基于服务空间视角的长春市城市功能空间扩展研究
申庆喜,, 李诚固,, 马佐澎, 周国磊, 胡述聚

作者简介:申庆喜(1987-),男,山东金乡人,博士研究生,主要从事城市地理研究。E-mail: shenqx163@nenu.edu.cn

李诚固,教授。E-mail: lcg6010@nenu.edu.cn
摘要

中国快速城镇化背景下城市功能空间迅速扩展引起了广泛关注。以长春市用地现状图和统计资料为数据源,借助ArcGIS和SPSS软件平台,引用多种模型基于服务空间视角研究了1995年以来长春市城市功能空间扩展的特征、效应与驱动机制。研究发现:1995~2013年长春市城市空间扩展迅速,扩展模式整体上以圈层式近域扩张为主,城市与服务空间整体的偏离问题始终存在,城市开发建设过程中服务空间明显滞后于城市空间的扩张。城市空间快速扩展产生了城市蔓延、功能空间失衡和城市功能空间的优化升级等效应。行政因素和社会经济因素是城市空间扩展的主要驱动因素,回归模型结果表明人口城市化和人居环境水平的提高是城市功能空间本质内涵扩展的社会经济核心因素。

关键词: 服务空间; 城市功能空间; 扩展; 驱动机制; 长春市;
The Expansion of the Functional Space of Changchun City Based on Service Space
Shen Qingxi,, Li Chenggu,, Ma Zuopeng, Zhou Guolei, Hu Shuju
Abstract

In the background of rapid urbanization, the expansion of urban functional space is causing widespread concern. The rapid expansion of urban area brings about a series of social and ecological problems. The focus of study is mismatch between expansion of urban area and service facilities. Our study makes use of land status maps and statistical information regarding Changchun City. It is also discussed that the features, effects and driving mechanisms of the functional space expansion of Changchun by citing a variety of models and spatial perspectives based on the availability of service space since 1995. ArcGIS and SPSS were used to reach and support our findings. The study’s findings are as follows: 1) The urban space of Changchun City expanded rapidly between 1995 and 2013. The pattern of urban expansion is still displaying the close field extension known as “circle mode”. Overall deviation problems between the city and service space have always existed. In the process of urban development and construction, the imbalance between functional space and urban space becomes more prominent. 2) The rapid expansion of Changchun’s urban space sparked a series of negative effects, including urban sprawl and an imbalance in urban functional space. However, expansion also promotes the evolution of functional space. The polycentric intra-urban structure has emerged in the metropolitan area. 3) This study also probes the dynamic mechanism of the evolution of the functional space of Changchun City, including administrative and socio-economic factors. We conclude macro urban development strategy results in mismatch between urban and service space, that policy reform promotes expansion of urban area, that socio-economic development is the source for the evolution of urban space. Through the establishment of regression model, the study shows that urbanization in terms of people and the improvement of urban living environments are social and economic core factors of the expansion of the essential connotation of urban functional space.

Keyword: service space; urban functional space; expansion; drive mechanism; Changchun City;

20世纪90年代以来中国进入快速城市化时期,城市事业取得了巨大的成就[1],城市化率由1990年的36.41%提升到2014年的54.77%。城市规模的异速扩张产生了众多负面效应,用地的城市化过度超前于人口城市化[2],“开发区热”和“房地产热”导致了城市土地大量浪费、资金沉淀以及一系列的社会、生态问题,开发区用地圈而不建、厂房空置问题普遍存在,房地产过度开发导致的“鬼城”、“卧城”频见诸报端,这都不能称为真正意义的城市空间。城市快速扩张的同时城市功能空间紊乱,服务与城市空间尤其是与居住、工业空间的不协调问题日益严重,加重了交通拥挤问题。加强城市功能空间和城市土地利用理论与实证研究,可为制定城市土地扩展与开发活动政策提供理论指导,引导城市功能空间走向健康、协调、“精明”的发展道路[3]

城市功能空间分布与地域组合是城市功能组织在空间地域上的投影[4],城市空间扩展是城市社会经济发展规律的外在体现,成为了城市规划学、城市地理学和城市经济学研究的热点领域[5]。城市功能空间布局理论源于20世纪20~40年代的西方国家,柯布西埃等的城市功能分区思想、沙里宁的“有机扩散理论”以及芝加哥生态学派的“同心圆、扇形、多核”三大学说是城市空间结构的经典理论成果。20世纪60年代随着计量革命的兴起,城市功能空间扩展成为研究热点,城市空间扩展的形态、模式、机制研究已较为成熟[6,7],模拟与调控研究也取得了丰富的理论成果[8-10]。国内研究始于20世纪80年代中期,借鉴西方研究基础上针对中国国情不断进行理论与实践的创新,尤其是20世纪90年代以来,随着中国城市化进入快速发展时期,城市扩张问题日益凸显,城市空间扩展研究引起了学术界的广泛关注,涌现出大量关于城市空间扩展特征与机制等的研究[3,5,11]。已有研究主要有3点不足:一是研究多以遥感和土地调查数据为主[11-13],从宏观角度研究城市扩展的强度、格局、分形指数以及土地转变等特征,限于遥感影像解译精度和解译方法的影响,很难对城市内部功能空间用地进行细致划分,而提取城市土地利用的细节特征研究更具实践价值[14];二是研究视角单一,城市功能空间是复杂的巨系统,单从城市整体的用地或人口角度研究难以揭示城市功能空间演化的内在本质;三是实证案例多集中于北京、南京、广州、深圳等主要城市[11,12],对于一般性大城市尤其对东北地区城市关注不足。

本研究认为,在城市异常扩张的背景下,真正的城市空间应该具有完备的服务职能,服务空间尤其是商业服务空间更能反映城市空间的真实扩展水平,而现实中服务与城市空间不协调现象普遍存在。本研究利用长春市土地利用现状图提取1995年、2002年、2008年和2013年4期城市空间用地数据,对比研究1995年以来长春市城市和服务空间的扩张、格局和“中心-外围”分异演变特征,揭示其产生的效应和动力机制。本研究的创新点在于以服务空间为切入点,基于城市功能空间用地数据,对城市功能空间扩展过程中服务与城市空间非协调现象进行定量研究,挖掘城市功能空间紊乱、交通拥挤等问题的根源,为城市空间扩张与演变研究开拓新的思路。旨在以长春市为例揭示中国大城市功能空间异速扩展中出现的问题、效应和动力机制,以期凝练出具有普适性的城市功能空间演变理论概括,为中国大城市功能空间调控制定合理的城市规划、城市发展策略提供实证研究成果。

