本期推送发表在Landscape and Urban Planning上题为How does sprawl differ across cities in China? A multi-scale investigation using nighttime light and census data一文。及时准确地衡量城市扩张对于评估其环境和社会影响是不可或缺的。然而,很少有研究涉及到中国城市的扩张情况。在本研究中,作者将国防气象卫星的(DMSP / OLS)夜间照明图像和中国人口普查数据相结合,对1990至2010年间中国不同城市的城市扩张进行了量化。作者发现1990 - 2010年间,中国城市面积年增长率比中国城市人口增长率高2.45%,显示了中国城市扩张的总体趋势。跟着时间的推移,西部的中小城市扩张程度最高。作者觉得,应该更加重视预防西部中小城市的过度城市扩张。
城市扩张的主要特征是城市地区的上涨的速度超过了城市人口的上涨的速度。城市扩张会导致许多环境问题,包括高热气候频率增加、生物多样性丧失、水质退化、农用地减少、温室气体排放量增加以及土地碎片化的增加。
在过去的十年,中国城市人口增长了46%,但建成用地面积增加了78.5%。此外,预计未来几年中国快速城市化的趋势将持续下去,相关风险将逐步扩大(Zhao,2010)。根据政府最近的预测,到2020年,中国城市人口将达到总人口的60%,年增长率为1%。在快速城市化的同时,有必要准确监测扩张的程度,以评估其对中国环境和社会的影响(Zhu,2005年)。
尽管中国约80%的城市都处于城市扩张行列,但中小城市的城市扩张却很少受到关注。 此外,很少有比较研究分析了中国不同城市的城市扩张情况。这主要是由于难以获得全国所有城市面积和人口准确及时的数据。
由国防气象卫星运行线扫描系统(DMSP / OLS)收集的夜间灯光照明(NSL)数据和中国国家统计局(NBSC)发布的人口普查数据可用于准确估计中国城市区域和城市人口。 NSL数据可以从国家地球物理数据中心公开获得,数据大小比TM图像更易于管理。更重要的是,这一些数据已被用于监测从区域到全世界的城市扩张。基于NSL数据,Liu等人(2012)和He(2014)研究了过去二十年中国城市的扩张情况,并为全国城市区域提供了可靠的估计数据。最近公布的全国人口普查数据提供了最新和最准确的城市人口估计。普查记录的城市人口统计了注册的非农业人口,移民农民工和居住在城市的外国人数量(Wang&Zhou,1999)。因此,综合运用这两个数据集可以为了解中国城市扩张程度提供一种替代方法。
作者收集了三类数据:城市区域、人口普查数据和辅助数据。通过结合NSL数据、差异植被指数(NDVI)和地表温度(LST),获得了1990 - 2010年的城市区域数据。数据的Kappa均值为0.66,平均总体准确率为95.20%,为解决误差在1 km的中国城市扩张问题提供了可靠的信息。
中国657个城市的人口普查数据是在1990年和2010年(国务院人口普查办公室和中国国家统计局,1992年,2012年)统计的城市人口数据。由于行政边界的变化会影响城市人口的计算,因此作者将2010年的城市边界应用于这两个数据集,以确保1990年至2010年期间城市区域和城市人口可以对比。对于拥有多个市辖区、县级市和县的市,只有市辖区被算作为城市区域。因此,中等城市不被视为大城市的组成部分,两者的USI值被分别进行了检验。
关于辅助数据,县、市、省的行政区划界面为从中国国家地理信息中心下载的的地理信息系统(GIS)文件。数据的空间尺度是1:4,000,000。由于缺乏台湾,香港和澳门的人口普查数据,本文仅关注中国大陆的城市情况。
一般来说,有两种类型的衡量指标用于衡量城市扩张(Lopez,2014)。一些研究已将扩张的多维度方面纳入综合指数,而另一些则集中在单一维度上。两种方法都有优点和缺点。综合指数提供了一个更细致的城市扩张图景,但需要更加多的数据,也难以比较不同研究之间的结果。因此,综合指数措施大多数都用在一个或几个城市的小规模研究。单一维度的扩张措施对于识别城市扩张的种类上能力有限;但是,它们比多维度综合测量更容易计算,并能跟着时间的推移比较不同的城市状况。此外,一些单维度量(例如人口密度)往往与综合度量具有高度相关性。因此,当综合指数所需的大型数据集不可用时,单一维度量足以衡量城市扩张(Lopez,2014)。因此,在本研究中,城市扩张的程度是基于单一衡量标准做量化成USI值的。USI涉及了与城市扩张程度紧密关联的两个重要的因素:城市区域和城市人口的年增长率。如果在特定时期内城市区域的增长超过人口的增长,那么该城市的城市发展模式被认为是城市扩张,USI的较高值表示扩张程度较大。
