王海鷹，張新長

(中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510275)

改革開發(fā)以來，我國城市建設(shè)進(jìn)入了一個新的發(fā)展階段，其特點表現(xiàn)為城市擴(kuò)展與鄉(xiāng)村城市化同時并起，城鄉(xiāng)界限逐漸變得模糊。以往傳統(tǒng)的城鄉(xiāng)二元分法已經(jīng)不能準(zhǔn)確反映現(xiàn)代城市的地域結(jié)構(gòu)特征[1-2]。隨著城市化進(jìn)程的加快，許多大城市出現(xiàn)了中心城市密集、交通擁擠、耕地減少、生態(tài)環(huán)境惡化等“城市病”問題，人與自然環(huán)境的矛盾日益突出，使得城市周邊成為城市化進(jìn)程中最為敏感、矛盾最為集中和尖銳的區(qū)域[3-4]。因此，引入城市邊緣區(qū)的概念，充分研究包括其在內(nèi)的城市地域空間發(fā)展變化規(guī)律，實現(xiàn)大城市地域各組合部分的空間整合，對促進(jìn)城市自身建設(shè)和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展起著極其重要的作用。

城市邊緣區(qū)是指位于城市和農(nóng)村之間，以土地的城鄉(xiāng)混合利用方式為典型特征，人口和社會特征具有過渡性質(zhì)的一個獨特地域?qū)嶓w，它是城市擴(kuò)散的前沿與先導(dǎo)區(qū)，是城市地域結(jié)構(gòu)中的一個重要組成部分，是具有過渡性、模糊性、動態(tài)性、復(fù)雜性等特點[1,5-7]。我國自20世紀(jì)80年代開始研究城市邊緣區(qū)問題，相關(guān)的研究多集中在城市邊緣區(qū)的概念與界定[2,8-14]、土地利用[15-21]、景觀變化[22-24]、城市空間結(jié)構(gòu)演變[1,4,17,26-27]等方面。從空間變化角度定量分析城市地域結(jié)構(gòu)演變的研究并不多見，至今未形成一個統(tǒng)一的方法范式。

本文采用基于多準(zhǔn)則判斷的城市邊緣區(qū)界定方法[2]，結(jié)合廣州市1990、2000及2009年空間與統(tǒng)計數(shù)據(jù)，重點分析廣州市城市邊緣區(qū)時空演變特征，從中探尋大城市地域結(jié)構(gòu)在形態(tài)、功能、特征上的時空變化規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

廣州市(22°26′-23°56′Ν,112°57′-114°3′E)位于珠江三角洲的中心腹地，地勢東北高，西南低，北部和東北部為山區(qū),中部為丘陵和盆地，南部是珠江三角洲沿海沖積平原。地處南亞歐大陸熱帶，屬南亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候。

研究區(qū)涵蓋廣州市目前主要城市范圍，包括：海珠、黃埔、荔灣、越秀、天河、番禺、白云、蘿崗、花都、南沙共10個區(qū)，總面積為3 617.35 km2，由于增城、從化兩個縣級市，城市發(fā)展水平與主城區(qū)存在較大差距，故不在研究范圍之內(nèi)。

1.2 數(shù)據(jù)來源

采用了廣州市1990、2000、2009年土地利用數(shù)據(jù)、交通數(shù)據(jù)、人口密度數(shù)據(jù)、公共管理及服務(wù)設(shè)施數(shù)據(jù)以及DEM數(shù)據(jù)。其中，土地利用數(shù)據(jù)采用中山大學(xué)教育部“985”遙感與GIS地學(xué)應(yīng)用創(chuàng)新平臺實驗室解譯結(jié)果?？臻g數(shù)據(jù)處理方法如下：將廣州市土地利用數(shù)據(jù)進(jìn)行歸并，得到1990、2000、2009年城市用地空間分布數(shù)據(jù)。人口密度數(shù)據(jù)分別通過1991、2001、2010年廣州年鑒及廣東省行政區(qū)圖集獲得，并將人口數(shù)據(jù)落實到街(鎮(zhèn))單元；交通數(shù)據(jù)由已有道路矢量圖疊加上相應(yīng)年份的TM影像進(jìn)行矢量化修改獲得。公共服務(wù)機構(gòu)和公共管理機構(gòu)數(shù)據(jù)由已有城市公共機構(gòu)點空間數(shù)據(jù)，結(jié)合廣州市機關(guān)事業(yè)單位地址資料修改及遙感影像獲得。DEM數(shù)據(jù)通過1∶25萬等高線圖獲取，先將其轉(zhuǎn)化為TIN，最后生成DEM數(shù)據(jù)。

