（土地资源管理专业论文）城市增长与景观变化的多尺度研究——以杭州市为例.pdf

摘要 改革开放以来，城市以空前的速度增长，中国的城市化已成为影响经济社会发 展的主题之一。对城市增长的时空特征、演变过程、驱动因素的探讨以及对未来城 市增长的预测一直以来都是城市相关领域的研究热点。在快速城市化地区，如何有 效引导和调控城市增长，控制城市外延扩张带来的负面影响，就成为现阶段亟待研 究的现实问题。 根据等级理论，尺度被认为是描述现实世界层次结构的核心概念。城市可看作 是具有等级结构的复杂系统，在研究城市增长与景观格局时必须充分考虑尺度问 题。一般认为，尺度包括时间尺度、空间尺度和决策尺度，其中，空间尺度又可分 为粒度和幅度。在城市景观格局分析和景观动态变化模型中，尺度问题对分析结果 影响显著。近期研究十分强调模型的多尺度分析能力，以解决尺度依赖性问题。已 有城市景观的粒度和幅度分析方面的研究成果颇丰，而元胞自动机等城市增长模型 的尺度研究相对较少，尤其缺乏规划和管理角度的尺度问题研究。因此，在以往研 究的基础上，本文具体探讨城市增长空间驱动因素的尺度依赖性、城市景观格局的 多尺度分析、城市增长模型的尺度敏感性；同时，充分利用遥感数据和经济社会数 据，对杭州市的城市增长过程进行实证研究。 本文的总体研究框架分为尺度、方法和结果三个部分。首先，从尺度概念界定 出发，提出空间幅度的研究思路。接着，利用定量研究方法，研究城市增长的影响 因素、变化过程和未来模拟。最后，总结论文的结果与发现。本文共分为7 章，所 作的主要研究工作如下： 第l 章为绪论，阐述研究背景和意义。第2 章较为全面地概括城市增长与景观 变化的尺度问题，指出城市景观分析和模拟中应进一步探讨尺度问题。第3 章提出 研究的总体设计，将等级理论和扩散一凝聚理论作为理论基础，并介绍数据收集过 程和主要的研究方法。 第4 章为城市增长空间驱动因素的尺度依赖性分析，在变化概率、变化密度、 变化强度的多尺度分析框架中，引入变化时序的研究。选取经济社会因素、生物物 理因素和政策规划因素等作为解释变量，利用探索性空间数据分析和空间l o g i s t i c 回归模型，建立不同尺度上城市增长格局与空间驱动因素的定量关系。对杭州市的 研究表明，次要道路、城市建成区和空间政策尺度依赖性较弱，而主要道路、可开 发用地规模和人口变化尺度依赖性较强。到主要道路和工业中心的距离、可开发用 地数量和人口增长区域是影响大规模城市开发的重要因素，而与次要道路和建成区 的邻近度是影响开发概率和开发时序的主要因素。 第5 章为城市景观格局变化的多尺度分析，从城市区域和城市土地利用两个层 次出发，采用景观梯度分析与景观填充分析发现城市开发概率、探测其变化密度。 将景观格局分析应用于城市区域和城市土地利用两个层次时，前者应侧重选取破碎 化程度指数，而后者应侧重选取城市斑块形态和连通度指数。本章沿杭州市扩散廊 道设置5 个景观梯度，结果表明各个梯度带的城市平均斑块面积沿中心往外逐渐降 低，经过开发区的梯度带表现为多峰值变化，而城市景观形状指数在城市郊区未出 现显著下降。对大规模城市斑块的分析发现，杭州市建成区的分维数为1 7 6 ，具有 理想的填充能力；自发增长较少和边缘增长占主导，决定其填充增长规模较小。杭 州市城市增长在1 9 9 6 年后逐渐由扩散走向集聚，但还未达到成熟阶段。 第6 章为s l e u t h 模型的尺度敏感性分析及城市增长多方案预测与评估。探讨 s l e u t h 模型的尺度敏感性时发现，当空间幅度增大时，不可预见性因素增多，从 而使自发增长较多，加之低密度开发导致模型校正结果出现偏差。因此，适当降低 模型的蔓延系数、合理设置排除层有助于防止过度增长。利用s l e u t h 模型对杭州 市城市增长进行多方案预测，生成现有发展趋势、交通导向、农田适度保护和紧凑 城市4 种方案，并从增长数量、空间分布、规划表现力3 个不同方面评估上述4 种 方案的优劣。结果表明，若维持现有趋势增长，可能会突破规划确定的用地规模， 加剧耕地的破碎化程度；通过交通引导城市向热点地区集中，有助于防止城市过于 分散；采取农业适宜性限制和实施紧凑城市方案有助于边缘增长。最后，对s l e u t h 模型模拟能力的结果表明，应该加强对突发性政策因素的模拟。 第7 章根据以上分析得出结论并讨论其中所存在的不足，同时简要分析研究结 果的政策含义。 关键词：尺度；城市增长；景观格局；土地利用；s l e u t h 模型 l v a b s t r a c t s i n c et h er e f o r ma n do p e n i n gu p ，r a p i du r b a n i z a t i o nh a sb e c o m eap r o m i n e n t p h e n o m e n o ni n f l u e n c i n g s o c i a le c o n o m i c d e v e l o p m e n t i nc h i n a r e s e a r c ho n s p a t i a l - t e m p o r a lp a t t e r n ，d y n a m i c s ，d r i v i n gf o r c e sa n dm o d e l l i n go fu r b a ng r o w t hh a s l o n gb e e naf o c u si nu r b a ns t u d i e s i np r a c t i c e ，i ti su r g e n tt os t u d yh o wt og u i d eu r b a n g