近20年來連云港城市用地擴展特征研究

王丹+楊小艷+陳陽+胡洋洋+陳龍高

摘 要：該文基于多個時期Landsat TM/ETM+衛星遙感數據和地理信息技術，結合RS專題信息提取和GIS的空間疊加分析技術，選擇擴展強度指數、緊湊度、分形維數、重心轉移指數、擴展方位指數等5個指標，系統地分析了1995—2015年我國沿海港口城市連云港的城市用地擴展模式與時空分異特征。結果表明：1995—2015年間連云港城市擴展總面積達217.06km2，年平均擴展速度為10.85km2，平均擴展強度指數為0.084，呈快速增長態勢，其擴展的空間分異十分明顯，呈現“兩個中心、多組團、四軸向、扇形式”擴展模式。

關鍵詞：城市用地；時空分異；擴展模式；連云港市

中圖分類號 F293.2 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）05-0034-03

1 引言

隨著社會經濟的快速發展和改革開放的不斷深化，我國城鎮建設不斷加強且城市化水平逐漸提高[1]，快速城市化集中表現在城市用地擴展時空演變加速，因此城市化過程中所引起的土地利用與土地覆被變化成為研究領域的熱點話題[2]。近些年來，國內許多學者更注重實證研究，利用GIS和遙感技術系統地研究了北京、上海、南京、西安、廈門等城市的擴展特征、擴展模式以及擴展驅動力[3-4]。這些研究成果為揭示城市擴展規律和驅動力以及探索城市健康發展模式奠定了基礎[5]。但對于沿海地區，特別是沿海中小城市用地擴展的研究仍然較少，為此，本研究以中國沿海城市——江蘇省連云港市為例，以多個時相連云港遙感影像數據以及土地利用地類圖斑數據為基礎，采用RS地類光譜特征識別技術[6]和GIS空間分析技術，進行連云港市城市用地擴展時空分異特征研究，為研究其他沿海類似地區的城市擴展機制以及土地利用總體規劃提供參考[7]。

2 研究區概況與研究方法

2.1 研究區概況 連云港是我國東部沿海對外開放城市之一，位于東經118°24′～119°48′，北緯34°00′～35°07′，東瀕黃海，背依云臺山，地理位置十分優越，不僅是我國重要的沿海港口城市，也是我國南北交通的交匯點，處在大陸東部的交通樞紐地帶。地勢呈現出從西北向東南方向傾斜，其東部地區主要是沿海灘涂，中部屬平原地貌，西部崗嶺較多，氣候類型為典型的溫帶季風性氣候，四季分明。近年來，隨著社會經濟的不斷發展，連云港城市空間擴展加速，從1995年到2015年其城市建成區總規模凈增長了217.06km2，年均增長10.85km2，城市建成區的擴展勢必會使得一些農用地特別是耕地被占用，人地矛盾逐漸突出，因此對城市用地擴展特征及其驅動因素的研究成為一項重要工作。

2.2 研究方法

2.2.1 用地擴展時序特征分析方法 城市用地擴展時序變化是指在不同時間段內城市用地規模的變化情況，一般采用擴展強度指數來衡量城市用地擴展的時序變化特征[8]，計算方法如表1所示。

2.2.2 用地擴展空間特征分析方法 城市用地擴展空間變化特征是指在一定時間段內城市用地在空間分布和范圍上的變化情況[9]，本文主要選取緊湊度（C）、分形維數（D）、重心轉移指數（重心坐標、重心轉移距離、重心轉移角度）、擴展方位指數（OP）等指標來定量衡量連云港城市用地的空間擴展特征[10]。本研究以連云港市連云區和海州區兩區的重心所在地為中心點，將連云港城市建成區平均劃分為8個方向進行擴展空間分異分析，利用地理信息系統軟件的空間分析功能[11]，根據表1中相關指數公式測算5個時期連云港城市建成區用地規模在空間上的變化特征值。

3 連云港城市用地擴展特征分析

3.1 城市用地擴展時序變化特征分析

3.1.1 擴展速率與擴展強度指數呈先降低后增長的趨勢 1995—2015年每個時間段的擴展速率和擴展強度指數分別大于5和0.004，在1995—2005年時期的擴展速率和擴展強度表現出有所下降的趨勢，2005—2015年兩個指標呈現出上升的狀態，1995—2010年的擴展速率和擴展強度均低于其年平均值，2010—2015年的兩個指標均大于其年平均值。2015年擴展速率達到19.65，擴展強度指數達到0.0154，建成區規模超過250km2。