所有空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為grid柵格數(shù)據(jù)形式，并通過空間配準(zhǔn)統(tǒng)一坐標(biāo)系，grid柵格數(shù)據(jù)的分辨率為100 m。對空間數(shù)據(jù)并進(jìn)行歸一化處理，消除量綱影響。

1.3 研究方法

國內(nèi)外學(xué)者從多種角度提出了城市地域空間擴(kuò)展理論，用以解釋和分析城市空間擴(kuò)張的現(xiàn)象和機理。主要的城市擴(kuò)展模式有“同心圓”擴(kuò)展模式、“點-軸”填充模式[1,3,17,21,28]。廣州市自改革開放以來經(jīng)濟(jì)快速增長，城市擴(kuò)張和城市化進(jìn)程加速發(fā)展。單從廣州市的城市化水平考慮，1990年為69.40％，2000年83.79％，2005年為81.5％，之后至2009年基本保持在這個水平(廣州市年鑒)，城市化水平位居全國前列?？梢姀V州市城市化進(jìn)程已經(jīng)從1990年初期的迅猛發(fā)展，過渡為平穩(wěn)發(fā)展階段。因此，研究以2000年為界，并將研究時期分為2個階段: 1990-2000年、2000-2004年。

1.3.1 指標(biāo)體系 現(xiàn)代城市空間結(jié)構(gòu)理論及城市邊緣區(qū)的研究表明,在城市空間形態(tài)劃分方面，土地利用、社會經(jīng)濟(jì)特征是主要的參考因素[29-30]研究采用了城市特征屬性評價指標(biāo)體系[2]，將指標(biāo)分為自然、社會經(jīng)濟(jì)等兩大類因素。其中自然因素包括城市高程因子，社會因素包括人口密度、公共管理機構(gòu)、公共服務(wù)設(shè)施因子、交通因子，共2大類5個單項指標(biāo)因子[2]，具體如下表1所示。

1.3.2 大城市邊緣區(qū)界定方法 洛斯烏姆(L H Russwurm)從城市地區(qū)和鄉(xiāng)村腹地聯(lián)系的角度提出了區(qū)域城市模式，認(rèn)為區(qū)域城市由中心至外圍劃分為4個部分，即城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū)和鄉(xiāng)村腹地。借鑒洛斯烏姆區(qū)域城市模式，將廣州市由中心至外圍劃分為城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū)[31]。由于廣州市城市化水平較高，純粹鄉(xiāng)村腹地幾乎不存在，因此將鄉(xiāng)村腹地納入城市影響區(qū)中進(jìn)行研究。研究采用基于多準(zhǔn)則判斷方法劃分城市邊緣區(qū)。首先，利用邏輯回歸模型計算城市特征屬性。然后，再通過累積頻率法和K-Means空間聚類法相結(jié)合，得到城市邊緣區(qū)分布范圍[2]。

表1 指標(biāo)計算方法

城市特征屬性是指反映城市土地單元城市特征的一個綜合性指標(biāo)，用于表示該土地單元的城市程度。城市特征屬性是由一系列因子變量來度量的，可以采用基于多準(zhǔn)則(MCE)的方法來獲得城市特征屬性的特征向量，其函數(shù)形式為：

βkαk=a+β1αdem+β2αpop+

β3αgov+β4αservice+β5αtrafic

(1)

(2)

采用定性與定量相結(jié)合的方法來確定城市邊緣區(qū)界定標(biāo)準(zhǔn)。對城市特征屬性進(jìn)行隨機采樣，去除數(shù)據(jù)異常點后，得到城市特征屬性頻率分布直方圖。根據(jù)樣本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結(jié)果，在圖中尋找界定參考點，初步得到城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū)的值域區(qū)間。以所選值域區(qū)間的中值作為聚核，利用K-Means空間聚類法確定城市邊緣區(qū)的界定標(biāo)準(zhǔn)。

假設(shè)隨機樣本集合為Ω，P為類的集合,L為聚核集合[33]。選取3個區(qū)間的中值作為聚核，記為

,,

(3)

