基于DMSP/OLS 數(shù)據(jù)的成渝地區(qū)時(shí)空演化探究

駱鵬

（成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，四川 成都 610059）

1 概述

城市是社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物，自改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)城市化進(jìn)程明顯加快，以及經(jīng)濟(jì)全球化促成了具有產(chǎn)業(yè)聚集和規(guī)模經(jīng)濟(jì)的城市群的出現(xiàn)[1]。然而城市群的發(fā)展也伴隨著如城市擴(kuò)張失控失衡等可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題[2]。對(duì)成渝地區(qū)的研究有利于建立城市內(nèi)部聯(lián)系，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)布局，提升城市群整體競(jìng)爭(zhēng)力，從而為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1978 年，Croft 首次利用夜光數(shù)據(jù)提取了城市建成區(qū)[3]。1997 年，Imhoff 等利用DMSP/OLS 數(shù)據(jù)，通過(guò)最佳閾值法提取了美國(guó)城市建成區(qū)[4]。隨著夜光遙感數(shù)據(jù)在城市格局時(shí)空演化方面研究的不斷深入，不少學(xué)者開(kāi)展了城市群長(zhǎng)時(shí)間序列時(shí)空演化研究。劉春霞等[5]基于DMSP/OLS 數(shù)據(jù)研究了成渝經(jīng)濟(jì)區(qū)近20 年的城市擴(kuò)展。黃璐等[6]基于夜光遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行了南京市建成區(qū)擴(kuò)展研究。美國(guó)國(guó)防氣象衛(wèi)星（Defense Meteorological Satellite Program, DMSP）搭載的業(yè)務(wù)型線掃描傳感器（Operational Linescan System, OLS） 生產(chǎn)的DMSP/OLS 夜光遙感數(shù)據(jù)的易獲取性等優(yōu)勢(shì)使之成為當(dāng)前應(yīng)用廣泛的夜光遙感數(shù)據(jù)之一。

前人對(duì)于成渝地區(qū)已有較多的研究，但多聚焦于人口和經(jīng)濟(jì)等單一因素，本文基于夜間燈光亮度表征城市綜合實(shí)力，夜光遙感數(shù)據(jù)和建成區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)提取城市建成區(qū)，結(jié)合產(chǎn)業(yè)布局，探究產(chǎn)業(yè)布局對(duì)城市夜光的影響。

2 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)地理范圍為101.94°～110.19°E，27.66°～30.04°N,包括重慶、成都、自貢、瀘州、德陽(yáng)、綿陽(yáng)、遂寧、內(nèi)江、樂(lè)山、南充、眉山、宜賓、廣安、達(dá)州、雅安和資陽(yáng)。地理位置如圖1。

圖1 研究區(qū)地貌圖

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2001-2012 年建成區(qū)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)城市年鑒》（https://www.cnki.net）；DMSP/OLS 數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家環(huán)境信息中心(https://ngdc.noaa.gov);城市行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)、地貌數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院（http://www.resdc.cn）；產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)源于《成渝城市群發(fā)展規(guī)劃》。

2.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

將影像投影變換為Krassovsky_1940_Albers，對(duì)影像進(jìn)行重采樣，使影像分辨率為1km。借鑒前人冪函數(shù)回歸方程[7]對(duì)區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行相互校正和飽和校正。參考曹子陽(yáng)等[7]和盧秀等[8]的研究，影像的連續(xù)性校正分為年內(nèi)融合和年際間校正。

3 研究方法

采用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較法[9]提取四個(gè)時(shí)期的成渝地區(qū)建成區(qū)時(shí)空分布，根據(jù)城市引力模型[10]測(cè)算成渝地區(qū)各城市間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度。計(jì)算公式如下：

式中，F(xiàn)ij為城市i、j 之間的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度；k 為常數(shù)取1；mi、mj分別為城市i、j 的建成區(qū)夜光亮度總和；r 為城市i、j 之間的時(shí)間距離。

