北京城市形态的分形集聚特征及其实践意义

基于1984、1999年Landsat TM遥感图像,根据分形理论,用半径法研究了北京城市形态,发现北京城市具有分形性质。北京市建设用地从中心向外扩散的集聚分形结构存在明显的标度区转折现象,其中第一标度区是能够揭示北京城市形态演化特点的有效标度区。1984、1999年半径维数的数值变化反映了建设用地密度集聚扩散的不同特点。本文根据集聚分形的标度区建立了一种新的城市范围定义,这种定义可以减少通常定义中的主观因素和不可比因素,标度区大小具有一定的理论意义。     

中国老年人口分布的集疏格局及其形成机制

中国已全面进入快速老龄化社会,研究老龄人口空间集疏格局及形成机制,不仅是开展老龄人口空间研究的理论基础,也是指导面向老龄化社会城市更新问题的关键所在。选取地级以上行政单元为研究对象,基于五普、六普老年人口数据,采用老龄化率、集聚度和空间自相关等方法,定量分析2000年和2010年全国城市老年人口分布的集疏格局及空间关联。研究表明：全国地级以上城市总体处于老龄化中期水平,城市间老龄化空间分异较大,老年人口密集区城市主要分布在胡焕庸线以东,稀疏区城市则均位于胡焕庸线以西,这与总人口分布状况基本一致;高密区城市基本都分布在东部沿海地区,中密区主要分布在长三角、珠三角、中原、山东半岛、成渝和京津冀地区,为中国分布范围最广的老年人口集聚区;城市间人口老龄化存在较强的空间正相关特征,空间集聚状况有所增强,人口老龄化空间格局表现出以热点区为中心,逐渐向外围过渡的“中心—外围”结构;自然环境、经济环境、城市化建设、人口环境等是导致老年人口集疏格局的关键形成因素。     

京津冀都市圈建设用地格局与变化特征研究

基于2000、2010年京津冀都市圈30 m分辨率的地表覆盖数据,提取出建设用地数据信息,运用空间统计分析、空间自相关、土地类型转换及景观指标测算的方法,从规模变化、空间变化和景观格局变化的角度,揭示京津冀都市圈建设用地的空间格局及时空变化特征,并通过多元回归模型对影响建设用地变化的驱动因素进行分析。结果表明:2000年~2010年间,在京津冀一体化发展战略背景下,伴随产业升级与产业转移的快速发展,京津冀都市圈建设用地规模经历了快速增长,高密度区县数量及其空间集聚性均呈显著上升趋势;空间变化的非均衡性和两极分化特征明显,整体沿北京—保定—石家庄、北京—天津、唐山—天津—沧州三条轴线扩展,同时京津唐地区的组团扩展和网络扩展特征日趋明显,呈现"中心—外围—边缘"的圈层式结构;景观格局的空间分散态势有所增加,各区县建设用地紧凑度指数较低,变化程度较小,建设用地的斑块变化具有一定的粗放性和无序性。运用多元回归对建设用地变化的驱动因素进行分析发现,人口、GDP和固定资产投资是影响京津冀都市圈建设用地的主导因素,其中人口是影响两期建设用地扩展的主导因素。     

京津冀交界地区建设用地扩张时空特征与驱动因素研究

为加深对京津冀交界地区建设用地发展规律的认识,推动区域协同发展,该文基于2000年、2010年和2020年建设用地数据,综合运用建设用地扩张指数、核密度分析法和圈层分析法,探究京津冀交界地区43个县域单元建设用地扩张的时空特征及代表性扩张格局的驱动因素。结果表明：(1)2000—2020年京津冀交界地区建设用地规模不断扩张,扩张速度和扩张强度有所提升,各省域内变化差异显著;(2)建设用地空间格局呈现出圈层扩张和贴边扩张两种类型,其中贴边扩张是交界地区建设用地扩张的代表性格局,新增建设用地呈现出“整体分散、局部集聚”的特征,在环绕北京市城六区、天津市主城区以及京津冀交界地区(如通州区、三河市、大厂回族自治县、武清区等)存在高值集聚区;(3)京津冀交界地区贴边式扩张用地主要发生在低海拔、低坡度、人口分布相对疏散、经济发展水平相对较低的地区,并呈现出明显的河流指向、道路指向和贴近省界扩张的特点。     

