多情景模擬下的中國城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展預(yù)測(cè)

孫 健，張?jiān)鱿?，左麗君，趙曉麗，汪 瀟，易 玲，劉 芳，徐進(jìn)勇，胡順光，孫菲菲

（1.中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100101；2.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

城鎮(zhèn)是人類干預(yù)自然環(huán)境較為強(qiáng)烈的地方，聚集了高密度的人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。城鎮(zhèn)擴(kuò)展是城鎮(zhèn)化的直接表現(xiàn)形式之一，也是城鎮(zhèn)空間格局變化的綜合反映。研究顯示，城鎮(zhèn)擴(kuò)展正在深刻影響著周圍的土地利用格局變化［1，2］以及生態(tài)系統(tǒng)［3］。為了更好地理解城鎮(zhèn)化發(fā)展，有必要對(duì)潛在的城鎮(zhèn)范圍進(jìn)行空間預(yù)測(cè)，從而為進(jìn)一步研究城鎮(zhèn)擴(kuò)展的影響奠定基礎(chǔ)。

近年來，許多學(xué)者通過建立總量預(yù)測(cè)模型和空間分配模型，開展城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)和空間分配模擬研究，研究特點(diǎn)呈現(xiàn)多尺度、多情景、多方法。在研究尺度上，從模擬單個(gè)城市的擴(kuò)展［4］到模擬國家、地區(qū)尺度的城鎮(zhèn)擴(kuò)展［5］，甚至模擬全球尺度的城鎮(zhèn)擴(kuò)展［3，6-8］。在情景設(shè)置上，不僅著眼于單一情景或沿襲歷史趨勢(shì)［3，8］，也越來越多地關(guān)注不同情景的設(shè)置，既有學(xué)者自定義的情景［9］，也有采用國際通用情景，例如共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑（Shared socioeconomic pathways，SSPs）［6，7］。關(guān)于SSPs 下全球或國家尺度層面城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)的研究中，大多數(shù)的最小劃分單元均在國家或地區(qū)層面（全球分別被劃分為16、32 個(gè)區(qū)域）［3，6］，而以國家或地區(qū)為最小研究單元，將預(yù)測(cè)到的國家或地區(qū)的城鎮(zhèn)用地總量直接分配到空間柵格上，容易造成預(yù)測(cè)的城鎮(zhèn)用地優(yōu)先分配到城鎮(zhèn)用地密度高的地方即發(fā)達(dá)地區(qū)，從而造成較大偏差［7］。Gao 等［7］通過將全球劃分為375 個(gè)國家（區(qū)域），并對(duì)每個(gè)區(qū)域單獨(dú)建模的方法解決了上述問題。在方法建模上，Aburas 等［10］研究表明，元胞自動(dòng)機(jī)模型（Cellular Automata，CA）和其他定量模型耦合方法在城鎮(zhèn)擴(kuò)展預(yù)測(cè)研究中較常使用，其中CA-Markov 模型是過去10 多年中模擬城市擴(kuò)展最流行的耦合方法，Dinamica EGO 模型是CA-Markov模型的應(yīng)用之一。

分析上述研究，有幾個(gè)方面有待改進(jìn)：①結(jié)合SSPs 的中國國家尺度的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展模擬的研究較少。②Seto 等［3］和Chen 等［6］總量預(yù)測(cè)中使用的回歸模型是線性的，而城鎮(zhèn)用地與其影響變量的關(guān)系被普遍認(rèn)為是非線性的［11，12］。③Gao 等［7］將中國劃分為26 個(gè)區(qū)域，模擬過程是通過總量預(yù)測(cè)模型得到預(yù)測(cè)增加的城鎮(zhèn)用地?cái)?shù)量，首先分配給次國家區(qū)域，然后再通過空間分配模型直接分配給每個(gè)區(qū)域內(nèi)的柵格單元。本文的研究區(qū)域是中國，可以進(jìn)一步提升總量預(yù)測(cè)模擬的精度，而不只是中國26 個(gè)區(qū)域。