1 数据来源与研究方法
1.1 研究范围

本次研究区域采用的是《长春市城市总体规划》(2010~2020年)确定的中心城区范围,面积为612.08 km2,截至2013年底中心城区内建成区面积为336.35 km2。研究对象为中心城区以内已经按城市建设规划完成的非农业生产建设用地,包含城市建筑物连片的建成区部分和近郊与城市有着密切联系的城市生产用地,不包含城市道路、城市边缘区水域和森林景观植被。

1.2 数据来源

数据来源为1995年、2002年、2008年和2013年1:10万长春市总体规划用地现状图。运用ArcGIS 10.0软件平台对数据进行几何配准与纠正,依据城市用地分类与规划建设用地标准(GBJ 137-90和GB 50137-2011)[15,16]获取城市用地矢量信息。文中城市用地空间指城市用地分类与规划建设用地标准(GB 50137-2011)中的城市建设用地,不包含城市道路用地(S1)和轨道交通用地(S2);服务用地空间指社会管理与公共服务用地(A)和商业服务设施用地(B)。统计数据主要为相关年份的《长春统计年鉴》[7]和《中国城市统计年鉴》[18]等。

1.3 研究方法

1.3.1 扩张强度指数

描述一定时期内某类土地的扩张面积占该类总用地面积的百分比[3],用于比较不同时期土地扩张的强弱程度。计算公式为:

K = U b - U a U a × 1 T × 100 % (1)

式(1)中,K为研究阶段某类用地的扩张强度指数,UaUb分别为研究初、末期该类用地面积,T为间隔年数。

1.3.2 重心分布法

空间重心分布是描述地理现象空间分布的重要指标,可用于城市空间和土地利用类型演变的研究。计算公式如下:

P j x j , y j = ( i = 1 n w i x i i = 1 n w i , i = 1 n w i y i i = 1 n w i ) (2)

式(2)中,Pixi,yi)为第i个地块的质心坐标,wi为第i地块面积的属性值,作为i地块的权重,Pjxj,yj)为第j年的重心坐标。

1.3.3 标准差椭圆

标准差椭圆(Standard deviational ellipse,SDE)广泛应用于土地利用、景观格局以及经济、人口分布等方面的研究。SDE主要由3要素构成:转角θ、沿长轴的标准差、沿短轴的标准差,长轴为空间分布最多的方向,短轴为空间分布最少的方向[19]

1.3.4 圈层分析法

针对环系统研究中硬性地将城市用地划分为严格的“中心-外围”圈层,忽视了城市形态特征的弊端,本研究以人民广场为圆心、500 m为半径作外推环带44个(图1),仅计算中心城区内对应的建设用地密度[20]。计算公式为:

P i = A i M i × 100 % (3)

式(3)中,Pi指第i圈层用地的密度,Ai为第i圈层用地面积,Mi为第i圈层的面积。

图1 研究范围与圈层划分 Fig.1 Study area and the circle division in Changchun City

2 长春市城市空间扩展特征研究
2.1 扩展强度分析

1995~2013年长春市城市空间扩张迅速,扩展模式整体上仍以“圈层式”近域扩张为主,单一圈层式城市形态仍未发生根本转变。近20 a长春市城市空间扩展方向以“东北-西南”工业翼和东南净月组团的扩展最为显著,形成了“人”字形的空间扩张格局。从扩张强度来看,1995年以来长春市城市空间整体处于快速扩张状态,城市和服务空间均经历了“高速-超高速-低速”的增长过程。1995~2013年长春市城市空间扩张强度达到5.352%,年均增长面积为8.318 km2,服务空间的扩张强度也达到8.802%的较高水平。其中,1995~2008年服务空间扩张强度略大于城市空间,1995~2002年和2002~2008年服务空间年均增加面积分别达到0.644 km2和1.888 km2,扩张迅速,说明这一时期长春市服务职能作用不断增强。2008~2013年城市扩张强度整体开始下降,并且服务空间扩张强度(1.796%)明显低于城市空间(2.528%),服务空间配套不足问题凸显。

2.2 扩展格局特征分析

重心分析。1995年以来长春市城市与服务空间用地重心整体布局较为一致,但差异也是客观存在的(图2):1995~2008年城市和服务空间用地重心分别向南偏东10.142°位移2.178 km和南偏东8.664°位移1.939 km,变化相对一致,体现出国际汽车产业园区、南部中心城区和净月潭综合发展区引导下的南部城市空间迅速扩展态势,但城市空间重心移动的偏角和距离均大于服务空间,即南部和东南部城市快速建设过程中存在服务空间建设滞后现象;2008~2013年城市空间重心向北偏东1.332°位移了0.127 km,而服务空间重心向南偏东71.212°位移了0.270 km,位移距离较小但方向差别大,位移距离较小说明2008~2013年长春市城市空间扩张过程中未出现大规模的新组团,位移方向不同主要是因为长东北地区快速建设了一批缺少服务空间支撑的工业和居住空间,而东南部净月区新增服务空间比重相对较高。

图2 长春市城市与服务空间布局的SDE与重心分布 Fig.2 The SDE and center of gravity on urban and service space of Changchun

SDE分析。城市空间1995年、2002年、2008年和2013年SDE的长轴与短轴均持续增大,历年的SDE呈“年轮式”分布(图2),验证了长春市单一“圈层式”的扩展模式,除净月组团外,长春市近20 a来未形成大规模的城市外部组团。从城市与服务空间SDE旋转角的对比可以看出,城市与服务空间的SDE明显“偏离”,说明长春市城市与服务空间分布整体上存在较大的偏差,城市用地空间的SDE呈现“西南-东北”方向布局,这与长春市大致呈“西南-东北”向的城市形态布局一致,而服务空间布局的SDE仅1995年呈“西南-东北”方向布局,2002年、2008年与2013年均呈现“西北-东南”方向布局,相对于城市空间,服务空间布局更偏向于城市南部和东南部,这主要是受1995年以来东南部净月组团、南部中心城服务空间快速建设的影响,造成了城市与服务空间分布整体方位上的偏差。