r o w t ht or e d u c et h en e g a t i v ei m p a c to fe x c e s s i v eg r o w t hi nr a p i du r b a n i z a t i o na r e a sa t p r e s e n t a c c o r d i n gt oh i e r a r c h yt h e o r y , s c a l ei sn o wi n c r e a s i n g l yr e c o g n i z e da sac e n t r a l c o n c e p ti nt h ed e s c r i p t i o no ft h eh i e r a r c h i c a lo r g a n i z a t i o no fo u rw o r l d i nu r b a ns t u d i e s ， s c a l ec a nb ee s s e n t i a lt ou n d e r s t a n d i n gu r b a nc o m p l e xs y s t e m s i ng e n e r a l ，s c a l ec a nb e t h r e e f o l d ：t e m p o r a l ，s p a t i a la n dd e c i s i o nm a k i n g ，w h e r es p a t i a ls c a l ec a nb ef u r t h e r d i v i d e di n t og r a i na n de x t e n t t h ev a r i a t i o n so fs c a l eh a v eb e e ns h o w nt oa f f e c tt h e a n a l y s i so fu r b a nl a n d s c a p ep a t t e r na n ds i m u l a t i o no fl a n d s c a p ec h a n g e t h e r e f o r e ， m u l t i s c a l ef r a m e w o r ki si n t e g r a t e di n t ot h em o d e l l i n gt od e a lw i t hs c a l e d e p e n d e n c ei n r e c e n ts t u d i e s t h eg r a i na n de x t e n te f f e c to fl a n d s c a p ep a t t e mh a v eb e e nf o c u s e df o ra l o n gt i m e ，b u tt h es e n s i t i v i t yo fu r b a ng r o w t hm o d e ls u c ha sc e l l u l a ra u t o m a t a t os c a l e r e l a t i v e l yl a c kb yn o w e s p e c i a l l y , r a r ea t t e n t i o nh a sb e e np a i dt ot h es c a l ei s s u ef r o mt h e p e r s p e c t i v eo fm a s t e rp l a no rl a n du s ep l a n n i n ga n dm a n a g e m e n t t h u st h i sd i s s e r t a t i o n s p e c i f i c a l l ye x p l o r e ds c a l e d e p e n d e n c eo fs p a t i a ld e t e r m i n a n t so fu r b a ng r o w t h ，a n da m u l t i - s c a l em e t h o do fu r b a nl a n d s c a p ep a t t e r na n a l y s i sa sw e l la su r b a ng r o w t hm o d e l s s e n s i t i v i t y t h i sd i s s e r t a t i o nt o o kh a n g z h o um e t r o p o l i t a na r e aa sac a s es t u d yb a s e do n r e m o t es e n s i n ga n ds o c i a le c o n o m i cd a t a t h ef l o w c h a r to ft h ed i s s e r t a t i o ni n c l u d e dt h r e ep a r t s ，n a m e l ys c a l e ，m e t h o d sa n d r e s u l t s t h i sd i s s e r t a t i o ns t a r t e df r o mt h ed e f i n i t i o no fs c a l ec o n c e p ta n dp u tf o r w a r dt h e w a yt os t u d ys p a t i a le x t e n t t h e ns p a t i a ld