改革開放以來，中國城鎮(zhèn)化進(jìn)程發(fā)展很快，研究表明中國是世界上城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度最快的國家之一［13，14］?！秶胰丝诎l(fā)展規(guī)劃（2016—2030 年）》指出，中國2030 年常住人口城鎮(zhèn)化率將達(dá)70%，這意味著城鎮(zhèn)用地規(guī)模在未來一段時(shí)間內(nèi)還將會(huì)持續(xù)擴(kuò)大，由此引發(fā)的城鎮(zhèn)發(fā)展與周圍環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)等的矛盾將會(huì)加重。本研究以中國多省、自治區(qū)和直轄市下所有的城鎮(zhèn)（除臺(tái)灣省外）為研究對(duì)象，城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)部分采用異速生長模型，城鎮(zhèn)用地空間分配部分采用Dinamica EGO 模型的空間分配模塊，預(yù)測(cè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)為2030 年，情景設(shè)置參考SSPs，分辨率為1 km。針對(duì)上述研究不足，本研究通過采用具有非線性特征的異速生長模型探測(cè)城鎮(zhèn)人口-城鎮(zhèn)面積的關(guān)系，并結(jié)合未來SSPs 的人口預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)城鎮(zhèn)用地總量開展預(yù)測(cè)；以中國338 個(gè)城市（地級(jí)行政區(qū)、直轄市）為總量預(yù)測(cè)的最小研究單元，在城市分類的基礎(chǔ)上對(duì)每個(gè)類別分別進(jìn)行總量預(yù)測(cè)建模，總體上形成了“分類別總量預(yù)測(cè)-地級(jí)行政區(qū)、直轄市總量預(yù)測(cè)變化量-1 km 空間柵格單元”自上而下的分配模擬流程。在此基礎(chǔ)上，對(duì)SSPs 下2030 年的中國城鎮(zhèn)用地空間預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，以期為中國城鎮(zhèn)發(fā)展的探索提供參考，并為進(jìn)一步研究城鎮(zhèn)擴(kuò)展對(duì)環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的影響奠定基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)介紹

本研究使用的數(shù)據(jù)包含人口數(shù)據(jù)、土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、自然因素、區(qū)位因素和交通因素?cái)?shù)據(jù)，其中自然因素、區(qū)位因素和交通因素作為城鎮(zhèn)用地空間分配的空間驅(qū)動(dòng)因子和限制因子。數(shù)據(jù)具體名稱及來源如表1 所示。

表1 數(shù)據(jù)名稱及來源

1.2 研究方法

本研究采用異速生長模型對(duì)Dinamica EGO 模型的總量預(yù)測(cè)模塊進(jìn)行改進(jìn)，在此基礎(chǔ)上開展城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展預(yù)測(cè)。首先進(jìn)行城市分類，在每個(gè)類別內(nèi)部基于2000—2015 年歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建異速生長模型，再結(jié)合未來預(yù)測(cè)人口數(shù)據(jù)得到SSPs 下地級(jí)行政區(qū)、直轄市的未來城鎮(zhèn)用地面積；然后采用Dinamica EGO 模型的空間分配模塊進(jìn)行城鎮(zhèn)用地的空間柵格預(yù)測(cè)。技術(shù)路線如圖1 所示。

圖1 SSPs下中國城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展預(yù)測(cè)模擬的技術(shù)路線

1.2.1 城市分類 考慮到類間的差異性和類內(nèi)的相似性，即不同級(jí)別城市的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展趨勢(shì)不一致，有必要區(qū)分不同級(jí)別城市，在各自級(jí)別城市群內(nèi)部進(jìn)行城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)。城市分類具有不同的參考指標(biāo)和體系，2014 年國務(wù)院發(fā)布的城市規(guī)模劃分最新標(biāo)準(zhǔn)是采用單分類指標(biāo)——城區(qū)常住人口。本研究根據(jù)異速生長模型建模的需求，需要?jiǎng)?chuàng)建一套適合于城鎮(zhèn)用地的城市分類體系，故選擇采用城鎮(zhèn)人口作為分類指標(biāo)。分類方法采用類間距離為離差平方和法的系統(tǒng)聚類方法，按照最大程度區(qū)分不同性質(zhì)類別的標(biāo)準(zhǔn)來確定類別數(shù)。依據(jù)類間差異最大化原則，中國城市可分為4 類，分類結(jié)果如圖2 所示，具體類別信息描述見表2。