以按照距3個聚核歐氏距離最近的原則，把樣本集合Ω分配到各個聚核所在的類中，記為

,,

(4)

其中，

∈Ω|d(x,≤d(x,,

j=1,2,3,j≠i}

(5)

然后，由P0出發(fā)，重新計算各類的新聚核L1，完成一次迭代過程。

,,

(6)

聚核計算公式為：

(7)

重復(fù)以上步驟，直到達(dá)到迭代收斂標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)每類中的點與該類聚核的距離之和為ut，則

,

(8)

1.3.3 特征分析方法

1)城市地域結(jié)構(gòu)變化動態(tài)度。將土地利用變化動態(tài)度計算模型應(yīng)用到城市地域結(jié)構(gòu)時空分異分析，用以計算城市地域結(jié)構(gòu)(包括：城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū))的變化強度，從宏觀上數(shù)量上把握城市邊緣區(qū)動態(tài)變化和發(fā)展趨勢。公式如下：

××100％

(9)

式中，at、at+n分別為研究期初和研究期末某一城市地域結(jié)構(gòu)類型的面積；n為研究時段長，當(dāng)時間n為年時，βi,t,t+n為研究時段內(nèi)城市地域結(jié)構(gòu)類型的年變化率。

需要指出的是，動態(tài)度指類型數(shù)量的變化速度，其值的大小并不能指示在該地區(qū)變化的主要類型。動態(tài)度值的正負(fù)代表了該類型的正向變化和負(fù)向變化。正向變化指的是該類型面積數(shù)量變大，負(fù)向變化則反之。如果動態(tài)度為負(fù)，則需比較其絕對值大小，以此判斷變化速度。

2)城市地域結(jié)構(gòu)空間轉(zhuǎn)移分析。根據(jù)地圖代數(shù)原理對不同時期的城市地域結(jié)構(gòu)進(jìn)行空間疊加運算,計算出各時期城市地域結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移矩陣,再進(jìn)一步分析城市邊緣區(qū)的空間變化過程。其公式如下：

×

(10)

3)城市地域結(jié)構(gòu)緊湊度分析。利用緊湊度指數(shù)對城市地域結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，從而掌握城市地域結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征。其公式為：

(11)

式中，P是對象的周長，A是對象的面積。U代表城市地域結(jié)構(gòu)類型的緊湊度，C值越小，其城市地域結(jié)構(gòu)類型的形態(tài)越緊湊；反之，則越破碎。

2 結(jié)果與討論

2.1 城市邊緣區(qū)界定結(jié)果

對影響因子進(jìn)行歸一化處理，生成樣本數(shù)據(jù)。利用SPSS進(jìn)行邏輯回歸分析，得到1990、2000和2009年的廣州市城市特征屬性。城市特征屬性的邏輯回歸結(jié)果(見表2)。

表2 邏輯回歸變量系數(shù)表

得到城市特征屬性的頻率分布直方圖，定性確定城市分區(qū)界定參考點，獲得城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū)的參考區(qū)間。選取上述3個參考區(qū)間的中值作為聚核，再利用K-Means空間聚類分析法進(jìn)行城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)以及城市影響區(qū)的定量劃分[34]。經(jīng)過K次迭代計算后，得到聚類中心值與分類結(jié)果。