e t e r m i n a n t s ，d y n a m i c sa n ds i m u l a t i o nw e r e e x p l o r e du s i n gq u a n t i t a t i v em e t h o d s a tl a s t ，f i n d i n g sa n dr e s u l t sw e r ec o n c l u d e d a c c o r d i n g l y , s e v e nc h a p t e r sw e r ed i v i d e di nt h i sd i s s e r t a t i o na sf o l l o w s ： c h a p t e ro n ew a st h ei n t r o d u c t i o no fr e s e a r c hb a c k g r o u n da n do b j e c t i v e s c h a p t e rt w o r e v i e w e dt h er e s e a r c ho fs c a l ei s s u ei nu r b a ng r o w t ha n dl a n d s c a p ec h a n g e ，a n dt h e n p o i n t e do u tt h en e c e s s i t yo fs c a l es t u d yi nl a n d s c a p ea n a l y s i sa n ds i m u l a t i o n c h a p t e r v t h r e ei n t r o d u c e dt h eo v e r a l ls c h e d u l eo ft h er e s e a r c h ，i n c l u d i n gd a t ac o l l e c t i o na n d p r o c e s s i n ga n dh i e r a r c h yt h e o r ya n dd i f f u s i o n c o a l e s c e n c eh y p o t h e s i se m p l o y e di nt h e s t u d y c h a p t e rf o u ra n a l y z e dt h es p a t i a ld e t e r m i n a n t so fu r b a ng r o w t hf r o mam u l t i - s c a l e p e r s p e c t i v e a c c o r d i n gt or e l a t i v es t u d i e s ，r e s e a r c hq u e s t i o n so fu r b a ng r o w t hp a t t e r nc a n b ed i v i d e di n t ot h r e es u b q u e s t i o n s ：c h a n g ep r o b a b i l i t y , c h a n g ed e n s i t ya n dc h a n g e i n t e n s i t y t h ed i s s e r t a t i o np u tf o r w a r da n o t h e rs u b q u e s t i o no fc h a n g es e q u e n c ei nt h e s e n s eo ft e m p o r a ls c a l e t h e ne x p l o r a t o r ys p a t i a ld a t aa n a l y s i sa n dl o g i s t i cr e g r e s s i o n m o d e lw e r ee m p l o y e dt ou n c o v e rt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ns p a t i a ld e t e r m i n a n t sa n d u r b a ng r o w t hp a t t e r ni nm u l t i p l es c a l e s i nt h ea b o v em o d e l ，s o c i a le c o n o m i cf a c t o r s ， b i o p h y s i c a lf a c t o r sa n dp l a n n i n gp o l i c i e sw e r es e l e c t e da se x p l o r a t o r yv a r i a b l e sw h i l e c h a n g ep r o b a b i l i t y , d e n s i t ya n ds e q u e n c ew e r ed e p e n d e n to n e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t m i n o rr o a d s ，n e i g h b o u r i n gd e v e l o p e da r e a sa n ds p a t i a lp o l i c i e sw e r ei n f l u e n t i a la c r o s sa l l s c a l e s ，b u tm