遼寧省城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張時(shí)空分異特征

郭力娜,訾豐嬌,姜廣輝,趙艷霞,王 剛

1.華北理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院,河北 唐山 063210

2.北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部,北京 100875

3.華北理工大學(xué)管理學(xué)院,河北 唐山 063210

0 引言

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù),2022年我國(guó)城市化率達(dá)65.22%,相比改革開(kāi)放之初的17.92%增長(zhǎng)了2.64倍,但同時(shí)與城市快速發(fā)展伴生的城市病不斷出現(xiàn),不僅影響了城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量[1],城市在空間上的無(wú)序擴(kuò)張也占用了周邊大量?jī)?yōu)質(zhì)耕地,對(duì)糧食生產(chǎn)形成了一定壓力。在全國(guó)快速城市化的背景下,特別是在國(guó)家提出振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略決策后[2],作為東北三大省之一的遼寧省,1990—2020年以來(lái),全省GDP由0.163萬(wàn)億增長(zhǎng)到2.501萬(wàn)億;隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展,城鎮(zhèn)化率由41.99%增長(zhǎng)為72.14%,城鎮(zhèn)化水平整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),并始終快于全國(guó)發(fā)展水平。2010年開(kāi)始,遼寧省人口出現(xiàn)凈流出,城鎮(zhèn)化進(jìn)程開(kāi)始放緩,但城市建設(shè)用地面積仍增長(zhǎng)迅速[3]。遼寧省素有“六山一水三分田”之稱(chēng),省內(nèi)自然地理環(huán)境存在明顯的空間差異,經(jīng)濟(jì)發(fā)展也表現(xiàn)出一定的差異,受其影響,城市發(fā)展及其空間擴(kuò)張也存在差異,因此有必要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)研究。

國(guó)內(nèi)外對(duì)于城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的研究比較豐富,研究視角主要包括以下方面。1)宏觀尺度多探究發(fā)達(dá)地區(qū)城市群的擴(kuò)張變化以及城市群之間的發(fā)展差異。如:胡盼盼等[4]以珠三角城市群9座城市為研究對(duì)象,分析珠三角城市群尺度上城市擴(kuò)張的時(shí)空變化特征;張穎詩(shī)等[5]選取1998—2017年城市建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù),將粵港澳大灣區(qū)與京津冀地區(qū)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張時(shí)空差異進(jìn)行對(duì)比分析,探究?jī)纱蟮貐^(qū)擴(kuò)張影響因素;徐夢(mèng)潔等[6]選取長(zhǎng)三角城市群作為研究區(qū),采用夜間燈光數(shù)據(jù)提取城市群空間信息,研究城市擴(kuò)張類(lèi)型并選擇典型城市進(jìn)行擴(kuò)張效益評(píng)價(jià)并進(jìn)行耦合分析。2)中觀尺度上多探究城市擴(kuò)張數(shù)量、強(qiáng)度及其對(duì)周邊地類(lèi)的影響,研究?jī)?nèi)容主要集中在城市擴(kuò)張的時(shí)空特征[7-9]、模式[10-11]及預(yù)測(cè)模型[12]上。如:歐陽(yáng)曉等[7]選取不同等級(jí)的城市群作為研究對(duì)象,構(gòu)建人口、經(jīng)濟(jì)與城市用地協(xié)同發(fā)展指數(shù),據(jù)此分析城市用地?cái)U(kuò)張中的人地關(guān)系協(xié)同程度以及不同城市群的城市用地?cái)U(kuò)張時(shí)空特征;劉紀(jì)遠(yuǎn)等[10]首次提出利用凸殼原理識(shí)別建設(shè)用地?cái)U(kuò)張類(lèi)型的方法,該方法將城市用地類(lèi)型分為填充式和延伸式類(lèi)型,定量分析了城市擴(kuò)張類(lèi)型的問(wèn)題;俞艷等[11]以武漢市作為案例區(qū),采用公共邊測(cè)度法構(gòu)建城市擴(kuò)張模式模型,用以分析武漢市城市擴(kuò)張模式。但在中觀尺度下,區(qū)域內(nèi)部典型城市之間的差異對(duì)比略有不足。3)在建設(shè)用地信息提取方面,遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)已成為最主要的技術(shù)手段,國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者在研究城市擴(kuò)張的過(guò)程中都利用了遙感影像提取城市建設(shè)用地,廣泛運(yùn)用擴(kuò)張速度、分型指數(shù)、蔓延指數(shù)等指標(biāo),對(duì)城市擴(kuò)張進(jìn)行定量化研究探索[13-16]。

