干旱區(qū)城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)的時空格局演化分析
——以寧夏為例

李 蘇， 劉浩南

（1.北方民族大學經(jīng)濟學院，寧夏 銀川 750021；2.國家民委人文社會科學重點研究基地民族地區(qū)相對貧困治理研究中心，寧夏 銀川 750021）

改革開放以來，中國城市化率從18%上升到2021年的64.72%，每年GDP的增長中約有50%與城市化的拉動有關(guān)，城市化已成為中國經(jīng)濟持續(xù)增長新動力。然而，快速城市化也引發(fā)了環(huán)境污染、生態(tài)退化等一系列環(huán)境問題。在人與自然和諧發(fā)展的新需求下，如何使城市與生態(tài)系統(tǒng)之間的沖突力量達到平衡狀態(tài)，讓城市與自然走向和諧、共生，成為當前亟需解決的問題。

“韌性”一詞源于拉丁語，意指“回彈至穩(wěn)定狀態(tài)的能力”，該思想最早應用于生態(tài)系統(tǒng)學范疇，并用以界定生態(tài)系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下的特征［1］。近年來，全球頻發(fā)的氣候風險與突發(fā)公共事件風險，促使韌性思想擴展至城市范疇［2］，學界開始探索城市韌性的發(fā)展規(guī)律，并大都將“城市韌性”定義為城市面對災害時承受沖擊，快速反應、應對，重新適應調(diào)整，并較快恢復的能力［3-4］，包含了城市經(jīng)濟韌性、社會韌性、生態(tài)韌性和基礎(chǔ)設(shè)施韌性等多個系統(tǒng)［5］。

作為城市韌性的重要系統(tǒng)，生態(tài)韌性也受到諸多學者的關(guān)注，現(xiàn)有文獻主要圍繞景觀格局［6］、韌性城市規(guī)劃［7］、韌性評價［8］、時空演變及其影響因素［9-10］等方面進行研究。對城市化與生態(tài)環(huán)境關(guān)系的探討，學界已在這一領(lǐng)域做了大量研究［11-12］；同時，也有學者圍繞城市化與生態(tài)韌性進行了一些有益的探索：陳世棟等［13］認為在城鎮(zhèn)化進程中建設(shè)用地的過度擴張，加劇了廣州市生態(tài)韌性損耗；陳韶清等［14］發(fā)現(xiàn)長江中游城市由于生態(tài)保護機制不完善，城市擴張對生態(tài)韌性系統(tǒng)產(chǎn)生的阻礙作用持續(xù)增大；王少劍等［15］通過構(gòu)建“規(guī)模-密度-形態(tài)”三維生態(tài)韌性評價體系，發(fā)現(xiàn)珠三角各市城鎮(zhèn)化與生態(tài)韌性的耦合協(xié)調(diào)性存在下滑的趨勢，兩者的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系呈現(xiàn)出圈層式格局；羅紫元等［16］認為城市化一方面可以為城市預防和災后恢復提供資金支持，另一方面通過生態(tài)環(huán)境的改善為城市化提供保障，增強城市生態(tài)韌性；李嘉藝等［17］發(fā)現(xiàn)韌性水平隨城市發(fā)展階段而改變，在城市發(fā)展初期生態(tài)韌性持續(xù)下降，隨著城市發(fā)展成熟，生態(tài)風險達到峰值，城市生態(tài)功能逐漸恢復。

綜上所述，當前城市化與生態(tài)韌性關(guān)系的研究大多數(shù)暗含在城市韌性、生態(tài)安全與風險的相關(guān)研究之中，鮮有學者從韌性角度出發(fā)，結(jié)合遙感技術(shù)，深入分析研究城市化與生態(tài)韌性的交互影響；另外，現(xiàn)有研究多著眼于發(fā)達地區(qū)，尚未涉及干旱地區(qū)，難以解釋干旱區(qū)城市化與生態(tài)韌性之間的獨特關(guān)系。