結(jié)合研究區(qū)城市發(fā)展特性，參考相關(guān)專家意見，得到聚類結(jié)果(表3)。

表3 城市邊緣區(qū)的空間聚類結(jié)果

利用K_Means空間聚類結(jié)果，獲得了1990、2000及2009年的廣州市城市邊緣區(qū)空間分布圖，如圖1所示。

2.2 城市邊緣區(qū)空間格局分析

1990年的廣州市城市地域結(jié)構(gòu)雖然是以“單核心”為主的城市空間特征，但是已經(jīng)出現(xiàn)了“點-軸”擴(kuò)展的趨勢(見圖1a)。除了在廣州市中心區(qū)域的城市核心區(qū)之外，在遠(yuǎn)離城市核心區(qū)區(qū)域空間出現(xiàn)了大量城市邊緣區(qū)的空間形態(tài)，而且呈現(xiàn)出典型的星形發(fā)散特征。這一典型特征恰恰說明了這一時期城市道路系統(tǒng)對城市邊緣區(qū)擴(kuò)張產(chǎn)生的強烈導(dǎo)向作用(此時交通道路因子回歸系數(shù)高達(dá)-63.256，證明了道路交通系統(tǒng)對城市化水平的主導(dǎo)影響。見表2所示)。在2000年，廣州市的“點-軸”擴(kuò)張逐漸演變成以城市本體向外擴(kuò)張為主，中心鎮(zhèn)擴(kuò)張為輔的“外向”擴(kuò)展模式(見圖1b)。城市核心區(qū)除了在城市本體向外擴(kuò)張以后，在遠(yuǎn)離城市中心的城市邊緣區(qū)逐漸獨立發(fā)展成為城市核心區(qū)。在2009年，廣州市的“外向”擴(kuò)展模式逐漸出現(xiàn)了“多核心”擴(kuò)展的空間特征，即：以在“外向”擴(kuò)展模式的基礎(chǔ)上，城市邊緣區(qū)的核心地帶進(jìn)一步成熟，使得城市核心區(qū)向外蔓延擴(kuò)張，導(dǎo)致城市出現(xiàn)了“多中心”的空間形態(tài)(見圖1c)。

圖1 廣州市城市邊緣區(qū)空間分布

2.3 城市邊緣區(qū)數(shù)量特征分析

分別計算1990、2000及2009年城市地域結(jié)構(gòu)類型(城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū))的面積，得到廣州市近年來城市空間擴(kuò)展的總體變化特征(見表4)。

表4 廣州市城市地域結(jié)構(gòu)面積統(tǒng)計表

分析該表可知，1990-2000年間廣州市城市高速擴(kuò)張。城市核心區(qū)面積由127.386 4 km2迅速增加至433.776 3 km2，面積增長率達(dá)到240.52％，面積年增長率13.04％。城市邊緣區(qū)由806.309 8 km2增加至912.888 5 km2，面積增長率為13.22％，面積年增長率1.25％。城市影響區(qū)則逐漸減少，由2 671.608 0 km2減至2 258.553 0 km2，面積增長率為-15.46％，面積年增長率-1.67％。

2000-2009年間廣州市城市擴(kuò)張速度有所減緩。城市核心區(qū)面積由433.776 8 km2增加至527.878 1 km2，面積增長率為21.69％，面積年增長率為2.21％。城市邊緣區(qū)地域擴(kuò)展進(jìn)入靜止階段，面積甚至有所減少，由912.888 5 km2減少至892.404 2 km2，面積增長率為-2.24％，面積年增長率為-0.25％。城市影響區(qū)繼續(xù)減少，由2 258.553 0 km2減少至2 184.570 7 km2，面積增長率為-3.28％，面積年增長率為-0.37％。

進(jìn)一步分析各行政區(qū)的城市地域結(jié)構(gòu)數(shù)量特征，得到城市地域結(jié)構(gòu)(城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū))在各行政區(qū)的面積統(tǒng)計結(jié)果。

由表5分析可知，在1990、2000及2009年，廣州市各區(qū)城市核心區(qū)比例始終排在前五位的依次是越秀、荔灣、海珠、天河、黃埔。其中，越秀區(qū)在1990年城市核心區(qū)比例為91.731％，到2009年達(dá)到100.00％，而位居第五的黃埔區(qū)在1990年僅為4.635％，但至2009年已經(jīng)升至39.966％。

表5 廣州市各行政區(qū)地域結(jié)構(gòu)面積統(tǒng)計表

城市核心區(qū)是城市發(fā)展較為成熟的區(qū)域，其在行政區(qū)所占比例大小能夠指示該區(qū)城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)與水平。由此可以判斷， 1990-2009年，越秀、荔灣、海珠、天河、黃埔等五區(qū)始終是廣州市城市發(fā)展的核心區(qū)域。另外，從表5數(shù)據(jù)可知，城市核心區(qū)有向中心城鎮(zhèn)、衛(wèi)星城發(fā)展的趨勢。例如：在1990年，番禺、白云、蘿崗的城市核心區(qū)比例僅為1.223％、0.898％、0.000％，到2009年已經(jīng)升至13.358％、12.450％、7.923％。這從數(shù)據(jù)上說明，廣州的城市發(fā)展模式已經(jīng)從“單核心”(越秀、荔灣、海珠等)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤岸嘀行摹?番禺、白云、蘿崗)的發(fā)展模式。