從現(xiàn)有的研究來(lái)看,目前針對(duì)東北地區(qū)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的研究不及發(fā)達(dá)地區(qū)豐富,在東北地區(qū)人口不斷外流的城市化背景下研究城市擴(kuò)展態(tài)勢(shì)和模式或許可以為新型城市化提供參考?；诖?研究選取遼寧省不同方位的沈陽(yáng)、大連、丹東、朝陽(yáng)4個(gè)城市為典型案例城市,以1990、2000、2010、2020年4期遙感影像解譯數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)30年來(lái)4個(gè)城市的建設(shè)用地占比擴(kuò)張強(qiáng)度、形態(tài)和模式等特征和時(shí)空差異進(jìn)行分析,以期為城市擴(kuò)張研究提供數(shù)據(jù)支持及為新型城市化建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)源

1.1 研究區(qū)概況

遼寧省位于東北地區(qū)南部,與黃海,渤海相連,西南與河北接壤,西北與內(nèi)蒙古毗連,東北與吉林為鄰,屬溫帶季風(fēng)性氣候。在地形地貌上,全省整體是“六山一水三分田”,呈馬蹄形,向渤海傾斜。目前,全省下轄14個(gè)地級(jí)市、16個(gè)縣級(jí)市、25個(gè)縣、59個(gè)市轄區(qū)。

研究選取遼寧省不同方位的沈陽(yáng)、大連、丹東、朝陽(yáng)4個(gè)城市為典型案例城市(圖1),其中:沈陽(yáng)位于遼寧省中部,為省會(huì)城市;大連為東南沿海僅次于沈陽(yáng)的大城市;丹東位于遼寧東部,是全省重要生態(tài)屏障區(qū);朝陽(yáng)位于遼寧省西部,歷來(lái)是溝通內(nèi)蒙古、京津冀的交通要道。

a． 研究區(qū)位置;b. 沈陽(yáng)地勢(shì);c. 大連地勢(shì);d. 丹東地勢(shì);e. 朝陽(yáng)地勢(shì)。

截至2022年,遼寧省的城鎮(zhèn)化水平整體呈現(xiàn)上升趨勢(shì),并始終快于全國(guó)平均發(fā)展水平;2010年開(kāi)始,遼寧人口出現(xiàn)凈流出,城鎮(zhèn)化進(jìn)程開(kāi)始放緩。1990年,沈陽(yáng)市GDP排名全國(guó)第7,到2000年排名14,2010年排名17,經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長(zhǎng)速度呈下滑趨勢(shì);大連市經(jīng)濟(jì)30年間迅速發(fā)展,但增長(zhǎng)率同沈陽(yáng)市一樣,逐步下滑;丹東市經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)中高速增長(zhǎng),到2020年地區(qū)生產(chǎn)總值和城鄉(xiāng)居民人均收入比2010年翻一番;朝陽(yáng)市GDP總量由1990年的32.88億元增長(zhǎng)為2020年的876億元,增長(zhǎng)了25.6倍,經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。遼寧省“十四五”規(guī)劃中明確提出,主動(dòng)適應(yīng)國(guó)家重大區(qū)域戰(zhàn)略要求,形成以沈陽(yáng)、大連“雙核”為牽引的“一圈一帶兩區(qū)”區(qū)域發(fā)展格局。

研究區(qū)4個(gè)城市分別位于遼寧省中部平原、濱海平原和東西部丘陵區(qū),存在地形差異,且城市間經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r也不相同,具有一定代表性。

