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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 3 期摇 摇 2012 年 2 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
夏季可可西里雌性藏原羚行为时间分配及活动节律 连新明,李晓晓,颜培实,等 (663)………………………
热带印度洋黄鳍金枪鱼渔场时空分布与温跃层的关系 杨胜龙,张摇 禹,张摇 衡,等 (671)……………………
洪湖水体藻类藻相特征及其对生境的响应 卢碧林,严平川,田小海,等 (680)…………………………………
广西西端海岸四种红树植物天然种群生境高程 刘摇 亮,范航清,李春干 (690)…………………………………
高浓度 CO2引起的海水酸化对小珊瑚藻光合作用和钙化作用的影响 徐智广,李美真,霍传林,等 (699)……
盖度与冠层水深对沉水植物水盾草光谱特性的影响 邹维娜,袁摇 琳,张利权,等 (706)………………………
基于 C鄄Plan规划软件的生物多样性就地保护优先区规划———以中国东北地区为例
栾晓峰,孙工棋,曲摇 艺,等 (715)
…………………………
………………………………………………………………………………
城市化对本土植物多样性的影响———以廊坊市为例 彭摇 羽,刘雪华,薛达元,等 (723)………………………
利用红外相机调查北京松山国家级自然保护区的野生动物物种 刘摇 芳,李迪强, 吴记贵 (730)……………
基于树木起源、立地分级和龄组的单木生物量模型 李海奎,宁金魁 (740)………………………………………
千岛湖社鼠种群遗传现状及与生境面积的关系 刘摇 军,鲍毅新,张摇 旭,等 (758)……………………………
气候变化对内蒙古草原典型植物物候的影响 顾润源,周伟灿,白美兰,等 (767)………………………………
中国西北典型冰川区大气氮素沉降量的估算———以天山乌鲁木齐河源 1 号冰川为例
王圣杰,张明军,王飞腾,等 (777)
…………………………
………………………………………………………………………………
植被类型对盐沼湿地空气生境节肢动物功能群的影响 童春富 (786)……………………………………………
黔西北铅锌矿区植物群落分布及其对重金属的迁移特征 邢摇 丹,刘鸿雁,于萍萍,等 (796)…………………
云南中南部季风常绿阔叶林恢复生态系统萌生特征 苏建荣,刘万德,张志钧,等 (805)………………………
筑坝扩容下高原湿地拉市海植物群落分布格局及其变化 肖德荣,袁摇 华,田摇 昆,等 (815)…………………
三峡库区马尾松根系生物量的空间分布 程瑞梅,王瑞丽,肖文发,等 (823)……………………………………
兴安落叶松林生物量、地表枯落物量及土壤有机碳储量随林分生长的变化差异
王洪岩,王文杰,邱摇 岭,等 (833)
………………………………
………………………………………………………………………………
内蒙古放牧草地土壤碳固持速率和潜力 何念鹏,韩兴国,于贵瑞 (844)…………………………………………
不同林龄马尾松凋落物基质质量与土壤养分的关系 葛晓改,肖文发,曾立雄,等 (852)………………………
不同丛枝菌根真菌侵染对土壤结构的影响 彭思利,申摇 鸿,张宇亭,等 (863)…………………………………
不同初始含水率下粘质土壤的入渗过程 刘目兴,聂摇 艳,于摇 婧 (871)…………………………………………
不同耕作措施的温室气体排放日变化及最佳观测时间 田慎重,宁堂原,迟淑筠,等 (879)……………………
外源铅、铜胁迫对不同基因型谷子幼苗生理生态特性的影响 肖志华,张义贤,张喜文,等 (889)………………
温度和盐度对吉富品系尼罗罗非鱼幼鱼鳃 Na+ 鄄K+ 鄄ATPase活力的联合效应
王海贞,王摇 辉,强摇 俊,等 (898)
……………………………………
………………………………………………………………………………
基于元胞自动机的喀斯特石漠化格局模拟研究 王晓学,李叙勇,吴秀芹 (907)…………………………………
边缘细胞对荞麦根尖铝毒的防护效应和对细胞壁多糖的影响 蔡妙珍,王摇 宁,王志颖,等 (915)……………
川中丘陵区人工柏木防护林适宜林分结构及水文效应 龚固堂,黎燕琼,朱志芳,等 (923)……………………
基于 AHP与 Rough Set的农业节水技术综合评价 翟治芬,王兰英,孙敏章,等 (931)…………………………
基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析 王翠平,王豪伟,李春明,等 (942)………………
生态旅游资源非使用价值评估———以达赉湖自然保护区为例 王朋薇,贾竞波 (955)…………………………
专论与综述
基于有害干扰的森林生态系统健康评价指标体系的构建 袁摇 菲,张星耀,梁摇 军 (964)………………………
硅对植物抗虫性的影响及其机制 韩永强,魏春光,侯茂林 (974)…………………………………………………
研究简报
光照条件、植株冠层结构和枝条寿命的关系———以桂花和水杉为例 占摇 峰,杨冬梅 (984)……………………
Bt玉米秸秆还田对小麦幼苗生长发育的影响 陈小文,祁摇 鑫,王海永,等 (993)………………………………
汶川大地震灾后不同滑坡体上柏木体内非结构性碳水化合物的特性 陈摇 博,李志华,何摇 茜,等 (999)……
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*344*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*37*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄02
封面图说:难得的湿地乔木———池杉池杉为落叶乔木,高达 25 米,主干挺直,树冠尖塔。 树干基部膨大,常有屈 膝状吐吸根,池
杉为速生树,强阳性,耐寒性较强,耐干旱,更极耐水淹,多植于湖泊周围及河流两岸,是能在水里生长的极少数的大
乔木之一,故有湿地乔木之称 。 池杉原产美国弗吉尼亚沼泽地,中国于本世纪初引种到江苏等地,之后大量引种南
方各省,尤其是长江南北 水网地区作为重要造树和园林树种而大量栽种。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 3 期
2012 年 2 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 3
Feb. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:中国科学院知识创新重要方向项目(KZCX鄄2鄄YW鄄453);厦门市科技计划项目(3502Z20112020)
收稿日期:2011鄄09鄄06; 摇 摇 修订日期:2011鄄12鄄07
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: dongrencai@ rcees. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201109061306
王翠平,王豪伟,李春明,董仁才.基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析.生态学报,2012,32(3):942鄄954.