a j o rr o a d s ，n e i g h b o u r i n ga v a i l a b l ea r e a sa n dp o p u l a t i o nc h a n g ev a r i e dw i t h s c a l ei n h a n g z h o u p r o x i m i t y t om a j o rr o a d sa n di n d u s t r i a l c e n t e r , n e i g h b o u r i n g d e v e l o p a b l ea r e a sa n dp o p u l a t i o nd e n s i t yi n c r e a s ew e r et h em a j o rc o n c e r n s f o r l a r g e s c a l eu r b a nd e v e l o p m e n ti nh a n g z h o u i n s t e a d ，p r o x i m i t yt om i n o rr o a d sa n d n e i g h b o u r i n gd e v e l o p e da r e a sw e r eb e c o m i n gt h em a j o rc o n c e r na tt h es c a l eo fc h a n g e p r o b a b i l i t ya n ds e q u e n c e c h a p t e rf i v ea n a l y z e dt h el a n d s c a p ep a t t e mc h a n g ei nm u l t i p l es c a l e s i nu r b a na r e a l e v e la n dl a n du s er e g i o nl e v e l ，a n a l y s i so fl a n d s c a p eg r a d i e n ta n di n f i l lp r o c e s sc o u l db e u s e dt oi n f e rc h a n g ep r o b a b i l i t ya n dc h a n g ed e n s i t yr e s p e c t i v e l y i nl a n d s c a p ep a t t e m a n a l y s i s ，l a n d s c a p ef r a g m e n t a t i o nm e t r i c ss h o u l d b eu s e di nu r b a na r e al e v e lw h i l e l a n d s c a p ep a t c hs h a p ea n dc o n n e c t i v i t ym e t r i c si nu r b a nl a n du s el e v e li n s t e a d f i v e u r b a n r u r a lg r a d i e n t sa l o n gt h ec o r r i d o r so fu r b a ne x p a n s i o n p r o v i d e du s e f u li n f o r m a t i o n a b o u tu r b a np a t c h e s i tw a ss e e nf r o mt h e s eg r a d i e n t so fm e a np a t c hs i z ei nu r b a nc l a s s d e c r e a s e df r o mn e a rt h eu r b a nc o r et oc o u n t r y s i d ea n dm u l t i p l ep e a k so fm p si nn e w d e v e l o p e da r e a r e s u l t so fl a n d s c a p es h a p ei n d e xd i d n tr e p r e s e n tt h es a m ed r a m a t i c d e c r e a s ei ns u b u r b a na r e a s f r a c t i o nd i m e n s i o no f1 7 6r e f l e c t sp e r f e c t e di n f i l lc a p a c i t y o fu r b a ng r o w t hw h e nc o m p a r i n gt h es h a p eo fl a r g e s tu r b a np a t c h e sa c r o s st i m e f u r t h e r m o r e ，t h ep o t e n t i a lc a u s em i g h tb e l o wp r o p o r t i o no fi n f i l l i n g g r o w t h o r v l s p o n t a n e o u sg r o w t ha n dh i g hp r o p o r t i o no fe d g eg r o w t h b a s e do nt h ed i f f u s i o na n d c o a l e s c e n c eh y p o t h e s i