城市群空间结构对城市群空间扩张模式与形态的影响

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2023.00166

摘要/Abstract

摘要：

城市群是参与全球竞争的战略高地、中国新型城镇化的重要载体和区域高质量发展的增长极，也是空间扩张最突出的地区。然而受城市群空间结构的底层影响，其扩张模式和形态存在着一定的异质性。在定义城市群空间结构的基础上，应用夜间灯光数据系统地研究了兰西城市群和宁夏沿黄城市群空间扩张的模式和形态。结果表明：（1）两大城市群均以边缘式扩张为主，飞地式扩张为辅。2011—2015年，兰西城市群飞地式扩张高于宁夏沿黄城市群，2016—2020年，宁夏沿黄城市群飞地式扩张较突出。双核心-双省份城市群更偏好在异地寻求新的发展空间，而单核心城市群偏好空间蔓延。填充式扩张普遍不足，表明城市群空间融合态势较弱。（2）斑块个数NP和斑块加权平均分维度FRAC_AM兰西城市群高于宁夏沿黄城市群，而斑块结合度指数COHENSION、斑块聚合度指数AI、斑块密度PD兰西城市群均低于宁夏沿黄城市群，说明双核心-双省份城市群扩张更明显、形态更复杂，破碎化程度更高，空间离散性更突出。NP、PD指数递增，而AREA_MN指数递减，AI、COHENSION指数先升后降，表现出一定的趋同性，但双核心-双省份城市群变化速率较快，暗示双核心、跨省区的分布特征，实际上降低了斑块密度、抑制了斑块的聚合、拉大了斑块的分离，更不利于城市群空间结构的优化。

关键词: 城市群空间结构, 扩张模式, 扩张形态, 兰西城市群, 宁夏沿黄城市群

Abstract:

Urban agglomerations are strategic highlands for participating in global competition， important carriers of China's new urbanization， growth poles for high-quality regional development， and also the most prominent areas for spatial expansion. However， due to the underlying influence of the spatial structure of urban agglomerations， there is a certain degree of heterogeneity in their expansion patterns and forms. On the basis of defining the spatial structure of urban agglomerations， this paper systematically studied the patterns and forms of spatial expansion in the Lanzhou-Xining urban agglomeration and the Ningxia Yellow River urban agglomeration using nighttime light data. The results showed that：（1） Both urban agglomerations were mainly characterized by marginal expansion， with enclave expansion as a supplement. From 2011 to 2015， the enclave style expansion of the LXUA was higher than that of the NXUA. From 2016 to 2020， the enclave style expansion of the NXUA was outstanding. Implying that dual core-dual province urban agglomerations prefer to seek new development space in different locations （spatial discontinuity）， while single core urban agglomerations prefer spatial sprawl （spatial continuity）. Filling expansion is generally insufficient， indicating a weak trend of spatial integration in urban agglomerations. （2） The NP and FRAC-AM of the LXUA are higher than those of the NXUA， indicating that the expansion of the dual core dual province urban agglomeration is more obvious and the form is more complex； The COHENSION， AI， and PD indices of the LXUA are lower than those of the NXUA， indicating a higher degree of fragmentation and more prominent spatial dispersion in the dual core dual province urban agglomeration. The NP and PD indices of the two major urban agglomerations are increasing， while the FRAC-AM index decreases， while AI and COHENSION first increase and then decrease， showing a certain degree of convergence. However， the change rate of the dual core dual provincial urban agglomeration is relatively fast， indicating the distribution characteristics of the dual core and cross provincial regions. In fact， it reduces patch density， inhibits patch aggregation， and widens patch separation， which is not conducive to the optimization of the spatial structure of the urban agglomeration.

Key words: spatial structure of urban agglomerations, expansion mode, expansion form, Lanzhou-Xining Urban Agglomeration（LXUA）, Ningxia urban agglomeration along the Yellow River （NXUA）

中图分类号:

