力；自發(fā)增長(zhǎng)較少和邊緣增長(zhǎng)占主導(dǎo),決定其填充增長(zhǎng)規(guī)模較小。杭州市城市增長(zhǎng)在1996年后逐漸由擴(kuò)散走向集聚,但還未達(dá)到成熟階段。 第6章為SLEUTH模型的尺度敏感性分析及城市增長(zhǎng)多方案預(yù)測(cè)與評(píng)估。探討SLEUTH模型的尺度敏感性時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)空間幅度增大時(shí),不可預(yù)見性因素增多,

7、從而使自發(fā)增長(zhǎng)較多,加之低密度開發(fā)導(dǎo)致模型校正結(jié)果出現(xiàn)偏差。因此,適當(dāng)降低模型的蔓延系數(shù)、合理設(shè)置排除層有助于防止過(guò)度增長(zhǎng)。利用SLEUTH模型對(duì)杭州市城市增長(zhǎng)進(jìn)行多方案預(yù)測(cè),生成現(xiàn)有發(fā)展趨勢(shì)、交通導(dǎo)向、農(nóng)田適度保護(hù)和緊湊城市4種方案,并從增長(zhǎng)數(shù)量、空間分布、規(guī)劃表現(xiàn)力3個(gè)不同方面評(píng)估上述4種方案的優(yōu)劣。結(jié)果表明,若維持現(xiàn)有趨勢(shì)增長(zhǎng),可能會(huì)突破規(guī)劃確定的用地規(guī)模,加劇耕地的破碎化程度；通過(guò)交通引導(dǎo)城市向熱點(diǎn)地區(qū)集中,有助于防止城市過(guò)于分