近20年来连云港城市用地扩展特征研究

摘 要：该文基于多个时期Landsat TM/ETM+卫星遥感数据和地理信息技术，结合RS专题信息提取和GIS的空间叠加分析技术，选择扩展强度指数、紧凑度、分形维数、重心转移指数、扩展方位指数等5个指标，系统地分析了1995―2015年我国沿海港口城市连云港的城市用地扩展模式与时空分异特征。结果表明：1995―2015年间连云港城市扩展总面积达217.06km2，年平均扩展速度为10.85km2，平均扩展强度指数为0.084，呈快速增长态势，其扩展的空间分异十分明显，呈现“两个中心、多组团、四轴向、扇形式”扩展模式。

关键词：城市用地；时空分异；扩展模式；连云港市

中图分类号 F293.2 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2017）05-0034-03

1 引言

随着社会经济的快速发展和改革开放的不断深化，我国城镇建设不断加强且城市化水平逐渐提高[1]，快速城市化集中表现在城市用地扩展时空演变加速，因此城市化过程中所引起的土地利用与土地覆被变化成为研究领域的热点话题[2]。近些年来，国内许多学者更注重实证研究，利用GIS和遥感技术系统地研究了北京、上海、南京、西安、厦门等城市的扩展特征、扩展模式以及扩展驱动力[3-4]。这些研究成果为揭示城市扩展规律和驱动力以及探索城市健康发展模式奠定了基础[5]。但对于沿海地区，特别是沿海中小城市用地扩展的研究仍然较少，为此，本研究以中国沿海城市――江苏省连云港市为例，以多个时相连云港遥感影像数据以及土地利用地类图斑数据为基础，采用RS地类光谱特征识别技术[6]和GIS空间分析技术，进行连云港市城市用地扩展时空分异特征研究，为研究其他沿海类似地区的城市扩展机制以及土地利用总体规划提供参考[7]。

2 研究区概况与研究方法

2.1 研究区概况 连云港是我国东部沿海对外开放城市之一，位于东经118°24′～119°48′，北纬34°00′～35°07′，东濒黄海，背依云台山，地理位置十分优越，不仅是我国重要的沿海港口城市，也是我国南北交通的交汇点，处在大陆东部的交通枢纽地带。地势呈现出从西北向东南方向倾斜，其东部地区主要是沿海滩涂，中部属平原地貌，西部岗岭较多，气候类型为典型的温带季风性气候，四季分明。近年来，随着社会经济的不断发展，连云港城市空间扩展加速，从1995年到2015年其城市建成区总规模净增长了217.06km2，年均增长10.85km2，城市建成区的扩展势必会使得一些农用地特别是耕地被占用，人地矛盾逐渐突出，因此对城市用地扩展特征及其驱动因素的研究成为一项重要工作。

2.2 研究方法

2.2.1 用地扩展时序特征分析方法 城市用地扩展时序变化是指在不同时间段内城市用地规模的变化情况，一般采用扩展强度指数来衡量城市用地扩展的时序变化特征[8]，计算方法如表1所示。

2.2.2 用地扩展空间特征分析方法 城市用地扩展空间变化特征是指在一定时间段内城市用地在空间分布和范围上的变化情况[9]，本文主要选取紧凑度（C）、分形维数（D）、重心转移指数（重心坐标、重心转移距离、重心转移角度）、扩展方位指数（OP）等指标来定量衡量连云港城市用地的空间扩展特征[10]。本研究以连云港市连云区和海州区两区的重心所在地为中心点，将连云港城市建成区平均划分为8个方向进行扩展空间分异分析，利用地理信息系统软件的空间分析功能[11]，根据表1中相关指数公式测算5个时期连云港城市建成区用地规模在空间上的变化特征值。

3 连云港城市用地扩展特征分析

3.1 城市用地扩展时序变化特征分析

3.1.1 扩展速率与扩展强度指数呈先降低后增长的趋势 1995―2015年每个时间段的扩展速率和扩展强度指数分别大于5和0.004，在1995―2005年时期的扩展速率和扩展强度表现出有所下降的趋势，2005―2015年两个指标呈现出上升的状态，1995―2010年的扩展速率和扩展强度均低于其年平均值，2010―2015年的两个指标均大于其年平均值。2015年扩展速率达到19.65，扩展强度指数达到0.0154，建成区规模超过250km2。

3.1.2 城市用地扩展速率大于非农业人口年均增长速率 连云港20年来，各时段城市用地扩展速率均在一定程度上大于非农业人口年均增长速率，其中2010―2015年时段的城市用地扩展速率达到非农业人口年均增长率的18倍，呈现出城市用地增长速度超过其人口增长速度的现象，说明这一时间段其城市规模扩展过快，表现出不合理的状态，且2010年以后处于极不合理状态。