1.2 數(shù)據(jù)獲取與預(yù)處理

1)遙感數(shù)據(jù)。研究區(qū)土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.resdc.cn),研究時(shí)段分別選取為1990、2000、2010及2020年。其中1990、2000、2010 年各期數(shù)據(jù)的遙感解譯主要使用 Landsat-TM/ETM(enhanced thematic mapper)遙感影像, 而2020 年土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)更新主要使用Landsat 8 遙感影像。土地利用數(shù)據(jù)的分類(lèi)系統(tǒng)采用三級(jí)分類(lèi)系統(tǒng)[17-18]：一級(jí)分為6 個(gè)類(lèi)型,主要根據(jù)土地資源及其利用屬性,分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用土地;二級(jí)主要根據(jù)土地資源的自然屬性,分為 25個(gè)類(lèi)型;三級(jí)分為8個(gè)類(lèi)型。分類(lèi)精度達(dá)97.3%,分辨率為30 m。對(duì)4期數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一柵格轉(zhuǎn)矢量并統(tǒng)一投影,對(duì)屬性信息分類(lèi)整理。

2)城市建設(shè)用地界定。依據(jù)《城市用地分類(lèi)與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50137—2011)[19],城市建設(shè)用地[20-22]指城市內(nèi)的居住用地、公共管理與公共服務(wù)用地、商服用地、工業(yè)用地、物流倉(cāng)儲(chǔ)用地、道路與交通設(shè)施用地、公用設(shè)施用地、綠地與廣場(chǎng)用地[23-24]。本研究“城市建設(shè)用地”與上述標(biāo)準(zhǔn)在內(nèi)涵上保持一致,并結(jié)合中國(guó)土地利用/土地覆蓋遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分類(lèi)系統(tǒng)中的1980—2020 LUCC(land-use and land-cover change)分類(lèi)體系,對(duì)研究區(qū)4個(gè)時(shí)期城市建設(shè)用地空間信息進(jìn)行提取,利用ArcGIS軟件將解譯數(shù)據(jù)中的二級(jí)類(lèi)涉及的城鎮(zhèn)用地并為一級(jí)類(lèi)作為城市建設(shè)用地遙感解譯標(biāo)準(zhǔn),最終提取4個(gè)典型城市4個(gè)時(shí)期的建設(shè)用地用于后續(xù)研究。

3)其他數(shù)據(jù)。行政邊界數(shù)據(jù)來(lái)源于遼寧省自然資源廳,高程數(shù)據(jù)由地理空間數(shù)據(jù)云下載并經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)與預(yù)處理。

2 研究方法

2.1 擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)

擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)(I)[7]是指某空間單元在不同時(shí)期內(nèi)城市用地?cái)U(kuò)張面積占原有城市面積的百分比,反映不同時(shí)期城市用地?cái)U(kuò)張情況,可用于研究城市用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度,縱向?qū)Ρ瘸鞘械挠玫財(cái)U(kuò)張態(tài)勢(shì)。計(jì)算公式為

(1)

2.2 擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)

擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)[7]為城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度與整個(gè)研究區(qū)城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度的比值,表征不同城市之間擴(kuò)張強(qiáng)度的差異,計(jì)算公式為

(2)

式中:IDn為第n個(gè)城市的擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù);At1、At2分別為t1、t2時(shí)間整個(gè)研究區(qū)的城市用地面積。

2.3 公共邊測(cè)度法

公共邊測(cè)度法[11]是基于幾何思想的研究方法,其中公共邊表示的是2個(gè)面狀要素的公共邊界,可以表達(dá)2個(gè)面狀要素之間的關(guān)系。城市建設(shè)用地由多個(gè)多邊形構(gòu)成,新增城市用地和原始城市用地的公共邊測(cè)度法可用于界定新增用地的擴(kuò)張模式。其計(jì)算公式為

(3)

式中:S為公共邊指數(shù);L為新增城市建設(shè)用地斑塊與現(xiàn)有城市建設(shè)用地斑塊的公共邊長(zhǎng)度;P為新增城市建設(shè)用地斑塊的總邊長(zhǎng)。當(dāng)S=0時(shí),擴(kuò)張模式類(lèi)型定義為飛地式擴(kuò)張;當(dāng)0

a. 飛地式;b. 蔓延式;c. 填充式。

傳統(tǒng)的公共邊測(cè)度法涉及多期數(shù)據(jù)集整理及數(shù)據(jù)批量處理,重復(fù)性工作較多,工作難度及工作量比較繁瑣。為提高數(shù)據(jù)處理效率及準(zhǔn)確性,本研究利用ArcGIS中的二次開(kāi)發(fā)工具Arc Engine進(jìn)行編程。該程序分為3步:首先融合相交分析代碼,提取新增城鎮(zhèn)建設(shè)用地與原有建設(shè)用地公共邊;然后統(tǒng)計(jì)新增建設(shè)用地與原有建設(shè)用地公共邊長(zhǎng)度與新增建設(shè)用地總周長(zhǎng);最后根據(jù)式(3)計(jì)算公共邊指數(shù),確定擴(kuò)張模式。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市建設(shè)用地空間分布與變化

