河南省城镇体系空间结构的多分形特征及其与水系分布的关系探讨

基于河南省城镇体系空间结构的多分形性质及其与水系的分维关系的实证探讨发现如下地理规律:①在较大标度范围内,河南省城市体系的空间结构为简单分形,但在较小标度范围内,系统已经具有明确的多重分形特征;②多分维谱在参数q≈-4处出现标度间断,从而城市体系的空间结构发生对称破缺。③城市体系空间结构的分维小于水系空间结构的分维。由此证明:第一,多分形是由单分形演化而来,城镇体系的多分形结构是基于地球表面的分形支体由测度集中区向测度疏散区渐近发育的。第二,城市体系的分形发育与水系的分维结构具有一定的数理关系,城市体系的分维理当小于水系维数。     

上海中心城区河流水系百年变化及影响因素分析

分析上海中心城区河流水系1860~2003年变化情况,研究表明:①140余年来中心城区有历史记载河流消失至少310条段,总长超520 km,水面积减少约10.46 km²,水面率下降3.61%。中心城区所在水利片河流水系结构破坏,水系分枝比受河道消亡影响明显降低,水系分维数异常;②中心城区河流水系阶段性集中消亡,消亡驱动力因消亡时期而异;③初步估算,140余年来中心城区河道槽蓄容量减少超过2 029×10⁴m3、单位面积可调蓄容量减少5.06×10⁴m³/km²。河道槽蓄容量较百年前减少超过80%,城市河网调蓄能力明显削弱,且1950~1990年市政雨水泵站累积增加数目与同期区域内河道累积消失数量、长度和槽蓄容量间均呈显著正相关性。     

对称性与人文地理系统的规律性

长期以来,人文地理学一直未能找到像物理学定律那样严格的规律.究其根源,在于人文地理系统不满足时空平移对称性.大自然在宇宙尺度和粒子尺度都遵循某种对称法则,但在人类活动的地理尺度上,各种对称规则似乎都被破坏.因此,严格的普适性不能作为人文地理模型的选择依据.然而,近年的研究表明,人文地理系统在表面的不对称背后,却隐含着另外一种对称规则.人文地理系统演化的一个隐含的目标似乎就是重建大自然的对称律.寻找这类隐含的对称法则及其演化机理有助于地理学的理论建设和应用发展.借助典型的实例说明地理对称问题对人文地理学规律探讨的学术意义,着重论证地理对称性与变换中的不变性的逻辑关系,以及人文地理学对称性研究的一些相关问题,目的是为人文地理学的理论建设启发新的研究思路.     

城市化背景下嘉兴市河流水系的时空变化

基于1960s,1980s和2010s的三期水系数据,通过构建定量描述河流水系变化特征的指标体系,对嘉兴市河流水系的时空变化特征及其与城市化的关系进行研究.结果表明:① 近50年来,嘉兴市的河流水系呈现出剧烈衰减的趋势,其中河流发育系数,河网密度和水面率分别减少了58.91%,28.49%和14.09%,但在城市化不同阶段,河流水系衰减的程度并不完全一致.② 在整个城市化进程中,河流发育系数和干流面积长度比变化的空间差异非常大,河网密度和水面率变化的空间差异相对较大,而盒维数和河流曲度变化的空间差异相对较小.③ 河流发育系数,盒维数和河网密度的衰减趋势为城区>近郊>远郊,水面率的衰减趋势为远郊>近郊>城区,河流曲度的衰减趋势为近郊>城区>远郊,但干流面积长度比的空间变化趋势不明显.④ 城市化对河流水系变化的影响十分显著,且城市化水平越高的地区河流水系的变化越剧烈,而城市化对干流面积长度比与河流曲度的影响大于其对河流发育系数与河网密度的影响.     