Wang C P, Wang H W, Li C M, Dong R C. Analysis of the spatial expansion characteristics of major urban agglomerations in China using DMSP / OLS
images. Acta Ecologica Sinica,2012,32(3):942鄄954.
基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群
空间扩张特征分析
王翠平1,2,王豪伟1,2,李春明1,2,董仁才1,2,3,*
(1. 中国科学院城市环境与健康重点实验室,中国科学院城市环境研究所, 厦门摇 361021;
2. 厦门城市代谢重点实验室,中国科学院城市环境研究所, 厦门摇 361021;
3. 中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京摇 100085)
摘要:20 世纪 90 年代以来,随着中国城市化步伐的加快,城市用地空间扩张极为明显。 采用 1992、1995、2000、2005、2009 年 5
期的夜间灯光影像数据提取了京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群的城市像元,并从空间扩张强度、扩张类型以及方向性
空间扩张特征 3 个方面对三大城市群城市用地的空间扩张特征进行了分析,同时还从社会经济方面对城市群空间扩张的驱动
因素进行了讨论。 结果表明,三大城市群的空间扩张特征既存在共性也存在明显的差异,同时社会经济的快速发展对城市用地
的扩张具有明显的驱动作用,为进一步推动中国城市化进程提供了数据支撑。
关键词:夜间灯光影像; 城市用地; 空间扩张; 城市群; 连绵区
Analysis of the spatial expansion characteristics of major urban agglomerations in
China using DMSP / OLS images
WANG Cuiping1,2, WANG Haowei1,2, LI Chunming1,2, DONG Rencai1,2,3,*
1 Key Lab of Urban Environment and Health, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China
2 Xiamen Key Lab of Urban Metabolism, Xiamen 361021, China
3 State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco鄄environmental Sciences; Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
Abstract: Since the 1990s, the urban sprawl phenomenon has become very obvious in China due to the pace of
urbanization. We exacted urban pixel of Jingjinji, Yangtze River Delta and Pearl River Delta urban agglomerations based on
DMSP / OLS images in 1992, 1995, 2000, 2005 and 2009. We also analyzed the spatial expansion characteristics of urban
land in the three agglomerations. We calculated the spatial expansion intensity and spatial expansion type in the three
agglomerations. Then we analyzed the directional spatial expansion characteristics and compared them to the level of socio-
economic development (population urbanization rate and the proportion of secondary and tertiary industry in GDP) in the
cities within the three urban agglomerations. The results showed that (1) the intensity of spatial expansion in the Yangtze
River Delta was higher than the other regions during the early and middle stages of spatial expansion, the intensity of spatial
expansion in Jingjinji was higher than in the other regions during the late stage of urban expansion, and the intensity of
urban expansion in the Pearl River Delta was relatively weak. (2) The ‘infilling爷 type of spatial expansion was observed in
all three urban agglomerations until 2009. (3) Urban land in Jingjinji expanded east, south and southeast from the centers
of Beijing, Tianjin and Tangshan. Urban land in the Yangtze River Delta expanded west, southwest and northwest from the
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center of Shanghai, and expansion in local areas was centered around several urban patches, and urban land in the Pearl
River Delta expanded around the central urban clusters. (4) From 1992 to 2009, the social economic development level,
population urbanization rate and the proportion of secondary and tertiary industry in GDP in Beijing, Tianjin and Tangshan
were higher than the other cities in the Jingjinji. The population urbanization rate and the proportion of secondary and
tertiary industry in GDP of Shanghai, Nanjing, Wuxi and Suzhou were higher than the other cities in the Yangtze River
Delta, and the population urbanization rate and the proportion of secondary and tertiary industry in GDP of Guangzhou,
Shenzhen, Zhongshan, Zhuhai, Dongguan and Foshan were higher than the other cities in the Pearl River Delta. These
results all indicated that rapid socioeconomic development drives the expansion of urban land. (5) The general spatial
expansion trend of urban land in the three agglomerations was from dispersed to cluster form, and the urban land gradually
expanded as a banded or clustered interlocking region. We conclude that urban land in China forms clusters as a result of
rapid socioeconomic development, the characteristics of urban land expansion varies in different agglomerations, and the
analysis provides data support for continued urbanization in China.