3.1.1 不同時(shí)段提取結(jié)果與空間分布

整理經(jīng)過(guò)精度驗(yàn)證的遙感解譯結(jié)果并進(jìn)行空間制圖,用以分析不同時(shí)段城市建設(shè)用地?cái)?shù)量和空間分布特征,結(jié)果見(jiàn)表1、圖3—圖6。

表1 城市建設(shè)用地面積及占比匯總表

圖3 1990—2020年沈陽(yáng)市建設(shè)用地空間分布

根據(jù)表1,1990年沈陽(yáng)、大連、丹東、朝陽(yáng)城市建設(shè)用地占地總面積為636.48 km2,至2020年城市建設(shè)用地總面積為1 552.87 km2,30年間城市建設(shè)用地面積共增長(zhǎng)了916.39 km2,建設(shè)用地迅速擴(kuò)張。4個(gè)時(shí)期城市建設(shè)用地面積從大到小均為沈陽(yáng)、大連、丹東、朝陽(yáng)。4個(gè)城市中,沈陽(yáng)城市總面積較小,城市建設(shè)用地面積和城市建設(shè)用地面積占比均最大;而朝陽(yáng)城市總面積最大,建設(shè)用地面積最小,說(shuō)明城鎮(zhèn)化率最低,其原因歸于朝陽(yáng)市山地丘陵較多,可供城市發(fā)展的局限性較大。整體上,30年間建設(shè)用地占比呈上升趨勢(shì),且隨著時(shí)間推移擴(kuò)張態(tài)勢(shì)更加明顯,但不同城市間存在明顯差異。

如圖3和表1所示,沈陽(yáng)城市建設(shè)用地分布情況相對(duì)聚集。1990年,城市建設(shè)用地面積為307.68 km2,主要集中分布在皇姑區(qū)及大東區(qū)南部,沈河區(qū)西部,于洪區(qū)、和平區(qū)及鐵西區(qū)北部;到2020年,建設(shè)用地面積增長(zhǎng)為730.25 km2,空間上蔓延至北部的沈北新區(qū)及南部的渾南區(qū)和蘇家屯區(qū),向主城區(qū)東南部和東北部擴(kuò)張明顯。沈陽(yáng)作為遼寧省省會(huì),且建成區(qū)多位于沖積平原,行政區(qū)域面積大,存在較為可觀的擴(kuò)展空間。

如圖4和表1所示,大連城市建設(shè)用地空間演變同樣十分顯著,截至2020年,城市建設(shè)用地面積為562.49 km2,4個(gè)時(shí)期城市建設(shè)用地占比分別為1.53%、2.30%、3.03%、4.47%,增長(zhǎng)變化僅次于沈陽(yáng),但遠(yuǎn)高于朝陽(yáng)和丹東。空間上,大連城市建設(shè)用地主要集中在南部沿海區(qū)域,如金州區(qū)南部、甘井子區(qū)、西崗區(qū)、中山區(qū)等,少量零散分布在瓦房店市、普蘭店區(qū)和莊河市。1990—2020年,城市建設(shè)用地空間擴(kuò)展多基于原有土地斑塊。

圖4 1990—2020年大連市建設(shè)用地空間分布

如圖5和表1所示,丹東北部山地丘陵較多,城市建設(shè)用地較少,城市建設(shè)用地主要分布在東南沿海的元寶區(qū)、振興區(qū)及振安區(qū)。丹東建設(shè)用地面積和占比處于中低水平狀態(tài),截止到2020年,城市建設(shè)用地面積僅為167.03 km2,4個(gè)時(shí)期城市建設(shè)用地占比分別為0.55%、0.60%、0.78%、1.10%,丹東城市建設(shè)用地均處于增長(zhǎng)狀態(tài),但遠(yuǎn)落后于沈陽(yáng)和大連,城市空間變化較小。

