中国特大城市空间形态演变特征

中国特大城市空间形态演变特征

城市空间形态是指城市空间在形状、紧凑、破碎等方面的特征。它受到特定时期社会、经济和文化因素的影响。这是城市地理和城市规划的重要研究领域。20世纪90年代以来随着地理信息和空间分析技术的日益成熟和广泛应用,相关研究日益丰富。已有研究主要关注城市空间形态演变特征及其影响因素、城市空间形态演变方式、城市空间形态理论模式等方面,且以定性研究为主,大部分以北京、上海、广州、天津、南京、厦门等为研究对象。王新生、刘纪远以31个特大城市为样本,采用形状指数、紧凑度、分维数等指标对1990-2000年中国特大城市空间形态进行了系统分析,认为1990-2000年中国特大城市空间形态演变的总体特征是:填充增长类型的城市占多数,该类城市空间紧凑性增加、分维减少、形状指数减少;外延增长类型的城市相对较少,该类城市空间紧凑性降低、分维增加、形状指数增加。而2000年以来中国城市空间形态又发生了许多新的变化,如许多城市提出了多中心发展战略,城市空间结构和形态趋于分散化,表现出与2000年以前不同的空间形态特征,对此尚无学者做过较为系统的研究。为此,本文以2008年52个市辖区人口100万以上的特大城市(1)为样本,对1990年特别是2000年以来中国特大城市空间形态演变特征及其影响因素进行系统分析,是对现有研究的进一步发展和补充;同时对研究中国特大城市空间形态演变规律及其形成机制以及制定合理的城市空间增长管理政策有重要意义。52个特大城市1990-2008年城市空间形态数据来源于Googleearth中提取的1990年、2008年高清卫星影像图,同时以各城市相近年份土地利用现状图进行比对修正(图1)。1城市轮廓边界线下小长轴中小型城市空间缺失度的计算城市空间形态主要包括形状特征、空间紧凑度、空间破碎度三方面的特征,其中形状特征可以采用形状率(以正方形为标准形状,用区域面积与区域空间最长轴长度平方的比值表示,越小带状特征越明显)、圆形率(以圆形为标准形状,用区域面积与区域周长平方的比值表示,越小带状特征越明显)反映;空间紧凑度可以采用面积-周长紧凑度(以区域面积和周长的比例关系表示,越小离散程度越高)、面积-轴线紧凑度(以区域面积和区域长短轴的比例关系表示,越小离散程度越高)反映;空间破碎度可以采用分形维数(根据分形理论,采用网格法计算覆盖有城市轮廓边界线的格网数目与覆盖图形区域的格网数目之间的关系获得,越大破碎程度越高)反映。通过计算得出1990-2008年中国特大城市空间形态演变特征。1.1各城市形状率在不同空间方向上的变化情况从1990-2008年中国特大城市形状指数的变化情况看,形状率、圆形率指数均呈下降趋势,下降的城市数量分别为33个和46个,占总样本数的63.46%和88.46%,平均下降幅度分别为26.1%和43.6%。可见中国特大城市空间形状指数整体上表现出下降趋势,城市带状特征越来越明显(表1)。其中圆形率下降更明显,表明城市空间形态的带状特征由内部形状的破碎(圆形率变化因素)而非整体的长宽(形状率变化因素)变化引起。1990-2008年形状率在不同空间方向上的变化情况(图2)如下:1990年东部和南部城市形状率指数较高,其中东部城市包括淄博、烟台、苏州、宁波、南京、青岛、杭州、济南、淮南、徐州、无锡、上海,平均形状率为0.48,南部城市包括海口、南宁,平均形状率为0.39,高于所有特大城市样本平均形状率0.37;其次为东南部城市如汕头、佛山、厦门、福州、东莞、深圳、广州等,西南部城市如成都、重庆、贵阳、昆明等,西北部城市如包头、西宁、兰州、呼和浩特等,所有特大城市平均形状率指数相当;东北部城市如鞍山、大连、抚顺、哈尔滨、吉林、齐齐哈尔、沈阳、长春,西部城市如大同、邯郸、太原、乌鲁木齐、西安等,北部城市如北京、石家庄、唐山、天津相对较低。2008年形状率指数最高的是西部城市,平均为0.44,远高于所有特大城市样本平均值0.29;其次为东北部和南部城市,平均值均为0.33;北部城市平均形状率指数仍最小,为0.11。