Key Words: DMSP / OLS nighttime light image; urban land; spatial expansion; urban agglomeration; interlocking region
近 200a来世界上最大的社会变动是人口向城市大规模聚集,2008 年世界城市人口首次超过农村人口,
标志着人类开始进入城市型社会[1]。
20 世纪 90 年代以来,中国的城市化进程也进入到了加速发展时期[2],农村人口逐渐向城市转移,人口城
市化率(城镇人口占总人口的百分比)从 1990 年的 26. 41%提高到 2009 年的 46. 59% [3]。 随着人口与经济的
快速发展,城市用地范围不断扩张,城市用地扩张成为表征城市化进程的一个重要特征[4]。
随着城市化水平的快速发展,城市群成为区域空间组织的重要形式,并且已经逐渐成为促进城市化快速
发展的重要地区[5]。 中国十分重视城市群的发展,国家《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》中明
确提出:“要把城市群作为推进城镇化的主体形态,逐步形成以沿海及京广京哈线为纵轴,长江及陇海线为横
轴,若干城市群为主体,其他城市和小城镇点状分布,永久耕地和生态功能区相间隔,高效协调可持续的城镇
化空间格局冶。 据统计,中国目前正在发展和将要发展的城市群共有 28 个[6]。 其中,京津冀、长江三角洲、珠
江三角洲三大城市群主导中国经济的发展[7],研究这三大城市群的空间扩张特征能为研究城市群空间扩张
机制提供依据,并对其他正在发展和即将发展的城市群具有指导意义。
由于城市不断侵占农业和森林用地,环境问题恶化,城市扩张研究逐渐成为研究热点,如利用 TM遥感影
像数据研究城市或城市群尺度的城市用地扩张情况[8鄄12]。 虽然采用遥感影像数据分析城市用地扩张的研究
颇多,但仍是以分析单一城市的城市用地扩张为主,城市群尺度的城市用地扩张研究还相对较少,特别是从全
国范围来研究城市群城市用地空间扩张还存在一定的难度。 对这一现状分析原因主要有两点:一是采用常规
方法获取全国尺度城市扩张数据存在一定的难度;一是虽然研究城市扩张的方法较多,但用于大尺度城市扩
张研究的方法还相对不足。
美国军事气象卫星 Defense Meteorological Satellite Program(DMSP)搭载的 Operational Linescan System
(OLS)传感器获取的夜间灯光影像数据为研究大尺度城市扩张提供了有效的数据支持。 OLS 传感器能探测
到城市灯光,使之与黑暗的乡村背景存在明显差异[13]。 因此很多研究人员应用夜间灯光数据研究城市化及
其相关问题。 Gallo等指出夜间灯光影像数据为研究城市与郊区温度差异提供了新的数据源[14];Sutton 等采
用夜间灯光影像数据并结合 GIS技术对美国大陆地区进行人口密度模拟研究[15];Imhoff 等分析了夜间灯光
影像数据与城市面积扩张之间的相关性[16];Amaral等应用夜间灯光影像数据研究了巴西亚马逊河流域人口
及能源消耗[17];Henderson等基于夜间灯光影像数据提取了旧金山、北京、拉萨 3 个不同发展水平城市的边界
数据并说明 DMSP / OLS稳定灯光数据可作为提取城市范围的有效数据源[18]。
本文依据 20 世纪 90 年代以来中国的国民经济五年计划,并结合夜间灯光数据的时间序列,选取 5 期
349摇 3 期 摇 摇 摇 王翠平摇 等:基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析 摇
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DMSP / OLS稳定灯光数据(1992 年、1995 年、2000 年、2005 年和 2009 年)为数据源,分析了京津冀、长江三角
洲、珠江三角洲三大城市群的城市扩张进程及其空间扩张特征。
1摇 研究材料及方法
1. 1摇 DMSP / OLS数据特性
DMSP卫星上搭载的 OLS传感器是一种专门为云成像设计的振荡扫描辐射仪,它有可见光、近红外和热
红外两个通道,波长分别为 0. 4—1. 0滋m和 10—13滋m。 OLS 传感器每天都能获取全球范围的黎明,白天,黄
昏和夜晚 4 个时段的影像数据。 这种传感器设计初衷是为了监测夜间月光照射下的云,因此其增益性能较
高,OLS传感器的高增益性使其不仅能观测云还能探测城镇灯光、火光、渔船灯光等发出的电磁辐射[19]。
自 1992 年开始,OLS传感器获取的数据在美国国家地理数据中心由美国空军和 NOAA 处理成为数字格
式的文档,并通过相应程序研发生成夜间灯光影像数据[20]。 目前主要有 3 种夜间灯光影像数据:稳定灯光影
像数据、辐射定标夜间平均灯光强度影像数据和非辐射定标夜间平均灯光强度影像数据。
本文采用的是稳定灯光影像数据,该产品是在月光微弱的条件下获取的数据,数据记录了一段时间内
(通常为 1a)在无云的条件下灯光被连续探测到的频率,该数据排除了亮云和水体的影响,其空间分辨率
为 1km[21]。
1. 2摇 研究区介绍
本文采用中国 1颐100 万地形图界定城市群的行政区范围,研究区为京津冀,长江三角洲和珠江三角洲城
市群。 京津冀城市群以北京为中心,包括天津、石家庄、唐山、保定、廊坊、秦皇岛、张家口、承德、沧州共 10 个
城市[22];长江三角洲城市群以上海为中心包括南京、镇江、苏州、无锡、常州、扬州、泰州、南通、杭州、嘉兴、湖
州、宁波、绍兴、舟山共 15 个城市[23];珠江三角洲城市群以广州为核心,包括深圳、珠海、佛山、惠州、肇庆、江
门、东莞、中山共 9 个城市[24]。
1. 3摇 城市用地像元的确定
应用 DMSP / OLS稳定灯光影像数据描绘城市用地边界的关键步骤就是确定用于区分城市用地像元和非
城市用地像元的阈值,本文选择 Henderson等提出的经验阈值 6%来提取京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城
市群的城市用地边界[18]。 另外卓莉等的经验指出已经发展成为城市的区域,一般情况下不可能再变为乡村
区域即城市像元的灯光值不可能从大于零再变为零,因此当某一像元在 1992、1995、2000、2005 和 2009 年的
灯光值满足以下(1)—(5)式之一时,被认为是真实的城市像元[25]:
(F1992>0)和(F1995>0)和(F2000>0) 和(F2005>0)和(F2009>0) (1)
(F1992 =0)和(F1995>0)和(F2000>0) 和(F2005>0)和(F2009>0) (2)
(F1992 =0)和(F1995 =0)和(F2000>0) 和(F2005>0)和(F2009>0) (3)
(F1992 =0)和(F1995 =0)和(F2000 =0) 和(F2005>0)和(F2009>0) (4)
(F1992 =0)和(F1995 =0)和(F2000 =0) 和(F2005 =0)和(F2009>0) (5)
式中,F1992、F1995、F2000、F2005和 F2009分别表示像元在 1992、1995、2000、2005 和 2009 年的稳定灯光图像中的像