如圖6和表1所示,朝陽(yáng)山地較多,以低山、丘陵為主要地形特征,城市建設(shè)用地分布零散;所以城市建設(shè)用地占比在4個(gè)城市中最低,4個(gè)時(shí)期建設(shè)用地面積分別為52.65、56.87、80.22、93.10 km2,空間分布上變化差異較小,基本處于相對(duì)緩慢的勻速增長(zhǎng)狀態(tài)。

圖6 1990—2020年朝陽(yáng)市建設(shè)用地空間分布

3.1.2 空間變化態(tài)勢(shì)

1)建設(shè)用地占比。整體上,4個(gè)城市建設(shè)用地占比從1990年的4.74%增長(zhǎng)到了2020年11.72%(表1),城市建設(shè)用地增長(zhǎng)情況明顯。根據(jù)表1繪制4個(gè)城市不同時(shí)段建設(shè)用地占比對(duì)比折線圖(圖7),反映建設(shè)用用地增長(zhǎng)特征,進(jìn)一步分析不同城市之間的增長(zhǎng)差異。從圖7可見(jiàn):在1990、2000、2010、2020年4個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上,4個(gè)城市建設(shè)用地占比從大到小均為沈陽(yáng)、大連、丹東、朝陽(yáng),與城市自身大小基本一致;但城市間也存在一些差異,從變化曲線上看,朝陽(yáng)和丹東的城市發(fā)展明顯低于沈陽(yáng)和大連,城市建設(shè)用地占比增長(zhǎng)變化不大,大連在研究期間一直保持了較快的增長(zhǎng)變化,沈陽(yáng)在2020年增長(zhǎng)明顯。

圖7 城市建設(shè)用地占比對(duì)比圖

2)空間變化。為了清晰地表達(dá)建設(shè)用地空間增長(zhǎng)情況,利用ArcGIS軟件分析功能,以1990年建設(shè)用地矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),對(duì)提取的城市建設(shè)用地進(jìn)行一系列擦除及相交處理,將各時(shí)段各城市建設(shè)用地增長(zhǎng)情況用一張圖呈現(xiàn),用以分析城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)展的空間特征,結(jié)果見(jiàn)圖8。30年間沈陽(yáng)城市建設(shè)用地表現(xiàn)出較為典型的同心圓擴(kuò)張態(tài)勢(shì),即以主城區(qū)為圓心,逐次向外圍蔓延擴(kuò)張(圖8a);大連城市建設(shè)用地主要在南部沿海區(qū)域呈“C”字狀不規(guī)則擴(kuò)張?jiān)鲩L(zhǎng)(圖8b);丹東(圖8c)和朝陽(yáng)(圖8d)城市建設(shè)用地面積較小,城市化率低,城市擴(kuò)形態(tài)趨于一致,空間分布來(lái)看,城市擴(kuò)張形態(tài)呈低密度連續(xù)蔓延狀態(tài),無(wú)明顯規(guī)律。

a. 沈陽(yáng)市;b. 大連市;c. 丹東市;d. 朝陽(yáng)市。

3.2 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度空間分異特征

研究城市建設(shè)用地空間分布及面積占比的同時(shí),需對(duì)城市擴(kuò)張強(qiáng)度進(jìn)行空間量化研究,基于式(1)和式(2)分別計(jì)算4個(gè)城市的城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)和擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù),結(jié)果見(jiàn)表2、圖9、表3、圖10。

表2 擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)

表3 擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)

圖9 擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)

圖10 擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)