1990-2008年东部城市形状率下降最大,平均下降0.23;其次为西北部和东南部城市,分别平均下降0.18和0.14;而西部城市形状率平均上升0.15;其余城市形状率增减幅度不大。1990-2008年圆形率在不同空间方向上的变化情况如下:1990年最高的是西北部城市,平均为0.12,其次为西部城市0.10,高于所有特大城市样本平均值0.08;2008年仍是西北部城市最高,平均为0.05,其次为西部和东南部城市0.04,高于所有特大城市样本平均值0.03。1990-2008年所有方向城市圆形率均呈下降趋势,其中下降幅度最大的是西北部、西部和西南部的城市,分别下降0.07、0.06和0.05。1.2中国城市群散化方向发展从1990-2008年中国特大城市空间紧凑指数的变化看,面积-周长紧凑度和面积-轴线紧凑度指数均呈下降趋势,下降的城市数量分别为47个和32个,占总城市样本数的90.4%和61.5%,平均下降幅度分别为30.8%和23.8%。城市空间紧凑度下降表明1990-2008年中国特大城市空间形态整体上向分散化方向发展(表2)。1990-2008年中国特大城市面积-周长紧凑度和面积-轴线紧凑度指数在各个空间方位上的变化具有相似性(图3):1990年城市空间紧凑度在东部、南部和西北部较高,东北部、西南部较低。其中面积-周长紧凑度最大是南部城市0.61,最小是东北部城市0.37;面积-轴线紧凑度最大是东部和西北部城市0.59,其次是西部城市0.57,最小是西南部城市0.32和北部城市0.34。2008年北部城市紧凑度较高,东部和西部城市紧凑度较低。其中面积-周长紧凑度最大的是北部城市0.45,最小是西部城市0.26,南部和东北部城市0.27;面积-轴线紧凑度最大的是北部城市0.50,最小的是西南部城市0.30和西部城市0.32。1990-2008年大部分方向城市空间紧凑度呈下降变化,其中下降最多的是西部城市,面积-周长紧凑度和面积-轴线紧凑度指数分别下降0.26和0.25;其次为南部城市分别下降0.35和0.16,东部城市分别下降0.15和0.23,西北部城市分别下降0.10和0.24。1.3．中国城市群空间分形维数的变化情况从1990-2008年中国特大城市空间分形维数的变化看,呈上升趋势的城市有41个,占总城市样本数的78.8%,上升幅度为0.31%,表明中国特大城市空间趋于破碎化(表3)。1990-2008年中国特大城市空间分形维数的变化情况(图4)如下:1990年各个方向分形维数相差不大,最大的为东部城市1.0047,最小的为西南部城市1.0011。2008年东南部和西南部城市分形维数较大,分别为1.0157和1.0084,最小的是北部城市1.0011。1990-2008年各个方向均呈上升变化,其中西南部城市和东南部城市上升幅度最大,分别为0.0146和0.0057。2分析了中国城市群空间形态发展的影响因素2.1全国城市区域经济发展现状城市规模扩大带来了城市空间的需求,需求的增加是整体上促使中国特大城市空间形态向分散化发展的根本因素。1990s以来是中国城市快速发展的时期,期间中国城市于1998年城市化超过30%进入快速城市化阶段,2001年人均GDP超过3000美元进入工业化中高级阶段;城市建设和经济增长均处于高速发展时期,特别是2000年以来增长变化更明显。经济和城市建设的快速增长带来城市规模的迅速扩大,《中国城市统计年鉴》数据显示,全国城市非农人口1990-2008年由17709.46万人增至22566.2万人,同期城市建成区面积由16588.3km2增至30445.0km2。城市规模的扩大在特大城市中表现尤为明显,如1993-2008年北京城市建设用地由454km2增至1311km2,上海由300km2增至886km2,广州由207km2增至895km2。城市规模的扩大对城市空间形态产生了重要影响,表现在规模扩大过程中将周边的乡村、河流、山体等要素纳入到城市范围,城市采取跨越式增长方式向外拓展,从而带来了城市空间形态上的分散化、破碎化的变化特征。