元值。
本文首先应用经验阈值 6%初步提取京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群的城市用地像元,然后以
依据经验阈值提取的城市用地像元为基础根据公式(1)—(5)进一步较精确地确定城市用地像元。
1. 4摇 城市群城市用地空间扩张特征分析方法
1. 4. 1摇 城市群空间扩张强度指数
城市群空间扩张强度指数是指城市群在一定的时间间隔内区域内的城市用地扩张面积占整个城市群面
积的百分比,为了既能比较不同时间间隔城市群空间扩张的强弱又能区别不同时间间隔城市群空间扩张的快
449 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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慢,可采用不同时间间隔的平均空间扩张强度指数,即用城市群的总面积对其平均扩展速度进行标准化处理,
使不同时间间隔的城市群空间扩张具有可比性[26]。 由于城市群的空间扩张面积与其灯光影像城市像元的增
加数量成正比,并且城市群的总面积与其灯光影像的总像元数成正比,本文直接用城市群城市像元的增加数
及城市群的总像元数代替城市群空间扩张的面积及其总面积。 由于本文采用的统一的行政区范围,在研究中
城市群的像元总数为定值。 基于此,城市群平均空间扩张强度指数计算公式如下所示:
MAIt ~ t+m = [(MUP t+m-MUP t)伊100 / m] / MTP
式中, MAIt ~ t+m为城市群年均空间扩张强度指数,MUP t+m和 MUP t分别为 t+m和 t年城市群的灯光影像中包含
的城市像元数,MTP为城市群的灯光影像中包含的像元总数。
1. 4. 2摇 扩张类型判别分析
结合刘纪远等提出的利用凸壳理论来识别城市扩张类型的方法,总结出确定城市群空间扩张类型主要为
两个部分:首先是构建包含城市群内所有城市用地的凸壳即包含城市群内所有城市用地的最小凸多边[27];然
后判断城市扩张部分是否落在凸壳内,若城市用地扩张部分落在凸壳外的像元数大于落在壳内的像元数,则
确定该城市群的城市用地扩张类型为外延型,否则确定为填充型[28](图 1)。
图 1摇 扩张类型示意图
Fig. 1摇 The types of spatial expansion
1. 4. 3摇 方向性特征分析
无论是扩张强度指数还是扩张类型分析都只是从整个城市群角度分析城市用地空间扩张特征,为了分析
城市用地空间扩张的局部特征,本文对三大城市群城市用地空间扩张的方向性特征进行了分析。 为了分析其
空间扩张的方向性特征,分别以北京,广州和上海的行政中心为城市群空间扩张的中心,并建立自西向东、自
南向北,西北至东南,东北至西南四条样带,每条样带由若干边长为 10km 的方格组成。 计算每个方格内城市
用地面积占总面积的百分比,进而分析城市群城市用地空间扩张的方向性特征[29]。
2摇 结果分析
2. 1摇 三大城市群城市用地扩张进程差异
三大城市群城市用地的扩张进程具有明显的差异(表 1)。 长江三角洲和珠江三角洲城市群城市用地空
间扩张较早,1992 年长江三角洲和珠江三角洲城市群的城市像元比例就已经超过了 30% ,而京津冀城市群的
城市像元比例还不到 15% 。 到了 2009 年长江三角洲城市群城市像元的比例已经超过了 50% ,珠江三角洲城
市群的城市像元比例也超过了 40% ,而京津冀城市的城市像元比例仅为 32. 62% 。
549摇 3 期 摇 摇 摇 王翠平摇 等:基于 DMSP / OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析 摇
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表 1摇 三大城市群不同时期城市像元数占区域内总像元数的百分比
Table 1摇 The percent of urban pixel number in the total number of the three urban agglomerations
城市群
Urban agglomerations
百分比 The percent / %
1992 1995 2000 2005 2009
京津冀摇 摇 14. 76 19. 82 22. 53 24. 38 32. 62
长江三角洲 30. 49 39. 82 44. 33 48. 05 55. 15
珠江三角洲 30. 89 34. 92 38. 20 39. 28 43. 63
长江三角洲
珠江三角洲
图 2摇 三大城市群空间扩张强度
摇 Fig. 2摇 The spatial expansion intensity of the three urban
agglomerations摇
2. 2摇 三大城市群空间扩张强度普遍特征
根据城市群年平均空间扩张强度指数计算得出三
大城市群 20 世纪 90 年代以来城市用地扩张强度(图
2),由图可以看出三大城市群总的扩张强度的趋势为
先降低再升高。 长江三角洲和珠江三角洲城市群城市
用地空间扩张强度出现峰值的时期为 1992—1995 年,
京津冀城市群城市用地空间扩张强度出现峰值的时期
为 2005—2009 年;三大城市群城市用地空间扩张强度
的最低时期均为 2000—2005 年。
1992—1995 年,1995—2000 年和 2000—2005 年三
个时期,长江三角洲城市群城市用地空间扩张强度高于
珠江三角洲和京津冀城市群;随着京津冀城市群城市用
地空间扩张进程的加快,在 2005—2009 年期间,京津冀
城市群的城市用地空间扩张强度高于长江三角洲和珠
江三角洲城市群。
2. 3摇 三大城市群空间扩张类型
首先构建 1992、1995、2000 和 2005 年三大城市群包含城市像元的凸壳,然后分别计算 1992—1995 年、
1995—2000 年、2000—2005 年和 2005—2009 年 4 个时期增加的城市像元数以及分别落在凸壳内和凸壳外的
城市像元数,并依据落在凸壳内和凸壳外的城市像元数占总像元数的百分比来判断其扩张类型(表 2)。 由表
2 可以看出,三大城市群在这 4 个时期内扩张类型均为填充型。
表 2摇 三大城市群不同时期城市用地空间扩张类型
Table 2摇 The spatial expansion types of the three urban agglomerations in different periods
时间间隔
Time interval
城市群
Urban
agglomeration
像元增加总数
Increasing
number
of pixels
凸壳内像元数
The number
of pixels in
Convex Hull
所占比例 / %
The percent
凸壳外像元数
The number
pixels out of
Convex Hull
所占比例 / %
The percent
空间扩张类型
Type
1992—1995 京津冀 13903 13853 99. 64 50 0. 36 填充
长江三角洲 11703 11659 99. 62 44 0. 38 填充