由于各行政區(qū)城市發(fā)展水平不一，城市邊緣區(qū)在各行政區(qū)所占比例的隨時間的變化呈現(xiàn)出不同的規(guī)律。一方面，在城市核心區(qū)比例較高的地區(qū)(該區(qū)域的城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)與水平比較高)，城市邊緣區(qū)會隨著時間在數(shù)量上進(jìn)一步減少。譬如，在1990年，城市邊緣區(qū)所占比例依次是黃埔、荔灣、天河、海珠、白云、番禺、蘿崗、花都、越秀、南沙，分別是59.364％、47.649％、44.530％、40.074％、33.451％、22.544％、15.635％、14.204％、8.269％、5.202％。在2000年，黃埔、海珠、天河、荔灣、越秀的城市邊緣區(qū)比例已經(jīng)分別減至46.397％、35.241％、32.930％、28.981％、0.060％。直至2009年，進(jìn)一步降至44.763％、27.232％、27.884％、19.523％、0.000％。另一方面，在城市核心區(qū)比例較低的地區(qū)(該區(qū)域的城市發(fā)展?fàn)顟B(tài)和水平較低)，隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，會有大量土地成為城市邊緣區(qū)。當(dāng)城市化水平的進(jìn)一步提升，邊緣區(qū)開始聚集填充，進(jìn)一步發(fā)展成為城市核心區(qū)。此時，邊緣區(qū)面積的又會有所減少。譬如，在2000年，白云、蘿崗、花都、南沙的城市邊緣比例增加至36.218％、21.585％、19.841％、9.773％。然而到了2009年，白云、蘿崗、花都、南沙等區(qū)的城市邊緣區(qū)比例又減少至31.068％、20.223％、19.271％、9.656％。

2.4 城市邊緣區(qū)變化動態(tài)度分析

采用動態(tài)度模型對廣州市城市地域結(jié)構(gòu)(包括：城市核心區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市影響區(qū))變化狀況進(jìn)行分析，該模型可以直觀反映城市地域結(jié)構(gòu)類型變化的幅度與速度。分析結(jié)果見表6。

由表6可知，1990-2000年期間，廣州市城市核心區(qū)動態(tài)度較高，達(dá)到24.05％，城市邊緣區(qū)擴(kuò)張速度較慢，動態(tài)度為1.32％。城市影響區(qū)不斷減少，動態(tài)度為-1.55％。2000-2009年期間，城市核心區(qū)仍在不斷擴(kuò)張，但擴(kuò)張速度減緩了很多，動態(tài)度下降到2.41％，城市邊緣區(qū)開始停止擴(kuò)張，略有收縮。城市影響區(qū)進(jìn)一步減小，但趨勢變緩，動態(tài)度提高到-0.36％。

表6 城市地域結(jié)構(gòu)變化動態(tài)度

進(jìn)一步計算各行政區(qū)城市地域結(jié)構(gòu)變化動態(tài)度，為消除公式零除問題，將公式(9)作如下修正：

××100％

(12)

修正后的動態(tài)度計算結(jié)果見表7。

表7 各行政區(qū)城市地域結(jié)構(gòu)變化動態(tài)度

由表7可知，1990-2000年間，廣州市各行政區(qū)城市核心區(qū)變化幅度較大的區(qū)依次是花都、白云、蘿崗、南沙、番禺，動態(tài)度分別是365.378％、99.820％、94.400％、62.500％、55.315％，變化速度最低的是越秀區(qū)，僅為0.867％。城市邊緣區(qū)變化動態(tài)度較大的區(qū)依次是南沙、花都、蘿崗、番禺、白云，分別是8.477％、3.940％、3.665％、2.653％、0.824％；海珠、黃浦、天河、荔灣、越秀均為負(fù)向變化，動態(tài)度絕對值最高的是越秀區(qū)，為-7.294％，最低的是海珠區(qū)，為-1.174％。城市影響區(qū)除了越秀以外均為負(fù)向變化，動態(tài)度從小到大依次是南沙、花都、蘿崗、番禺、白云、荔灣、黃浦、天河、海珠。越秀區(qū)變化幅度最小，為0.000％，變化幅度最大的是海珠區(qū)，為-6.613％。