2.3 扩展的“中心外围”特征分析

整体来看,距城市中心6.0 km以内1995年以来城市空间密度均达到70%以上(图3a),城市用地空间圈层密度曲线变化不明显,属于开发较早老城区,本区对应城市“二环”以内和外侧的部分区域。距城市中心6.0 km以外,随着距离的增加,城市空间密度逐渐降低,城市开发强度表现出由中心向外围逐步降低的总趋势。距城市中心6.0~8.0 km,大致对应“三环”两侧区域城市用地空间密度增长明显,1995~2013年间本区域由“城郊”转变为“内城”,各类城市用地“镶嵌式”填充。距城市中心8.0~22.0 km是近20 a城市扩张最为显著的区域,基本属于“三环”以外,1995年、2002年、2008年和2013年每个阶段城市空间密度都有明显的增长,其中距城市中心13.0 km以外1995年之前未出现城市建设用地,经过近20 a的快速建设,8.0 ~20.0 km之间的城市用地空间密度均已达到20%以上。

图3 各研究年份城市空间(a)和服务空间(b)“中心-外围”圈层用地密度变化 Fig.3 The change of density of land on urban space (a) and service space (b) from the city center to its periphery in different years

与城市用地空间扩张特征不同,服务用地空间密度值(图3b)随着距城市中心距离的增大迅速降低,表现出极强的核心区集聚特征,服务用地空间密度较高区域主要分布于距人民广场4.0 km以内的城市核心区,数值基本在10%以上。距人民广场4.0~8.0 km用地密度明显偏低,整体低于10%,但1995~2013年期间增长明显,本区大致相当于城市“二环”至“三环”外围之间,即研究期间服务空间增长较为明显的区域主要位于城市核心区的外围。距人民广场8.0 km以外服务空间增长缓慢,与城市空间的快速扩张明显不相适应,说明1995~2013年城市外围空间快速扩张过程中服务空间扩张滞后特征明显。从2013年服务空间用地密度曲线可以看出外围曲线波动明显,出现若干个明显的波峰,说明城市外围仅有的服务空间分布极不均匀,这和近些年随着商业业态的多样化,城市外围出现了一批大型的购物中心(如欧亚卖场)密切相关。

3 长春市城市空间扩展效应
3.1 城市规模壮大与城市蔓延

城市空间的迅速扩展为社会经济的快速发展提供了充足的空间,经开区、高新区、净月区等外围开发区用地规模迅速壮大,客观上促进了长春市发展成为现代化大都市的进程。1995年以来长春市的服务空间迅速壮大,2013年的服务空间用地面积约为62.58 km2,第三产业产值为2 011.29亿元,分别是1995年的3.1倍和26.07倍,增长幅度巨大,城市服务职能明显提升,促进了由老工业城市向现代化综合型大都市的演进。1995年以来长春市城市蔓延问题突出,城市空间扩张的高速度、低密度、外延式、无序化特征明显[21],城市的快速扩展带来了一系列负面效应,城市近域扩张导致交通拥堵、环境污染等“大城市病”问题严重,对生态开敞空间和农田的大规模侵占也是不争的事实,征地过程中对失地农民和城市弱势群体补偿不公导致社会剥夺等社会问题不得不引起重视。姚士谋[2]指出,中国的土地城镇化快于人口城镇化,城市蔓延问题严重,出现了冒进式的土地失控,这种现象在超过100万人口的大城市尤为严重,长春市正经历着中国大城市普遍存在的“成长的烦恼”。

3.2 城市功能空间失衡

中国大城市功能空间紊乱问题普遍存在,城市各功能空间的不协调导致城市运行的低效率。本文研究发现长春市城市与服务空间整体错位明显,“西南-东北”工业翼的服务空间建设缓慢;服务空间过度集聚于城市核心区,外围比重较低且分布极为分散,外围尤其是“三环”以外服务空间显著滞后于城市空间建设。服务空间与其他城市功能空间的融合水平较低,导致服务与就业、服务与居住职能的严重分离和城市居民出行距离的大幅度增加。虽然长春市加快了交通设施的建设与完善步伐,建设了“三纵两横”的快速交通系统,但仍未能有效解决城市交通拥挤问题。

3.3 城市功能空间优化升级

首先,“退二进三”的调整效果显著。20世纪90年代,中国大城市普遍开始重视“退二进三”的发展战略,长春市经过将近20 a的调整取得了显著成效,城市核心区高污染、能耗大、效率低的企业纷纷迁出,为城市核心区发展现代服务业提供了重要条件,核心区服务空间进一步集聚,工业包围城市的空间格局有所转变,城市功能分区更为显著,城市空间结构更为合理。其次,多中心城市形态的初步显现。长春市已由20世纪90年代初期单一集中式城市空间形态开始转变为由主城和6个外围具备一定规模组团构成的多中心城市空间形态,其中规模较大的组团为东南部净月组团、西南富锋组团和东北兴隆组团,规模较小组团为西部沿皓月大路的双边组团、沿省道306的合心组团和西北部沿国道302的兰家组团,长春市城市空间扩张表现为集聚的“蔓延式”为主,“分片式”和“轴向式”多种扩张模式并存的局面。第三,新型城市空间的崛起。主要以净月开发区和以市政府为核心的“南部新城”为主,依托有利的生态条件和政策机遇,现代高新技术产业和服务业发展迅速,成为了新型城市空间建设的重要区域。

4 长春市城市空间扩展的动力机制

国内外学者对城市空间扩张动力机制研究已取得丰富成果[11,12,21-23],已有研究成果表明,城市空间扩张的主要驱动因素有行政因素、社会经济因素、自然环境因素(地形、水域等)和人文因素。自然环境和人文影响因素往往难以进行人为调控,本文着重分析行政因素和社会经济因素对城市空间扩展的动力机制。