K901.8

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图/表 9

表1 景观格局指数特征

Table 1 Landscape index characteristics

指标	景观格局指数	指数解释	计算公式	变量解释	扩张的含义
数量指标	斑块个数（NP）	反映景观空间格局和景观异质性	$N P = n i$	$n i$ 为表示i 类斑块总个数	刻画新增城区的数量。越多，扩张越明显
面积指标	斑块平均面积(AREA_MN)	反映斑块在空间上的分散程度及同类斑块的破碎化程度	$A R E A_M N = C A n$	$C A$ 表示景观的总面积；n表示各类斑块的总数	斑块平均面积越大，城市扩张越明显
密度指标	斑块密度（PD）	反映斑块在单位面积上的斑块数量，体现了某类景观的优势度	$P D = n i A$	$n i$ 为第 i 类景观要素的总面积；A 为所有景观的总面积	反映城市扩张的强度和离散程度。PD降低，暗示城区走向融合。PD越大，破碎化程度越高
形状指标	斑块加权平均分维度（FRAC_AM）	表示斑块形状的复杂性或不规则程度，数值越大，形状越不规则	$F R A C_A M = 2 l n (0.25 p i j) l n a i j$	$a i j$ 表示某景观类型的斑块面积； $p i j$ 表示某景观类型的斑块周长	刻画新增城区形态的复杂性
分布指标	斑块结合度指数（COHENSION）	反映景观系统中斑块的联通程度	$C O N H E N S I O N = 1 - ∑ j = 1 n p i j ∑ j = 1 n p i j a i j 1 - 1 A$	$p i j$ 表示该斑块的周长; $a i j$ 表示该斑块的面积；A 表示该景观的栅格像元总数	反映城市扩张区域的结合程度
分布指标	斑块聚合度指数（AI）	表示斑块聚合形成的相邻关系及斑块间的连通性	$A I = g g m a x × 100$	g为斑块栅格之间的相似邻接数;g_max为根据single-count 方法计算的斑块栅格间最大的相似邻接数。常用来表示景观中不同斑块类型相邻的概率	当建成区所有斑块的公共边界数值增大时，聚合指数增大，表示城市空间聚合度提高，建成区分布有集中的趋势。反之，则比较分散

表1 景观格局指数特征

Table 1 Landscape index characteristics

指标	景观格局指数	指数解释	计算公式	变量解释	扩张的含义
数量指标	斑块个数（NP）	反映景观空间格局和景观异质性	$N P = n i$	$n i$ 为表示i 类斑块总个数	刻画新增城区的数量。越多，扩张越明显
面积指标	斑块平均面积(AREA_MN)	反映斑块在空间上的分散程度及同类斑块的破碎化程度	$A R E A_M N = C A n$	$C A$ 表示景观的总面积；n表示各类斑块的总数	斑块平均面积越大，城市扩张越明显
密度指标	斑块密度（PD）	反映斑块在单位面积上的斑块数量，体现了某类景观的优势度	$P D = n i A$	$n i$ 为第 i 类景观要素的总面积；A 为所有景观的总面积	反映城市扩张的强度和离散程度。PD降低，暗示城区走向融合。PD越大，破碎化程度越高
形状指标	斑块加权平均分维度（FRAC_AM）	表示斑块形状的复杂性或不规则程度，数值越大，形状越不规则	$F R A C_A M = 2 l n (0.25 p i j) l n a i j$	$a i j$ 表示某景观类型的斑块面积； $p i j$ 表示某景观类型的斑块周长	刻画新增城区形态的复杂性
分布指标	斑块结合度指数（COHENSION）	反映景观系统中斑块的联通程度	$C O N H E N S I O N = 1 - ∑ j = 1 n p i j ∑ j = 1 n p i j a i j 1 - 1 A$	$p i j$ 表示该斑块的周长; $a i j$ 表示该斑块的面积；A 表示该景观的栅格像元总数	反映城市扩张区域的结合程度
分布指标	斑块聚合度指数（AI）	表示斑块聚合形成的相邻关系及斑块间的连通性	$A I = g g m a x × 100$	g为斑块栅格之间的相似邻接数;g_max为根据single-count 方法计算的斑块栅格间最大的相似邻接数。常用来表示景观中不同斑块类型相邻的概率	当建成区所有斑块的公共边界数值增大时，聚合指数增大，表示城市空间聚合度提高，建成区分布有集中的趋势。反之，则比较分散

图1 2000—2020年城市群不同时段的扩张模式

Fig.1 Expansion patterns in urban agglomeration at different time periods during 2000-2020

表2 2000—2020年城市群不同城市、不同扩张类型的面积（km2 ）

Table 2 Area of different cities and expansion types in urban agglomeration during 2000-2020 （km2 ）