2000- 2009年間，廣州市各行政區(qū)城市核心區(qū)變化幅度較大的行政區(qū)依次是番禺、蘿崗、黃浦、海珠、南沙，動態(tài)度分別是5.857％、4.012％、3.459％、3.077％、2.446％，變化速度最低的是越秀區(qū)，僅為0.006％。城市邊緣區(qū)除番禺面積有所擴(kuò)張以外，其它區(qū)都是負(fù)向變化。番禺的城市邊緣區(qū)動態(tài)度為2.359％。荔灣的城市邊緣區(qū)負(fù)向變化最大，動態(tài)度為-3.412％。白云、花都的城市影響區(qū)出現(xiàn)正向變化，分別為0.820％、0.059％，越秀的動態(tài)度依然為0.000％。除此以外均為負(fù)向變化，變化幅度最大的是海珠，動態(tài)度為-8.500％。

2.5 城市邊緣區(qū)空間變化分析

城市邊緣區(qū)空間變化是指在城市化過程中城市地域結(jié)構(gòu)內(nèi)部不斷調(diào)整，從而導(dǎo)致城市邊緣區(qū)在空間上發(fā)生變化的現(xiàn)象。研究城市邊緣區(qū)空間變化特征，對把握城市地域空間結(jié)構(gòu)的擴(kuò)張動力機制具有重要意義。

利用1990年、2000年、2009年三期城市地域結(jié)構(gòu)空間分布，得到1990-2000年、2000-2009年兩個時間段的城市地域結(jié)構(gòu)空間變化圖以及變化轉(zhuǎn)移矩陣。

圖2 城市地域結(jié)構(gòu)空間變化圖

如圖2所示，為了便于數(shù)字表達(dá)，以整數(shù)1、2、3分別代表城市影響區(qū)、城市邊緣區(qū)、城市核心區(qū)，通過地圖代數(shù)法公式進(jìn)行運算得到九組數(shù)字組合，代表了由研究初期到研究末期的各種類型轉(zhuǎn)換。對城市地域結(jié)構(gòu)類型變化圖進(jìn)行數(shù)量分析，得到類型轉(zhuǎn)移百分比矩陣(表8)，從而分析轉(zhuǎn)變的主導(dǎo)方向。

表8 城市地域結(jié)構(gòu)變化轉(zhuǎn)移百分比

由表8可知，1990-2000年間，城市影響區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘羞吘墔^(qū)的百分比15.557％，轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻诵膮^(qū)的百分比為1.068％；城市邊緣區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻诵膮^(qū)的百分比34.239％，轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘杏绊憛^(qū)的百分比為3.875％；城市核心區(qū)轉(zhuǎn)變成城市邊緣區(qū)的百分比僅為0.055％；2000-2009年，城市影響區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘羞吘墔^(qū)的百分比為9.726％，轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻诵膮^(qū)的百分比為0.562％；城市邊緣區(qū)轉(zhuǎn)變成城市影響區(qū)百分比為17.414％，轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻诵膮^(qū)的百分比為14.150％；城市核心區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘羞吘墔^(qū)的百分比為10.883％，轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘杏绊憛^(qū)的百分比為0.051％。

數(shù)據(jù)分析表明：1990-2000年間，城市地域結(jié)構(gòu)空間變化主要以城市影響區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘羞吘墔^(qū)、城市邊緣區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻诵膮^(qū)為主。新增的城市邊緣區(qū)大多出現(xiàn)在城市交通要線周圍，呈星狀向外發(fā)散，并在城市邊緣區(qū)中心地帶產(chǎn)生城市核心區(qū)(如圖2a所示)。這一期間，城市地域結(jié)構(gòu)空間變化的主要驅(qū)動力主要來自于人口密度的大量增長，外來人口由于生活成本和壓力的原因，導(dǎo)致其城市中心外圍形成了低生活成本的生活聚居區(qū)(如：城市交通要線周邊、城鄉(xiāng)結(jié)合部、城中村等地)，而該區(qū)域的公共管理以及服務(wù)設(shè)施往往跟不上(見表2)。2000-2009年，城市地域結(jié)構(gòu)空間轉(zhuǎn)變出現(xiàn)了大的變化，表現(xiàn)在城市影響區(qū)與城市邊緣區(qū)、城市邊緣區(qū)與城市核心區(qū)兩兩相互轉(zhuǎn)化同時進(jìn)行，且轉(zhuǎn)化比例相差不大，這是由于在這期間城市地域結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整的結(jié)果。在此期間，城市地域結(jié)構(gòu)空間變化不僅因為人口密度的繼續(xù)增加，而且由于公共管理機構(gòu)的逐漸覆蓋以及公共服務(wù)設(shè)施的完善，城市化不發(fā)達(dá)區(qū)域(如：城市交通要線周邊、城鄉(xiāng)結(jié)合部、城中村等地)的城市化特征逐漸調(diào)整成熟，對城市地域結(jié)構(gòu)的空間變化也產(chǎn)生了重要的影響，而交通系統(tǒng)已不再是城市化的唯一影響因素，大量適宜于城市開發(fā)的低海拔土地逐漸被城市化(見表2)。

