近20年來連云港城市用地?cái)U(kuò)展特征研究

王丹+楊小艷+陳陽+胡洋洋+陳龍高

摘 要：該文基于多個(gè)時(shí)期Landsat TM/ETM+衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)和地理信息技術(shù)，結(jié)合RS專題信息提取和GIS的空間疊加分析技術(shù)，選擇擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)、緊湊度、分形維數(shù)、重心轉(zhuǎn)移指數(shù)、擴(kuò)展方位指數(shù)等5個(gè)指標(biāo)，系統(tǒng)地分析了1995—2015年我國沿海港口城市連云港的城市用地?cái)U(kuò)展模式與時(shí)空分異特征。結(jié)果表明：1995—2015年間連云港城市擴(kuò)展總面積達(dá)217.06km2，年平均擴(kuò)展速度為10.85km2，平均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為0.084，呈快速增長態(tài)勢，其擴(kuò)展的空間分異十分明顯，呈現(xiàn)“兩個(gè)中心、多組團(tuán)、四軸向、扇形式”擴(kuò)展模式。

關(guān)鍵詞：城市用地；時(shí)空分異；擴(kuò)展模式；連云港市

中圖分類號 F293.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）05-0034-03

1 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和改革開放的不斷深化，我國城鎮(zhèn)建設(shè)不斷加強(qiáng)且城市化水平逐漸提高[1]，快速城市化集中表現(xiàn)在城市用地?cái)U(kuò)展時(shí)空演變加速，因此城市化過程中所引起的土地利用與土地覆被變化成為研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)話題[2]。近些年來，國內(nèi)許多學(xué)者更注重實(shí)證研究，利用GIS和遙感技術(shù)系統(tǒng)地研究了北京、上海、南京、西安、廈門等城市的擴(kuò)展特征、擴(kuò)展模式以及擴(kuò)展驅(qū)動(dòng)力[3-4]。這些研究成果為揭示城市擴(kuò)展規(guī)律和驅(qū)動(dòng)力以及探索城市健康發(fā)展模式奠定了基礎(chǔ)[5]。但對于沿海地區(qū)，特別是沿海中小城市用地?cái)U(kuò)展的研究仍然較少，為此，本研究以中國沿海城市——江蘇省連云港市為例，以多個(gè)時(shí)相連云港遙感影像數(shù)據(jù)以及土地利用地類圖斑數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用RS地類光譜特征識別技術(shù)[6]和GIS空間分析技術(shù)，進(jìn)行連云港市城市用地?cái)U(kuò)展時(shí)空分異特征研究，為研究其他沿海類似地區(qū)的城市擴(kuò)展機(jī)制以及土地利用總體規(guī)劃提供參考[7]。

2 研究區(qū)概況與研究方法

2.1 研究區(qū)概況 連云港是我國東部沿海對外開放城市之一，位于東經(jīng)118°24′～119°48′，北緯34°00′～35°07′，東瀕黃海，背依云臺山，地理位置十分優(yōu)越，不僅是我國重要的沿海港口城市，也是我國南北交通的交匯點(diǎn)，處在大陸東部的交通樞紐地帶。地勢呈現(xiàn)出從西北向東南方向傾斜，其東部地區(qū)主要是沿海灘涂，中部屬平原地貌，西部崗嶺較多，氣候類型為典型的溫帶季風(fēng)性氣候，四季分明。近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，連云港城市空間擴(kuò)展加速，從1995年到2015年其城市建成區(qū)總規(guī)模凈增長了217.06km2，年均增長10.85km2，城市建成區(qū)的擴(kuò)展勢必會使得一些農(nóng)用地特別是耕地被占用，人地矛盾逐漸突出，因此對城市用地?cái)U(kuò)展特征及其驅(qū)動(dòng)因素的研究成為一項(xiàng)重要工作。

2.2 研究方法

2.2.1 用地?cái)U(kuò)展時(shí)序特征分析方法 城市用地?cái)U(kuò)展時(shí)序變化是指在不同時(shí)間段內(nèi)城市用地規(guī)模的變化情況，一般采用擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)來衡量城市用地?cái)U(kuò)展的時(shí)序變化特征[8]，計(jì)算方法如表1所示。

2.2.2 用地?cái)U(kuò)展空間特征分析方法 城市用地?cái)U(kuò)展空間變化特征是指在一定時(shí)間段內(nèi)城市用地在空間分布和范圍上的變化情況[9]，本文主要選取緊湊度（C）、分形維數(shù)（D）、重心轉(zhuǎn)移指數(shù)（重心坐標(biāo)、重心轉(zhuǎn)移距離、重心轉(zhuǎn)移角度）、擴(kuò)展方位指數(shù)（OP）等指標(biāo)來定量衡量連云港城市用地的空間擴(kuò)展特征[10]。本研究以連云港市連云區(qū)和海州區(qū)兩區(qū)的重心所在地為中心點(diǎn)，將連云港城市建成區(qū)平均劃分為8個(gè)方向進(jìn)行擴(kuò)展空間分異分析，利用地理信息系統(tǒng)軟件的空間分析功能[11]，根據(jù)表1中相關(guān)指數(shù)公式測算5個(gè)時(shí)期連云港城市建成區(qū)用地規(guī)模在空間上的變化特征值。