因此，與現(xiàn)有研究相比，本研究邊際貢獻主要在于：（1）嘗試從韌性視角解讀城市化與生態(tài)韌性的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系，以寧夏為研究區(qū)域，豐富了干旱區(qū)城市化與生態(tài)環(huán)境互動機制的理論研究，為城市可持續(xù)發(fā)展研究提供新視角，也為加快構(gòu)筑我國西北重要生態(tài)安全屏障提供理論依據(jù)。（2）借助夜間燈光數(shù)據(jù)衡量城市化水平，從土地利用背景出發(fā)，研究城市發(fā)展給生態(tài)系統(tǒng)帶來的影響，在一定程度上克服了因指標缺失或個人偏好而造成的選擇性誤差，從而更準確地反映城市化與生態(tài)韌性水平。（3）構(gòu)建“抵抗力-適應力-恢復力”三維評價指標體系度量地區(qū)生態(tài)韌性，更切合韌性的本質(zhì)內(nèi)涵。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

寧夏回族自治區(qū)位于我國西北黃河中上游及沙漠與黃土高原交接地帶，東鄰陜西省，西、北接內(nèi)蒙古自治區(qū)，南連甘肅省，總面積6.64×104km2，屬溫帶大陸性干旱、半干旱氣候。截至2020 年，全區(qū)下轄銀川、石嘴山、吳忠、固原、中衛(wèi)5 個地級市，共有常住人口720.93×104人，其中城鎮(zhèn)人口468.30×104人，城鎮(zhèn)化率達到64.96%，全年全區(qū)實現(xiàn)生產(chǎn)總值3920.55×108元。

1.2 數(shù)據(jù)來源

2005、2010、2015、2020年寧夏土地利用遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)來源于中國科學院資源環(huán)境科學與數(shù)據(jù)中心。土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、居民地和未利用土地6種類型。

2005、2010、2015、2020年夜間燈光數(shù)據(jù)來源于美國國家地球物理數(shù)據(jù)中心。其中，2005—2013年夜間燈光數(shù)據(jù)主要來源于美國國防氣象衛(wèi)星計劃（Defense meteorological satellite program, DMSP）衛(wèi)星運行的線性掃描系統(tǒng)（Operational linescan system,OLS），2012—2020年夜間燈光數(shù)據(jù)為美國新一代國家極軌衛(wèi)星（Suomi national polar-orbiting partnership,Suomi-NPP）運行的可見光紅外成像輻射儀（Visible infrared imaging radiometer suite,VIIRS）。

2 研究方法

2.1 城市化指數(shù)的構(gòu)建

2.1.1 夜間燈光數(shù)據(jù)的校準為了實現(xiàn)兩種影像的融合處理，首先將所有數(shù)據(jù)的投影坐標系統(tǒng)一為Lambert 等面積投影，并將空間分辨率設(shè)定為1 km，然后裁剪出中國行政邊界范圍的夜間燈光數(shù)據(jù)。

（1）DMSP/OLS數(shù)據(jù)校準

OLS傳感器設(shè)計的局限性易導致DMSP數(shù)據(jù)存在過飽和及數(shù)據(jù)抓取的非連續(xù)性等問題，限制了影像的空間精確性。為了獲取穩(wěn)定的DMSP 數(shù)據(jù)集，借鑒關(guān)靖云等［18］采用逐步校準方法對DMSP數(shù)據(jù)進行校準，具體步驟如下：

首先，選取黑龍江省鶴崗市作為不變目標區(qū)域，將待校正影像分別與參考影像進行最佳函數(shù)回歸確定回歸系數(shù)，利用公式（1）對原始燈光灰度值進行相互校正：