4 結(jié)果分析

4.1 建成區(qū)提取結(jié)果

提取2001 年、2004 年、2008 年和2012 年城市建成區(qū)的空間分布，如圖2。2001-2004（Ⅰ）、2004-2008（Ⅱ）、2008-2012（Ⅲ）年成渝地區(qū)建成區(qū)面積分別增長(zhǎng)了44.4%、26.2%、42.4%，重慶、成都和瀘州是成渝地區(qū)城市擴(kuò)張面積最為明顯的三座城市，相較于2001 年，擴(kuò)張面積分別為768.44km2、287.35km2、73.92km2。從空間格局來(lái)看，重慶Ⅰ時(shí)期主城區(qū)不斷向邊緣擴(kuò)張，Ⅱ時(shí)期各地有較多分散的小型建成區(qū)斑塊的出現(xiàn)，Ⅲ時(shí)期小型建成區(qū)斑塊和主城區(qū)不斷向邊緣擴(kuò)張，呈現(xiàn)出邊緣- 跳躍- 邊緣的擴(kuò)張格局；成都Ⅰ時(shí)期、Ⅱ時(shí)期程度模式遵循著其以環(huán)路擴(kuò)張的單核心擴(kuò)張模式，不斷向外擴(kuò)張，Ⅲ時(shí)期成都在不斷向邊緣擴(kuò)張的同時(shí)逐漸出現(xiàn)多個(gè)小的衛(wèi)星城，呈現(xiàn)出邊緣-邊緣- 跳躍的擴(kuò)張格局。

圖2 2001～2012 年城市建成區(qū)空間格局變化

4.2 城市關(guān)聯(lián)強(qiáng)度

圖3 是成渝地區(qū)空間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度圖。成都關(guān)聯(lián)強(qiáng)度總值遠(yuǎn)高于群內(nèi)各市，總值在290 以上，如圖4 所示。重慶受到地形的制約，以及相距成渝地區(qū)內(nèi)各市相對(duì)較遠(yuǎn)，但其自身發(fā)展好且對(duì)周邊城市的發(fā)展推動(dòng)依然起著重要的作用，關(guān)聯(lián)強(qiáng)度總值在110 以上。達(dá)州、宜賓、樂(lè)山和雅安，由于地理位置相對(duì)偏離城市群中心，且城市規(guī)模和經(jīng)濟(jì)水平相對(duì)較低，強(qiáng)度排名比較靠后。不同時(shí)間段內(nèi)，城市關(guān)聯(lián)強(qiáng)度總值也存在差異，在2001-2004 年，重慶關(guān)聯(lián)強(qiáng)度總值低于德陽(yáng)，存在兩方面的原因：一是外部因素，地形地貌地理位置的制約，二是內(nèi)部因素，重慶總的經(jīng)濟(jì)質(zhì)量在這一時(shí)期占比不大。2004 年之后，重慶發(fā)展迅猛，經(jīng)濟(jì)體量大幅上升，其總引力質(zhì)量提升。與成都相距較近的眉山、德陽(yáng)和綿陽(yáng)在城市群的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度總值排名中都比較靠前。成都、重慶作為成渝地區(qū)的“雙城記”核心，發(fā)揮著重要的區(qū)域帶動(dòng)作用以及強(qiáng)大的輻射能力，各自朝著都市圈的國(guó)際大趨勢(shì)發(fā)展。南充、遂寧是成渝地區(qū)北部重要的戰(zhàn)略節(jié)點(diǎn)城市，在南遂廣城鎮(zhèn)密集區(qū)中影響著區(qū)域的發(fā)展。自貢、內(nèi)江的關(guān)聯(lián)強(qiáng)度總值也相對(duì)較大，在成渝地區(qū)南部川南城鎮(zhèn)密集區(qū)中與瀘州、宜賓聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)發(fā)展，是向南開(kāi)放，輻射滇黔的重要門戶。

圖3 2001～2012 年成渝地區(qū)空間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度變化

圖4 空間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度與產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)量