1990-2008年城市空间形态指数的下降和上升幅度随城市规模呈正相关变化,期间人口增加100万以上的城市有西安、杭州、石家庄、成都、烟台、深圳、济南、南京、青岛、佛山、重庆、北京、广州、上海、汕头共15个,这些城市各项城市形态指数的变化幅度均超过所有特大城市样本的平均变化幅度,其中形状率指数平均下降0.12(所有样本下降/上升平均值0.08,下同),圆形率指数平均下降0.04(0.03),面积-周长紧凑度指数平均下降0.15(0.13),面积-轴线紧凑度指数平均下降0.15(0.11),分形维数平均上升0.005(0.003)。2.2城市空间要素城市空间要素的变化及其布局是影响城市空间形态的内部因素。1990s以来是中国社会经济体制进行大规模改革的时期,期间在土地使用制度、住房制度、国有企业改革等的影响下出现了许多新的城市空间要素类型或城市空间要素的新形式,主要分为4类:新型产业空间如工业开发区、会展中心、物流中心、汽车城等,新型居住空间如商品房住区、保障性住房、城中村等,新型专业设施空间如大学城、行政中心、体育中心、生态空间等,综合性城市空间如新城、城市新区开发等。这些新型城市空间要素作为城市空间的基本构成元素影响了城市空间形态的特征变化,其在区位布局上表现出两方面的特征使城市空间形态趋于分散化、破碎化:一是区位选择上向城市郊区或外围乡村地区扩展,二是功能上的专业性分化。2.3多中心城市空间发展战略城市空间结构是城市空间要素的组合方式,是从空间组合方式上对城市空间形态发生作用的影响因素。1990-2008年中国特大城市的空间结构出现向多中心变化趋势,许多城市实施了多中心的城市空间发展战略,以疏导中心城区过度集中的功能压力,促进了城市空间结构的多中心化转变。如广州市在2000年制定了第一个城市空间发展战略规划,提出了“南拓、北优、东进、西联”的战略目标,重点发展了南部的番禺、南沙,东部的黄埔、萝岗,强化了城市空间结构的多中心化特征;上海的浦东新区、天津的滨海新区、重庆的两江新区、郑州的郑东新区等的开发建设均使城市空间结构向多中心转变。在选取的52个特大城市样本中先后制定多中心城市空间发展战略的城市数量有16个,占总数的30%左右。城市空间结构的多中心化在空间组合方式上进一步强化了城市空间形态的分散化、破碎化特征。1990-2008年向多中心城市空间结构转变的16个城市各项空间形态指数下降和上升幅度均超过所有城市平均值,其中形状率平均下降0.11,圆形率指数平均下降0.05(0.03),面积-周长紧凑度平均下降0.16(0.13),面积-轴线紧凑度指数平均下降0.18(0.11),分形维数平均上升0.006(0.003)。3从发展角度上看,中国城市群空间形态演变经历了不同阶段和不同发展阶段城市空间形态分散化、破碎化一方面是中国城市社会经济发展的现实需要和客观反映;另一方面也应看到城市空间形态分散化、破碎化带来的问题,如不利于城市资源有效整合,不利于城市功能的合理布局,造成大量土地资源浪费、生态环境破坏等负面影响。在20世纪50-60年代西方国家城市郊区化时期出现过与中国城市空间形态分散化、破碎化所带来的类似问题,为此在20世纪90年代相继提出了精明增长、紧凑型城市、低碳城市等城市空间增长理念来应对这些问题。然而中西方国家在土地所有制、城市发展阶段、经济发展水平、人文环境和社会传统等方面均存在较大差异,在学习和借鉴西方国家城市空间增长管理经验的基础上,针对中国特大城市空间形态演变的实际特征及其形成原因,中国特大城市空间增长应当重点做好以下工作:1)明确城市功能定位,制定合理的城市空间引导策略;2)适度控制城市空间规模,划定城市空间增长边界;3)统筹城乡空间布局,制定城乡一体的空间规划;4)强化城市内部空间联系,形成有机增长的整体。1990s以来是改革开放全面铺开和深入开展的时期,各种社会经济体制发生了重大转型,给中国特大城市空间形态带来了重要影响,使其表现出新的变化特征,特别是2000年前后我国城市化进入快速发展阶段、工业化进入中高阶段后城市空间形态的变化更加剧烈。对1990-2000年中国特大城市空间形态特征的研究表明,期间中国城市空间以填充式增长为主,城