上海城市扩展及其动态模拟研究

摘要

本文利用上海市1989～2005年间航空影像、DEM数据作为主要数据源，提取城市土地利用的信息，分析快速城市化阶段城市土地利用的时空变化特征、城市扩展的形态特征和模式；利用SLEUTH模型模拟上海市2006～2035年间的土地利用和城市用地扩展的变化；并对城市扩展的驱动机制进行分析。得出以下主要结论：
　　 (1)城市化是城市土地利用变化的主要推动力。城市的扩展导致城市用地、道路交通用地和公共绿地增加，耕地、农村居住用地大量减少，在所有的土地类型转换中，耕地转为城市用地的数量最大；土地利用变化具有明显的时间异质性，1989～1994、2000～2005年是两个发展较快的时期，特别是2000～2005年间城市扩展和土地利用变化达到了历史最高水平，1994～2000年土地利用变化相对较低；城市土地利用程度逐渐提高，同时土地资源破碎度和分离度也显著增高。
　　 (2)城市用地扩展具有明显的时空异质性。城市用地扩展在不同的象限区域之间存在明显的空间差异，在同一象限存在显著的时间差异。城市用地主要是向西和西南方向发展，东和东北方向城市用地扩展强度较小，而东南方向的城市扩展主要集中在黄浦江沿岸。城市用地扩展的时空异质性还表现为城市用地扩展强度表现为距离效应，即所有时段的城市用地扩展强度指数由市区向郊区呈现先增后减的格局，峰值出现在城郊结合部，且逐年外推，随着时间的推移，主城区的辐射能力在不断的增强，辐射的距离也在不断的增加，核心区的作用越来越明显。
　　 (3)城市增长模式表现为城市化初期(1989～1994)呈中心城区的边缘增长模式，在城市化加速期，1994～2000年中心城区继续呈边缘增长模式，但增速放缓，周边郊县（区）开始边缘增长，轴向带状增长开始出现，总体上形成了多个增长中心并存的态势；2000～2005年呈中心城区和周边郊县组成的多中心边缘连续蔓延增长模式，轴向带状扩展和跳跃式扩展都达到了较高的水平，导致大量农田被蚕食。而在整个研究期内，一直都伴随着填充式扩展。
　　 (4)SLEUTH模型较好的模拟了在4种不同的保护等级情景下2006～2035年的城市增长和土地利用变化。在无保护的情景下，30年间城市用地增长了912.67km2，随着保护等级的提高，城市用地的增加量逐渐减少。不同的保护等级对城市景观格局也会产生影响，在无保护、适度保护和中度保护情景下，城市用地的分维数和最大斑块数呈指数式增长，2015～2020年间开始趋于平缓，平均邻近距离在适度和中度保护情景下，呈指数增长，在无保护情景下呈先增后将，但变化的速度依次减小，这表明保护等级越低，城市无序扩散越厉害，在高度保护情景下，三个景观指数变化都很平缓，景观格局基本保持不变。因此，加大保护力度有利于耕地等非城市用地资源的保护。
　　 (5)城市扩展的主要驱动力有：政府决策、社会经济发展因素、道路交通等基础设施建设、人口增长因素；自然环境等，上述因素共同决定了上海市过去16年间的城市的增长模式和速度。