式中：DN1 為過飽和校準后的灰度值；DN 為初始灰度值；a、b、c為模型參數(shù)。

其次，為了綜合利用多個傳感器抓取同一年份的影像以及剔除不穩(wěn)定光源，需要對相同年份的影像進行年內(nèi)融合：

最后，對燈光值前后年份的異常取值進行調(diào)整：

式中：DN3(n,i)為異常值處理后第n年影像中i像元的灰度值；DN2(n-1,i)和DN2(n,i)分別為過飽和與連續(xù)性校準后第n-1年和第n年影像中i像元的灰度值。

（2）NPP/VIIRS數(shù)據(jù)處理

NPP/VIIRS 數(shù)據(jù)雖不存在過飽和現(xiàn)象，但需要對該影像存在的背景噪聲及異常值問題進行處理，處理過程包括2方面［19］：第一，異常高值處理。選擇北京、上海和廣州等作為不變區(qū)域，將該區(qū)域內(nèi)最大像元值作為最大閾值，當影像中存在大于最大閾值的燈光像元時，將像元賦值為最大閾值。第二，降噪處理。將NPP/VIIRS數(shù)據(jù)中小于閾值的像元取值為0，以達到消除背景噪聲的目的。

（3）兩種數(shù)據(jù)的融合校準

為了將兩種數(shù)據(jù)校準到統(tǒng)一尺度上，選取重疊年份的兩種數(shù)據(jù)構(gòu)建函數(shù)模型，生成擬合函數(shù)并確定最優(yōu)擬合函數(shù)［18］，進而實現(xiàn)以DMSP/OLS 數(shù)據(jù)校準VIIRS數(shù)據(jù)的操作，最終獲得長時間序列（1992—2020年）DMSP尺度下的夜間燈光數(shù)據(jù)集。

2.1.2 夜間燈光指數(shù)構(gòu)建人造光源是城市夜間穩(wěn)定亮光的主要來源，夜間燈光數(shù)據(jù)已被充分證實與中國的城市化存在同步變動的相關(guān)性，能夠較好地反映區(qū)域城市化水平［20］。因此，參考陳晉等［21］的研究，構(gòu)建包含了區(qū)域平均燈光強度（Mj）和燈光面積（Aj）2方面屬性特征的夜間燈光指數(shù)（Lj），其公式為：

式中：An為燈光面積（km2）；A為區(qū)域總面積（km2）；DNi為燈光像元的灰度值；ni為燈光值是DNi的像元數(shù)量；N為區(qū)域內(nèi)燈光像元總數(shù)。

2.2 生態(tài)韌性指數(shù)的構(gòu)建

韌性城市指在遭受沖擊時能夠及時抵御，迅速調(diào)整或適應變化，維持或迅速恢復原有城市系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的城市［3］。城市面對沖擊時表現(xiàn)出的抵抗力、恢復力、適應力是韌性城市的三大基本特征。因此，本研究從抵抗力、恢復力、適應力構(gòu)建生態(tài)韌性評價指標體系（表1）。

表1 生態(tài)韌性指數(shù)評價指標體系Tab.1 Evaluation index system of ecological resilience

2.2.1 生態(tài)系統(tǒng)抵抗力指數(shù)生物多樣性決定著生態(tài)系統(tǒng)對環(huán)境變化的抵抗力和承受力，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能有著極大影響［22］。因此，采用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值表示生態(tài)系統(tǒng)的抵抗力，結(jié)合寧夏社會經(jīng)濟發(fā)展現(xiàn)狀，對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量因子進行系數(shù)修正［23］，計算出寧夏生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值，具體公式如下：

式中：Opp為生態(tài)系統(tǒng)抵抗力指數(shù)；ESV為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值（元）；Ai為第i種土地利用類型面積（hm2）；VCi為第i種土地利用類型生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價值當量（元·hm-2）。

2.2.2 生態(tài)系統(tǒng)恢復力指數(shù)生態(tài)系統(tǒng)恢復力作為系統(tǒng)受干擾后維持或恢復原有結(jié)構(gòu)和功能的能力，自然狀態(tài)下的土地利用類型自我修復能力較強，而人為塑造的建設(shè)用地恢復能力較差，因此受到破壞更大，參考劉曉平等［24］采用的生態(tài)彈性模型與系數(shù)，對生態(tài)彈性進行測度，具體公式如下:

式中：Rec為生態(tài)系統(tǒng)恢復力指數(shù)；H為景觀多樣性指數(shù)（Shannon）；Si為土地利用類型i的彈性分值；Pi為土地利用類型i的覆蓋度。

2.2.3 生態(tài)系統(tǒng)適應力指數(shù)生態(tài)系統(tǒng)適應力作為生態(tài)系統(tǒng)以自身形態(tài)、結(jié)構(gòu)或功能的改變來適應外界環(huán)境變化的能力，將成為未來生態(tài)韌性的主要特征。利用景觀指數(shù)從景觀異質(zhì)性和連通性來評價生態(tài)系統(tǒng)的適應能力［10］，具體公式如下：

式中：Ada 為生態(tài)系統(tǒng)適應力指數(shù)；C為景觀破碎度；SHDI為香農(nóng)多樣性指數(shù)；AWM為面積加權(quán)平均斑塊分形維數(shù)。

最后，根據(jù)熵值法對指標進行賦權(quán)，采用線性加權(quán)法對生態(tài)韌性指數(shù)進行測算，具體公式如下：

式中：Res為生態(tài)韌性指數(shù)；j為指標類型；wj為相應類型指標權(quán)重；xij為指標原始數(shù)據(jù)標準化處理后的數(shù)值；n為指標個數(shù)，此處n=3。

2.3 耦合協(xié)調(diào)性模型

僅依賴耦合性很難完全反映子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展程度。因此，引入耦合協(xié)調(diào)性模型，并將系統(tǒng)間的耦合協(xié)調(diào)性劃分為10個等級（表2）［25］：

表2 耦合協(xié)調(diào)性的判別標準及類型劃分Tab.2 Criteria and type division of couplingcoordination

式中：C為耦合性；U1、U2分別為城市化指數(shù)與生態(tài)韌性指數(shù)；T為綜合協(xié)調(diào)指數(shù)；α、β為待定權(quán)重，考慮到城市化和生態(tài)環(huán)境同等重要，故取α=β=0.5；D為耦合協(xié)調(diào)性，D值越大，表明城市化與生態(tài)韌性總體水平提高，兩者耦合關(guān)系越協(xié)調(diào)。

在分析耦合協(xié)調(diào)性的基礎(chǔ)上，為明確城市化與生態(tài)韌性的內(nèi)在約束因素，同時引入相對發(fā)展模型［25］，公式如下：

式中：E為相對發(fā)展度。0.0≤E≤0.9 為城市化滯后型；0.9＜E≤1.1 為城市化與生態(tài)韌性同步型；E＞1.1為生態(tài)韌性滯后型。

3 結(jié)果與分析

3.1 夜間燈光指數(shù)與社會經(jīng)濟指標擬合分析

將2005—2020 年寧夏各市人均GDP、城鎮(zhèn)化率、第二產(chǎn)業(yè)增加值、第三產(chǎn)業(yè)增加值與夜間燈光指數(shù)進行一元線性擬合，擬合結(jié)果見表3。

表3 夜間燈光指數(shù)與社會經(jīng)濟指標一元線性擬合方程Tab.3 Univariate linear fitting equation between night light index and socioeconomic index

總體來看，夜間燈光指數(shù)與寧夏各社會經(jīng)濟指標相關(guān)性較強（P＜0.001），說明融合校正后的夜間燈光指數(shù)基本吻合寧夏社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)律。