表2 中國城市（地級(jí)行政區(qū)、直轄市）分類結(jié)果

圖2 城市分類結(jié)果

1.2.2 城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)模型 城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)模型用于對(duì)未來城鎮(zhèn)用地需求量的預(yù)測(cè)，即城鎮(zhèn)用地的變化面積。本研究基于異速生長模型搭建城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)模型。異速生長定律原是生物學(xué)領(lǐng)域的一種幾何測(cè)度方法，有學(xué)者將其引入人文地理學(xué)領(lǐng)域探討城市人口-城區(qū)面積關(guān)系。陳彥光等［18］將該方法引入中國，最初以河南省城市為研究區(qū)，采用異速生長模型分析了城市擴(kuò)展的人-地關(guān)系特征。

城市異速生長方程一般表示如下：

式中，A為城鎮(zhèn)面積，P為城鎮(zhèn)人口規(guī)模，b為異速增長系數(shù)（或稱標(biāo)度因子），用來描述城鎮(zhèn)面積和城鎮(zhèn)人口的異速增長關(guān)系。

即城鎮(zhèn)面積A的相對(duì)增長率與城鎮(zhèn)人口P的相對(duì)增長率之比是一常數(shù)b。兩邊同時(shí)積分等價(jià)轉(zhuǎn)為：

或化為雙對(duì)數(shù)形式：

1.2.3 城鎮(zhèn)用地空間分配模型 城鎮(zhèn)用地空間分配模型用于將預(yù)測(cè)增加的面積分配到空間柵格單元中，本研究采用Dinamica EGO 模型的空間分配模塊來實(shí)現(xiàn)該過程。Dinamica EGO 模型是基于元胞自動(dòng)機(jī)原理開發(fā)的模擬景觀動(dòng)態(tài)變化的地理建模平臺(tái)［19］。土地利用轉(zhuǎn)化概率模塊基于貝葉斯理論的證據(jù)權(quán)重法開發(fā)，土地利用變化數(shù)量分配模塊則使用了流行的元胞自動(dòng)機(jī)算法。

1）基于證據(jù)權(quán)重法計(jì)算轉(zhuǎn)化概率。證據(jù)權(quán)重統(tǒng)計(jì)方法的核心是基于條件概率的貝葉斯理論［20］，這里的“證據(jù)”即“驅(qū)動(dòng)城鎮(zhèn)化發(fā)生的解釋變量”，而解釋變量就是選取的城鎮(zhèn)化的驅(qū)動(dòng)因子。本研究考慮到城鎮(zhèn)擴(kuò)展的主要驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)因子1 km 柵格數(shù)據(jù)的易獲得性，選擇了自然因素、交通因素和區(qū)位因素三大類驅(qū)動(dòng)因子（表1）。

首先，計(jì)算各驅(qū)動(dòng)因子分段權(quán)重。貝葉斯理論可以用勝率的形式來表示，如式（4）所示。再對(duì)含有勝率的等式兩邊取自然對(duì)數(shù)，即可得到用對(duì)數(shù)形式表達(dá)的分段權(quán)重，即式（5）、式（6），反映了該段取值的驅(qū)動(dòng)因子對(duì)“非城鎮(zhèn)用地-城鎮(zhèn)用地”轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)程度。

式中，R為“非城鎮(zhèn)用地轉(zhuǎn)為城鎮(zhèn)用地”的事件，S為驅(qū)動(dòng)因子，O｛｝為勝率，W+為在驅(qū)動(dòng)因子影響下的證據(jù)權(quán)重。