3.1.2 城市用地擴展速率大于非農業人口年均增長速率 連云港20年來，各時段城市用地擴展速率均在一定程度上大于非農業人口年均增長速率，其中2010—2015年時段的城市用地擴展速率達到非農業人口年均增長率的18倍，呈現出城市用地增長速度超過其人口增長速度的現象，說明這一時間段其城市規模擴展過快，表現出不合理的狀態，且2010年以后處于極不合理狀態。

3.2 城市用地擴展空間分異特征分析

3.2.1 擴展形狀特征 城市緊湊度和分形維數可以反映研究時段內城市建成區形狀的變化特征[12]。由表2可以看出，各時期的緊湊度和分形維數均小于1，但呈現出不斷增大的現象，說明連云港城市擴展屬于不緊湊的類型，其擴展形態逐漸向復雜化演變，除此之外其擴展的穩定性較差但表現出不斷增強的狀態。1995—2000時段屬于外延擴展期，城市擴展過程中其緊湊度值由0.031 7下降到0.027 7，分形維數值由0.295 0上升到0.312 8，城市建成區形態表現出不穩定且沒有規則性狀態，這一時期城市建成區開始由中心地帶向四周蔓延；2000—2010時段屬于分散組團擴展期，城市建成區圍繞中心地帶不斷向外組團式擴展，城市形態仍然屬于不緊湊類型，但其穩定性和規則性表現出逐漸增強的狀態，緊湊度值和分形維數值分別上升到0.028 6和0.346 4；2010—2015時段屬于內填外擴期，城市內部開始填充并且同時向外擴展，其中連云區東南方向擴展最為劇烈，這些現象反映了連云港城市建成區擴展類型由粗放型向集約型轉變，從而也表明連云港的城市擴展類型為快速增長型。

3.2.2 擴展重心轉移特征 由表2可以看出，1995—2015年連云港城市用地擴展重心呈現出向轉移到東北方向的態勢，計算出重心轉移距離為102m。在這期間，1995—2000年表現出主要向東偏北方向轉移，重心轉移距離為26m，偏移角度為36.30°；2000—2005年重心也表現出向東偏北方向轉移，偏轉距離為14m，偏轉角度達到52.19°；2005—2010年仍然朝著東偏北方向轉移，其轉移距離是33m，轉移角度為43.76°；2010—2015年重心偏移方向開始轉變，逐漸向東偏南方向偏轉，表現出重心向西轉移42m，轉移角度是16.07°。通過分析可以看出連云港城市用地擴展具有非同心圓擴展特征。

3.2.3 擴展方位特征 根據統計數據使用ArcGIS和相關軟件制成了連云港研究時段的城市建成區空間擴展方位演變圖（圖2）。從圖2可知，連云港城市建成區在4個時段內向每個方位均有擴展，但不同方位的擴展強度明顯不同：1995—2000年，主要向東北、正北和正西擴展，分別增加了36.28%、21.05%和20.66%，其次為西南和西北，而正東、正南較少，東南最少，僅增加了0.04%；2000—2005年擴展方位指數最大的是正北方向，達到41.28%，其次為西北方向，擴展方位指數為24.62%，東南方向的擴展方位指數為負數，表明這一時段東南方向的城鎮建成區面積在減少，減少了0.06%；2005—2010年，主要向正北、西北和東北方向擴展，擴展方位指數分別為：34.12%，27.39%和29.92%，其次是正東方向，為10.29%，東南、正南和正西方向擴展較少，西南方向擴展方位指數為負值，表明2005-2010年間，連云港西南方向城鎮建成區面積在減少，減少了3.33%；2010—2015年，主要向正東方向擴展，其擴展方位指數達到45.4%。總體上看，連云港建成區在1995—2015年這20年間，在向東北、正北、西北以及正東方向擴展較為明顯，在正南、東南方向擴展較少。因此，連云港城市用地擴展表現為非緊湊、不穩定性強與方向分異顯著的特征。

4 結論

通過對連云港4個時段城市建成區時空擴展格局進行分析綜合反映出1995—2015年連云港城市擴展的時空分異情況。近20年來，連云港城鎮擴展面積217.06km2，年平均擴展速度為10.85km2，平均擴展強度指數為0.084，表現出快速增長的狀態；以連云區中心和海州區中心的雙中心向其周圍方向都有不同程度的擴展，但不同方向的擴展差異較為明顯，西北、正北、東北、正東4個方向的擴展面積相對較大，正南、東南方向擴展面積較小。綜合分析可以得出連云港城市擴展呈現出“兩中心、多組團、四軸向、扇形式”的擴展模式，城市用地的擴展類型逐漸由無序、粗放型轉變為有序、集約型。

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（責編：張宏民）