3.2 城市化指數(shù)分析

從夜間燈光影像空間分布及變化情況來看（圖1），2005—2020年寧夏城市化水平變化顯著。以銀川市為中心的沿黃城市群燈光璀璨，而寧夏南部呈現(xiàn)眾多面積較小零星分布的燈光像元，這是因為寧夏中部干旱帶和南部黃土高原受地理所限，人口稀薄，城市難以連片發(fā)展，導致南北城市發(fā)展差異明顯，但夜間燈光在密度和強度上都有了實質(zhì)性的提升。從燈光的強度、密度分析對比，銀川市城市化程度始終全區(qū)最高，逐漸形成以銀川市為龍頭，石嘴山市和吳忠市為依托發(fā)展的“銀川都市圈”，該區(qū)域中心城區(qū)燈光強度變化較小，周邊縣區(qū)存在較為強烈的燈光變化。造成這一現(xiàn)象的主要原因在于老城區(qū)城市化基本趨于飽和，隨著城鄉(xiāng)結(jié)合部的改造，城市不斷向外擴張，導致周邊縣區(qū)燈光強度發(fā)生較大變化。

圖1 2005—2020年寧夏夜間燈光影像空間分布Fig.1 Spatial distributions of night light images in Ningxia from 2005 to 2020

此外，城市化指數(shù)的變化還映射出區(qū)內(nèi)城市發(fā)展差異（圖2）。2005—2010 年，除銀川市和石嘴山市外，其他3 市城市化指數(shù)均低于0.2，維持在低水平階段；其中，2010 年銀川市的城市化指數(shù)首次超過0.6（高水平），中心城市帶動戰(zhàn)略和2005 年沿黃城市經(jīng)濟帶建設(shè)的提出，極大加快了銀川市城市化進程，而吳忠市、中衛(wèi)市和固原市工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，城市化水平與北部城市差距明顯可見。2015 年城市化擴張在2010 年的基礎(chǔ)上進一步向南部延伸，到2020 年吳忠市城市化指數(shù)快速增長至0.356，接近較高城市化階段，經(jīng)濟發(fā)展成為主要驅(qū)動力；至2020 年，固原市仍處于低水平階段，城市化指數(shù)僅為0.195，吳忠市、中衛(wèi)市、固原市發(fā)展基礎(chǔ)相對較差，但增速較快，說明伴隨著寧夏推進寧南區(qū)域中心城市戰(zhàn)略決策的實施，區(qū)域差距在逐漸縮小。

圖2 2005—2020年寧夏城市化指數(shù)空間分布Fig.2 Spatial distributions of urbanization index in Ningxia from 2005 to 2020

3.3 生態(tài)韌性指數(shù)分析

2005—2020 年，每隔5 a 寧夏各市生態(tài)韌性水平的時序演化情況如圖3所示。

圖3 2005—2020年寧夏生態(tài)韌性指數(shù)時間變化Fig.3 Temporal changes of ecological resilience indices in Ningxia from 2005 to 2020

生態(tài)系統(tǒng)抵抗力指數(shù)的變化反映出寧夏生態(tài)系統(tǒng)抵抗力有明顯垂直差異，但波動幅度不大，吳忠市生態(tài)系統(tǒng)抵抗力明顯高于其他4 市；從生態(tài)系統(tǒng)恢復力指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)適應力指數(shù)來看，2015年以前寧夏各市變化不大，但2015 年后提升較大，其中石嘴山市生態(tài)系統(tǒng)恢復力指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)適應力指數(shù)最高且上升幅度最大，主要原因在于大力實施生態(tài)立區(qū)戰(zhàn)略推動了石嘴山市由工礦時代向生態(tài)時代的轉(zhuǎn)變。綜合生態(tài)系統(tǒng)抵抗力指數(shù)、生態(tài)系統(tǒng)恢復力指數(shù)和生態(tài)系統(tǒng)適應力指數(shù)的生態(tài)韌性指數(shù)表明，2005—2020年銀川市和中衛(wèi)市生態(tài)保護形勢不容樂觀，環(huán)境壓力持續(xù)增大，這與期間“寧東能源化工基地”的建設(shè)帶來巨大環(huán)境挑戰(zhàn)和中衛(wèi)市造紙產(chǎn)業(yè)的固有環(huán)境壓力有關(guān)，使得生態(tài)抵抗力下降；吳忠市生態(tài)韌性水平到了2020 年全區(qū)最高，這一現(xiàn)象與吳忠市實施“生態(tài)立縣”和“封山禁牧”等一系列生態(tài)防護措施有關(guān)；石嘴山市生態(tài)韌性水平提升最快，近20 a間增長了約32%，石嘴山市聚力創(chuàng)新驅(qū)動，產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級有效，加強工業(yè)污染防治力度和環(huán)保投資力度，生態(tài)恢復迅速；而固原市作為寧夏水土流失最為嚴重的區(qū)域，自2000年開始實行“退耕還林”政策和生態(tài)移民工程，固原市生態(tài)環(huán)境有所改善，但相比其他4市仍嚴重滯后。