其次，求解每個(gè)柵格的轉(zhuǎn)化概率。轉(zhuǎn)化概率本質(zhì)上是條件概率，把含有對(duì)數(shù)形式的式（5）轉(zhuǎn)為條件概率的式（7），并代入相應(yīng)權(quán)重，即可得每個(gè)柵格的轉(zhuǎn)化概率。其中，符號(hào)ψ是標(biāo)準(zhǔn)化常數(shù)，以確保最后轉(zhuǎn)化概率的值位于0~1。

式中，Px,y為在某一像元處的轉(zhuǎn)化概率，S1,…,Sn為所有的驅(qū)動(dòng)因子。

2）基于Patcher 和Expander 函數(shù)執(zhí)行元胞空間分配。影響土地利用變化數(shù)量空間分配的不只是每個(gè)元胞的轉(zhuǎn)化概率，元胞周圍的鄰域也會(huì)對(duì)空間分配起作用。Dinamica EGO 模型由兩個(gè)互補(bǔ)的函子Expander 和Patcher 作為局部元胞轉(zhuǎn)化規(guī)則來實(shí)現(xiàn)鄰域影響。Expander 函子表明城鎮(zhèn)用地斑塊擴(kuò)展或收縮，Patcher 函子通過種子機(jī)制形成新的城鎮(zhèn)用地斑塊，這兩種過程相互補(bǔ)充、共同發(fā)揮作用。

3）模型精度驗(yàn)證。為了對(duì)校準(zhǔn)后模型的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，以2000 年為模擬初始年份，2015 年為模擬終止年份，將模擬結(jié)果與實(shí)際城鎮(zhèn)用地范圍進(jìn)行比對(duì)。驗(yàn)證的指標(biāo)采用品質(zhì)因數(shù)（Figure of Merit，F(xiàn)oM），F(xiàn)oM 最早由Pontious 等［21］倡導(dǎo)用來評(píng)估土地利用變化模型模擬的精確度。FoM 是預(yù)測(cè)成功的柵格數(shù)和預(yù)測(cè)土地利用類型變化量與實(shí)際變化量之和的比值。該指標(biāo)探討的對(duì)象只是變化的柵格量，并沒有把未發(fā)生土地利用變化而導(dǎo)致模擬影像和實(shí)際影像元值相同的部分柵格考慮在內(nèi)，從而避免了過高估計(jì)，所以FoM 指標(biāo)比總體精度和Kappa 系數(shù)更加真實(shí)和可靠。

計(jì)算原理如式（8）所示。其中，A表示由于實(shí)際發(fā)生城鎮(zhèn)化但未預(yù)測(cè)到城鎮(zhèn)化而導(dǎo)致的錯(cuò)誤，B表示正確預(yù)測(cè)到的城鎮(zhèn)化，C在本研究中為0，即模型模擬過程中不允許逆城鎮(zhèn)化，D表示由于未發(fā)生城鎮(zhèn)化但預(yù)測(cè)為城鎮(zhèn)用地而導(dǎo)致的錯(cuò)誤。FoM取值范圍為0~1，0 表示兩者完全沒交集，1 表示完全重合。

4）模擬預(yù)測(cè)。利用異速生長模型得到2030 年城鎮(zhèn)用地面積以及經(jīng)過校準(zhǔn)驗(yàn)證后的各參數(shù)值，以2015 年為城鎮(zhèn)用地的模擬起始年份，模擬2030 年不同情景下的城鎮(zhèn)用地范圍。

SSPs 作為新一代的情景組合，提供了未來不同社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑下的描述，而城鎮(zhèn)是人類開展社會(huì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動(dòng)的主要區(qū)域，因此結(jié)合SSPs 探討不同情景下未來城鎮(zhèn)的擴(kuò)展是有意義的。SSPs 的結(jié)果是緩解與適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)挑戰(zhàn)的特定組合，如圖3所示［22］。表3 描繪了5 種不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，可分為可持續(xù)發(fā)展道路（SSP1，Taking the Green Road）、中等發(fā)展道路（SSP2，Middle of the Road）、區(qū)域競(jìng)爭(zhēng)道路（SSP3，A Rocky Road）、不均衡發(fā)展道路（SSP4，A Road Divided）和化石燃料為主的發(fā)展道路（SSP5，Taking the Highway）。