3.2.1 擴(kuò)張強(qiáng)度

分析發(fā)現(xiàn),不僅不同城市用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度存在差異,而且同一城市不同時(shí)間段內(nèi)的用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度也存在差異。1990—2000年,大連城市用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度最大,擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)為5.01%,丹東次之,為1.00%,朝陽(yáng)為0.80%,沈陽(yáng)擴(kuò)張強(qiáng)度最小,擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)僅為0.39%;2000—2010年,沈陽(yáng)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)最大,為5.05%,朝陽(yáng)次之,為4.11%,大連為3.17%,丹東擴(kuò)張強(qiáng)度最小,擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)為2.90%;2010—2020年,沈陽(yáng)與大連城市用地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)相近,沈陽(yáng)最大,為5.18%,大連為4.77%,丹東為4.11%,朝陽(yáng)擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)最小,為1.61%(表2)?？偨Y(jié)分析發(fā)現(xiàn),1990—2020年,大連一直處于高速擴(kuò)張狀態(tài),沈陽(yáng)和丹東在第一時(shí)期為低速擴(kuò)張,在第二、第三時(shí)期轉(zhuǎn)為高速擴(kuò)張,朝陽(yáng)由低速擴(kuò)張轉(zhuǎn)至高速擴(kuò)張,又轉(zhuǎn)為中速擴(kuò)張(圖9)?？傮w來(lái)看,擴(kuò)張強(qiáng)度從大到小依次為沈陽(yáng)、大連、丹東和朝陽(yáng)。

3.2.2 擴(kuò)張強(qiáng)度差異

如表3所示,1990—2000年,沈陽(yáng)與大連土地?cái)U(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)相近,分別為1.12和1.03,丹東擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)為0.89,朝陽(yáng)擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)最小,為0.35;2000—2010年,沈陽(yáng)擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)最大,為1.26,朝陽(yáng)為1.03,僅次于沈陽(yáng),大連和丹東相近,分別為0.79、0.73;2010—2020年,沈陽(yáng)擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)降低明顯,僅為0.21,大連擴(kuò)張強(qiáng)度差異指數(shù)為2.64,增長(zhǎng)最多,丹東與朝陽(yáng)相近,分別為0.53和0.42。

總體來(lái)看,如圖10所示,1990—2010年大連及丹東擴(kuò)張差異逐漸減小,沈陽(yáng)及朝陽(yáng)擴(kuò)張差異增大;2000—2020年大連擴(kuò)張差異上升明顯,其余3市都呈下降趨勢(shì),下降幅度從大到小為沈陽(yáng)、朝陽(yáng)、丹東。1990—2020年,除大連外,其余3市城市擴(kuò)張差異逐漸減小,符合城市增長(zhǎng)相位理論[24]中的先擴(kuò)散再集聚。大連由于自身地理位置及發(fā)展情況限制,雖表現(xiàn)出相異的增長(zhǎng)相位,但在后續(xù)城市發(fā)展中,會(huì)趨于集聚。

3.3 城市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張模式及空間差異

根據(jù)公共邊測(cè)度研究方法識(shí)別各新增建設(shè)用地斑塊擴(kuò)張模式,對(duì)不同城市建設(shè)用地空間擴(kuò)張模式進(jìn)行空間制圖和面積統(tǒng)計(jì),以分析擴(kuò)張模式特征。

3.3.1 擴(kuò)張模式差異

圖11為1990—2020年城市擴(kuò)張模式空間圖。由圖11a可知,1990年沈陽(yáng)城市建設(shè)用地集中分布在皇姑區(qū)及大東區(qū)南部,沈河區(qū)西部、于洪區(qū)、和平區(qū)及鐵西區(qū)北部,少量零散分布在沈北新區(qū)中部、新民市東部、遼中區(qū)中部和東部、法庫(kù)縣東北部。1990—2020年,城市建設(shè)用地蔓延式擴(kuò)張較為突出,蔓延式擴(kuò)張用地主要分布在中心城區(qū)四周的沈北新區(qū)南部、于洪區(qū)與皇姑區(qū)交界、鐵西區(qū)北部、蘇家屯區(qū)北部、渾南區(qū)西部;其次是在渾南區(qū)西部和沈北新區(qū)南部的飛地式擴(kuò)張,以及零散分布在核心城區(qū)西部皇姑區(qū)、大東區(qū)和鐵西區(qū)的填充式擴(kuò)張。以蔓延式為主的擴(kuò)張形態(tài)充分利用自然資源,有利于沈陽(yáng)向北部發(fā)展。沈陽(yáng)中心城區(qū)位于東南角,廣大的北部和西部鞭長(zhǎng)莫及,實(shí)際利用和開(kāi)發(fā)不足。