此外，從生態(tài)韌性指數(shù)等級的變化（圖4）來看，2005—2010年銀川市生態(tài)韌性水平最高，吳忠市次之，石嘴山市、固原市、中衛(wèi)市生態(tài)韌性水平則相對較低，寧夏生態(tài)環(huán)境未發(fā)生明顯變化，這一現(xiàn)象一方面與以生態(tài)保護為中心的發(fā)展觀念尚且不足有關(guān)，另一方面與城市化規(guī)模小、水平低，對生態(tài)環(huán)境造成影響尚小有關(guān)，但寧夏中北部韌性水平較南部地區(qū)差異明顯，導致這種差異的主要原因在于北部為銀川平原，有黃河流經(jīng)，自然條件優(yōu)越，而寧夏南部為黃土高原，自然條件惡劣成為生態(tài)韌性建設(shè)道路上的最大阻礙。自2015年開始，隨著生態(tài)保護意識的增強，多項生態(tài)環(huán)境保護戰(zhàn)略與政策落地并持續(xù)加碼，寧夏生態(tài)環(huán)境呈現(xiàn)持續(xù)好轉(zhuǎn)態(tài)勢，各地生態(tài)環(huán)境得到明顯改善，韌性水平不斷提升；至2020年，除中衛(wèi)市、固原市外，寧夏各市生態(tài)韌性水平均達到高水平階段。

圖4 2005—2020年寧夏生態(tài)韌性等級變化Fig.4 Ecological resilience grade changes in Ningxia from 2005 to 2020

3.4 城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)發(fā)展及其時空演變分析

3.4.1 耦合協(xié)調(diào)性時序演化分析根據(jù)耦合協(xié)調(diào)性模型計算得出寧夏城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)性，結(jié)果見表4。2005—2020年寧夏城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)水平從中度失調(diào)（0.293）向初級協(xié)調(diào)（0.606）轉(zhuǎn)變，兩者協(xié)調(diào)發(fā)展的耦合效應逐漸增強（表4、圖5a）。

表4 2005—2020年寧夏城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)性Tab.4 Coupling coordination between urbanization and ecological resilience in Ningxia from 2005 to 2020