城市群名称	所属省区	市（州）	2000—2005年			2006—2010年			2011—2015年			2016—2020年
城市群名称	所属省区	市（州）	飞地式	边缘式	填充式	飞地式	边缘式	填充式	飞地式	边缘式	填充式	飞地式	边缘式	填充式
兰西城市群	甘肃省	兰州市	0.25	17.75	5.25	2.50	18.25	13.50	4.50	48.25	18.75	45.00	57.50	3.50
		白银市	0.50	3.50	0.00	0.50	3.50	0.00	3.25	12.25	0.00	0.00	14.75	0.25
		定西市	0.00	1.00	0.00	0.00	1.00	0.00	13.50	8.25	0.00	4.50	21.25	1.50
		临夏州	0.00	1.00	0.00	0.00	1.00	0.00	1.25	2.50	0.00	3.50	2.50	0.25
		小计	0.75	23.25	5.25	3.00	23.75	13.50	22.50	71.25	18.75	53.00	96.00	5.50
	青海省	西宁市	3.75	22.00	6.75	3.75	22.00	6.75	17.75	26.50	15.50	12.50	40.00	5.50
		海东市	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	15.00	0.00	0.00	5.00	43.25	0.00
		黄南州	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	3.25	0.00	0.00	0.00	5.25	0.25
		海北州	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	3.25	0.00	0.00
		海南州	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	10.50	0.00	0.00
		小计	3.75	22.00	6.75	3.75	22.00	6.75	36.00	26.50	15.50	31.25	88.50	5.75
		总计	4.50	45.25	12.00	6.75	45.75	20.25	58.50	97.75	34.25	84.25	184.5	11.25
宁夏沿黄城市群	宁夏回族自治区	银川市	9.25	37.00	4.75.00	4.25	52.50	1.50	18.00	88.00	26.25	27.75	67.75	13.25
		吴忠市	0.00	0.25	0.00	3.00	6.00	0.00	4.75	23.50	0.00	8.50	25.00	2.75
		石嘴山市	0.00	2.25	0.00	0.25	7.00	0.00	0.00	10.00	0.25	20.50	2.75	1.00
		中卫市	1.50	0.00	0.00	0.00	3.75	0.00	2.75	16.00	0.25	5.00	13.00	0.25
		总计	10.75	39.50	4.75	7.50	69.25	1.50	25.50	137.50	26.75	61.75	108.50	17.25

图2 2000—2020年兰西城市群城市用地扩张过程注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号：GS（2019）1822号）制作，底图边界无修改

Fig.2 Urban land expansion process of Lanzhou-Xining urban agglomeration during 2000-2020

图3 2000—2020年宁夏沿黄城市群城市用地扩张过程注：基于自然资源部标准地图服务网站标准地图（审图号：GS（2019）1822号）制作，底图边界无修改

Fig.3 Urban land expansion process of Ningxia urban agglomeration along the Yellow River during 2000-2020

图4 2015—2021年兰州市土地出让面积和土地溢价率

Fig.4 Land transfer area and land premium rate in Lanzhou during 2015-2021

图5 2015—2021年西宁市土地出让面积和土地溢价率

Fig.5 Land transfer area and land premium rate in Xining during 2015-2021

表3 2000—2020年城市群景观格局指数

Table 3 Landscape pattern index of urban agglomeration during 2000-2020

城市群名称	结构	年份	NP	FRAC_AM	COHENSION	AI	PD	LSI	AREA_MN
兰西城市群	双核心-双省份	2000	9	1.0958	88.5773	77.3438	0.0001	3.1454	1043586.7650
		2005	9	1.0877	90.1059	81.0526	0.0001	3.1656	1208810.9380
		2010	13	1.0991	92.5952	84.3491	0.0001	3.2113	844808.3333
		2015	28	1.0846	92.1489	84.5175	0.0002	3.3620	454896.7949
		2020	39	1.0941	92.4077	82.6527	0.0003	3.6362	341172.5962
宁夏沿黄城市群	单核心-单省份	2000	6	1.0495	85.4760	84.6442	0.0002	2.4577	592010.7143
		2005	11	1.0710	91.0850	87.0130	0.0003	2.5350	345339.5833
		2010	15	1.0916	93.3989	86.5134	0.0004	2.6577	230226.3889
		2015	23	1.0774	93.5995	87.7500	0.0007	2.8908	148002.6786
		2020	33	1.0810	93.6006	86.5717	0.0010	3.1975	98668.4524

图6 2000—2020年城市群各类景观指数变化

Fig.6 Changes in various landscape indices in urban agglomeration during 2000-2020

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