廣州市形態演變特征以及中心城區用地擴張城市形態研究一直就是城市地理學的一個重要內容城市形態是城市總體的物質形狀和文化內涵雙方面特征和過程的綜合表現.城市空間形態那么是指各種物質要素在城市總體層次上的空間組合關系,它包括城市本身的空間布局、空間形式、空間規模等直觀的物質環境表現,它的演變具有時間系列的動態過程。國外關于城市形態的研究歷史悠久,形成了形態分析、環境行為分析和政治經濟學的方法等許多學術流派。國內對城市形態研究雖然起步較早,但長期處于停滯狀態,直到20世紀80年代初,我國城市形態研究開始興起,90年代以來,由于城市化進程的加速,城市經歷了外向的快速擴展和內部結構的頻繁重組,研究成果相繼涌現,研究內容的深度和廣度也不斷得到提高。總之,我國關于城市形態的研究主要通過借鑒國外的理念,重點對其演變特征及影響因素進行分析,應用現代技術手段研究不多,從選取的實例來看,主要集中在歷史文化名城、港口城市。因此本文選取我國華南地區的交通通訊樞紐和貿易口岸重要城市廣州市為例，運用現代技術手段來探討廣州市的形態特征及其中心城市用地擴張，這對深化城市化的過程和機理研究具有十分重要的意義。研究區與數據1.1研究區概況廣州是廣東省省會，廣東省政治、經濟、科技、教育和文化中心。廣州地處廣東省東南部，珠江三角洲北緣，范圍為東經112度57分-114度3分，北緯22度26分-23度56分，瀕臨南海，毗鄰香港和澳門，是華南地區的交通通訊樞紐和貿易口岸，是中國的“南大門〞。廣州市轄十區和兩個縣級市，總面積7434.4平方公里，戶籍總人口725.19萬人，共設118個街道辦事處、63個鎮。T677地勢和氣候:廣州地勢東北高、西南低，北部和東北部是山區，中部是丘陵和臺地，南部是珠江三角洲沖積平原。亞熱帶季風氣候，夏無酷暑，冬無嚴寒，雨量充分，四季如春，繁花似錦。全年平均氣溫20-22攝氏度，平均相對濕度77%，市區年降雨量為1,600數據遙感影像為Landsat5TM影像，軌道號122/44，成像時間1990-10-13；Landsat7TM影像，軌道號122/44，成像時間2000-9-14；Landsat7ETM+影像，軌道號122/44，成像時間2010-10-28。在ERDAS中對2023年廣州市輪廓進行裁切，然后以2023年廣州市輪廓為邊界，分別對其他時相的圖像裁切，提取各時期功能用地邊界和建成區邊界,作為本次研究的主要數據來源。研究方法城市用地信息提取城市建成區的提取是研究城市擴展的重要方面，城市建設用地的遙感信息提取通常采用人機交互的手工方式，自動化程度不高，許多方法如果不做后續處理，精度無法滿足要求。近年來，基于指數的建筑用地提取技術相繼提出，常用的遙感指數有差值建筑覆蓋指數NDBI〔楊存建等，2023〕、歸一化的差值建筑覆蓋指數NDBI〔Zhaetal.，2003〕、基于指數的建筑用地指數IBI〔Xu，2007〕等。本文使用的影像由于利用上述指數提取效果不明顯，經屢次試驗，最后對TM/ETM影像采用NDBI-NDVI的方法提取了蘭州市的建設用地信息〔圖1〕，可有效區分植被、土壤和建設用地信息。其中：式中，ρn為第n波段的反射率〔a〕〔b〕〔c〕圖1研究區不同年份的NDBI-NDVI〔a.1990年；b.2000年；c.2023年〕(a)(b)(c)圖2研究區不同年份的建設用地分布〔年；年;0年〕城市空間形態定量測度采用GIS的空間分析方法對廣州城市空間形態進行定量測度,包括擴展強度指數、緊湊度指數、分維數、Boyce-Clark形狀指數、等扇分析法。