黑河上游水系发育特征分析

对黑河上游山区部分的水系发育特征进行了分析。在1:250 000比例尺的地形图上,黑河河道可以划分为五级。根据Horton的地貌关系统计结果,黑河水系特征不都服从于Horton的河道定律。河道数量定律适用于本地区,但河道分岔比较高。河道长度定律不适用于本地区,在半对数纸上,平均河道长度的累计值与河道级序有较好的直线关系,而河道总长度与级序则呈双对数直线关系。河道频率及河网密度与河谷局地气候呈正相关,湿润气候条件下,河道频率与河网密度较大;反之,干旱气候条件下,河道频率与河网密度较小。但河流的产流则与区域降水量有关。河川径流的泥沙含量与河流切割程度呈正相关,祁连山北坡河流的泥沙主要来源于横向深切河谷。     

分形视角下的陕北黄土高原沟壑区城乡居民点分布特征研究——以无定河流域为例

2015年12月召开的中央城市工作会议提出“在中西部地区培育发展一批城市群、区域性中心城市,让中西部地区广大群众在家门口也能分享城镇化成果”。黄土高原是我国水土流失最严重和生态环境最敏感的地区之一,地貌水系特征对其城镇化建设尤为重要。从黄土高原独特的分形地貌入手,以无定河流域为研究对象,探究城乡居民点与地貌水系的耦合关系。分形维数上,通过盒维数法测算出19处小流域沟道水系分形维数,并分析城乡居民点的数量、等级与沟道分形维数的内在联系。空间上,采取缓冲区分析居民点与沟道水系的临近关系并探究水系与居民点等级对应特征。研究发现：在数理分析上,（1）各小流域的分形维数越高,单位面积的居民点数量越多;沟道分形维数一定时,高等级居民点的出现会降低沟道内单位面积低级别居民点数量。（2）河谷沟道的分形维数达到1.223是沟道内出现县城的必要而不充分条件。在空间分析上,（3）城乡居民点分布与分形沟道水系相临近,并且居民点等级分布规律具有自相似性、层级迭代性。基于以上特征探索具有地域特色的镇村体系布局模式,以期为该地区城镇建设提供理论依据。     

区域城镇点-轴系统空间结构的分形模型

点—轴系统是我国区域城镇空间结构的主要模式之一。探索城镇点—轴系统空间结构,进而揭示其数理本质,是进行地理空间优化的理论基础。文章从分形理论出发,构建点—轴系统分形模型,明确该模型的地理意义,以此刻画点—轴系统的空间结构。利用GIS软件开发了点—轴系统分形模型计算工具。以济南市城镇—交通系统为例,在GIS数据环境下计算其分形模型参数,研究结果发现：{1}区域点—轴系统发育到一定阶段的确呈现分形性质,点—轴系统分形模型可以有效地反映点—轴系统空间结构形态;{2}无标度性、分形、有序性是地理空间的不同状态,推论得出随着点—轴系统的发展,其空间结构也经历着无序→无标度网络→分形结构→有序→更为复杂的无序的演进过程;{3}济南市城镇—交通系统已经形成点—轴系统的雏形,城镇点—轴系统处于发展阶段。     

泥石流流域集水区面积限值与一级水系数目关系

文章利用ArcInfo的水文分析功能,从不同区域的三条典型泥石流沟的数字高程模型中提取出不同限值下的水系,然后研究了不同集水区面积下限导致的流域水系细节层次的变化,发现一级水系的数目和集水区面积下限成近似于反比的关系,而反比关系的比例系数只与流域面积有关。这种关系反映了泥石流流域的水系在空间尺度变换下的某种自相似性,也说明了泥石流流域在相当宽的空间尺度范围内一级子流域的物质活动能力是一定的。     

平原水网地区快速城市化对河流水系的影响

为了揭示平原水网地区快速城市化对河流水系的影响,基于1:50000地形图和30 m空间分辨率遥感影像数据,采用格网化河网密度、支流发育系数和分形维数等水系指标,分析了20世纪80年代至21世纪10年代苏州市河流水系的时空变化特征,探讨了土地城市化水平与河网密度变化之间的定量关系。结果表明：① 苏州市河流长度衰减了10.55%,其中干流长度增加了3.24%,一级支流与二级支流的长度分别减少了18.87%和11.76%;河网密度在空间上以减小为主,其中干流河网密度在空间上以增加为主,支流河网密度在空间上以减少为主。② 支流发育系数由3.36下降至2.78,水系结构趋于主干化;水系分形维数由1.70下降至1.63,水系形态趋于简单化。③ 土地城市化率高于40%时,河流水系衰减趋于明显,且土地城市化水平越高,河流减少的越多。为满足不同的经济社会发展需要,不同等级河流对土地城市化的响应不尽相同：为提高城市防洪排涝能力,一级河流总体上有所增加;土地城市化率小于40%时,部分二级河流被侵占以增加耕地面积,并新开挖了许多三级河流以提高农田排涝与灌溉能力;土地城市化率大于40%时,大量支流被填埋并转换为建设用地,而且等级越低的河流衰减的越严重。     