3 連云港城市用地?cái)U(kuò)展特征分析

3.1 城市用地?cái)U(kuò)展時(shí)序變化特征分析

3.1.1 擴(kuò)展速率與擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)呈先降低后增長的趨勢 1995—2015年每個(gè)時(shí)間段的擴(kuò)展速率和擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)分別大于5和0.004，在1995—2005年時(shí)期的擴(kuò)展速率和擴(kuò)展強(qiáng)度表現(xiàn)出有所下降的趨勢，2005—2015年兩個(gè)指標(biāo)呈現(xiàn)出上升的狀態(tài)，1995—2010年的擴(kuò)展速率和擴(kuò)展強(qiáng)度均低于其年平均值，2010—2015年的兩個(gè)指標(biāo)均大于其年平均值。2015年擴(kuò)展速率達(dá)到19.65，擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)達(dá)到0.0154，建成區(qū)規(guī)模超過250km2。

3.1.2 城市用地?cái)U(kuò)展速率大于非農(nóng)業(yè)人口年均增長速率 連云港20年來，各時(shí)段城市用地?cái)U(kuò)展速率均在一定程度上大于非農(nóng)業(yè)人口年均增長速率，其中2010—2015年時(shí)段的城市用地?cái)U(kuò)展速率達(dá)到非農(nóng)業(yè)人口年均增長率的18倍，呈現(xiàn)出城市用地增長速度超過其人口增長速度的現(xiàn)象，說明這一時(shí)間段其城市規(guī)模擴(kuò)展過快，表現(xiàn)出不合理的狀態(tài)，且2010年以后處于極不合理狀態(tài)。

3.2 城市用地?cái)U(kuò)展空間分異特征分析

3.2.1 擴(kuò)展形狀特征 城市緊湊度和分形維數(shù)可以反映研究時(shí)段內(nèi)城市建成區(qū)形狀的變化特征[12]。由表2可以看出，各時(shí)期的緊湊度和分形維數(shù)均小于1，但呈現(xiàn)出不斷增大的現(xiàn)象，說明連云港城市擴(kuò)展屬于不緊湊的類型，其擴(kuò)展形態(tài)逐漸向復(fù)雜化演變，除此之外其擴(kuò)展的穩(wěn)定性較差但表現(xiàn)出不斷增強(qiáng)的狀態(tài)。1995—2000時(shí)段屬于外延擴(kuò)展期，城市擴(kuò)展過程中其緊湊度值由0.031 7下降到0.027 7，分形維數(shù)值由0.295 0上升到0.312 8，城市建成區(qū)形態(tài)表現(xiàn)出不穩(wěn)定且沒有規(guī)則性狀態(tài)，這一時(shí)期城市建成區(qū)開始由中心地帶向四周蔓延；2000—2010時(shí)段屬于分散組團(tuán)擴(kuò)展期，城市建成區(qū)圍繞中心地帶不斷向外組團(tuán)式擴(kuò)展，城市形態(tài)仍然屬于不緊湊類型，但其穩(wěn)定性和規(guī)則性表現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的狀態(tài)，緊湊度值和分形維數(shù)值分別上升到0.028 6和0.346 4；2010—2015時(shí)段屬于內(nèi)填外擴(kuò)期，城市內(nèi)部開始填充并且同時(shí)向外擴(kuò)展，其中連云區(qū)東南方向擴(kuò)展最為劇烈，這些現(xiàn)象反映了連云港城市建成區(qū)擴(kuò)展類型由粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，從而也表明連云港的城市擴(kuò)展類型為快速增長型。

3.2.2 擴(kuò)展重心轉(zhuǎn)移特征 由表2可以看出，1995—2015年連云港城市用地?cái)U(kuò)展重心呈現(xiàn)出向轉(zhuǎn)移到東北方向的態(tài)勢，計(jì)算出重心轉(zhuǎn)移距離為102m。在這期間，1995—2000年表現(xiàn)出主要向東偏北方向轉(zhuǎn)移，重心轉(zhuǎn)移距離為26m，偏移角度為36.30°；2000—2005年重心也表現(xiàn)出向東偏北方向轉(zhuǎn)移，偏轉(zhuǎn)距離為14m，偏轉(zhuǎn)角度達(dá)到52.19°；2005—2010年仍然朝著東偏北方向轉(zhuǎn)移，其轉(zhuǎn)移距離是33m，轉(zhuǎn)移角度為43.76°；2010—2015年重心偏移方向開始轉(zhuǎn)變，逐漸向東偏南方向偏轉(zhuǎn)，表現(xiàn)出重心向西轉(zhuǎn)移42m，轉(zhuǎn)移角度是16.07°。通過分析可以看出連云港城市用地?cái)U(kuò)展具有非同心圓擴(kuò)展特征。