擴展強度指數計算城市擴展強度,比擬不同時期擴展強弱和快慢,研究廣州市擴展規模特征。本文用城市年均增加面積與基年面積之比來表示擴展強度；公式為式中:AGR為城市年均擴展強度指數;和,分別代表n+i年和i年的城市面積;n是以年為單位的時間。〔2〕緊湊度指數引入緊湊度公式BCI=2/P,研究廣州城市擴展的空間形態變化特征。式中:BCI表示緊湊度指數;A表示建成區面積;P指城市建成區輪廓的周長。〔3〕分維數分形維數表示一個集合在空間上的占有程度,維數越大,空間區域內含有分形單元的時機也就越大。常用的分維有:Hausdorff維數、盒維數、相似維數、信息維數、關聯維數等。在城市空間形態的研究中,面積和周長是其根本度量特征,因此,采用周長面積法計算空間形態的分形特征P=K(A)對于單個正方形斑塊,常數K=4,那么式中:D表示分維數;P表示斑塊周長;A表示斑塊面積。〔4〕形狀指數SHI，計算公式為：式中：為斑塊ij的周長。3城市形態演變特征3.1城市形狀演化特征測度城市形狀的指標很多,本文選取緊湊度、分維數和形狀指數3個指標來測度廣州城市形狀的演化。發現廣州城市的緊湊度指數在1990年比擬高，1990-2023年20年都在下降(0.66~0.34),呈下降趨勢;城市用地形態分維數呈迅速下降趨勢,城市形狀指數下降趨勢非常明顯,特別是由1990年的多陡然下降到2000年的缺乏,2000年到2023的下降比擬平緩。總體來說廣州城市形狀比擬緊湊、穩定性較好(表1、圖3~圖5)表11990-2000選取緊湊度、分維數和形狀指數年代緊湊度指數分維數形狀指數19000.6620002023圖3廣州城市用地緊湊度變化圖4廣州城市用地形狀分維數變化圖5廣州城市形狀指數變化3.2城市形態演化各向異性選用1990、2000、2023年3年的數據，借用雷達圖分析各個方向的擴展強度，將研究區域劃分成16個夾角，然后在各個方向上選取建筑物所在的最大點為半徑，繪制雷達圖。以此從空間分異的角度來研究廣州市在每個方向上的擴展強度。從圖6來看,廣州各時段各方向擴展強度有較大差異,主導擴展方向各時期幾乎一樣:1990-2000年城市主要向東南、正北、西北方向擴展,2000~2023年城市也是主要在東南、西北、正北方向擴展。圖61949~2007年各階段用地擴展強度雷達圖3.3城市形態演化軌跡通過定量分析懷化城市擴展的時空特征,發現其形態演化經歷了2個時期，如圖7帶狀組團式階段〔1990-2001年〕：在城市空間結構上,確定城市主要沿珠江北岸向東至黃埔開展,采用帶狀組團式結構,即沿珠江分三個組團:舊城區為第一組團,是城市中心區;第二組團為天河區,以設置文教、體育和科研單位為主;第三組團為黃埔地區,將結合廣州經濟技術開發區的建設,大力開展工業、港口、倉庫等設施,組團之間以農田和菜地分隔,防止連成一片.確定番禺的市橋鎮、花都的新華鎮為衛星城.特別是2000年6月番禺、花都經國務院批準撤市改區后，將大大拓展廣州的城市開展空間，促進廣州由目前的“Ｌ〞型帶狀空間開展模式向多中心、多組團、開放式、網絡型的生態系統復合的城市空間開展模式轉變〔2〕山、城、田、海式階段〔2001-2023年〕：城市開展形態為南拓、北優、東進、西聯,引導廣州城市空間形態向更深、更廣的方向拓展.南拓——指在番禺區將要建設“兩城一區〞,即廣州新城(用地228km2,)、大學城(45km2)、南沙經濟技術開發區(50.3km2);北優——是指優化城市向北部的開展.