珠江三角洲 2698 2678 99. 26 20 0. 74 填充
1995—2000 京津冀 7479 7471 99. 89 8 0. 11 填充
长江三角洲 5657 5609 99. 15 48 0. 85 填充
珠江三角洲 2188 2169 99. 13 19 0. 87 填充
2000—2005 京津冀 5075 5063 99. 76 12 0. 24 填充
长江三角洲 4675 4595 98. 29 80 1. 71 填充
珠江三角洲 723 714 98. 76 9 1. 24 填充
2005—2009 京津冀 22675 22430 98. 92 245 1. 08 填充
长江三角洲 8910 8552 95. 98 358 4. 02 填充
珠江三角洲 2901 2824 97. 35 77 2. 65 填充
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2. 4摇 三大城市群空间扩张方向性特征
2. 4. 1摇 京津冀城市群
由图 3 可以看出,京津冀城市群在 1992 年就已经基本完成城市用地扩张的区域分布在以中心点为中心
的方圆 3km范围内,距中心点东 150—170km处以及距中心点东南 90—140km处,分别处于北京、天津和唐山
的中心点附近。 随着社会经济的发展,京津冀城市群主要是以北京、天津和唐山为中心向东、南以及东南方向
扩张并逐渐形成城市用地连绵区,而东、北、西北、东北和西南方向的城市用地扩张相对较缓慢,存在一些较小
的城市用地斑块。
图 3摇 京津冀城市群方向性特征
Fig. 3摇 Directional characteristics of Jingjinji urban agglomeration
2. 3. 2摇 长江三角洲
由图 4 可以看出,长江三角洲城市群的东部在 1992 年就已经基本完成城市用地扩张,其他在 1992 年就
已经基本完成城市用地扩张的区域分布在距中心点北 10km、南 50km、西 50km、西南 50km、东南 20km和西北
30km范围内,均处于上海市中心点附近。 随着社会经济的发展,长江三角洲城市群总体上是在西、西北以及
西南方向上靠近中心点的范围内扩张,同时局部扩张特征为围绕多个城市用地斑块向四周扩张,并且多个城
市用地斑块正向连绵区发展。
2. 3. 3摇 珠江三角洲
由图 5 可以看出,珠江三角洲城市群的城市用地发展较早,从 1992 年开始就是以城市集群为中心进行空
间扩张,城市用地扩张的范围也较集中,从 1992 年至 2009 年城市用地一直以城市集群为中心在距中心点南
100km、北 50km、东 160km、西 80km、东北 40km、西南 60km、西北 40km和东南 60km范围内进行扩张,即以广
州、深圳、中山、珠海、东莞和佛山组成的城市用地连绵区为中心向四周扩张。
2. 4摇 三大城市群空间扩张趋势
图 6 为基于灯光影像数据获得的三大城市群 1992—2009 年空间扩张进程。 1992 年京津冀城市群的城市
用地主要是呈点状形式分布于该城市群的东南部,至 2009 年北京,天津,唐山以及廊坊等城市的城市用地基
本发展为连绵区,然而城市群内的其他城市的城市用地仍呈点状形式存在,尤其是承德和张家口的城市用地
扩张较慢,京津冀城市群城市用地总的扩张趋势为以北京、天津、唐山等城市为中心向周围扩张并逐渐形成城
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图 4摇 长江三角洲城市群方向性特征
Fig. 4摇 Directional characteristics of Yangtze River Delta urban agglomeration
图 5摇 珠江三角洲城市群方向性特征
Fig. 5摇 Directional characteristics of Pearl River Delta urban agglomeration
市集群连绵区(图 6)。
1992 年长江三角洲城市群在上海,苏州以及无锡的城市用地已呈连绵形式,至 2009 年长江三角洲城市
群的城市用地以自北向南多个城市中心为轴连绵发展,长江三角洲城市群总的扩张趋势为以上海、苏州和无
锡形成的城市集群为轴进行扩张,并以南京、杭州、宁波等单个核心城市为中心向周围扩张,并逐渐扩张为以
上海、苏州和无锡为轴向的自北向南带状连绵区(图 6)。
1992 年珠江三角洲城市群已经形成了由广州、深圳、珠海、中山、东莞以及佛山等城市的城市用地组成的
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城市用地连绵区,并以该城市连绵区为中心逐步向外扩张(图 6)。
随着城市化进程的不断推进,城市用地不断向外扩张,三大城市群的城市用地逐渐形成轴向或连片发展
的形式。 虽然京津冀城市群空间扩张相对较缓慢,但仍呈现了由分散形式向集聚形式发展的趋势。
图 6摇 三大城市群城市用地空间扩张进程
Fig. 6摇 Urban land sprawl of the three urban agglomerations
2. 5摇 三大城市群人口和经济的增加对城市用地扩张的影响
2. 5. 1摇 人口经济的发展对城市用地扩张强度的影响
影响城市用地扩张的因素是多方面的,包括人口、经济、自然条件以及政府宏观调控等[30]。 鉴于城市群
自然条件以及行政区划的复杂性,本文仅从人口和经济两个方面讨论城市用地扩张城市扩张的影响因素。 本
文用人口城市化率以及二三产业增加值占 GDP的比重[31鄄39]来表征城市群人口和经济状况。
图 7 为三大城市群人口和经济对城市用地扩张的影响的相关分析,由图可知除了 1992 年至 1995 年期间
京津冀城市群人口城市化率和二三产业增加值占 GDP 的比重呈下降趋势,三大城市群的人口和经济呈稳步
增长趋势,同时三大城市群的城市用地比重也逐年增加。 由图中看出 1995 至 2005 年间京津冀城市群城市用
地比重增加趋势与人口城市化率和二三产业增加值占 GDP的比重增加趋势较接近,2005 年至 2009 年城市用
地比重增加趋势与人口城市化率增加趋势较接近,由此可知 1995 年至 2009 年京津冀城市群人口城市化率对
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城市用地扩张强度影响较大,同时京津冀城市群二三产业增加值占 GDP的比重在 1995—2005 年间对城市用
地扩张强度也影响较大,在 2005—2009 年间则相对较小。 长江三角洲城市群二三产业增加值占 GDP的比重
对城市用地扩张强度影响较大,人口城市化率对城市用地扩张强度影响则相对较小。 珠江三角洲二三产业增
加值占 GDP的比重对城市用地扩张强度影响较大,而人口城市化率仅在 1992—2000 年间对城市用地扩张强
度影响较大。
图 7摇 三大城市群人口和经济对城市用地扩张的影响
Fig. 7摇 Impacts of population and economy on urban land sprawl in the three urban agglomerations
2. 5. 2摇 人口经济的发展对城市用地扩张方向性特征的影响