京津冀城镇用地空间结构的多分维谱分析

城市形态和城镇体系都具有分形性质,但简单分形模型不能有效揭示城市系统的复杂结构特征及其背后的问题。多分形模型及分析方法是研究城市空间复杂性和描述城市异质性的有效手段。利用城镇建设用地和总建设用地的多分维谱分析,可以发现京津冀城镇体系及主要城市的空间演化问题。主要结果如下：①京津冀总建设用地的全局谱线不正常,代表中心区的谱线收敛过快,而代表边缘区和乡村地区的谱线收敛位置严重越界;②局部谱线单峰左偏,左(趋向中心区)高密、右(趋向边缘区)低疏,且右边数值越界;③多分维增长曲线服从二次logistic函数,但不同区域和城市的增长曲线的拐点位置不同。深入分析谱线特征及其异常根源,得出如下结论：①京津冀主要城市的中心区填充过密,没有太多缓冲空间,而边缘区无序扩展,需要通过规划进行优化;②京津冀城市生长以外延扩展模式为主,但河北省总建设用地有中心集聚迹象;③京津冀地区特别是主要城市用地接近饱和,土地扩展速度高峰已经过去,只有河北省部分区域例外。     

基于路网可达性的城市空间形态集聚分形研究

为将城市形态分形维数从平面空间拓展到交通网络系统,提出一种基于路网的分形集聚维数测算方法,探讨该维数的集聚—扩散性质。以郑州市中心城区为案例区,分别测算了各类功能用地半径集聚维数和路网集聚维数。结果表明：① 各类用地无论在平面中还是在路网中,密度从中心向外围的变化在特定区间内都是均匀的,符合分形特征。② 两种维数均呈现出商业用地<全部建设用地（不含道路与交通设施用地）<居住用地<工业及仓储用地的规律。③ 对于同类功能用地,相对于半径维数,路网集聚维数标度不变区尺度范围更广,对空间的划分也更为精细。④ 同类用地两种集聚维数的分形测量值存在差异,这体现出路网集聚维数对传统测度结果具有一定的延展—集聚修正作用。     

碳排放约束下京津冀地区建设用地利用效率时空演化特征与影响因素研究北大核心CSCD

碳排放与建设用地利用效率具有显著的相互约束效应,建设用地低碳高效利用对实现区域高质量发展具有重要意义。该文通过构建碳排放约束下的建设用地利用效率评价体系,综合运用超效率模型、核密度估计、标准差椭圆等方法分析2005-2019年京津冀地区建设用地利用效率时空分异和空间特征,并探究建设用地利用效率变化的影响因素。结果表明:1)京津冀地区建设用地碳排放呈“先升后降再升”的变化趋势,净变化量为18387.308×104t;2)碳排放约束下的京津冀地区建设用地利用效率呈“先降再升”的特征,经济较发达城市的建设用地利用效率改善较明显,南部体量较小的城市呈波动式提升趋势;3)京津冀地区建设用地利用效率空间上呈东北—西南向分布,形成中北部和南部双核心的总体格局,核心城市集聚作用明显;4)人口规模与碳排放约束下建设用地利用效率呈显著负相关,而经济水平和对外贸易对建设用地利用效率具有显著正向作用。最后为提升京津冀地区建设用地利用效率,实现低碳高效发展提出相关建议。     

城市人口集聚与城市间人口流动对经济产出的影响

城市标度律认为城市的诸多特征均是社会互动与联系的产物,其假设城市经济产出等要素很大程度上由城市人口规模（城市内部相互作用）决定,隐含了集聚经济的假设。城市人口集聚代表了局部的网络效应,而社会生产效率还应度量城市在更大空间尺度上全局网络效应的影响。以中国275个地级及以上级别城市为研究对象,利用百度迁徙数据构建城市人口流动网络,以城市人口流动强度刻画外部交互程度,借助城市标度律框架比较分析城市内部人口规模和外部交互与城市经济产出之间的非线性关系。结果发现：城市经济产出与城市外部交互之间也存在显著的超线性标度关系,且城市外部交互对于城市经济产出具有更高的乘数效应,网络空间相互作用不容忽视且已成为集聚经济的重要补充。进一步引入城市人口密度、集聚外部性和网络外部性等指标,定量综合测度城市人口集聚与城市间人口流动及其协同作用对城市经济产出的影响,发现城市人口规模带来的集聚效应仍是区域经济发展的主要动力,城市在城际协同关系中借助网络化而获益的能力还有待增强。本文有助于深化对标度律机制的理解,并从经济增长的集聚效应和网络效应两方面为区域一体化发展提供决策支持。     