4.1 行政因素

政府宏观的发展策略是导致长春市城市与服务空间偏离的主要原因,政府主导大型项目的建设、开发区的设立以及城市规划导向是城市空间格局确立和快速扩展最直接、最重要的驱动因素[24]。1995年以来长春市历次城市规划与发展战略中“西南-东北”两翼均为工业组团,而南部新城和净月组团均确立为以现代服务职能为主的现代城市空间,从根本上导致了城市与服务空间整体上的偏离。1993年以来相继设立的经济开发区、高新技术开发区和净月开发区以优惠的政策、低廉的土地价格和完善的基础设施吸引投资,成为了城市空间扩张的主要方向。居住、工业和服务空间建设主体的差异是导致外围服务空间滞后的重要原因,居住、工业空间的建设主体是投资商和开发商,以追求近期最大利益为主要目的,而带有社会福利性质的服务空间多为“政商合建”项目,政府和城市规划对开发商与投资商建设行为约束力度的有限和政府投资的乏力,导致了城市外围服务空间的普遍滞后。

政策变革为城市空间扩展提供助推力。第一,土地利用体制转变。1990年国务院颁布《城镇国有土地使用权出让和转让暂行条例》,城市的土地供给能力大大增强,加之改革开放以来分权化政策不断深入提高了地方政府对土地出让的积极性,共同导致了城市规模的迅速壮大。市场经济条件下商业服务业付租能力较高,得以在城市核心高地价区集聚,而行政和公共设施职能用地则在政府调控下保留于核心区。第二,住房分配制度改革。1998年国务院颁布《关于进一步深化城镇住房制度改革加快住房建设的通知》,促进了住房市场的大发展,推动了居住的郊区化和旧城更新,长春市居住空间已由1995年的“三环”以内扩展到“四环”以外乃至郊区,但也导致了单一居住空间扩展过程中服务配套严重不足的问题。第三,东北老工业基地振兴、长吉图开发开放先导区设立等政策倾斜促进了长春市产业的发展和各类园区的建设,加之长春市实施多年的“退二进三”城市发展政策,工业职能不断转移到郊区、园区,服务职能进一步在核心区集聚,促进了工业的郊区化和城市功能空间的逐步分离。

4.2 社会经济因素

首先,人口城镇化是导致建设用地扩张的主要因素之一[12],2013年长春市辖区人口是1995的1.35倍,城市人口的迅速增长对城市空间形成更大的需求。其次,经济总量的增长需要空间作支撑,也为城市建设提供物质基础,1995~2013年长春市GDP和人均GDP分别增长12.77倍和11.87倍,Seto[25]指出中国每年有接近一半的城市扩张是由人均GDP的增长导致的,认为人均GDP增长是城市扩张的最主要驱动机制。第三,交通设施的完善对城市扩展起到重要的促进和引导作用,1990年代以来长春市区三、四环线,轻轨一、二期工程以及“三纵两横”快速交通系统等重要交通设施相继建设完成,为城市空间的扩展和服务空间的集中布局提供重要支撑。第四,社会进步需求。居民生活水平的提高开始对居住环境提出更高要求,郊区高档居住空间应运而生,促进了城市外围尤其是净月区城市空间的扩展;私家车的普及、网络远程购物和办公的兴起,深刻改变着城市居民的生活方式,支撑了城市规模的大幅度扩展和城市功能空间的分离;技术进步引起了产业结构与形态的转变,促进了城市功能空间的调整和外围新产业空间的崛起。

对于社会经济类因素分析学者们多采用回归分析的方法[26,27]。以1995~2013年长春市区公共设施用地面积代表服务空间(Y1),建成区面积代表城市空间(Y2),选取六大类24个指标,借助SPSS 17.0软件运用多元回归分析方法定量分析社会经济因素对长春市服务与城市空间演变驱动机制:人口城市化类X1(市辖区年末总人口x11,市辖区非农人口x12,非农人口/总人口x13),经济水平类X2(市辖区GDP x21,市辖区第二产业总值x22,市辖区第三产业总值x23,工业总产值x24,建筑业产值x25,社会消费品零售总额x26),人民生活水平类X3(人均GDP x31,市辖区国有企业工资x32,城市人均可支配收入x33,人居住宅面积x34),科教文卫水平类X4(高等学校在校人数x41,市辖区科学支出x42,市辖区教育支出x43,每万人医疗床位数x44,全市拥有病床数x45),交通条件类X5(全市道路面积x51,全市道路长度x52,全市私有汽车保有量x53),对外开放水平类X6(进出口总额x61,市辖区实际利用外资金额x62,进出口总额/GDP x63)。考虑到各类指标时间跨度较长和量纲各异,对数据统一进行标准化处理,经相关分析结果显示所有因子都通过0.05的显著性检验,各类因子相关系数都在0.90以上。经主成分分析得到6类指标的第一主成分,贡献率分别为97.797%、99.398%、96.479%、89.847%、99.429%和81.405%,以此代表各类指标特征,建立多元回归方程。

经测试,通过检验并且较为理想的模型为:

Y1=-1.056+0.734X1+2.163X4

(式中R2=0.968,sig<0.001)

Y2=-1.196+0.695X1+2.454X2Y2=-1.144+

1.006X1+1.917X4(式中R2=0.973,sig<0.001)

可见人口城市化和城市人居环境水平的提高是城市功能空间本质内涵扩展的社会经济核心因素,人口的城市化才是城市化的本质。经济水平的提高对城市空间扩张影响显著,这在某种程度上说明1995年以来长春市城市空间的超速扩张是经济总量催生的结果,经济总量的增加并未对服务空间扩张产生应有的影响,验证了服务空间能更好的代表城市空间真实扩张水平的假设,揭示了服务空间建设滞后的本质。

5 结论

第一,1995~2013年长春城市和服务空间增长均经历了“高速-超高速-低速”的增长过程,城市扩展模式整体上仍以“圈层式”近域扩张为主;城市与服务空间整体的偏离问题始终存在,城市建设过程中各功能空间失衡问题突出,尤其是居住、工业空间的服务配套严重不足;服务空间表现出极强的中心集聚特征,外围仅有的服务空间用地布局较为分散,服务空间的郊区化严重滞后于居住、工业空间,与城市功能空间的快速扩张不相适应,带来交通的不便与城市功能空间结构性浪费。第二,揭示了城市空间快速扩展的效应,指出长春市城市空间的快速扩张引发了城市蔓延和城市功能空间失衡等一系列负面效应,但同时也促进了城市功能空间的演化升级,都市区范围内多中心的城市空间结构开始形成。第三,主要从行政因素和社会经济因素2个方面探索了长春市城市功能空间演变的动力机制,认为宏观的城市发展策略是导致城市与服务空间整体偏离的重要原因,政策变革为城市空间扩展提供助推力,社会经济发展是城市空间演变的源动力,通过建立回归模型表明人口城市化和城市人居环境水平的提高是城市功能空间本质内涵扩展的社会经济核心因素。