中国国土面积究竟有多大?——标度对称与中国陆地面积的分形分析

海岸线的长度依赖于测量尺度,因此没有确定的测量结果:尺度越小,测量的长度值越大。国境线的测量也具有类似的尺度依赖性。这种性质与分形性质有关。分形的本质是标度对称性,而对称性意味着某种不可观测量。由于标度对称性的存在,一些地理现象的基本测度(如长度、面积)无法准确计算。中国、美国等国家的国土面积大小都没有确切的数据:在版图没有任何变动的情况下,不同时期、不同机构的测量结果不一致,有时甚至大相径庭。本文借助分形模型和标度对称思想探讨这一问题。假定一个国家包括漫长的海岸线,则其国土可以分解两部分:主体部分可以用Koch岛模型刻画,岛屿部分则可以用Pareto分布描述。这两部分叠加的结果是,国土总面积随着测量尺度的减少而逐步增加。因此,中国政府可以正式公布国土面积的最新测量数据,而不必继续担心由此引发的国际政治争端。     

河流与城镇体系结构形成的关联特征及空间表现

基于相互作用视角分析了河流与城镇体系结构形成的关联特征及空间表现。河流作为重要自然要素,与城镇体系结构的形成演变存在紧密的关联性,并在空间上表现出不同的特征,研究结果表明:1从数量结构来看,城镇依河流呈非均衡集中分布格局;2规模结构方面,城镇对河流依赖随规模递增而增强,且大城市分布与河流等级、区位密切相关;3职能结构方面,沿河城镇职能具有河流属性特征,且区域中心城市或综合性城市多沿河分布;4空间结构方面,河流引导沿岸城镇空间布局分异,改变中心地空间布局理论结构,且引导沿岸城镇空间体系呈现出点—轴、双核等结构模式。     

基于雷达卫星图像的黄淮海平原城镇体系空间结构研究

基于雷达卫星ScanSAR遥感图像分析 ,根据中心地理论 ,对黄淮海平原不同地貌、水文等要素影响下的城镇体系空间结构进行研究。结果表明 :1)利用雷达遥感对结构信息的灵敏反应和雷达卫星ScanSAR合适分辨率 ,在图像上直接显示出建成区的分布和范围 ,直观反映出城镇相对等级 ,这也表明雷达遥感在城市地理研究中的应用潜力 ;2 )黄淮海平原城镇空间结构深受自然条件特别是地貌尤其是水文 (河流、古河道、湖泊 )的影响 ,城镇体系可划分为 5种类型区 ;3)发展了河流影响下的中心地体系由六边形向五边形或四边形演化的构建模型 ;4)无论六边形还是五边形的中心地体系 ,本区体现了理论上对中心地间的距离构建法则与实际情况的良好关系 ,实证了克氏的中心地理论在黄淮海平原重要农产区的某种存在。     

城市化:相变与自组织临界性

城市化的本质是一种自组织临界相变过程 ,在时间和空间上分别联系着自组织临界性(SOC)和空间复杂性。城市化过程作为SOC有 3个方面的标志 :时间方向的 1/ f涨落、空间方面的分形结构和等级方式的Zipf定律 ,其共性是无标度性。分形中心地景观和位序 -规模分布分别是城市化自组织临界过程在空间和等级两个领域的实证判据。在城市化的临界相变过程中 ,城市体系通常演化为无标度网络 ,而位序 -规模法则乃是空间领域的无标度性在等级领域的结构性“投影”。基于SOC思想研究城市化过程有助于理解自组织城市网络的复杂空间动力学 ,从而为发展城市演化的模拟实验方法提供理论思路     

基于空间聚类方法的京津冀城市群多层级空间结构研究

在京津冀协同发展战略背景下,以建设京津冀世界级城市群为引领,遵循城市发展规律,优化城市空间布局,明确京津冀城市群等级结构及其空间特征具有重要意义。本文以京津冀城市群156个区县为研究对象,从经济中心性、交通中心性、信息中心性、人口中心性4个角度,利用4种空间聚类方法进行5个等级的聚类分析,并基于克氏中心地理论对京津冀城市群等级划分结果进行空间结构分析。结果显示,自组织特征映射神经网络算法(SOM)较适合京津冀城市群的等级划分;京津冀城市群正从以北京城区为单核心的圈层空间结构向3条带型空间结构转变,其中京津都市发展走廊发育成熟,沿海都市发展带也初具规模,而包括雄安新区在内的京石都市发展带正在孕育。     

