沈阳市城市扩展分析与模拟研究

城市扩展及其导致的土地利用/土地覆被变化作为全球环境变化的重要驱动因素，日益引起社会各界的普遍关注。新中国成立以来，沈阳市经历了快速的城市化过程，特别是进入21世纪以来，伴随着人口增长和经济发展，中心城区持续向外扩张，导致基本农田大量流失，区域景观和生态环境质量日益下降，给沈阳市的城市增长管理和可持续发展带来严峻挑战。 利用遥感(RS)、地理信息系统(GIS)和空间Logistic回归模型对1988-2004年间沈阳市的城市扩展与土地利用变化特征及其驱动力进行深入分析，并在此基础上利用基于细胞自动机(CA)的城市扩展模型－SLEUTH对历史时期(1988-2004年)的城市扩展格局进行模拟与重建，对未来(2005-2030年)不同发展条件下的城市扩展进行模拟与环境影响评估，以期为城市增长管理与区域可持续发展提供决策支持。本论文取得如下研究成果： (1) 1988-2004年间，沈阳市辖区城市面积持续增加，城市扩展强度逐渐增强；2000-2004年城市扩展规模和强度都达到最大；沈阳市城市化进程正在显著加速。城市扩展具有明显的空间分异特征：整个研究时段内，市区西南方向是城市扩展的主方向，中心城区周边(8~10km)及各级经济开发区是扩展的热点区域。 (2) 1988-2004年间，沈阳市辖区土地利用变化最主要的特征是耕地向城乡建设用地的大面积转换。持续的城市扩展导致区域景观日益破碎化和复杂化。城市和其它建设用地的景观影响日益增强，耕地的优势地位减弱，且破碎化程度增加，斑块形状日趋复杂。城市化空间梯度上的土地利用格局变化分析表明，随着城市化水平的提高，景观组成和空间配置发生了明显变化。处在城市化前沿区域的城郊地区，景观格局表现出景观多样性增加、破碎化程度加深和形状日趋复杂等特点。 (3) 1988-2004年间，沈阳市辖区城市扩展主要受到社会经济发展的推动作用和政策因素的激励与导向作用。空间Logistic回归分析显示，开发区建设与行政建制变化、道路与城镇分布、浑河和城市规划是城市空间扩展的主要影响因素。 (4) ROC曲线统计、Kappa统计与多分辨率误差估算以及景观指数从城市扩展总体预测能力、增长数量、空间位置和空间格局上给予SLEUTH模型一个全面、客观的评估。总体上来说，SLEUTH模型具有可信精度，较好地表达了沈阳市1988-2004年间城市扩展的总体趋势，对城市扩展面积的拟合精度很高。但是，与其它城市扩展模型相似，在像元尺度上对城市扩展空间位置的预测和对城市空间格局的表达还有待于提高；随着分辨率的降低，模型对城市发展中空间邻域关系的表达效果趋于提高。SLEUTH模型对城市扩展的总体模拟精度要高于空间Logistic回归模型，但是对城市扩展位置的模拟准确性低于后者。 (5) 通过分析发现，影响SLEUTH模拟准确性的主要因素包括模型结构、地方城市发展特征、模型应用的时空尺度和模型输入数据的获取与误差传递等。通过修改模型组分设置、开展模型敏感性与不确定性分析以及实行城市扩展一体化模拟可以提高SLEUTH模型的模拟效力，而具体实现方法需要深入研究。基于模型评估结果和效力提高的对策，对城市扩展演变的时空格局进行了较为准确的重建，为其相关研究提供了可靠的历史数据资料。 (6) 遵循沈阳市目前和未来的区域开发政策、最新修编的城市总体规划，以及社会对区域生态环境保护的要求，设计了五个城市发展预案，即目前趋势发展预案(CT)、区域开发政策与城市规划预案(PP)、生态可持续发展预案(ES)、紧凑式发展格局预案(CD)和特定增量发展预案(GA)。对不同预案条件下未来(2004-2030年)城市扩展面积和空间格局、城市扩展热点区域、城市景观格局变化及其景观生态效应，以及对其它类型土地资源的消耗四个方面进行了分析和比较，为沈阳市城市规划、生态建设以及可持续增长管理提供了许多有价值的决策信息。