根据2010年的城市人口,657个城市被分配成四种规模类别。然后,计算1990-2010年这四个城市的城市扩张程度。具体而言,城市分为超大,大,中,小城市。根据Bai等人(2014)提出的标准(表1),又根据中国住房和城乡建设部规定的三个经济区,对这四个城市的城市扩张程度进行了分析。
从1990年到2010年,城市用地(全国7.30%)的增长率普遍超过城市人口(4.85%),全国平均USI值为2.45。在657个城市中,507个(77.17%)城市显示了扩张状态(USI 0)(图1)。398个城市的扩张范围(60.58%)超过全国中等水准(USI 2.45)。位于中国西部的城市(USI = 3.46)比其中部(USI = 2.54)和华东(USI = 1.95)的城市更多。
1990 - 2010年间,特大城市扩张的程度低于全国中等水准。特大城市区域年增长率为6.05%,城市人口增长率为5.12%。因此,特大城市的总体USI为0.93。在所研究的14个特大城市中,有4个(28.57%)没有扩张(USI 0),4个(28.57%)显示了扩张,但USI低于全国中等水准(USI 2.45),其余6个(42.86% )显示扩张超过全国中等水准。在大城市中,扩张最明显的城市是杭州和南京(图2a1,a2)。他们的USI值分别为4.19和3.01,约为全国中等水准的1.72倍和1.23倍。
位于东部(USI = 0.65)和西部(USI = 1.96)的特大城市一般比位于中国中部的城市(USI = 2.83)扩张程度低(图3a)。此外,位于中国中部的所有特大城市(100%)的USI值均高于全国中等水准,而东部地区只有40%,西部地区为33.3%(图3b)。
在这里研究的68个大城市中,城市扩张程度(USI = 2.18)与全国中等水准大体相似(图4a),城市和人口年均增长率分别为6.84%和4.66%。其中扩张程度最明显的城市是晋江和台州,其USI值大于19(图2b1,b2),即接近全国中等水准的8倍。从地区来看,东部大城市的扩张程度(USI = 2.71)高于中部(USI = 1.44)和西部(USI = 1.46)。中国东部地区,56.1%的大城市USI值超过全国中等水准,而中部地区为47.06%,中国西部为30.00%(图4b)。
中等城市扩张的中等水准高于全国中等水准(USI = 3.92;全国中等水准的1.60倍)(图5a),94个中等城市城市(69.63%)超过全国中等水准(图5b)。其中,余姚和常德(图2c1,c2)是两个扩张程度最明显的中等城市,USI分别为18.7和18.0(约为全国中等水准的7倍)。只有14个中等城市(10.37%)显示没有扩张(图5b)。中国西部(USI = 4.97)的扩张程度比东部(USI = 3.63)和中部(USI = 3.36)更为严重。
从1990年到2010年,小城市扩张速度很快,总城市面积每年增长10.79%,城市人口增长5.96%,导致平均USI为5.96(图6a)。在438个小城市中,有312个小城市(71.24%)扩张速度超过全国中等水准(USI 2.45)(图6b)。扩张程度最大的城市是库尔勒(USI = 21.18)和景德镇(USI = 19.96)(图2d1,d2)。它们的USI值是全国中等水准的8.15倍。
中国西部的小城市比中部(USI = 4.92)和东部(USI = 5.88)扩张程度更大(USI = 6.86)。 此外,西部地区有83%的城市处在高于全国中等水准的扩张程度上,而中部地区为60.29%,东部地区为73.33%。
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