北部從化市有廣州主要的水源修養地,花都區正在建設的新白云國際機場,在保證貫徹“機場控制區〞規劃的前提下,適當開展臨港的“機場帶動區〞建設物流中心;東進——是指以珠江新城(中央商務區)的建設拉動城市開展重心向東移,將舊城區的傳統產業向黃埔區——增城市(新塘鎮)集中遷移,重整東翼產業組團,利用港口條件,在東翼大組團形成密集的產業開展帶.西聯——舊城區和白云區以西地區,重點是進行內部結構的優化調整,保護名城,促進人口和產業的疏解.圖7廣州城市形態演化軌跡圖4城市用地擴展以ArcGIS軟件作空間疊加分析，得到1990-2023年間廣州市城市擴張圖〔圖8〕。表2為廣州市中心城區空間形態定量測度結果。表2和圖8說明，廣州中心城區的建設用地面積在近20年里有了大幅度的增加。建成區的空間范圍從1990年的km2增加到2023年的km2，凈增km2。從表2可知，廣州中心城區的快速擴展主要表達在2000年以前的10年，在前10年中，1990～2000年的擴展速度小于1990～2023年，但擴展強度大于1990～2023年，說明1990～2000中心城區的擴展速度較大。分別考察三個年份的城市建成區分布及其疊加圖可以看出，廣州中心城區的空間擴展是以海珠區、天河區、越秀區、荔灣區為中心，向外拓展的，并經歷了以下過程：①1990～1993年:城市建成區面積增加了km2。城區主要往海珠區珠江以南、越秀區以北向邊緣農業區、白云區南部等地擴展。②2000～2023年：面積增加了km2，城市迅速從原來的白云區擴展到花都區與清遠市接壤，并且從珠江以南擴展，同時蘿崗區向北圖8廣州市1990-2023年城市擴張圖表2研究區建設用地及其形態指標年代面積〔〕形狀指數分維數緊湊度指數擴張速度〔〕擴張強度指數﹪19900.66200090.4520230.341990-20002000-20235結論與討論受社會經濟與自然因素影響,城市功能空間出現增生與演替,從而引發城市形態演化。本文運用GIS空間分析技術,對廣州城市形態演化進行定量分析，揭示其形態演化特征以及演化軌跡，并研究其城市用地擴展。城市空間結構是城市結構的重要組成局部，是城市形態在空間上的物質表現形式，它對城市的集聚與擴散程度起著根底性的作用。廣州的城市空間結構，經過2200多年尤其是近20多年來的演變、增長和開展，從總體上說，它是日趨合理和完善，正在努力適應廣州經濟社會開展的需要，但與廣州建設現代化、國際化的山水生態城市的目標還不相稱。廣州城市空間結構的開展，典型地反映了城市—區域空間演化的傳統規律，即從原來的同心圓圈層式擴展形態走向多核式分散組團和軸向開展形態，最后形成帶狀城市。目前，廣州就是一個典型的帶狀城市。城市的帶狀開展，導致廣州城市空間布局難以拉開，城市空間不開闊。廣州市政府已經清醒地意識到這個問題，正在從整體上考慮和制定當前以及未來廣州城市開展的總體規劃，包括廣州城市空間結構開展方向、開展模式、開展戰略等。應該說，這種開展趨勢是好的。特別是2000年６月番禺、花都經國務院批準撤市改區后，將大大拓展廣州的城市開展空間，促進廣州由目前的“Ｌ〞型帶狀空間開展模式向多中心、多組團、開放式、網絡型的生態系統復合的城市空間開展模式轉變；由目前的“云山珠水〞的小山小水的自然格局，真正躍升為“山城田海〞的大山大海的城市空間格局，從而使廣州的城市空間布局得以調整，使廣州的城市空間結構得以改善和優化廣州現代城市形態，是以工業用地布局為主導，以各項用地有方案配置為特色的根本特征，其中最為突出的是按統一的根本建設方案和功能分區原那么來組織要素布局，包括城市舊城區形態、中心區形態、工業區形態、居住區形態、單位體制獨立區形態