s ，i tc o u l db ei n f e r r e dt h a tc o a l e s c e n c ef o l l o w e db yt h ed i f f u s i o no f 19 9 6t o w a r d sas a t u r a t e du r b a nl a n d s c a p e c h a p t e rs i xp r e s e n t e ds c a l es e n s i t i v i t yo fs l e u t hm o d e l ( i e s l o p e ，l a n d u s e ， e x c l u d e d ，u r b a ne x t e n t ，t r a n s p o r t a t i o n ，h i l l s h a d e ) ，s i m u l a t e da n de v a l u a t e dd i f f e r e n t s c e n a r i o sp r o d u c e db ys l e u t h t h ee x p l o r a t i o nr e s u l t so fs c a l es e n s i t i v i t yo fs l e u t h s h o w e dt h a ts p o n t a n e o u sg r o w t hw a so v e r e s t i m a t e dd u et oal o to fu n d e s i r a b l ef a c t o r sa n d l o w - d e n s i t yd e v e l o p m e n ta f f e c t e dt h ec a l i b r a t i o nr e s u l t sw h e ns c a l i n gu pi ns p a t i a le x t e n t s oi tw a sr e a s o n a b l et or e d u c es p r e a dc o e f f i c i e n ta n dd e f i n ee x c l u d e dl a y e ri no r d e rt o p r o h i b i te x c e s s i v eg r o w t h t h e ns l e u t hm o d e lw a su s e dt op r e d i c tf o u rf u t u r eg r o w t h s c e n a r i o si nh a n g z h o u ，i n c l u d i n gm a i n t a i ns t a t u sq u o ，e x p a n d e dr o a d s ，m o d e r a t e f a r m l a n dp r o t e c t i o na n dc o m p a c tc i t y t h ea l t e r n a t i v es c e n a r i o sw e r ea s s e s s e db yt h e p r o p o s e da s p e c t ss u c h a sa m o u n ta n d s p a t i a l d i s t r i b u t i o no fu r b a ng r o w t h ，a n d c o n s i s t e n c ew i t hm a s t e rp l a n t h er e s u l t ss h o w e dt h a tu r b a ng r o w t hi nm s qs c e n a r i o w o u l db ef a s t e rt h a na l l o w a b l ea m o u n to fm a s t e rp l a no rl a n du s ep l a na n df a r m l a n d w o u l db em o r ef r a g m e n t e d i np a r t i c u l a r , u r b a nf o r mw o u l db ec o m p a c tt h r o u g hg u i d i n g u r b a nd e v e l o p m e n tt oh o t - s p o ta r e a si ne r f u r t h e r m o r e ，e d g eg r o w t hc o u l db ep r o m o t e d b ym f pa n dc c f i n a l l y , a b r u p tp o l i c yc h a n g es h o u l db ef u r t h e rc o n s i d e r e di ns l e u t h m o d e li no r d e rt op r o m o t ei t sa c c u r a c y a b o v e a l l ，c h a p t e rs e v e nd r e wac o n c l u s i o na n db r i e f l yd i s c u s s e e dp o l i c yi m p l i c a t i o n ， a n da l s op o i n t e do u tt h es h o r t c o m i n g s k e y w o r d s ：s c a l