城市空间出现了城市与服务空间严重偏离的现象,客观上增加了居民的出行距离,是导致城市交通拥挤的重要因素。城市外围缺乏服务空间支撑的城市空间扩张是房地产开发和开发区“圈地”的结果,造成了耕地侵占、资金沉淀和社会问题,难以代表城市化和城市建设真实水平。基于以上问题,未来制定城市空间调控政策与规划时,一是应以服务空间来客观评价城市功能空间真正的发展水平,构建紧凑的、功能混合的城市空间,在城市功能分区的基础上促进局部的城市空间融合,从根本上减少通勤交通;二是借鉴“精明增长”城市发展模式,用足存量空间,减少城市的盲目扩张,改变城市浪费资源的不可持续发展模式;三是应鼓励外围单一功能城市组团向综合性城市空间转变,提高外围组团居住、服务、就业的综合配套能力,降低外围组团对中心区过分依赖而导致交通量的大规模增加,同时应避免外围组团被主城的圈层式扩张所吞并,引导城市走向多中心的城市空间形态。

城市功能空间扩展是复杂的系统过程,受资料与技术水平限制,未能对城市功能空间扩展过程中的人口流动、经济指标分布以及居民个体行为进行深入研究。中国大城市功能空间分区特征普遍较为显著,如何在功能分区的大框架下实现小范围的城市功能融合,也需要进一步从微观层面研究城市功能用地空间的耦合关系。

The authors have declared that no competing interests exist.