3.2 城市用地扩展空间分异特征分析

3.2.1 扩展形状特征 城市紧凑度和分形维数可以反映研究时段内城市建成区形状的变化特征[12]。由表2可以看出，各时期的o凑度和分形维数均小于1，但呈现出不断增大的现象，说明连云港城市扩展属于不紧凑的类型，其扩展形态逐渐向复杂化演变，除此之外其扩展的稳定性较差但表现出不断增强的状态。1995―2000时段属于外延扩展期，城市扩展过程中其紧凑度值由0.031 7下降到0.027 7，分形维数值由0.295 0上升到0.312 8，城市建成区形态表现出不稳定且没有规则性状态，这一时期城市建成区开始由中心地带向四周蔓延；2000―2010时段属于分散组团扩展期，城市建成区围绕中心地带不断向外组团式扩展，城市形态仍然属于不紧凑类型，但其稳定性和规则性表现出逐渐增强的状态，紧凑度值和分形维数值分别上升到0.028 6和0.346 4；2010―2015时段属于内填外扩期，城市内部开始填充并且同时向外扩展，其中连云区东南方向扩展最为剧烈，这些现象反映了连云港城市建成区扩展类型由粗放型向集约型转变，从而也表明连云港的城市扩展类型为快速增长型。

3.2.2 扩展重心转移特征 由表2可以看出，1995―2015年连云港城市用地扩展重心呈现出向转移到东北方向的态势，计算出重心转移距离为102m。在这期间，1995―2000年表现出主要向东偏北方向转移，重心转移距离为26m，偏移角度为36.30°；2000―2005年重心也表现出向东偏北方向转移，偏转距离为14m，偏转角度达到52.19°；2005―2010年仍然朝着东偏北方向转移，其转移距离是33m，转移角度为43.76°；2010―2015年重心偏移方向开始转变，逐渐向东偏南方向偏转，表现出重心向西转移42m，转移角度是16.07°。通过分析可以看出连云港城市用地扩展具有非同心圆扩展特征。

3.2.3 扩展方位特征 根据统计数据使用ArcGIS和相关软件制成了连云港研究时段的城市建成区空间扩展方位演变图（图2）。从图2可知，连云港城市建成区在4个时段内向每个方位均有扩展，但不同方位的扩展强度明显不同：1995―2000年，主要向东北、正北和正西扩展，分别增加了36.28%、21.05%和20.66%，其次为西南和西北，而正东、正南较少，东南最少，仅增加了0.04%；2000―2005年扩展方位指数最大的是正北方向，达到41.28%，其次为西北方向，扩展方位指数为24.62%，东南方向的扩展方位指数为负数，表明这一时段东南方向的城镇建成区面积在减少，减少了0.06%；2005―2010年，主要向正北、西北和东北方向扩展，扩展方位指数分别为：34.12%，27.39%和29.92%，其次是正东方向，为10.29%，东南、正南和正西方向扩展较少，西南方向扩展方位指数为负值，表明2005-2010年间，连云港西南方向城镇建成区面积在减少，减少了3.33%；2010―2015年，主要向正东方向扩展，其扩展方位指数达到45.4%。总体上看，连云港建成区在1995―2015年这20年间，在向东北、正北、西北以及正东方向扩展较为明显，在正南、东南方向扩展较少。因此，连云港城市用地扩展表现为非紧凑、不稳定性强与方向分异显著的特征。

4 结论

通过对连云港4个时段城市建成区时空扩展格局进行分析综合反映出1995―2015年连云港城市扩展的时空分异情况。近20年来，连云港城镇扩展面积217.06km2，年平均扩展速度为10.85km2，平均扩展强度指数为0.084，表现出快速增长的状态；以连云区中心和海州区中心的双中心向其周围方向都有不同程度的扩展，但不同方向的扩展差异较为明显，西北、正北、东北、正东4个方向的扩展面积相对较大，正南、东南方向扩展面积较小。综合分析可以得出连云港城市扩展呈现出“两中心、多组团、四轴向、扇形式”的扩展模式，城市用地的扩展类型逐渐由无序、粗放型转变为有序、集约型。

参考文献

[1]方创琳.改革开放30年来中国的城市化与城市发展[J].经济地理，2009，29（1）：19-25.

[2]封建民，赵敏宁，李晓华.近30年来西安市城市用地扩展时空变化研究[J].水土保持研究，2013，20（4）：183-188.

[3]许彦曦，陈凤，濮励杰.城市空间扩展与城市土地利用扩展的研究进展[J].经济地理，2007，27（2）：296-295.

[4]王涛，李贝贝，何亮，等.西安城市扩展时空特征与驱动因素分析[J].测绘科学，2016（4）：1-9.

[5]董廷旭，秦其明，王建华.近30年来绵阳市城市用地扩展模式研究[J]. 地理研究，2011，30（4）：667-675.

[6]戴均良，高晓路，杜守帅.城镇化进程中的空间扩张和土地利用控制[J].地理研究，2010，29（10）：1822-1833.

[7]杨存建，张果，陈军，等.基于遥感的成都市及其周边城镇的扩展.地理研究，2008，27（1）：100-108.

[8]樊淑云，彭文甫，毛欢，等.成都市城市U展时空变化研究[J].测绘科学，2015，40（2）：102-108+12.

[9]刘湘南，黄方，王平.GIS分析原理与方法[M].北京：科学出版社，2008：124-216.

[10]党安荣，王晓栋，肖作鹏，等.ERDASIMAGINE遥感图像处理方法[M].北京：科学出版社，2009.45-325.

[11]肖琳，田光进.天津城市扩展空间模式与驱动机制研究[J].资源科学，2014，36（7）：1327-1335.

[12]贺振，赵文亮，贺俊平.郑州市城市扩张遥感动态监测及驱动力分析[J].地理研究，2011，30（12）：2272-2280.

（责编：张宏民）