基于手机信令大数据的京津冀城市群人口时空分布与流动特征分析

利用手机信令数据,以京津冀城市群为研究范围,以250 m×250 m网格为基本单元,识别京津冀城市群人口时空分布与流动特征。结果表明：北京和天津是京津冀城市群的主要人口集聚中心,且人口分布呈现非均匀放射状、沿主要交通干线分布,人口密度由城市中心向周边递减;北京、天津和石家庄是人口流动网络的主要中心,其人口流量远高于其他城市;城市群范围内的县际人口流动增长迅速,各区县的职住空间不平衡也比较突出。     

北京市公共服务设施集聚中心识别分析

公共服务设施集聚中心不仅是多样化公共服务设施分布的集中区,也是公共服务设施消费的热点区和城市活力的窗口区。已有城市多中心研究主要关注就业和人口多中心,却较少关注公共服务设施多中心特征。基于北京市公共服务设施空间点要素数据,结合不同类型和等级公共服务设施的服务半径与质量特征,采用加权核密度与等值线分析等方法对北京市公共服务设施集聚中心进行了识别。研究发现：不同类型公共服务设施热点区分布的空间模式有所差异,但均存在一定程度的中心边缘结构;公共服务设施集聚强度和混合度分别呈现出“一心五片”与“一核多点”的空间特征;根据公共服务设施集聚强度和混合度的等值线分布综合判定,研究区范围共识别出136个公共服务设施集聚中心,其集聚强度与距市中心距离呈现出U型变化规律,与所在街道的人口密度存在指数分布规律;多元回归模型验证,最近公共服务设施集聚中心距离对北京城市居民公共服务设施满意度具有显著的负向影响,且其相对影响强度超过“市中心距离”区位变量;北京市公共服务设施集聚中心的形成机制包括自然历史因素的基础作用、经济发展因素的主导作用、社会需求因素的调节作用和规划政策因素的引导作用。研究认为应加强北京城市公共服务设施集聚中心的空间均衡化建设,适度增加城市边缘郊区公共服务设施集聚中心的数量和服务能级,有助于引导和疏解非首都功能产业和人口向城市郊区转移。     

京津冀城市用地形态的双分形特征及其演化

区域城乡一体化的标志之一是城镇体系结构的一体化,这个过程可以从标度的角度进行描述和评价。分形是标度分析的重要方法,地理空间无尺度分布特征的典型参数是分维。论文以京津冀城镇体系为例,利用遥感图像的解译数据和人口普查数据开展分形分析、位序-规模分布分析和异速标度分析,用以解释1995—2013年间京津冀城镇体系演化的过程。结果表明,京津冀城镇体系及其演化的特征有：①京津冀空间结构和位序-规模分布都表现为自仿射双分形结构;②京津冀区域的城市人口-城区面积异速标度退化为假线性关系;③随着城镇体系的演化,自仿射的双分形结构逐步向自相似分形结构演化。由此得出结论：其一,京津冀城镇体系存在结构性的不协调因素。其空间结构和等级结构具有二元化特征,但演化方向却呈现内在结构一体化的显著趋势。其二,大城市用地不够集约。城市边缘区的无序扩张导致土地利用铺张浪费。地方政府和规划专家可以有意识地利用城镇体系演化的这种特征和趋势制定管理措施和优化规划方案。     