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[5] 闫梅, 黄金川. 国内外城市空间扩展研究评析[J]. 地理科学进展, 2013, 32(7): 1039-1050.
城市空间扩展是城市化过程的重要标志, 而城市土地利用变化又是城市空间扩展最为直接的表现形式。随着全球城市化的推进, 城市空间扩展已成为国内外城市发展研究中的热点领域。国外城市空间扩展研究发端于20 世纪60 年代的计量地理革命, 中国城市空间扩展的研究自80 年代中期开始;2000 年以来, 伴随中国城市化的快速发展, 城市空间扩展问题日益突出, 城市空间扩展研究逐渐成为热点, 有关研究成果更是大量涌现。本文根据国内外城市空间扩展研究内容的变化, 运用文献资料法和对比分析法, 从扩展形态、扩展模式、动力机制、模拟预测、效应与调控5 个方面对城市空间扩展研究进行了系统总结与梳理。在国外与国内比较研究与综合分类基础上, 重点评析现阶段国内相关研究的特点和不足, 并对中国未来城市空间扩展的研究趋势进行了展望。
DOI:10.11820/dlkxjz.2013.07.007      [本文引用:2]
[Yan Mei, Huang Jinchuan.Review on the research of urban spatial expansion. Progress in Geography, 2013, 32(7): 1039-1050.]
[6] Hoffhine Wilson Emily, Hurd James D, Civco Daniel L et al. Development of a geospatial model to quantify, describe and map urban growth[J]. Remote Sensing of Environment, 2003, 86(3): 275-285.
The output urban growth map is a powerful visual and quantitative assessment of the kinds of urban growth that have occurred across a landscape. Urban growth further can be characterized using a temporal sequence of urban growth maps to illustrate urban growth dynamics. Beyond analysis, the ability of remote sensing-based information to show changes to a community's landscape, at different geographic scales and over time, is a new and unique resource for local land use decision makers as they plan the future of their communities.
DOI:10.1016/S0034-4257(03)00074-9      [本文引用:1]
[7] Seto K C, Kaufmann R K.Modeling the drivers of urban land use change in the Pearl river delta,China:Integrating remote sensing with socioeconomic data[J]. Land Economics, 2003, 79(1): 106-121.
[本文引用:2]
[8] Clarke K C, Hoppen S, Gaydos L.A self-modifying cellular automaton model of historical urbanization in the San Francisco Bay Area[J]. Environment and Planning B, 1997, 24(2): 247-261.
In this paper we describe a cellular automaton (CA) simulation model developed to predict urban growth as part of a project for estimating the regional and broader impact of urbanization on the San Francisco Bay area's climate. The rules of the model are more complex than those of a typical CA and involve the use of multiple data sources, including topography, road networks, and existing settlement distributions, and their modification over time. In addition, the control parameters of the model are allowed to self-modify: that is, the CA adapts itself to the circumstances it generates, in particular, during periods of rapid growth or stagnation. In addition, the model was written to allow the accumulation of probabilistic estimates based on Monte Carlo methods. Calibration of the model has been accomplished by the use of historical maps to compare model predictions of urbanization, based solely upon the distribution in year 1900, with observed data for years 1940, 1954, 1962, 1974, and 1990. The complexity of this model has made calibration a particularly demanding step. Lessons learned about the methods, measures, and strategies developed to calibrate the model may be of use in other environmental modeling contexts. With the calibration complete, the model is being used to generate a set of future scenarios for the San Francisco Bay area along with their probabilities based on the Monte Carlo version of the model. Animated dynamic mapping of the simulations will be used to allow visualization of the impact of future urban growth.
DOI:10.1068/b240247      [本文引用:1]
[9] Crooks A, Castle C, Batty M Key.Challenges in agent-based modelling for geo-spatial simulation[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2008, 32(6): 417-430.
[本文引用:0]
[10] Millward Hugh.Urban containment strategies: A case-study appraisal of plans and policies in Japanese, British, and Canadian cities[J]. Land Use Policy, 2006, 23(4): 473-485.
The case studies demonstrate more stringent control on the location, timing, and density of development in Britain and Japan, with shorter time horizons and tighter development boundaries than in Canada. The Canadian cities, however, are moving towards higher densities, to enable transit-oriented development.
DOI:10.1016/j.landusepol.2005.02.004      [本文引用:1]
[11] 黄庆旭,何春阳,史培军.城市扩展多尺度驱动机制分析——以北京为例[J]. 经济地理,2009,29(5):714-721.
厘清土地利用变化与其驱动力之间的关系,是土地利用变化研究的核心,也是建立变化模型和定量 预测的基础。以北京为研究案例,基于遥感影像和GIS技术,获取了1991-2004年北京城市扩展信息,定量分析比较了1991-2004年北京地区面 状、线状和点状三种城市扩展空间过程。并从宏观、中观和微观三个尺度上,分析了北京城市扩展过程的驱动机制。结果表明:①城镇用地扩展过程显著,城镇用地 在区域总面积中所占比例从1991年的9.80%增长到2004年的17.93%;②城市化过程,主要表现为点状、线状和面状城市化三种基本模式;③宏 观、中观和微观三层次的驱动因子影响城市扩展过程。宏观尺度上,城市规划,土地利用政策等政府行为和过去三千年城市发展形成的旧有城市格局从根本上决定了 现代北京城市发展的基本风貌和格局;在中观尺度上社会和经济因素为城市扩展提供了驱动力,最明显的是人口增长和人民生活水平的提高;微观尺度的地形、区位 和交通限制决定了城市扩展的可能性,最利于城市扩展的因子是距高速公路的距离。三者综合作用的结果是1991-2004年北京城市化强度出现一个先增长后 减小的发展趋势。
[本文引用:4]
[Huang Qingxu,He Chunyang,Shi Peijun.Understanding multi-scale urban expansion driving forces: in the case study of Beijing. Economic Geography, 2009,29(5): 714-721.]
[12] 陈江龙, 高金龙, 徐梦月, . 南京大都市区建设用地扩张特征与机理[J]. 地理研究, 2014, 33(3): 427-438.
作为全球城市化最快的地区之一,中国建设用地的扩张引起了广泛的关注。以长三角北翼中心城市南京为例,利用遥感、土地利用调查等数据研究大都市区建设用地扩张的过程、格局与机理。研究表明,1985-2007年南京市在工业化、城市化和国际化的推动下经济快速增长,引致了建设用地的扩张,年均增长率为3.14%。2001年后随着城市发展模式由单中心向多中心转换,建设用地呈加速扩展趋势。南京市建设用地扩展具有明显的沿长江和南北交通走廊轴向发展的特征。开发区和新城建设是南京市建设用地扩张的主要方式。区、县尺度的回归分析表明,人口增加、全球化是城镇工矿用地扩张的重要推手;经济的服务业化有利于土地集约利用,减少对用地的需求,这种影响在城区更大;在分权化竞争中,都市区政府具有更强的控制力。
DOI:10.11821/dlyj201403003      [本文引用:3]
[Chen Jianglong, Gao Jinlong, Xu Mengyue, et al.Characteristics and mechanism of construction land expansion in Nanjing metropolitan area. Geographical Research, 2014, 33(3): 427-438.]