吉林省中部地区中心地空间关系分析

利用分形理论中的回旋半径法分别对吉林省中部地区4 个级别的中心地进行分维测算和分析, 得到不同级别中心地的不同结构特征:一级中心地长春市功能和地位明确、稳定, 二级中心地等级模糊且功能缺失, 三级中心地结构紧致合理, 四级中心地量大但联系松散。进一步通过空间构图的方式, 以城镇居民点矢量化数据为基础, 构建吉林省中部地区中心地原始空间图景, 通过对原始图景的修补和模型抽象化处理, 得出结构相对完整的中心地六边形网络体系。进而将其与传统中心地模式进行对比分析可以看出, 修补之后的吉林省中部地区中心地属于克里斯塔勒K=3 体系。但是从现实发展来看, 吉林省中部地区形成合理的中心地体系, 需要加快部分三级中心地的发展, 并促其部分升级为二级中心地, 解决区内二级中心地空间缺失问题;同时, 还须解决四级中心地结构松散问题。     

自然地理因素对城镇体系空间结构影响的样式分析

由于微波可以对地表的微起伏、建筑及地表粗糙度等具有敏感的响应,使得雷达遥感在这些方面研究中成为最有用的工具之一。本文利用由加拿大遥感中心 PCI提供的Radarsat Scan SAR数据,对黄、淮、海平原城镇体系空间结构提出自然因素影响下的样式研究。自然条件是城市形成和发展的自然基础。本文通过自然地理因素中水文 (河流、古河道 )、地形这两个重要要素对城镇体系空间结构形成的影响,分析了华北平原区在不同要素影响下的城镇体系空间结构样式 :1在水源充足的准“均质”河北冲积平原上,基本满足六边形形成条件,但由于周边中心地发展竞争力不同,故使得正六边形发生畸变——覆盖面积减小而周长却保持不变 ;2构建了在一条河流影响下的六边形网络结构朝五边形网络演变的模型 ;3构建了在平行状河流作用下六边形网络向四边形网络演替的模式 ;4指出了在水源充足的狭长地理空间,城镇体系空间结构发育成等间距的现象与原因。     

区域交通网络分形的DBM特征--交通网络Laplacian分形性质的实证研究

城镇体系在理论状态下的三角点阵格局暗示着现实中的交通网络在一定时空条件下具有ＤＢＭ模型的某些特征。从形态分析和维数对比两个方面论证了区域交通网络扔Ｌａｐｌａｃｉａｎ分形性质,认为可用ＤＢＭ模型模拟城镇体系－交通网络的形成和演化过程,从而揭示其动力学机制。     

黄土高原分形沟网研究

推测认为黄土高源沟网具有分形性。根据Hoton定律推导沟网分维计算式，确定沟网分形结构，分形理论求算得小流域沟网的分维D＝1．9接近于平面空间时的D＝2理论值。统计分析发现流域边界周长、长轴、短轴、长短轴比、汇合角等地貌指标随流域面积的变化。从而证明黄土高源流域的自相似性。     

网状河流体系的基本特征及其影响因素

网状河流近年来受到较多关注,无论从沉积特征还是从地貌及水力学特征看,网状河流都是一种典型的河型,但目前对网状河流的认识还存在一定的局限性,从沉积特征,地貌及沉积微环境特征及形成条件等方面的对网状河流进行了系统的论述和总结。     

论城市体系

本文从城市群体的空间分布型入手,对城市体系下了科学定义,并对我国城市体系区分为三个层次,即市域城市体系、中心城市经济区城市体系和国家或大区城市体系。作者对国外流行的柏克曼和齐夫-贝里城市体系模式作了介绍,并结合我国国情指出其适用性和局限性。最后,对作者提出的城市体系的级别-数日-规模对应模式进行了理论推导和实验论证,指出该模式适合我国城市化和城市发展的特点,特别对我国组织中心城市经济区的规划工作有助。