具體來看，吳忠市城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)水平提升最快，增幅為0.519；中衛(wèi)市和固原市耦合協(xié)調(diào)水平最低；銀川市和石嘴山市增幅較小，僅為0.174 和0.228，但其耦合協(xié)調(diào)水平高于全區(qū)平均水平。除銀川市和石嘴山市外，其余各市均經(jīng)歷了不同程度的失調(diào)期，即吳忠市（嚴重失調(diào)，2005 年；中度失調(diào)，2010 年）、中衛(wèi)市（嚴重失調(diào)，2005 年；中度失調(diào)，2010年；瀕臨失調(diào)，2015年），固原市則在過去20 a間一直處于失調(diào)階段；此外，2015年之后快速城市化造成的生態(tài)壓力致使耦合協(xié)調(diào)性增長放緩，但寧夏各市耦合協(xié)調(diào)性在20 a 內(nèi)獲得了極大提高，差距正逐步縮小。究其原因：一方面，近些年在銀川都市圈和沿黃城市經(jīng)濟帶戰(zhàn)略的推動下，銀川市成為具有更大輻射范圍和集聚能力的區(qū)域中心城市，并帶動石嘴山市、吳忠市、中衛(wèi)市同步發(fā)展；另一方面，黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展先行區(qū)的建設(shè)、生態(tài)立區(qū)戰(zhàn)略和生態(tài)環(huán)境六大保衛(wèi)戰(zhàn)的實施，使得吳忠市、中衛(wèi)市和固原市城市化與生態(tài)韌性協(xié)調(diào)發(fā)展失調(diào)的特點得到緩解，但固原市由于遠離經(jīng)濟發(fā)展核心區(qū)，導致兩者耦合協(xié)調(diào)水平一直處于失調(diào)階段，今后應加強該地區(qū)兩者耦合協(xié)調(diào)水平建設(shè)。

此外，寧夏城市化和生態(tài)韌性的相對發(fā)展也尚未達到理想上的等同（圖5b）。2005 年寧夏各市均屬于城市化滯后型，城市發(fā)展與生態(tài)建設(shè)脫節(jié)，主要是城市規(guī)模小、水平低，區(qū)域交通不便所致。自2010 年以來，城鎮(zhèn)化建設(shè)速度加快，城市建成區(qū)不斷擴容，其中以固原市為代表的生態(tài)建設(shè)與城市發(fā)展嚴重失衡，導致城鎮(zhèn)化建設(shè)速度遠大于生態(tài)環(huán)境保護力度，該城市一直處于生態(tài)韌性滯后階段。至2020年銀川市轉(zhuǎn)為生態(tài)環(huán)境滯后型，城市擴張占用了大量耕地和林地，同時快速城市化導致大量人口涌向銀川市，使得人地矛盾加劇，這需要科學協(xié)調(diào)自然開發(fā)與保護之間的矛盾關(guān)系，以維持城市化與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展；同時銀川都市圈的建設(shè)帶動了石嘴山市城市發(fā)展，逐步轉(zhuǎn)為同步發(fā)展型城市，與此同時生態(tài)保護意識不斷強化，實施了提升賀蘭山生態(tài)屏障功能和采煤沉陷區(qū)治理等一系列環(huán)境保護措施，使得生態(tài)韌性水平提升，促進兩者協(xié)調(diào)同步發(fā)展。吳忠市和中衛(wèi)市受制于地理區(qū)位、城市規(guī)劃、經(jīng)濟發(fā)展等眾多原因，城市化水平一直低于全區(qū)平均水平。

3.4.2 耦合協(xié)調(diào)性空間格局演化分析對寧夏城市化和生態(tài)環(huán)境耦合協(xié)調(diào)空間格局演變進行分析（表4、圖5a）來看，2005 年寧夏域內(nèi)各市耦合協(xié)調(diào)性分布于4 個階段，吳忠市、中衛(wèi)市為嚴重失調(diào)，銀川市為初級協(xié)調(diào)，石嘴山市為勉強協(xié)調(diào)，固原市為極度失調(diào)。2015 年，各城市的耦合協(xié)調(diào)性均有較大提升，中衛(wèi)市轉(zhuǎn)為瀕臨失調(diào)階段，銀川市、石嘴山市和吳忠市均已過渡至協(xié)調(diào)階段。這與寧夏走綠色發(fā)展之路，大力建設(shè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)帶、生態(tài)城市帶，全力打造生態(tài)優(yōu)先、產(chǎn)城融合、人水和諧的沿黃生態(tài)經(jīng)濟帶相關(guān)，從而實現(xiàn)城市發(fā)展和生態(tài)保護“雙贏”。2020 年，除固原市仍處于失調(diào)階段外，寧夏各市耦合協(xié)調(diào)性均在勉強協(xié)調(diào)階段及以上，中衛(wèi)市耦合協(xié)調(diào)性提升至0.512，上升至勉強協(xié)調(diào)，首次達到協(xié)調(diào)階段，這說明沿黃城市經(jīng)濟帶城市化與生態(tài)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展態(tài)勢已基本形成。綜合來看，寧夏耦合協(xié)調(diào)性較高的城市主要集聚在銀川平原地區(qū)，耦合協(xié)調(diào)水平較低的城市主要是固原市，對比2005—2020年各市耦合協(xié)調(diào)性的空間差異來看，銀川市一直處于高耦合協(xié)調(diào)的單極態(tài)勢，逐漸形成以銀川市為核心，以石嘴山市和吳忠市為依托，輻射中衛(wèi)市和固原市協(xié)調(diào)發(fā)展的區(qū)域形態(tài)。寧夏各市城市化與生態(tài)韌性的耦合協(xié)調(diào)性差距逐漸縮小，達到協(xié)調(diào)階段的城市逐漸增多，形成區(qū)域一體化發(fā)展新趨勢。