[13] 冯徽徽, 刘慧平. 基于误差反馈控制的变系数城市扩张模型构建及应用[J]. 地理科学, 2014, 34(5): 594-600.
<p>通过模拟结果与实际情况的误差分析,将研究区划分为4 种像元类型,包括漏算误差像元(Omission Error,OE)、超算误差像元(Commission Error,CE)、正确模拟的城市像元(Urban Correct,UC)及正确模拟的非城市像元(Non-urban Correct,NUC)。利用线性规划方法,将误差反馈到城市扩张模型中,动态修正模型系数,构建基于误差反馈控制的变系数城市扩张空间布局模型反映城市扩张的内在特征,最后以北京市为例,模拟了其1997~2009 年的城市扩张过程,通过与传统Logistic-CA 模型的模拟结果对比,验证变系数模型的有效性与实用性。研究结果表明:传统Logistic-CA 模型在2001 年、2005年和2009 年的模拟精度分别为73.842%、64.704 %和63.953%,而基于误差反馈控制的变系数城市扩张模型的模拟精度分别为75.624%、66.537%和69.142%,较Logistic-CA回归模型提高了1.782、1.833 和5.189 个百分点,取得了更好的模拟效果。</p>
[本文引用:1]
[Feng Huihui, Liu Huiping.The variable-coefficient urban growth model based on the error feedback control. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34(5): 594-600.]
[14] 陈百明, 刘新卫, 杨红. LUCC研究的最新进展评述[J]. 地理科学进展, 2003, 22(1): 22-29.
土地利用/土地覆被变化(LUCC)是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一,进入新世纪以来,LUCC研究一直是地理学研究的前沿与热点。本文综述了2002年8月在南非德班国际地理学联合会(IGU)&quot;2002年区域地理大会&quot;上有关LUCC的主要研究成果,认为国际上LUCC研究在应用RS、GIS技术开展土地利用/土地覆被变化监测、评价与制图;农村与农业土地利用/土地覆被变化分析;城市土地利用/土地覆被变化分析;土地利用/土地覆被变化动力学;土地利用/土地覆被变化与生态环境等五个方面取得最新进展,反映出LUCC研究范围在进一步拓展,研究内容在进一步深化。
DOI:10.11820/dlkxjz.2003.01.003      [本文引用:1]
[Chen Baiming, Liu Xinwei, Yang Hong.Review of most recent progresses of study on land use and land cover change. Progress in Geography, 2003, 22(1): 22-29.]
[15] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市用地分类与规划建设用地标准(GB 50137-2011) [M]. 北京:中国建筑工业出版社,2011.
[本文引用:1]
[Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Code for Classification of Urban Land Use and Planning Standards of Development Land (GB 50137-2011).Beijing: China Building Industry Press.]
[16] 中华人民共和国住房和城乡建设部.城市用地分类与规划建设用地标准(GBJ137-90) [M]. 北京:中国建筑工业出版社,1990.
[本文引用:1]
[Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People’s Republic of China. Code for Classification of Urban Land Use and Planning Standards of Development Land (GBJ137-90). Beijing: China Building Industry Press.]
[17] 长春市统计局.长春统计年鉴(1996-2014)[M]. 北京:中国统计出版社,1996-2014.
[本文引用:0]
[Changchun Municipal Bureau of Statistics. Changchun Statistical Yearbook (1996-2014). Beijing: China Statistics Press,1996-2014.]
[18] 国家统计局.中国城市统计年鉴(1996-2014)[M].北京:中国统计出版社,1996-2014.
[本文引用:1]
[National Bureau of Statistics. China City Statistical Yearbook (1996-2014).Beijing: China Statistics Press,1996-2014.]
[19] 赵璐, 赵作权. 基于特征椭圆的中国经济空间分异研究[J]. 地理科学, 2014, 34(8): 979-986.
<p>根据克鲁格曼的&ldquo;两个自然&rdquo;理论,运用空间统计SDE方法,在GIS 技术的支持下,基于中国国土空间特征椭圆系列&mdash;&mdash;国土均衡分布椭圆、国土地形分布椭圆、人口分布椭圆等,在空间上定量刻画了中国经济空间分异的基本特征,并为分析经济空间分异提供了新的方法参考。主要结论如下:① 在&ldquo;两个自然&rdquo;的分异作用下,中国经济空间分异主要以东-西方向为主。相对于国土均衡分布椭圆,国土地形分布椭圆明显偏西,长、短轴均明显减小,这反映出中国高地势主要集中分布在西部;中国人口空间分布靠近东部地区,其椭圆长、短轴长度均显著减小,充分表现出了经济活动的空间分异特征和空间聚集特征;② 国土地形等&ldquo;第一自然&rdquo;要素对社会经济活动的控制作用显著。人口分布椭圆对于地形分布椭圆的空间分异系数为89.55%,其93%的空间展布范围位于胡焕庸线的东南,且分布轴线基本与胡焕庸线平行;③ 在&ldquo;第二自然&rdquo;聚集机制的作用下,中国城市体系人口、GDP主体集中在胡焕庸线东南方约20%的大陆国土面积上,且二者之间也存在着明显的空间差异。从&ldquo;第一自然&rdquo;要素的空间分异和控制作用来看,胡焕庸线以西地区,特别是西北侧地区发展经济、集聚人口的功能较弱。同时,由于区域发展的内在核心动力聚集机制的空间差异性,区域发展的过程也呈现不平衡的特征。从兼顾效率和公平的角度出发,可通过重点培育人口分布较为集中的成渝城市群、关中城市群等中西部经济增长极拉动中国经济增长和市场空间向中西部发展;可通过制定相关政策吸引人口向GDP分布椭圆北部地区流动、聚集,发挥人口的红利作用,推进经济增长由南向北发展。</p>
[本文引用:1]
[Zhao Lu, Zhao Zuoquan.Projecting the spatial variation of economic based on the specific ellipses in China. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34(8): 979-986.]
[20] Luck Matthew, Wu Jianguo.A gradient analysis of urban landscape pattern: a case study from the Phoenix metropolitan region, Arizona, USA[J]. Landscape Ecology, 2002, 17(4): 327-339.
<a name="Abs1"></a>Urbanization is arguably the most dramatic form of land transformation that profoundly influences biological diversity and human life. Quantifying landscape pattern and its change is essential for the monitoring and assessment of ecological consequences of urbanization. Combining gradient analysis with landscape metrics, we attempted to quantify the spatial pattern of urbanization in the Phoenix metropolitan area, Arizona, USA. Several landscape metrics were computed along a 165 km long and 15 km wide transect with a moving window. The research was designed to address four research questions: How do different land use types change with distance away from the urban center? Do different land use types have their own unique spatial signatures? Can urbanization gradients be detected using landscape pattern analysis? How do the urban gradients differ among landscape metrics? The answers to these questions were generally affirmative and informative. The results showed that the spatial pattern of urbanization could be reliably quantified using landscape metrics with a gradient analysis approach, and the location of the urbanization center could be identified precisely and consistently with multiple indices. Different land use types exhibited distinctive, but not necessarily unique, spatial signatures that were dependent on specific landscape metrics. The changes in landscape pattern along the transect have important ecological implications, and quantifying the urbanization gradient, as illustrated in this paper, is an important first step to linking pattern with processes in urban ecological studies.
DOI:10.1023/A:1020512723753      [本文引用:1]
[21] 黄晓军, 李诚固, 黄馨. 长春城市蔓延机理与调控路径研究[J]. 地理科学进展, 2009, 28(1): 76-84.