4.3 產(chǎn)業(yè)布局

對(duì)四期城市關(guān)聯(lián)強(qiáng)度取均值結(jié)合產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)量得到圖4。關(guān)聯(lián)強(qiáng)度大小前五分別是成都、重慶、德陽(yáng)、綿陽(yáng)、南充；產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)量排在前列的有重慶、成都、綿陽(yáng)、樂(lè)山、宜賓、瀘州、德陽(yáng)、南充等。異常值對(duì)Pearson 相關(guān)性分析影響很大，將空間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度和產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS 中，利用箱型圖檢驗(yàn)異常值，去除異常數(shù)據(jù)1。只有數(shù)據(jù)滿足線性相關(guān)關(guān)系時(shí)，才能使用Pearson 相關(guān)性分析，將剩余兩組數(shù)據(jù)做線性相關(guān)性分析，得到R2 為0.744，如圖5 所示，可以看出，兩組數(shù)據(jù)基本符合線性相關(guān)關(guān)系。在SPSS 中對(duì)數(shù)據(jù)做Pearson 相關(guān)性分析，得到相關(guān)性系數(shù)為0.885，雙尾檢驗(yàn)系數(shù)小于0.05，由此可以得出，城市關(guān)聯(lián)強(qiáng)度與產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)量具有顯著相關(guān)性，由于采用夜光總和表征城市綜合實(shí)力，也可認(rèn)為城市的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)布局存在一定相關(guān)性，即產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)量多時(shí)，城市發(fā)展也相對(duì)較好。

圖5 空間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度與產(chǎn)業(yè)布局線性相關(guān)性分析

5 討論

蔣奕廷等[11]基于經(jīng)濟(jì)質(zhì)量利用引力模型計(jì)算了成渝地區(qū)各城市間的經(jīng)濟(jì)引力，得出各城市與成都、重慶兩市的經(jīng)濟(jì)引力存在著差距，即成都與德陽(yáng)、眉山、綿陽(yáng)、樂(lè)山等城市相互作用較強(qiáng)，形成了以成都為核心的成德綿樂(lè)城市帶，這與本文引力模型計(jì)算結(jié)果基本一致。由引力模型可以看出，由于重慶較其他城市的空間距離較遠(yuǎn)，使得重慶對(duì)城市群發(fā)展的輻射能力弱于成都，但隨著交通不斷發(fā)展，時(shí)間距離不斷縮小，會(huì)使得城市間相互聯(lián)系不斷緊密，所以應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)城市群內(nèi)基礎(chǔ)交通設(shè)施的建設(shè)。成渝地區(qū)與京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角三大城市群的發(fā)展存在較大差異，主要受到地形的影響。三大城市群均位于平原地區(qū)，而成都和重慶之間存在廣袤的丘陵地區(qū)，為了加速城市群集中連片發(fā)展，需加速交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。

6 結(jié)論

對(duì)成渝地區(qū)時(shí)空變化分析的結(jié)論如下：

（1）成渝地區(qū)城市擴(kuò)張總體呈現(xiàn)逐年遞增的發(fā)展態(tài)勢(shì)，成都、重慶、瀘州在最為明顯。（2）成渝地區(qū)時(shí)空發(fā)展不平衡，并未集中連片發(fā)展，重慶發(fā)展速度高于城市群其他城市，但對(duì)周邊城市的發(fā)展輻射能力不如成都。應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)城市群各城市之間的聯(lián)系，尤其是成都東部地區(qū)和重慶西部地區(qū)的城市聯(lián)系，使城市群雙核心城市之間實(shí)現(xiàn)集中連片發(fā)展，成為經(jīng)濟(jì)充滿活力、生態(tài)環(huán)境優(yōu)美、生活品質(zhì)優(yōu)良的國(guó)家級(jí)城市群。（3）布局產(chǎn)業(yè)數(shù)量城市的發(fā)展有促進(jìn)作用，即產(chǎn)業(yè)布局?jǐn)?shù)量多的城市總體發(fā)展較好。