表3 SSPs情景描述

圖3 5 種共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑

1.2.4 城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展特征的分析指標(biāo) 選擇擴(kuò)展面積（市均擴(kuò)展面積）和擴(kuò)展速率2 個(gè)指標(biāo)，分析城鎮(zhèn)擴(kuò)展特征。參考Zhang 等［23］關(guān)于中國城市擴(kuò)展研究中指標(biāo)的選取，結(jié)合本研究的時(shí)間階段特點(diǎn)（時(shí)間階段均為15 年），所以把指標(biāo)定為擴(kuò)展面積（市均擴(kuò)展面積）和擴(kuò)展速率。擴(kuò)展面積反映了城鎮(zhèn)擴(kuò)展的凈變化量，其中，“市均”目的是方便比較不同城市數(shù)量群體之間的擴(kuò)張?zhí)卣?；擴(kuò)展速率是無量綱量，基數(shù)是初始年份的原有城鎮(zhèn)面積，反映了城市本身的擴(kuò)展倍數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 總量預(yù)測(cè)建模結(jié)果

采用異速生長模型分別對(duì)4 類城市進(jìn)行2030 年SSPs 下城鎮(zhèn)用地總量的預(yù)測(cè)。在每個(gè)子區(qū)域內(nèi)，使用2000 年、2005 年、2010 年和2015 年的每個(gè)地級(jí)行政區(qū)、直轄市的城鎮(zhèn)面積和城鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，面積單位為公頃，人口單位為百萬人，結(jié)果如圖4 所示?；贑hen 等［6］構(gòu)建的SSPs 下中國網(wǎng)格化人口數(shù)據(jù)庫中的未來城鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù)，將建立好的異速生長模型應(yīng)用于2030 年每種路徑下的城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)。

圖4 城鎮(zhèn)用地總量預(yù)測(cè)建模結(jié)果

2.2 空間分配驗(yàn)證結(jié)果

為了對(duì)校準(zhǔn)后模型的可靠性進(jìn)行檢驗(yàn)，以2000年為模擬初始年份，2015 年為模擬終止年份，將模擬結(jié)果與實(shí)際城鎮(zhèn)用地范圍進(jìn)行比對(duì)。FoM 指標(biāo)越大表示模擬結(jié)果越準(zhǔn)確。根據(jù)有關(guān)城鎮(zhèn)擴(kuò)展預(yù)測(cè)模型方面的研究，F(xiàn)oM 指標(biāo)大多為0.2 左右［24-26］。本研究驗(yàn)證結(jié)果如圖5 所示，全國尺度的FoM值為0.30；區(qū)域尺度上，東部地區(qū)的FoM值最大，為0.36，中部地區(qū)的FoM值次之，為0.27，東北地區(qū)的FoM值最小，為0.21。經(jīng)過與其他城鎮(zhèn)擴(kuò)展模型的驗(yàn)證結(jié)果比對(duì)，有理由認(rèn)為本研究的模型可以用于未來城鎮(zhèn)用地的預(yù)測(cè)模擬。

圖5 城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展預(yù)測(cè)模型驗(yàn)證結(jié)果

2.3 SSPs 下中國城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展的特征分析

2015—2030 年，5 種情景下中國的城鎮(zhèn)面積擴(kuò)展均明顯減緩；此外，在不同情景下，未來城鎮(zhèn)用地預(yù)測(cè)的結(jié)果存在較大差異。首先，5 種情景下，2015—2030年中國的城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積為21 721~25 419 km2，與2000—2015 年城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積相比，降低了58.07%~64.17%。根據(jù)表示城鎮(zhèn)化發(fā)展水平的諾瑟姆曲線和表示城鎮(zhèn)化發(fā)展速度的倒“U”形曲線理論［27，28］，預(yù)測(cè)城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積大幅降低，表明中國將要邁過城鎮(zhèn)化速度峰值，進(jìn)入城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段的第二階段，即減速階段；其次，SSP5 情景下中國的城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積最大，SSP3 情景下最小，SSP2 和SSP4 情景下的城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積相近。