e ；u r b a ng r o w t h ；l a n d s c a p ep a t t e r n ；l a n du s e ；s l e u t hm o d e l v l i 表索引 表3 1 研究中使用的杭州市遥感影像数据一2 3 表3 2 研究数据及来源：2 3 表3 3 土地利用遥感分类类型2 6 表3 4t m 影像解译精度评价2 9 表3 5s l e u t h 模型模拟的增长类型描述3 3 表3 6s l e u t h 模型的数据输入与专题图层3 6 表4 1 空间变量及其描述5 4 表4 2 不同尺度上的探索性空间数据分析一5 7 表4 3 不同尺度上的l o g i s t i c 回归模型5 9 表5 1 选择的景观指数及描述6 9 表5 21 9 8 5 2 0 0 5 年杭州市景观类型数量结构变化7 l 表5 31 9 8 5 1 9 9 6 、1 9 9 6 2 0 0 5 年杭州市景观类型转移矩阵7 2 表6 1 杭州市一主三副区域s l e u t h 模型的校正结果8 8 x l 图索引 图3 1 城市区域的空间演变过程2 0 图3 2 研究区位置2 1 图3 3 杭州市主城区人口、g d p 与城市建成区变动情况2 2 图3 4 遥感影像处理流程图2 4 图3 5 研究区t m 的主要地类解译标志( 5 4 3 波段组合) 2 7 图3 6t m 影像中典型地物的光谱特征，2 7 图3 7 指数函数与幂函数形式的距离衰减函数一3 1 图3 8s l e u t h 城市增长模型结构和运行过程3 3 图3 9s l e u t h 模型的自发式增长一3 4 图3 1 0s l e u t h 模型的新扩散中心增长3 4 图3 1 1s l e u t h 模型的边缘增长。3 4 图3 1 2s l e u t h 模型的道路引力增长3 5 图3 13 技术路线图3 9 图4 1 城市增长格局的三个研究问题：变化概率、变化密度和变化强度一4 4 图4 2 城市增长格局另一个研究问题：变化时序4 5 图4 3 杭州市土地利用覆被变化图4 9 图4 4 杭州市城市增长空间驱动因素分布一5 1 图4 5 各解释变量的空间影响散点图一5 6 图4 6 不同尺度的l o g i s t i c 回归模型预测图6 1 图5 1 基于遥感的城市增长研究的多尺度问题一6 5 图5 2 城市增长类型及定义方法一6 6 图5 3 杭州市1 9 8 5 2 0 0 5 年沿城乡梯度的景观变化6 8 图5 4 城市景观平均斑块面积的梯度变化7 4 图5 5 城市景观形状指数的梯度变化7 4 图5 6 耕地景观平均斑块面积的梯度变化7 5 图5 7 杭州市1 9 7 8 2 0 0 5 年5 个时段的城市建成区扩展情况7 6 x l l 图5 81 9 7 8 2 0 0 5 年杭州城市主城区的分形图7 7 图5 9 不同增长类型的城市斑块面积( a ) 与面积加权平均距离( b ) 7 8 图5 1 0 城市扩散一集聚假设及景观指数变化7 9 图5 1 1 城市建成区的景观指数变化：o ：7 9 图5 1 2 梯度带中城市景观比例与路网密度和人口密度的相关性8 0 图5 1 32 0 0 5 年杭州市工业用地布局8 1 图6 1s l e u t h 模型中设置的不同研究幅度8 5 图6 2 不同尺度下s l e u t h 模型校正结果( a ) 与实际情况( b ) 对比一8 9 图6 3s l e u t h 不同方案的排除层及交通层设置9 0 图6 42 0 2 0 年杭州市城市增长预测图。9 1 图6 5 不同方案的城市用地增长量( a ) 和土地消耗量( b ) 9 2 图6 6 沿c b d 外围缓冲区的用地扩展强度空间分异9 3 图6 7 城市边缘缓冲区的用地扩展强度空间分异9 4 图6 。82 0 0 1 2 0 2 0 年杭州市城市用地规划图9 5 图6 9 城市用地扩展方位图。9 6 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝婆盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 、h 学位论文作者签名：劐易签字日期：蛔g 年6 月4p i 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘茎有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：铷。易 签字同期：力掰年b 月l 争同 导师躲誓必夕 签字同期：m 年 占月俨同 致谢 从重庆来到杭州，在浙江大学求学的三年是我人生中最重要的时光。或许有太 多的记忆难以忘怀，或许有太多的瞬间值得回味，求学的日子因此丰富起来。由于 天资所限，博士论文进展并不顺利，所幸的是最终得以成稿。回首三年来的学习经 历，我要感谢的人实在太多。 首先，我要感谢恩师吴次芳教授。入学伊始，先生就告诫我，要有面对压力的 心理准备。在两年多的时间里我都没有文章录用的消息，当时压力之大可想而知。 如果不是先生的耐心鼓励，投稿前的精心修改，我无法想像能按时毕业。博士论文 选题也是一波三折，从最初的土地整理到现在的城市增长，其跨度不可谓不大，但 我终于发现了研究的兴趣所在。先生在选题过程中曾多次给我指导，以他的宽容原 宥我的任性和无知，在写作过程中又给了我很多建议，使我受益匪浅。论文选题时 将杭州作为研究区，也得益于先生所承担的杭州市土地利用规划，课题组收集的大 量数据是论文难得的素材。 我要感谢岳文泽副教授的真诚帮助。城市地理和g i s 是他十分熟悉的研究领域， 他的研究经历给了我很多启发和灵感。