<p>城市蔓延是当今世界许多大城市普遍面临的问题。20 世纪90 年代以来,长春城市蔓延特征逐渐凸显并日 趋严重,随之产生许多经济、社会和生态方面的负面效应。城市经济的高速发展、人口增长与空间扩散、开发区建 设、机动化与交通设施建设、住宅扩散与郊区房地产开发以及城市规划的宏观导向等因素,都在不同程度上导致了 长春的城市蔓延。为遏制长春&ldquo;摊大饼&rdquo;式的空间扩张和进一步的城市蔓延,借鉴国内外有效控制城市蔓延的相关 理念和应对策略,从城市增长模式、空间优化布局、房地产开发控制与引导、快速交通体系建设、耕地与生态系统保 护等五个方面提出了长春城市发展过程中消减城市蔓延的调控路径。</p>
DOI:10.11820/dlkxjz.2009.01.011      [本文引用:2]
[Huang Xiaojun, Li Chenggu, Huang Xin.The mechanism and regulation pathway of urban sprawl of Changchun. Progress in Geography, 2009, 28(1): 76-84.]
[22] 李丽, 迟耀斌, 王智勇, . 改革开放30年来中国主要城市扩展时空动态变化研究[J]. 自然资源学报, 2009, 24(11): 1933-1943.
改革开放30年来,城市化速度明显加快,城市扩展是城市化空间上表现最明显的特征之一。论文选取我国大陆地区直辖市、省和自治区政府所在地及其他50万人口以上共135个城市作为研究对象,利用2007年北京一号小卫星多光谱数据,结合20世纪70年代、80年代和21世纪初的美国陆地卫星数据,采用面向对象分割和人机交互的信息提取方法对城市的主建成区进行动态监测,采用扩展面积、扩展强度、分维数、聚集度等指标分析城市扩展的规模、程度及形态等空间格局的变化,同时根据我国区域发展特点选取7个典型区进行扩展动态分析比较,并且结合社会经济统计数据等,概括分析了中国城市扩展的主要驱动因子。
DOI:10.11849/zrzyxb.2009.11.008      [本文引用:0]
[Li Li, Chi Yaobin, Wang Zhiyong et al. The spatio-temporal dynamic characteristics in expansion of major cities in China in 30 years since the Reform and Opening-up. Journal of Natural Resources, 2009, 24(11): 1933-1943.]
[23] 高金龙, 陈江龙, 苏曦. 中国城市扩张态势与驱动机理研究学派综述[J]. 地理科学进展, 2013, 32(5): 743-754.
作为世界上最大的发展中国家,随着城市扩张问题的日益凸显,中国城市扩张研究也逐渐成为学术界关注的焦点.本文首先对国内外关于中国城市扩张速度与规模、模式与类型,以及城市空间结构演变的研究进行系统归纳;然后,在此基础上分别从经济学派、制度学派和经验学派的角度对中国城市扩张的驱动机理进行总结,并简要评述各学派研究的特点及局限性.笔者认为,中国的城市扩张具有明显的阶段性、区域性及等级性,即处于不同发展阶段不同区域的不同等级的城市表现出不同的扩张态势,其相应的扩张机理也不同.因此,关于中国城市扩张的后续研究应加强现阶段及长时间尺度研究,选取更具普适性案例,采用更加全面数据和综合的方法,注重不同学派视角的综合,对中国城市扩张进行更加全面与科学的研究.
DOI:10.11820/dlkxjz.2013.05.006      [本文引用:1]
[Gao Jinlong, Chen Jianglong, Su Xi.Urban expansion and its driving mechanism in China: From three main shools’ perspectives. Progress in Geography, 2013, 32(5): 743-754.]
[24] 李一曼, 修春亮, 魏冶, . 长春城市蔓延时空特征及其机理分析[J]. 经济地理, 2012, 32(5): 59-64.
目前,我国城市化正处于加速阶段,多数大城市存在建设用地无序蔓 延,城市边缘区生态环境严重破坏问题。根据长春历年遥感影像资料,运用GIS和RS技术从紧凑度、破碎化度、轴带扩展度、几何重心等方面分析长春城市蔓延 时空演变特征与规律,同时结合城市相关统计资料,分析城市蔓延与社会经济的协调性问题。研究表明:长春城市蔓延主要是由于政府主导的大型项目建设、城市边 缘区房地产开发、机动化与交通基础设施建设以及城市规划失控等因素的共同作用所致。
[本文引用:1]
[Li Yiman, Xiu Chunliang, Wei Ye et al. Analysis on mechanism and spatial-temporal features of urban sprawl: a case study of changchun. Economic Geography, 2012, 32(5): 59-64.]
[25] Seto Karen C, Fragkias Michail, Güneralp Burak et al. A meta-analysis of global urban land expansion. PLOS One, 2011, 6(8): e23777.
The conversion of Earth's land surface to urban uses is one of the most irreversible human impacts on the global biosphere. It drives the loss of farmland, affects local climate, fragments habitats, and threatens biodiversity. Here we present a meta-analysis of 326 studies that have used remotely sensed images to map urban land conversion. We report a worldwide observed increase in urban land area of 58,000 km2 from 1970 to 2000. India, China, and Africa have experienced the highest rates of urban land expansion, and the largest change in total urban extent has occurred in North America. Across all regions and for all three decades, urban land expansion rates are higher than or equal to urban population growth rates, suggesting that urban growth is becoming more expansive than compact. Annual growth in GDP per capita drives approximately half of the observed urban land expansion in China but only moderately affects urban expansion in India and Africa, where urban land expansion is driven more by urban population growth. In high income countries, rates of urban land expansion are slower and increasingly related to GDP growth. However, in North America, population growth contributes more to urban expansion than it does in Europe. Much of the observed variation in urban expansion was not captured by either population, GDP, or other variables in the model. This suggests that contemporary urban expansion is related to a variety of factors difficult to observe comprehensively at the global level, including international capital flows, the informal economy, land use policy, and generalized transport costs. Using the results from the global model, we develop forecasts for new urban land cover using SRES Scenarios. Our results show that by 2030, global urban land cover will increase between 430,000 km2 and 12,568,000 km2, with an estimate of 1,527,000 km2 more likely.
DOI:10.1371/journal.pone.0023777      PMID:21876770      [本文引用:1]
[26] 冯仕超, 高小红, 亢健, . 西宁市30多年来土地利用/土地覆被变化及城市扩展研究[J]. 干旱区研究, 2012, 29(1): 129-136.
基于Landsat MSS/TM/ETM+卫星遥感影像,结合地形图、人口、社会和经济统计数据作为辅助数据,采用土地利用动态度、转移矩阵和城市扩展强度指数等方法,研究西宁市1977-2007年土地利用/土地覆被变化及城市扩展过程,以及两者的驱动机制。结果表明:① 1977-2007年,耕地和林地是西宁市面积变化最大的2种土地类型;林地和城乡居住建设用地是西宁市年变化率最快的2种土地类型。② 30多年来,西宁市的城市扩展可以分为2个阶段:1977-2000年的城市缓慢扩展阶段和2000-2007年的明显加速扩展阶段;东部、西部和北部是城市扩展的主要方向。③ 地形因素是西宁市城市空间格局扩展的基础;人口增长和经济发展是30多年来土地利用/土地覆被变化及城市扩展的主要因素;政策因素对土地利用/土地覆被变化及城市扩展有显著的推动和导向作用。
DOI:      [本文引用:1]
[Feng Shichao, Gao Xiaohong, Kang Jian et al. Research on land use/cover change and urban expansion in Xining city in recent 30 years. Arid Zone Research, 2012, 29(1): 129-136.]
[27] 毛广雄, 丁金宏, 曹蕾. 城市紧凑度的综合测度及驱动力分析——以江苏省为例[J]. 地理科学, 2009, 29(5): 627-633.
根据紧凑城市的核心内涵,从经济紧凑度、城市用地及形态紧凑度、交通紧凑度和人口紧凑度等方面,构建城市紧凑度的综合测度模型。运用熵值法,对江苏省13中心城市紧凑度进行综合分析后认为,各中心城市紧凑度总体水平不高,且空间差异明显,大致由南向北渐次减弱,根据差异可将江苏省中心城市紧凑度划分为紧凑、较紧凑和不紧凑三类。在此基础上,提出城市紧凑度主要是制度调控力,市场拉动力、人口推动力和交通引导力共同驱动的结果,结合回归模型对主要驱动力进行比较分析,认为制度调控力,市场拉动力和人口推动力对江苏城市紧凑度影响显著,交通引导力还需要进一步强化。
[本文引用:1]
[Mao Guangxiong, Ding Jinhong, Cao Lei.Comprehensive level and impetus of city compactness-A case of Jiangsu province. Scientia Geographica Sinica, 2009, 29(5): 627-633.]
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