城市增長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,城市以空前的速度增長,中國的城市化已成為影響經(jīng)濟社會發(fā)展的主題之一。對城市增長的時空特征、演變過程、驅(qū)動因素的探討以及對未來城市增長的預(yù)測一直以來都是城市相關(guān)領(lǐng)域的研究熱點。在快速城市化地區(qū),如何有效引導(dǎo)和調(diào)控城市增長,控制城市外延擴張帶來的負(fù)面影響,就成為現(xiàn)階段亟待研究的現(xiàn)實問題。根據(jù)等級理論,尺度被認(rèn)為是描述現(xiàn)實世界層次結(jié)構(gòu)的核心概念。城市可看作是具有等級結(jié)構(gòu)的復(fù)雜系統(tǒng),在研究城市增長與景觀格局時必須充分考慮尺度問題。

2、一般認(rèn)為,尺度包括時間尺度、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態(tài)變化模型中,尺度問題對分析結(jié)果影響顯著。近期研究十分強調(diào)模型的多尺度分析能力,以解決尺度依賴性問題。已有城市景觀的粒度和幅度分析方面的研究成果頗豐,而元胞自動機等城市增長模型的尺度研究相對較少,尤其缺乏規(guī)劃和管理角度的尺度問題研究。因此,在以往研究的基礎(chǔ)上,本文具體探討城市增長空間驅(qū)動因素的尺度依賴性、城市景觀格局的多尺度分析、

3、城市增長模型的尺度敏感性；同時,充分利用遙感數(shù)據(jù)和經(jīng)濟社會數(shù)據(jù),對杭州市的城市增長過程進(jìn)行實證研究。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與景觀變化的尺度問題,指出城市景觀分析和模擬中應(yīng)進(jìn)一步探討尺度問題。 第3章提出研究的總體設(shè)計,將等級理論和擴散-凝聚理論作為理論基礎(chǔ),并介紹數(shù)據(jù)收集過程和主要的研究方法。 第4章為城市增長空間驅(qū)動因素的尺度依賴性

4、分析,在變化概率、變化密度、變化強度的多尺度分析框架中,引入變化時序的研究。選取經(jīng)濟社會因素、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格局與空間驅(qū)動因素的定量關(guān)系。對杭州市的研究表明,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。到主要道路和工業(yè)中心的距離、可開發(fā)用地數(shù)量和人口增長區(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層次時,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)。本章沿杭州市擴散廊道設(shè)置5個景觀梯度,結(jié)果表明各個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)增長較少和邊緣增長占主導(dǎo),決定其填充增長規(guī)模較小。杭州市城市增長在1996年后逐漸由擴散走向集聚,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多方案預(yù)測與評估。探討SLEUTH模型的尺度敏感性時發(fā)現(xiàn),當(dāng)空間幅度增大時,不可預(yù)見性因素增多,

7、從而使自發(fā)增長較多,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度增長。利用SLEUTH模型對杭州市城市增長進(jìn)行多方案預(yù)測,生成現(xiàn)有發(fā)展趨勢、交通導(dǎo)向、農(nóng)田適度保護(hù)和緊湊城市4種方案,并從增長數(shù)量、空間分布、規(guī)劃表現(xiàn)力3個不同方面評估上述4種方案的優(yōu)劣。結(jié)果表明,若維持現(xiàn)有趨勢增長,可能會突破規(guī)劃確定的用地規(guī)模,加劇耕地的破碎化程度；通過交通引導(dǎo)城市向熱點地區(qū)集中,有助于防止城市過于分