由图 8 可以看出,从 1992 年至 2009 年京津冀城市群中北京、天津、唐山和石家庄的人口城市化率和二三
产业增加值在 GDP中的比重都高于其他城市,其社会经济发展速度较快,与城市用地扩张趋势基本吻合。 由
图 8 可以看出,上海、南京、无锡和苏州的人口城市化率和二三产业增加值在 GDP中的比重都高于其他城市,
其社会经济发展速度较快,促进了这些地区的城市用地扩张。 由图 8 可以看出,广州、深圳、珠海和佛山的人
口城市化率以及早期的二三产业增加值占 GDP的比重明显高于其他城市,而自 2005 年东莞和中山二三产业
增加值占 GDP的比重高于其他城市,社会经济的快速发展促进了广州、深圳、中山、珠海、东莞和佛山的城市
用地扩张。
3摇 结论
基于夜间灯光影像数据提取的 1992、1995、2000、2005 和 2009 年的城市像元能较好的反映京津冀,长江
三角洲和珠江三角洲城市群的城市用地空间扩张进程。 由三大城市群城市用地空间扩张特征分析可知,三大
城市群城市用地空间扩张特征具共性同时也存在的差异。
(1)由城市像元提取结果可知,1992—2009 年京津冀和长江三角洲城市群城市用地的扩张速度较快,而
长江三角洲和珠江三角洲城市群城市用地扩张程度较强;
(2)扩张强度的计算定量分析了三大城市群城市用地空间扩张的强弱以及快慢,由计算结果可知三大城
市群的空间扩张强度都呈先降低后增加的趋势,同时在不同的时期三大城市群的空间扩张强度的高低略有不
同,该结果较好的反映了三大城市群在 1992 年至 2009 年间的城市用地扩张程度和速度,进一步验证了前一
步的分析结果;
(3)1992—1995、1995—2000、2000—2005 和 2005—2009 年三大城市群城市用地空间扩张类型均为填充
型,与城市尺度的城市用地扩张类型具有明显的差异,而城市尺度的城市用地扩张类型既有填充型又有外
延型[26];
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图 8摇 三大城市群人口和经济对城市用地扩张方向性特征的影响
Fig. 8摇 Impacts of population and economy on directional characteristics in the three urban agglomerations
(4)三大城市群城市用地空间扩张方向性特征也存在异同,京津冀和长江三角洲城市群在扩张方向上具
有明显的不均衡性,都是侧重向某些特定的方向进行扩张,而珠江三角洲城市群城市用地在扩张方向上则较
均衡,近似平铺的形式向四周扩张;
(5)随着城市用地的不断扩张,三大城市群的城市用地由分散形式逐渐向带状或组群的形式发展,并逐
渐发展成为城市用地连绵区,该结果与文献讨论的城市群空间扩展阶段基本一致[40],另外城市群城市用地扩
张模式与城市尺度城市用地扩张模式也较吻合,都是以中心城市为中心向周围扩张,并逐渐由分散的点状城
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市用地向轴向或连片发展[8,41]。
(6)通过分析三大城市群人口和经济的增加对城市用地扩张的影响可知,三大城市群人口和经济发展都
较快,其增长趋势与三大城市群城市用地空间扩张特征分析结果具有较好的相关性,充分证明了人口和经济
的快速发展推动了城市用地的不断扩张;
综上可知,随着社会经济的快速发展,中国的城市用地扩张正走向集群化,区域性的城市用地连绵区已初
具规模。 三大城市群城市用地空间扩张在城市群之间以及城市群内部具有明显的不均衡性,因此国家在大力
推动重要城市群和重点城市社会经济快速发展的同时,需发挥重要城市群和重点城市的示范作用和影响力,
推动我国城市化的均衡发展。
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459 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 3 February,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Behavioural time budgets and diurnal rhythms of the female Tibetan gazelles in the Kekexili National Nature Reserve
LIAN Xinming, LI Xiaoxiao, YAN Peishi, et al (663)
………………
……………………………………………………………………………
The relationship between the temporal鄄spatial distribution of fishing ground of yellowfin tuna (Thunnus albacares) and themocline
characteristics in the tropic Indian Ocean YANG Shenglong, ZHANG Yu, ZHANG Heng, et al (671)…………………………
Characteristics of algous facies of planktonic algae in lake honghu and its response to habitat
LU Bilin, YAN Pingchuan, TIAN Xiaohai, et al (680)
…………………………………………
……………………………………………………………………………
Tide elevations for four mangrove species along western coast of Guangxi, China LIU Liang, FAN Hangqing, LI Chungan (690)……
Effects of CO2 鄄induced seawater acidification on photosynthesis and calcification in the coralline alga Corallina pilulifera
XU Zhiguang, LI Meizhen, HUO Chuanlin,et al (699)
……………
……………………………………………………………………………
Impacts of coverage and canopy water depth on the spectral characteristics for a submerged plant Cabomba caroliniana
ZOU Weina, YUAN Lin, ZHANG Liquan, et al (706)
………………
……………………………………………………………………………
Prioritizing biodiversity in conservation planning based on C鄄Plan:a case study from northeast China