2.3.1 SSPs 下中國不同城市的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展差異SSPs 下，2015—2030 年中國單個(gè)城市間的城鎮(zhèn)擴(kuò)展差異化明顯，并且分布不均衡。根據(jù)SSP2 中國城鎮(zhèn)預(yù)測(cè)結(jié)果（圖6 和圖7，SSP2 為中等發(fā)展道路，可以被理解為遵循歷史趨勢(shì)的發(fā)展情景［22］，并且，5 種情景下本研究得出的結(jié)論都適用，故以SSP2 作為SSPs的代表）可知，首先，無論從擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率角度考慮，未來中國的城鎮(zhèn)擴(kuò)展大多集中在胡煥庸線的東側(cè)，西部地區(qū)縱深的位置除了新疆部分地區(qū)外，其他位置擴(kuò)展很小，原因是固有的區(qū)位發(fā)展優(yōu)勢(shì)存在差異［29］。其次，由圖6、圖7 和圖8 可以看出，河南省、河北省等中部地區(qū)的城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率最大，是未來城鎮(zhèn)擴(kuò)展的焦點(diǎn)，一方面因?yàn)檫@些省份是人口大省且城市正處在快速發(fā)展階段，這與發(fā)達(dá)地區(qū)城市的發(fā)展后勁不足形成了鮮明對(duì)比［27，30］；另一方面以鄭州等城市為代表的中原城市群政策將更大程度上促進(jìn)中原城市群的崛起［31，32］。

圖6 2015—2030 年SSP2 下中國城鎮(zhèn)擴(kuò)展范圍預(yù)測(cè)

圖7 2015—2030 年SSP2 下中國地級(jí)行政區(qū)、直轄市尺度的城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率

圖8 2015—2030 年SSPs下五大城市群的城鎮(zhèn)擴(kuò)展范圍預(yù)測(cè)

2.3.2 SSPs 下中國不同地區(qū)的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展差異本研究按照國務(wù)院2015 年定義的中國四大經(jīng)濟(jì)區(qū)域——東北、東部、中部、西部四大地區(qū)，比較SSPs下2015—2030 年的城鎮(zhèn)擴(kuò)展差異。

與2000—2015 年對(duì)比發(fā)現(xiàn)，東部地區(qū)的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展速率降幅最大，中部和西部地區(qū)的城鎮(zhèn)擴(kuò)展速率降幅較小，表明東中西部的差距將會(huì)減小。由表4 可知，5 種情景下中國未來的城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度均明顯放緩，從不同區(qū)域來看，市均擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率均是東部地區(qū)降幅最大，中部最小。此外，2000—2015 年的東部地區(qū)擴(kuò)展速率最大，而預(yù)測(cè)的2015—2030 年，中部地區(qū)和西部地區(qū)的擴(kuò)展速率均大于東部地區(qū)，反映了未來預(yù)測(cè)的時(shí)間段內(nèi)，中部和西部城鎮(zhèn)擴(kuò)展的速度會(huì)加快，表明東、中、西部城鎮(zhèn)發(fā)展的區(qū)域差距將會(huì)縮小，一定程度上反映了區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)施的重要意義。

表4 SSPs下中國不同地區(qū)之間市均城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率

2015—2030 年5 種情景相互對(duì)比發(fā)現(xiàn)，SSP5 下不同地區(qū)市均擴(kuò)展面積的差異較其他情景增大，表明該情景不但不利于氣候變暖減緩而且不利于區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。首先，整體來看，5 種情景下東北地區(qū)的市均擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率均最小，并且其相比2000—2015 年的降幅程度僅次于東部地區(qū)，原因在于東北老工業(yè)基地的資源型城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型困難等［33，34］；其次，大部分情景下東部地區(qū)的市均擴(kuò)展面積大于西部和中部地區(qū)，但擴(kuò)展速率卻小于西部和中部地區(qū)，可能是城市處在不同發(fā)展階段所致。