京津冀城镇体系与水系结构的时空关系研究

京津冀地区人水关系矛盾突出,分形可以有效描述城镇体系和水系时空演化特征,从而揭示两者演化关系,为城市问题的解决提供一些理论和经验依据。论文采用分形理论中的网格维数和多分维谱,首先分别刻画了两者的时空演化特征,其次探讨了城镇体系和水系结构之间的时空关系,最后探究了水系结构退化的影响因素。主要结论有：① 1990—2010年,京津冀地区建设用地的网格维数升高、自相似性增强、从集聚向分散转变,意味着建设用地朝着空间填充程度增强、有序、分散的方向发展,而水系反之,证明两者具有不同的时空演化方向;② 21世纪10年代,京津冀的人水关系十分紧张,南水北调虽然缓和了京津冀用水问题,改善了大尺度上的水系结构,但在小尺度上改善有限;③ 越靠近城市中心,建设用地分形形态发育越成熟,结构越有序,越靠近外围越混乱无序;④ 京津冀地区水系退化,由自然和人为两方面因素造成,21世纪以后人为因素的影响较为显著。针对京津冀地区水系退化,提出如下政策建议：在城市建设过程中,一方面科学规划城市水系,重视低等级水系的保护;另一方面节约集约利用水资源,完善水资源管理机制。未来,需要进一步探索城市发展和水系的非线性关系,为城市可持续发展提供依据。     

基于灯光数据的京津冀城市多标度异速分析

城镇体系的时空演化是一个复杂的动力学过程,具有无尺度性,其特征可以采用异速标度指数定量描述。论文以京津冀为例,基于1992—2013年夜间灯光数据的校正结果,提取城镇夜间灯光信息,采用多标度异速分析方法,分析京津冀城镇体系的相对发展特征及其空间分异格局。研究发现：①京津冀大城市的增长空间局限日益显著。虽然大城市如京津唐的绝对发展水平高,但接近环境承载量的极限,22 a间增长快速的是大城市交接地带的小城市(如三河、迁安、廊坊等)。②相对增长速度快的城市从东北到西南呈现带状分布——政府选择发展的“雄安新区”就在这个轴带上。由此可以得出两个结论：其一,京津冀城市演化的趋势相对均衡化,空间结构异质性逐步减弱,整个城镇体系的发展趋于相对平衡状态;其二,大、小城市“两极”贯通或许是增强城镇体系功能的有效途径。京津冀的空间格局优化不能仅仅考虑主要的、规模大的中心城市,而应该基于等级结构协调整个城镇网络体系。     

1985-2015年京津冀地区城市建设用地时空演变特征及驱动因素研究

长期以来土地利用/覆被变化一直是全球关注的热点话题,研究城市建设用地时空演变特征,准确定位城市功能是促进城市科学、持续发展的重要保障。以京津冀地区13个城市1985-2015年的城市建设用地为研究对象,运用定量与定性结合的方法,分析城市建设用地时空演变特征;利用多元线性回归、通径分析、地理探测器等方法,诊断城市建设用地时间演化过程与空间演变格局分异的主导驱动因子,通过深入分析各主导因子的驱动机制,对京津冀的城市发展进行功能定位。结果表明：① 京津冀地区城市建设用地的扩张规模、速率、方向和稳定性等存在明显的差异,将城市类型分为协调稳定型、协调波动型、不协调稳定型、不协调波动型;② 城市建设用地时间演化过程的主导驱动因子包括GDP指数、人口密度指数、财政收入指数,空间演变格局差异的主导因子包括到城市中心距离、到主要河流距离、到主要公路距离;③ 根据分析结果,将京津冀地区13个城市规划为核心经济引领城市、重点经济拓展城市和稳定经济涵养城市,对促进京津冀地区协调统筹和一体化发展具有参考价值。     

哈长城市群城镇用地扩展进程及其驱动因素研究

以Landsat TM/ETM+/OLI遥感影像为主要数据源,提取哈长城市群1990、2000、2010、2015 年4 个年份的建设用地信息,采用年均扩展指数、景观扩展指数、多距离空间聚类函数、空间分维度等对城镇用地扩展进程进行分析。结果表明,1990~2015年间,哈长城市群城镇用地增加57 321.47 hm²,增长率为21.05%,整体扩展强度呈上升趋势;空间扩展表现出以中心城市为核心的扩展模式,边缘式增长在各个时期均为主导增长方式;空间扩展聚集性总体表现出“先增强、后减弱”趋势,整体空间结构相对稳定。国家宏观政策、非农业GDP增量和第三产业GDP增量是影响哈长城市群城镇用地扩展的重要因素。GDP增量、非农业人口增量、第二产业GDP增量对城镇用地的扩展起阶段性作用;人均GDP增量与城市用地扩展相关性不显著。     

