北京地区城市化过程与机制研究

      中图分类号：F291.1;TP79

      1　引言

      目前，城市化已经成为人类活动改造自然环境的主要方式之一[1]。由城市化过程导致的大规模的土地利用／覆盖变化在当前的各种区域土地利用／覆盖变化中也显得格外引人注目。原因在于这种变化从微观尺度上看，为人类提供更多就业机会和制造更多福利的同时，也产生了如环境污染、交通拥挤、犯罪、居住环境恶化等一系列城市问题；从宏观尺度上看，由于以自然为主的土地利用／覆盖变成了以工厂和住宅为主的人为土地利用／覆盖，往往导致对各种自然过程如径流过程、蒸发过程和生态过程等的改变，带来复杂的生态环境后果，影响区域和全球的可持续发展[2,3]。

      近20多年来，在改革开放政策的驱动下，北京经历了一个经济和人口高速增长的时期，人口从871.5×10[4]人（1978年）增加到1250×10[4]人（1999年），GDP从108.4×10[8]元（1978年）增加到2074.46×10[8]元（1999年），从而出现了以城市化为主要特征的大规模的土地利用／覆盖变化，引起了众多研究者的关注。周一星、顾朝林、刘盛和、范作江、宗跃光等分别采用不同的数据，从不同角度对北京的城市扩展，郊区化，土地利用／覆盖变化机制等内容进行了研究，有了良好的研究积累[4-10]。但目前利用长时间序列遥感数据，从空间上对北京地区城市化过程和驱动机制进行系统综合的研究还比较薄弱，而这正是深入理解城市化过程中的土地利用／覆盖变化机制，从而模拟和预测城市化过程，降低城市化过程风险水平的重要基础。因此，本文在现代"3S"技术的支持下，通过对长时间序列高分辨率LandsatTM/MSS数据的处理和分析，试图认识和理解北京地区城市化的基本过程和驱动机制。

      

      图１　研究区

      Fig.1 Study area

      2　研究方法

      2.1　研究区和数据

      由于不同时期遥感影像覆盖的限制，本文的研究区主要包括北京城区的东城、西城、宣武、崇文；近郊区的石景山、海淀、朝阳、丰台和远郊区的昌平、顺义、通县等11个区县级行政单元，具体范围为115°50'E～116°59'E，39°36'N～40°23'N（图1）。该区人口919.4×10[4]人，面积4649.9km[2]，分别占北京市的74%和28%；地形上呈现出低山－丘陵－台岗地－山前洪积扇－平原区的有序排列；经济上具有从城市核心区、城乡过渡区到远郊区县的明显过渡，映射出人类活动由强到弱的梯度变化；空间上则呈现从中心大区、城市边缘区到外围地域的明显圈层变化并且整体上联系紧密，表现出大都市区的特征[7]。

      本文采用的遥感数据主要是季相较为一致，质量较好，无云，完全研究区的编号为123/32的4期Landsat TM/MSS（1975年5月6日获取的MSS以及1984年10月2日，1991年5月6日和1997年5月16日分别获取的TM）数据。

      2.2　城市化过程信息提取

      考虑到1975～1991年所用遥感数据时间跨度长，TM与MSS波段不整合，季相因素也不十分理想，进行严格辐射校正难度大，而1991～1997年遥感数据质量、季相因素都相对理想的特点，在小区域遥感监测实验的基础上[11,12]，我们对1975～1997年的土地利用／覆盖变化信息采用以概率松弛法为基础的常规分类后比较法进行测量[13]，对1991～1997年的信息则采用变化向量分析方法和分类后比较法相结合的混合方法进行测量[12]，同时还充分利用各种辅助数据，对明显分类错误进行了分类后处理，从而最终得到了区域城市化过程的基本信息（图2，表1）。

      2.3　城市化过程空间分析

      目前，对城市化的概念有许多不同的理解和认识[14]，为研究需要，本文主要指空间上非城镇土地利用／覆盖单元向城镇土地利用／覆盖单元的转化。同时，为了有效地利用GIS技术进行城市化过程的空间分析，引入城市化比例指数和强度指数2个概念。

      某一空间分析区域区内的城市化比例指数F可以表示为：

      F=U×100/R

      (2-1)

      式中：U为该区域城市化过程中非城市像元转化为城市像元的总数；R为该区域内城市化前的非城市像元总数。

      某一空间分析区域区内的城市化强度指数M可以表示为：

      　(2-2)

      式中：U、R的定义同(2-1)式，表示时间，本文取年为单位。

      3　结果分析

      3.1　区域城市化特征

      1975～1997年，平原区城镇用地（包括高、中低密度城镇用地）面积从259.49km[2]增加到1002.02km[2]，山区城镇用地面积（包括高、中低密度城镇用地）从11.30km[2]增加到21.53km[2]。城镇用地面积总量在区域中所占比例从1975年的6.02%上升到了1997年的22.75%，其中，高密度城镇用地比例从1975年的1.31%上升到了1997年7.04%，1975～1984、1984～1991、1991～1997年3个时期内的年增加率分别达到5.44%，6.37%和25.01%，增加迅速，尤其是在20世纪90年代经历了一个快速增加的过程（表1，图2）。由此可见，城镇用地持续增加，城市化过程明显是区域内城市化的基本特征。