圖5 2005—2020年寧夏城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系時空演變Fig.5 Spatio-temporal evolution of the coordinated development of urbanization and ecological resilience in Ningxia from 2005 to 2020

4 結(jié)論

本研究通過構(gòu)建夜間燈光指數(shù)和三維生態(tài)韌性指數(shù)，利用耦合協(xié)調(diào)性與相對發(fā)展度模型，對寧夏城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)性時空演變特征進行了探究，該研究彌補了既往研究大都針對區(qū)域性發(fā)達城市群，而對干旱區(qū)城市研究較少的缺陷。此外，結(jié)合韌性思想解讀城市化與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，也為相關(guān)研究提供了新視角。最終得到如下結(jié)論：

（1）城市夜間燈光指數(shù)與各經(jīng)濟指標有較高的相關(guān)性，所構(gòu)建夜間燈光指數(shù)可以較好地反映寧夏經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)律。

（2）2005—2020 年寧夏城市化水平提升較快，以銀川市為中心的沿黃城市群燈光璀璨，而寧夏南部呈現(xiàn)眾多面積較小零星分布的燈光像元。

（3）2005—2020年寧夏生態(tài)韌性水平整體穩(wěn)中有升。銀川市生態(tài)韌性水平全區(qū)最高，吳忠市次之，石嘴山市、固原市、中衛(wèi)市生態(tài)韌性水平則相對較低。

（4）2005—2020年寧夏城市化與生態(tài)韌性耦合協(xié)調(diào)性穩(wěn)步提升，耦合協(xié)調(diào)性最高的是銀川市和石嘴山市，吳忠市耦合協(xié)調(diào)性增幅最大，中衛(wèi)市在2020年首次達到協(xié)調(diào)階段，而固原市一直處于失調(diào)階段，逐漸形成了以銀川市為核心，以石嘴山市和吳忠市為依托，輻射中衛(wèi)市和固原市協(xié)調(diào)發(fā)展的區(qū)域形態(tài)。

（5）2005—2020年寧夏城市化和生態(tài)韌性的相對發(fā)展尚未達到理想上的等同。2005 年寧夏城市化并未與生態(tài)建設(shè)同步發(fā)展，區(qū)內(nèi)各市均屬于城市化滯后型；自2010 年以來，以固原市為代表的生態(tài)建設(shè)與城市發(fā)展嚴重失衡，該城市一直處于生態(tài)韌性滯后階段；至2020年銀川市逐步轉(zhuǎn)為生態(tài)環(huán)境滯后型，石嘴山市轉(zhuǎn)為同步發(fā)展型城市；此外，吳忠市和中衛(wèi)市受制于地理區(qū)位、城市規(guī)劃、經(jīng)濟發(fā)展等眾多原因，一直屬于城市化滯后型城市。