行政边界对城市群城市用地空间扩张的影响——基于京津冀城市群的实证研究

作为静态的抽象地理要素,行政边界如何影响城市用地的空间扩张过程?以城市群为研究对象,从理论的角度出发,构造符合中国城市群发展历程的行政边界效应阶段模型,并根据城市群发育过程中行政边界对城市用地空间扩张的影响,将其分为四个阶段：隐形阶段、异化阶段、疏导阶段和消融阶段,分析不同阶段城市群城市用地扩张的空间特征和动力机制。研究以京津冀城市群为实证案例,采用趋同分析和β回归方程测度不同类型行政边界对城市用地扩张的边界效应。研究表明：行政级别跨度越大,边界效应越大,城市间城市用地扩张规模的差距也越大;行政边界对城市用地空间扩张的影响具有长期性和累积性的特点,时间越长,边界对城市用地扩张的影响效应越显著。为突破行政边界制约、合理划定城市开发边界、实现城市群城市用地理性扩张提供理论支撑和政策建议。     

基于滞后变量模型的城市群建设用地增长对经济增长的滞后期和效应分析——以京津冀城市群为例

城市群建设用地增长对经济增长存在客观的时间滞后效应,即“用地投入—建设开发—效益产生—效益爬坡—效益稳定”的全周期过程。计算其滞后期长短和总效应大小,并挖掘导致差异的内在机制,对区域建设用地的供给与管理及经济社会的可持续发展具有重要意义。论文以1995—2017年京津冀城市群13个主要城市的统计数据为支撑,提出了建设用地增长对经济增长的滞后变量模型,定量确定了京津冀城市群各城市的滞后期长短、各滞后期的效应以及总效应,并发现了以下规律：① 城市群建设用地增长对经济增长存在普遍的滞后效应,滞后期在0~4 a;② 城市群建设用地增长对经济增长存在显著的正面效应,总效应介于1.66~49.5亿元/km2;③ 城市群建设用地增长对经济增长的滞后期和总效应均呈现出“中心—边缘”的空间分异特征;④ 滞后期主要与城市的等级和功能定位有关,高等级的中心型城市、中等级的副中心型城市和低等级的节点型城市对应的滞后期分别为4 a、2 a和0~2 a;⑤ 总效应主要与产业构成有关,城市产业高、中、低端对应的效应分别为30亿~50亿、10亿~20亿、1亿~10亿元/km2。     

中国主要城市群新增制造业用地特征及城镇体系耦合分析

为探索中国典型城市群新增制造业用地结构与布局状况、发展及功能分工特征,本文基于中国土地市场网2009-2013年制造业用地出让数据,通过区位熵、耦合分析、相关分析等方法,分析了长三角、珠三角、京津冀、长江中游和成渝5个典型城市群新增制造业用地分布特征以及城镇体系耦合特征差异。结果表明：①各城市群新增制造业用地差异显著。长三角、珠三角城市群新增制造业发展较为均衡;京津冀、长江中游和成渝城市群发展协调性仍有待提升。②新增制造业各行业用地在5个城市群中均呈现出一定的集聚特征,其中原材料等传统产业倾向布局在城市群边缘区及城市低等级区;电子信息产业等新兴产业多集中在核心城市及高等级区。③各城市群内部新增制造业用地市场化机制作用较为充分,地价呈现随等级提升而递增的趋势;城市群核心区市场活跃度较低而骨干区较高。相关结论可为城市群产业布局调整、优化以及制定不同等级区域协调发展战略提供参考。     

京津冀城市群发展质量评价与空间分析

基于城市经济能级模型对京津冀城市群内各城市进行等级划分,借助引力模型分析城市间经济联系的变化,并利用城市群发展质量评价指标体系和空间自相关分析,对京津冀城市群和群内城市发展质量以及京津冀、长三角、珠三角三大城市群内核心城市发展质量进行评价。结果表明:城市群内一级中心城市北京、天津的辐射影响突出,集聚效应明显,城市间联系的网络化趋势在增强;城市群内各城市发展质量分为发展良好、发展中等、发展一般3个层次,北京和天津的城市发展质量指数高于河北11个城市,北京城市发展质量指数高于三大城市群内其他中心城市;基础设施网络化的发展促使城市群内城市发展质量和城市间联系的紧密程度呈"带状"结构发展。