LUAN Xiaofeng,SUN Gongqi,QU Yi,et al (715)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Effects of urbanization on indigenous plant diversity: a case study of Langfang City, China
PENG Yu, LIU Xuehua, XUE Dayuan, et al (723)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Using infra鄄red cameras to survey wildlife in Beijing Songshan National Nature Reserve LIU Fang, LI Diqiang, WU Jigui (730)……
Individual tree biomass model by tree origin, site classes and age groups LI Haikui, NING Jinkui (740)……………………………
Population genetics of Niviventer confucianus and its relationships with habitat area in Thousand Island Lake region
LIU Jun, BAO Yixin, ZHANG Xu, et al (758)
…………………
……………………………………………………………………………………
Impacts of climate change on phenological phase of herb in the main grassland in Inner Mongolia
GU RunYuan,ZHOU Weican, BAI Meilan, et al (767)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Atmospheric nitrogen deposition in the glacier regions of Northwest China: a case study of Glacier No. 1 at the headwaters of Urumqi
River, Tianshan Mountains WANG Shengjie, ZHANG Mingjun, WANG Feiteng, et al (777)……………………………………
Effects of vegetation type on arthropod functional groups in the aerial habitat of salt marsh TONG Chunfu (786)……………………
The plant community distribution and migration characteristics of heavy metals in tolerance dominant species in lead / zinc mine
areas in Northwestern Guizhou Province XING Dan,LIU Hongyan,YU Pingping,et al (796)……………………………………
Sprouting characteristic in restoration ecosystems of monsoon evergreen broad鄄leaved forest in south鄄central of Yunnan Province
SU Jianrong,LIU Wande,ZHANG Zhijun,et al (805)
……
………………………………………………………………………………
Distribution patterns and changes of aquatic communities in Lashihai Plateau Wetland after impoundment by damming
XIAO Derong, YUAN Hua, TIAN Kun, et al (815)
………………
………………………………………………………………………………
Spatial distribution of root biomass of Pinus massoniana plantation in Three Gorges Reservoir area, China
CHENG Ruimei, WANG Ruili, XIAO Wenfa, et al (823)
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Differences in biomass, litter layer mass and SOC storage changing with tree growth in Larix gmelinii plantations in Northeast
China WANG Hongyan, WANG Wenjie, QIU Ling, et al (833)…………………………………………………………………
Soil carbon sequestration rates and potential in the grazing grasslands of Inner Mongolia
HE Nianpeng, HAN Xingguo, YU Guirui (844)
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Relationships between litter substrate quality and soil nutrients in different鄄aged Pinus massoniana stands
GE Xiaogai, XIAO Wenfa, ZENG Lixiong, et al (852)
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Compare different effect of arbuscular mycorrhizal colonization on soil structure
PENG Sili, SHEN Hong, ZHANG Yuting, et al (863)
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The infiltration process of clay soil under different initial soil water contents LIU Muxing, NIE Yan, YU Jing (871)…………………
Diurnal variations of the greenhouse gases emission and their optimal observation duration under different tillage systems
TIAN Shenzhong, NING Tangyuan, CHI Shuyun, et al (879)