2.6 城市邊緣區(qū)空間形態(tài)分析

利用景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)研究城市地域結(jié)構(gòu)空間形態(tài)的時間變化特征，本文選用破碎度指數(shù)對城市地域結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，破碎度指數(shù)可用來度量城市地域結(jié)構(gòu)的空間集聚程度，如果指數(shù)接近于“1”，則說明其形態(tài)接近于圓形，即最緊湊的形態(tài)。越大于“1”，則說明其形態(tài)越破碎、發(fā)散。城市地域結(jié)構(gòu)破碎度計算結(jié)果如下：

表9 城市地域結(jié)構(gòu)破碎度指數(shù)值

如表9所示，廣州市城市邊緣區(qū)1990年、2000年、2009年的破碎度指數(shù)分別為：39.003、54.862、43.920，城市核心區(qū)的破碎度指數(shù)低于城市邊緣區(qū)，分別為：15.168、38.399、26.889。城市邊緣區(qū)破碎度值要大于城市核心區(qū)破碎度值，并且兩者變化規(guī)律相似(見圖3)，尤其在2000年及2009年，這一特征表現(xiàn)地非常明顯。城市邊緣區(qū)和城市核心區(qū)破碎度指數(shù)變化經(jīng)歷了一個上升再下降的過程。1990-2000年間，城市核心區(qū)破碎度較之城市邊緣區(qū)破碎度上升更快，但是在2000-2009年間，兩者破碎度的下降速度基本相同。而城市影響區(qū)的破碎度變化不大，到了2009年略有下降。

圖3 城市地域結(jié)構(gòu)破碎度指數(shù)

1990-2000年這十年間，城市核心區(qū)及城市邊緣區(qū)的破碎度急劇增加，說明這一階段廣州市城市擴(kuò)張力度較強，導(dǎo)致城市產(chǎn)生了大量的核心區(qū)及邊緣區(qū)斑塊，城市用地呈粗放式增長。2000年到2009年，城市核心區(qū)和城市邊緣區(qū)破碎度降低，城市用地斑塊相互聯(lián)接及內(nèi)部填實，城市粗放式擴(kuò)張的情況有所緩和。

進(jìn)一步分析廣州市各區(qū)的破碎度變化情況，以城市核心區(qū)破碎度變化分析為例。

圖4 城市核心區(qū)破碎度指數(shù)變化圖

由圖4可知，整體來看，在1990年廣州市各區(qū)城市核心區(qū)破碎度普遍比較小，到2000年城市核心區(qū)破碎度普遍增加，尤其以白云、花都、番禺、南沙增加最為顯著，其它各區(qū)城市核心區(qū)破碎度均略有增加，越秀、荔灣等區(qū)城市核心區(qū)破碎度反而變小。到2009年，各區(qū)的城市核心區(qū)破碎度普遍度減小，尤其以白云、番禺、花都減少最為顯著，越秀、荔灣破碎度進(jìn)一步減小，其它各區(qū)核心區(qū)破碎度減少的幅度不大，如：天河、黃浦、海珠、蘿崗。由變化幅度計算可知，城市核心區(qū)破碎度在1990年到2009年變化總幅度大小依次是白云、番禺、花都、南沙、黃浦、天河、海珠、荔灣、越秀(因蘿崗1990年無值，不參與排名)。