在论文的写作过程中，从遥感解译到g i s 空 间分析，从思路的梳理到文字的推敲，他均给予我耐心的指导和无私的帮助，督促 我踏上规范研究的道路。同时，感谢武汉大学黄经南博士的耐心和热情。与他相识 极其偶然，后来透过网络的交流，他帮我解决了论文的许多疑惑。 浙江大学东南土地管理学院给了我一个温暖的家。叶艳妹教授曾对我参与的规 划课题予以悉心的指导，对论文选题也给予了诸多的关心，让我感觉如此的温馨。 刘卫东教授在开题时曾对我的论文提出不少建设性意见，他直爽的性格和务实的态 度令人敬佩。感谢吴宇哲副教授、曹宇副教授、汪晖副教授、张蔚文副教授、谭永 忠副教授、童菊儿副教授、程志光博士、韩昊英博士、李艳博士、宋露老师等给予 我不同形式的帮助，使我感受到这个大家庭的温暖，在此表示深深的谢意! 难忘博士生阶段与诸位兄弟姐妹共同奋斗的日子，生活因他们而变得精彩。杨 志荣与我结下深厚的友谊，作为同龄人的他性格成熟稳重，在各个方面给予我很大 帮助。冯科、陆张维曾在论文写作时协助处理数据，韦仕川、郑娟尔、任丽燕、 杨杨、黄木易、杜雪君、黄忠华、李剑、张恒义、王世忠、梁红梅、张晟伟等在讨 论问题、修改论文方面给予帮助，已经毕业的学长余振国博士、赵哲远博士、鲍海 君博士、薛继斌博士，尹奇博士、余万军博士，曹顺爱博士、罗罡辉博士等在很多 方面给予了我倾力的支持。他们的爱心温暖了这个集体，也照亮了我前进的路。感 谢浙江大学卡特研究中心的刘西川博士和葛晓巍博士，与他们的跨专业交流开阔了 我的视野。 特别感谢我的家人，没有他们的呵护和理解，我不可能走到今天。 最后，对论文匿名评阅人和答辩委员会的专家致以诚挚的感谢! 对在文章发表 时帮助过我的编辑表示衷心的感谢! 刘勇 2 0 0 8 5 2 8 于华家池 浙江大学博十学位论文 l 绪论 1 绪论 1 1 选题背景与依据 2 0 世纪8 0 年代以来，土地利用覆被变化( l a n du s ea n dc o v e rc h a n g e ，l u c c ) 成为全球关注的热点问题( t u r n e r & m e y e r ，1 9 9 4 ；l a m b i ne t a l ，2 0 0 1 ) ，土地利用覆被 变化引起了自然灾害、生境破碎、生物多样性减少，破坏了生态系统提供产品和服 务的能力( d eg r o o te la 1 ，2 0 0 2 ) 。快速的城市增长作为l u c c 的重要内容受到人们的 广泛关注。1 9 9 0 年初世界上仅有1 6 玲百万以上人口的城市，到2 0 0 0 年已上升到 4 1 7 个，相应地，世界上半数左右的人口居住在城市，到2 0 3 0 年可能达到6 1 ( u n i t e d n a t i o n s ，2 0 0 4 ) 。因此，2 1 世纪城市化及其土地利用变化将是对环境影响最大的因素 之一。随着城市化的发展，林地、湿地和水体等自然景观被公路和不透水表面所取 代，不透水面的增加显著地改变了城市系统的生态过程( x i a n & c r a n e ，2 0 0 5 ) 。而城 市本身具有复杂性和动态性等特点，城市土地利用、城市政策与城市生态系统功能 之间的关系尚不清楚。在这种情况下，对快速城市化地区城市增长过程的描述及预 测至关重要。西方发达工业化国家的城市化过程研究由来已久，通常容易获取这些 国家的社会经济数据，亚洲和非洲大多数国家的城市始于最近的二十年( u n i t e d n a t i o n s ，2 0 0 4 ) ，研究数据的准确性和可获得较差使得研究变得非常困难，基于这些 数据预测的城市发展也受到人们的质疑( c o h e n ，2 0 0 4 ) 。因此，在遥感( r s ) 和地理 信息系统( g i s ) 等技术不断成熟、城市复杂性科学理论日益发展的条件下，利用 这些先进手段对中国快速城市增长阶段进行专门研究，科学预测不同经济和政策情 景下的城市增长具有重要的理论和实践价值。 城市增长引起的城市形态及演变长期以来是地理学及相关学科的热点问题，诸 如同心圆理论、扇形理论、多核心理论等理论相继出现，这些理论致力于解决城市 的经济、社会问题和城市结构，对环境和生态问题重视不够( y u & n g ，2 0 0 7 ) 。然而， 城市规划和土地利用管理必须考虑整个城市系统的生态、物理和社会特- l 生( l e i t a o & a h e m ，2 0 0 2 ) 。景观生态学的出现填补了这一空白，它与遥感技术相结合，为人们理 解城市格局及时间演变提供了有效的手段( h e r o l de ta 1 ，2 0 0 2 ) 。但是，城市的空间异 质性与动态性、城市景观生态过程与经济社会过程相互作用的复杂性使得研究变得 浙江大学博十学位论文1 绪论 困难( 岳文泽，2 0 0 8 ) 。尽管景观生态学在土地利用规划中有重要价值，但实际上土地 利用规划很少考虑这类问题( h u a n g & l i u ，2 0 0 7 ) 。此外，许多生态环境问题需要理 解在不同尺度上发生的过程以及跨尺度相互作用，需要考虑尺度及聚合效应对统计 分析和建模产生的影响，需要分析r s 和g i s 的空间获取和分析的尺度敏感问题 ( m a r c e a u ，1 9 9 9 ) 。尺度对城市景观格局分析具有显著影响，尺度分析和景观指数相 结合，可对城市景观格局特征进行时空动态分析，为城市景观格局模拟提供依据， 提高其在土地利用规划中的应用价值。 近二十年内，发展中国家经历了迅速的城市化过程，迫切需要建立相应的城市 增长模型。元胞自动机( c e l l u l a r a u t o m a t a ，c a )