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Effects of exogenous pb and cu stress on eco鄄physiological characteristics on foxtail millet seedlings of different genotypes
XIAO Zhihua,ZHANG Yixian,ZHANG Xiwen,et al (889)
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Combined effect of temperature and salinity on the Na+ 鄄K+ 鄄ATPase activity from the gill of GIFT tilapia juveniles (Oreochromis
niloticus) WANG Haizhen, WANG Hui, QIANG Jun, et al (898)………………………………………………………………
Pattern simulation of karst rocky desertification based on cellular automata WANG Xiaoxue, LI Xuyong, WU Xiuqin (907)…………
The role of root border cells in protecting buckwheat root apices from aluminum toxicity and their effect on polysaccharide contents
of root tip cell walls CAI Miaozhen, WANG Ning, WANG Zhiying, et al (915)…………………………………………………
The suitable stand structure and hydrological effects of the cypress protection forests in the central Sichuan hilly region
GONG Gutang, LI Yanqiong, ZHU Zhifang, et al (923)
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Comprehensive evaluation of agricultural water鄄saving technology based on AHP and Rough Set method
ZHAI Zhifen,WANG Lanying, SUN Minzhang, et al (931)
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Analysis of the spatial expansion characteristics of major urban agglomerations in China using DMSP / OLS images
WANG Cuiping, WANG Haowei, LI Chunming, et al (942)
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Evaluation of non鄄use value of ecotourism resources: a case study in Dalai Lake protected area of China
WANG Pengwei, JIA Jingbo (955)
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Review and Monograph
Assessment indicators system of forest ecosystem health based on the harmful disturbance
YUAN Fei, ZHANG Xinyao, LIANG Jun (964)
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Role of silicon in regulating plant resistance to insect herbivores HAN Yongqiang, WEI Chunguang, HOU Maolin (974)……………
Scientific Note
Relationships among light conditions, crown structure and branch longevity: a case study in Osmanthus fragrans and Metasequoia
glyptostroboides ZHAN Feng,YANG Dongmei (984)………………………………………………………………………………
Effects of maize straw with Bt gene return to field on growth of wheat seedlings
CHEN Xiaowen, QI Xin, WANG Haiyong, et al (993)
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Studies of non鄄structural carbohydrates of Cupressus funebris in cifferent landslides after Wenchuan Earthquake
CHEN Bo, LI Zhihua, HE Qian,et al (999)
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《生态学报》2012 年征订启事
《生态学报》是中国生态学学会主办的自然科学高级学术期刊,创刊于 1981 年。 主要报道生态学研究原
始创新性科研成果,特别欢迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章;研究简报;生态学新理论、新方
法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
《生态学报》为半月刊,大 16 开本,280 页,国内定价 70 元 /册,全年定价 1680 元。
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生摇 态摇 学摇 报
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(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 32 卷摇 第 3 期摇 (2012 年 2 月)
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