由圖11b可知,1990年大連城市建設(shè)用地集中分布在金州區(qū)南部、甘井子區(qū)、西崗區(qū)和中山區(qū)。1990—2020年,城市建設(shè)用地呈蔓延式擴(kuò)張面積最大,分布特征明顯,主要分布在甘井子區(qū)東北部、金州區(qū)南部,零散分布在瓦房店市東部城區(qū)外圍、普蘭店區(qū)西南部和莊河市南部;建設(shè)用地呈飛地式和填充式擴(kuò)張面積較小,空間特征不明顯,飛地式零散分布在金州區(qū)中部、瓦房店市西部和莊河市西南部,填充式零散分布在甘井子區(qū)城區(qū)內(nèi)部和金州區(qū)城區(qū)內(nèi)部。大連擴(kuò)張模式同樣以蔓延式為主,但飛地式特征相對(duì)明顯,城市發(fā)展迅速但不穩(wěn)定,歸因于城市發(fā)展政策缺乏連貫性,30年間不斷變換戰(zhàn)略發(fā)展方向。

由圖11c可知,1990年丹東城市建設(shè)用地分布在振安區(qū)東部、東港市西部和東部、鳳城市中部和寬甸滿(mǎn)族自治縣中部。1990—2020年,建設(shè)用地主要呈蔓延式擴(kuò)張,主要分布在東港市東部和振興區(qū);建設(shè)用地飛地式擴(kuò)張面積小于蔓延式,主要分布在東港市東北部、鳳城市西北部和寬甸滿(mǎn)族自治縣南部;填充式擴(kuò)張面積較小,空間特征不明顯。丹東飛地式模式擴(kuò)張?jiān)鏊倜黠@,與大連不同之處為丹東堅(jiān)持發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè),合理規(guī)劃開(kāi)發(fā)旅游項(xiàng)目及旅游基地,有序推進(jìn)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口市民化,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)融合發(fā)展、經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)與社會(huì)和諧進(jìn)步。

由圖11d可知,1990年朝陽(yáng)城市建設(shè)用地主要分布在凌源市北部、建平縣南部、龍城區(qū)和雙塔區(qū)交界地帶以及北票市中部。1990—2020年,建設(shè)用地的擴(kuò)張模式主要為蔓延式,空間分布上集中在北票市城區(qū)西南地帶和龍城區(qū)與雙塔區(qū)交界城區(qū)處外圍;朝陽(yáng)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張模式中,飛地式和填充式面積較少,分布特征不顯著。持續(xù)穩(wěn)定的蔓延式擴(kuò)張促進(jìn)朝陽(yáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體呈現(xiàn)企穩(wěn)向好態(tài)勢(shì),發(fā)展后勁明顯增強(qiáng),為未來(lái)承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移奠定了良好的基礎(chǔ)。

總體來(lái)看,遼寧省作為東北老工業(yè)基地,城市發(fā)展模式呈現(xiàn)以蔓延式穩(wěn)定發(fā)展為主、飛地式次之、填充式面積較小的特征。

3.3.2 不同擴(kuò)張模式面積占比差異

基于圖11,分別統(tǒng)計(jì)各城市不同擴(kuò)張模式的面積,并對(duì)其占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果見(jiàn)圖12,用以對(duì)不同擴(kuò)張模式進(jìn)行量化分析。

整體上,在不同研究時(shí)段,4個(gè)城市均以蔓延式擴(kuò)張最明顯,占比最大,普遍在50%以上;填充式擴(kuò)張次之,但在不同城市不同時(shí)段的面積占比差異較大;飛地式擴(kuò)張最少,僅在各城市個(gè)別時(shí)段出現(xiàn)。

不同擴(kuò)張模式在不同城市間也存在一定差異:沈陽(yáng)在1990—2000年以填充式和蔓延式相當(dāng)?shù)膽B(tài)勢(shì)向外擴(kuò)張,后期表現(xiàn)為蔓延式明顯主導(dǎo)的特征;大連一直以蔓延式擴(kuò)張為主要特征,后期3種擴(kuò)張模式并存,但蔓延式擴(kuò)張仍占絕對(duì)優(yōu)勢(shì);丹東城市擴(kuò)張雖在2000—2010年出現(xiàn)3種模式并存的情況,但80%以上的蔓延式擴(kuò)展仍成為其主要擴(kuò)張模式;朝陽(yáng)在1990—2000年擴(kuò)張模式特征與沈陽(yáng)相似,后期一直是3種模式并存,但蔓延式擴(kuò)張面積占比仍保持在50%以上。