3.2.3 擴(kuò)展方位特征 根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)使用ArcGIS和相關(guān)軟件制成了連云港研究時(shí)段的城市建成區(qū)空間擴(kuò)展方位演變圖（圖2）。從圖2可知，連云港城市建成區(qū)在4個(gè)時(shí)段內(nèi)向每個(gè)方位均有擴(kuò)展，但不同方位的擴(kuò)展強(qiáng)度明顯不同：1995—2000年，主要向東北、正北和正西擴(kuò)展，分別增加了36.28%、21.05%和20.66%，其次為西南和西北，而正東、正南較少，東南最少，僅增加了0.04%；2000—2005年擴(kuò)展方位指數(shù)最大的是正北方向，達(dá)到41.28%，其次為西北方向，擴(kuò)展方位指數(shù)為24.62%，東南方向的擴(kuò)展方位指數(shù)為負(fù)數(shù)，表明這一時(shí)段東南方向的城鎮(zhèn)建成區(qū)面積在減少，減少了0.06%；2005—2010年，主要向正北、西北和東北方向擴(kuò)展，擴(kuò)展方位指數(shù)分別為：34.12%，27.39%和29.92%，其次是正東方向，為10.29%，東南、正南和正西方向擴(kuò)展較少，西南方向擴(kuò)展方位指數(shù)為負(fù)值，表明2005-2010年間，連云港西南方向城鎮(zhèn)建成區(qū)面積在減少，減少了3.33%；2010—2015年，主要向正東方向擴(kuò)展，其擴(kuò)展方位指數(shù)達(dá)到45.4%。總體上看，連云港建成區(qū)在1995—2015年這20年間，在向東北、正北、西北以及正東方向擴(kuò)展較為明顯，在正南、東南方向擴(kuò)展較少。因此，連云港城市用地?cái)U(kuò)展表現(xiàn)為非緊湊、不穩(wěn)定性強(qiáng)與方向分異顯著的特征。

4 結(jié)論

通過對連云港4個(gè)時(shí)段城市建成區(qū)時(shí)空擴(kuò)展格局進(jìn)行分析綜合反映出1995—2015年連云港城市擴(kuò)展的時(shí)空分異情況。近20年來，連云港城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積217.06km2，年平均擴(kuò)展速度為10.85km2，平均擴(kuò)展強(qiáng)度指數(shù)為0.084，表現(xiàn)出快速增長的狀態(tài)；以連云區(qū)中心和海州區(qū)中心的雙中心向其周圍方向都有不同程度的擴(kuò)展，但不同方向的擴(kuò)展差異較為明顯，西北、正北、東北、正東4個(gè)方向的擴(kuò)展面積相對較大，正南、東南方向擴(kuò)展面積較小。綜合分析可以得出連云港城市擴(kuò)展呈現(xiàn)出“兩中心、多組團(tuán)、四軸向、扇形式”的擴(kuò)展模式，城市用地的擴(kuò)展類型逐漸由無序、粗放型轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?、集約型。

參考文獻(xiàn)

[1]方創(chuàng)琳.改革開放30年來中國的城市化與城市發(fā)展[J].經(jīng)濟(jì)地理，2009，29（1）：19-25.

[2]封建民，趙敏寧，李曉華.近30年來西安市城市用地?cái)U(kuò)展時(shí)空變化研究[J].水土保持研究，2013，20（4）：183-188.

[3]許彥曦，陳鳳，濮勵(lì)杰.城市空間擴(kuò)展與城市土地利用擴(kuò)展的研究進(jìn)展[J].經(jīng)濟(jì)地理，2007，27（2）：296-295.

[4]王濤，李貝貝，何亮，等.西安城市擴(kuò)展時(shí)空特征與驅(qū)動(dòng)因素分析[J].測繪科學(xué)，2016（4）：1-9.

[5]董廷旭，秦其明，王建華.近30年來綿陽市城市用地?cái)U(kuò)展模式研究[J]. 地理研究，2011，30（4）：667-675.

[6]戴均良，高曉路，杜守帥.城鎮(zhèn)化進(jìn)程中的空間擴(kuò)張和土地利用控制[J].地理研究，2010，29（10）：1822-1833.

[7]楊存建，張果，陳軍，等.基于遙感的成都市及其周邊城鎮(zhèn)的擴(kuò)展.地理研究，2008，27（1）：100-108.

[8]樊淑云，彭文甫，毛歡，等.成都市城市擴(kuò)展時(shí)空變化研究[J].測繪科學(xué)，2015，40（2）：102-108+12.

[9]劉湘南，黃方，王平.GIS分析原理與方法[M].北京：科學(xué)出版社，2008：124-216.

[10]黨安榮，王曉棟，肖作鵬，等.ERDASIMAGINE遙感圖像處理方法[M].北京：科學(xué)出版社，2009.45-325.

[11]肖琳，田光進(jìn).天津城市擴(kuò)展空間模式與驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究[J].資源科學(xué)，2014，36（7）：1327-1335.

[12]賀振，趙文亮，賀俊平.鄭州市城市擴(kuò)張遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測及驅(qū)動(dòng)力分析[J].地理研究，2011，30（12）：2272-2280.

（責(zé)編：張宏民）