3 結(jié) 論

城市邊緣區(qū)的產(chǎn)生及其空間動態(tài)演變是城市化過程中必然出現(xiàn)的復(fù)雜地理現(xiàn)象，科學(xué)界定以及定量分析城市邊緣區(qū)時空演變特征，對促進(jìn)城市地域結(jié)構(gòu)和功能的空間優(yōu)化整合，推動城鄉(xiāng)一體化協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要意義。本文利用面積數(shù)量特征、變化動態(tài)度、變化圖譜及景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)等方法對廣州市1990年、2000年及2009年的城市邊緣的時空演變特征進(jìn)行分析，研究結(jié)果表明：

1)1990-2000年間，廣州市處于城市擴(kuò)張加速期，以城市核心區(qū)蔓延式擴(kuò)張以及城市邊緣區(qū)的星形發(fā)散式擴(kuò)張為主。城市作用力非常明顯，城市核心區(qū)向近域蔓延式擴(kuò)張強烈。同時，城市邊緣區(qū)多沿交通要線呈放射狀分布，并在其中心地帶產(chǎn)生城市核心區(qū)，逐漸形成了以中心城鎮(zhèn)、衛(wèi)星城為中心的城市核心區(qū)，城市發(fā)展從“單核擴(kuò)展”模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤包c-軸擴(kuò)展”模式。2000-2009年間，城市擴(kuò)張力度有所減緩，城市邊緣區(qū)擴(kuò)張減緩，城市核心區(qū)在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步填充填實，逐漸向城市邊緣區(qū)地帶蔓延?！俺鞘薪紖^(qū)化”與“農(nóng)村城市化”現(xiàn)象并存，最終將形成以“多核心”為典型特征的廣州大都市區(qū)。

2)1990-2000年間，城市核心區(qū)擴(kuò)張最強烈的地區(qū)主要分布于廣州北部，分別是花都、白云、蘿崗，尤其以花都的擴(kuò)張最為劇烈。城市邊緣區(qū)的擴(kuò)張變化以廣州南部南沙和北部花都最為顯著，其次為蘿崗、番禺、白云?？傮w看來，整個大廣州地區(qū)處于城市化加速期，各區(qū)城市化建設(shè)迅猛，顯得粗放、混亂、無序。2000-2009年間，城市核心區(qū)擴(kuò)張重點向廣州南部和東部轉(zhuǎn)移,番禺、蘿崗、黃浦成為城市核心區(qū)擴(kuò)張最為強烈的區(qū)域，城市邊緣區(qū)擴(kuò)張顯著集中在番禺。從總體上看，城市發(fā)展建設(shè)粗放的狀態(tài)在一定程度上得到了約束，廣州市的戰(zhàn)略發(fā)展重心南移。

3)城市空間擴(kuò)張變化規(guī)律與城市核心區(qū)與城市邊緣區(qū)破碎度變化規(guī)律具有同步性和相似性。當(dāng)城市處于擴(kuò)張加速期，城市核心區(qū)與邊緣區(qū)的破碎度同時增加。反之，當(dāng)城市擴(kuò)張力度減緩，進(jìn)入內(nèi)部填充階段時，城市核心區(qū)與邊緣區(qū)破碎度同時下降。城市核心區(qū)的破碎度變化幅度對城市化水平具有指示作用，當(dāng)某一地區(qū)城市核心區(qū)破碎度變化幅度越小，則該地區(qū)城市發(fā)展程度越高，如：越秀、荔灣、海珠、天河、黃埔等，反之，亦然。

4)城市邊緣區(qū)是一種極其敏感和不穩(wěn)定的時空綜合體。在城市擴(kuò)張初期，城市邊緣區(qū)多是不連續(xù)的、破碎的。隨著城市的發(fā)展，城市邊緣區(qū)將變得連續(xù)、緊湊，城市邊緣區(qū)的中心地帶將轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘泻诵膮^(qū)，這是城市發(fā)展“趨圓性”的體現(xiàn)。在這一時空空演變過程中，城市周邊的土地資源、生態(tài)環(huán)境往往會承受很大的壓力。因此，有必要對城市邊緣區(qū)進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃與空間優(yōu)化配置，充分考慮土地資源集約化利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)，將有利于城鄉(xiāng)一體化管理和區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

研究的重要意義在于，本文通過分析廣州市城市邊緣區(qū)地域結(jié)構(gòu)的時空演變特征，把握了廣州城市發(fā)展的空間擴(kuò)張規(guī)律，為城市戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃及城鄉(xiāng)一體化建設(shè)提供理論支持與建議。

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