4 結(jié)論與討論

1)整體上,4個(gè)城市建設(shè)用地占比由1990年的4.74%增長(zhǎng)到了2020年11.72%,且4個(gè)城市在4個(gè)時(shí)期建設(shè)用地占比從大到小均依次為沈陽(yáng)、大連、丹東、朝陽(yáng),建設(shè)用地占比呈上升趨勢(shì),且隨著時(shí)間推移擴(kuò)張態(tài)勢(shì)更加明顯,但不同城市間存在明顯差異。沈陽(yáng)城市建設(shè)用地近30年表現(xiàn)出較為典型的同心圓擴(kuò)張態(tài)勢(shì);大連城市建設(shè)用地主要在南部沿海區(qū)域呈“C”字狀不規(guī)則擴(kuò)張?jiān)鲩L(zhǎng);丹東和朝陽(yáng)城市擴(kuò)張形態(tài)呈低密度連續(xù)蔓延狀態(tài),無(wú)明顯規(guī)律。

2)1990—2020年,擴(kuò)張強(qiáng)度從大到小依次為沈陽(yáng)、大連、丹東和朝陽(yáng),大連一直處于高速擴(kuò)張狀態(tài),沈陽(yáng)和丹東在第一時(shí)期為低速擴(kuò)張,在第二、第三時(shí)期轉(zhuǎn)為高速擴(kuò)張;朝陽(yáng)由低速擴(kuò)張轉(zhuǎn)至高速擴(kuò)張,又轉(zhuǎn)為中速擴(kuò)張。1990—2020年,沈陽(yáng)、朝陽(yáng)及丹東城市擴(kuò)張差異逐漸減小,大連城市擴(kuò)張差異增大。

3)4個(gè)城市3種擴(kuò)張模式并存,整體上主要以蔓延式擴(kuò)張為主,飛地式次之,填充式占比較小。城市發(fā)展主要呈現(xiàn)的是四周擴(kuò)散的蔓延式發(fā)展。但城市間由于自身發(fā)展需求不同,也存在一定差異。對(duì)于沈陽(yáng),除了要調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)比例外,城市發(fā)展重心向北部移動(dòng)可以幫助沈陽(yáng)擴(kuò)展城市發(fā)展空間,合理布局經(jīng)濟(jì),關(guān)系到城市的未來(lái)發(fā)展上限。大連在追求城市迅速發(fā)展的同時(shí),注重產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,做到穩(wěn)中求快。丹東繼續(xù)發(fā)揮區(qū)位和港口優(yōu)勢(shì),以新一輪?wèn)|北振興為契機(jī),繼續(xù)完善飛地式擴(kuò)張模式,打造東北地區(qū)重要旅游目的地。朝陽(yáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體呈現(xiàn)企穩(wěn)向好態(tài)勢(shì),發(fā)展后勁明顯增強(qiáng),為未來(lái)承接產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移奠定了良好的基礎(chǔ)。

4)研究選取典型城市為案例城市,從空間分布和數(shù)量特征兩方面對(duì)四市建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的時(shí)空分異特征進(jìn)行對(duì)比分析,凸顯不同城市在城市擴(kuò)張中的獨(dú)特性與差異性,為省級(jí)尺度城市建設(shè)用地后續(xù)研究提供借鑒參考。研究只對(duì)研究區(qū)內(nèi)建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的大小、數(shù)量和模式進(jìn)行研究,缺少擴(kuò)張影響因素的分析,后續(xù)可以對(duì)擴(kuò)張驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)一步探討。同時(shí),研究采取4個(gè)時(shí)段30 m分辨率遙感影像進(jìn)行解譯,提取城鎮(zhèn)建設(shè)用地,精度仍有提升空間,后續(xù)可采用更高分辨率影像進(jìn)行研究。