2.3.3 SSPs 下中國不同規(guī)模城市的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展差異 本研究按照國務(wù)院于2014 年發(fā)布的《關(guān)于調(diào)整城市規(guī)模劃分標(biāo)準(zhǔn)的通知》中提到的最新標(biāo)準(zhǔn)，以第六次人口普查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按照城區(qū)人口統(tǒng)計(jì)口徑將研究區(qū)的地級(jí)行政區(qū)和直轄市分為五大類——超大城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市［35］。

與2000—2015 年的對(duì)比發(fā)現(xiàn)，超大城市和特大城市的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展面積和速率放緩程度最大，大城市、中等城市和小城市的城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度放緩程序較小，表明大中小城市之間城鎮(zhèn)發(fā)展的差距將會(huì)減小。據(jù)表5，首先比較不同城市規(guī)模的城市群體之間的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)展放緩程度，市均擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率均是按照超大城市到小城市的順序依次遞減；其次，2000—2015 年的特大城市擴(kuò)展速率最快，而預(yù)測(cè)的2015—2030 年，中等城市的擴(kuò)展速率最快，反映了未來預(yù)測(cè)的時(shí)間段內(nèi)中等城市的城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度將會(huì)快于其他類型城市，即大中小城市之間的城鎮(zhèn)發(fā)展差距將會(huì)減小，國家推動(dòng)制定的大中小城市協(xié)調(diào)發(fā)展的政策將起到重要作用。

表5 SSPs下中國不同規(guī)模城市之間市均城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積和擴(kuò)展速率

2015—2030 年5 種情景對(duì)比發(fā)現(xiàn)，SSP5 下不同規(guī)模城市之間市均擴(kuò)展面積的差異較其他情景增大，表明該情景不利于不同規(guī)模城市間的協(xié)調(diào)發(fā)展。整體來看，大部分情景下超大城市和特大城市的市均擴(kuò)展面積大于其他級(jí)別的城市，但擴(kuò)展速率卻最小，這可能是城市處在不同發(fā)展階段的原因；其次，SSP5 下超大城市和特大城市的市均擴(kuò)展面積最大、SSP3 下超大城市的市均擴(kuò)展面積較小。

3 結(jié)論

本研究提供了2030 年多情景模擬下空間分辨率為1 km 的中國城鎮(zhèn)擴(kuò)展預(yù)測(cè)結(jié)果，并從不同角度對(duì)中國城鎮(zhèn)用地預(yù)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明，不同時(shí)間階段間、不同城市（群）間、不同情景間城鎮(zhèn)擴(kuò)展均有較大差異。

1）2015—2030 年，5 種情景下中國的城鎮(zhèn)擴(kuò)展均明顯減緩，與2000—2015 年中國的城鎮(zhèn)擴(kuò)展面積相比，降幅程度達(dá)到了58.07%~64.17%，表明中國將要邁過城鎮(zhèn)化速度的峰值。

2）SSPs 下，中部和西部地區(qū)、中等城市的城鎮(zhèn)擴(kuò)展速度會(huì)加快，表明東中西部、大中小城市城鎮(zhèn)發(fā)展的區(qū)域差距會(huì)縮小，區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略和大中小城市協(xié)調(diào)發(fā)展政策效果顯著。

3）對(duì)于東部地區(qū)或者超大城市、特大城市而言，SSP5 情景下，不同地區(qū)、不同規(guī)模城市的市均擴(kuò)展面積差異較其他情景增大，表明該情景不但不利于氣候變暖減緩，而且不利于區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

城鎮(zhèn)化是中國現(xiàn)代化進(jìn)程中的一個(gè)基本問題，中國的基本國情決定了城鎮(zhèn)化還有很長的路要走，協(xié)調(diào)推進(jìn)城鎮(zhèn)化是實(shí)現(xiàn)中國現(xiàn)代化的重大戰(zhàn)略選擇［36］。2021 年是“十四五”規(guī)劃的開啟年，“十四五”時(shí)期是中國乘勢(shì)開啟全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家新征程的關(guān)鍵時(shí)期，更加需要把握未來的城鎮(zhèn)化進(jìn)程，本研究結(jié)果可為中國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展政策的制定提供依據(jù)。