遥感视角下的粤港澳大湾区城市化进程及其生态质量演变

杨 超

深圳大学自然资源部粤港澳大湾区地理环境监测重点实验室，深圳 518060

城市化及其生态效应已成为生态文明建设的核心。本文以粤港澳大湾区(GBA)为研究区，以1987—2017年的Landsat系列影像和社会经济数据为主要数据源，综合遥感、景观生态学及GIS技术，揭示了大湾区尺度的城市扩张的时空特征、城市尺度的城市扩张异质性及协调度，厘清了粤港澳大湾区与其他3个世界著名湾区(纽约、旧金山和东京湾区)城市群演变差异；与此同时，构建了综合生态质量评价指数(CEEI)分析了大湾区城市扩张背景下的生态质量演变规律及其驱动力，并提出了湾区城市群规划及生态保护策略。主要研究内容和结论如下：

(1)湾区建设用地提取。构建面向对象支持向量机(O-SVM)，从1987、1997、2007、2017年4期Landsat TM/OLI系列遥感影像中提取出全球4大湾区的建设用地用于城市群演变分析。结果表明：O-SVM在所有湾区的建设用地提取方面具有较高精度，所有精度指标均大于80%，且大部分精度指标均超过85%，满足土地利用覆盖变化分析需求。

(2)大湾区尺度的城市扩张的时空特征。利用扩张量化指标、景观扩张指数和景观格局指数探测建设用地扩张时空特征。结果表明：旧金山、纽约、东京和粤港澳湾区的城市群建设用地从1987年的1 686.82、5 315.93、3 765.09和605.71 km2分别扩张至2017年的2 714.70、8 359.18、5 351.06和7 568.19 km2；粤港澳大湾区的扩张面积和速率最大；旧金山和纽约湾区形成多核带状扩张模式，东京和粤港澳大湾区分别形成多核扇形(或马蹄形)和三角带状扩张模式；东京和纽约湾区填充型扩张比例最多，旧金山湾区紧随其后，均领先于粤港澳大湾区；粤港澳大湾区城市群建设用地扩张中导致的景观破碎度高于其他湾区。

(3)城市尺度的城市扩张异质性及协调度。探讨了粤港澳大湾区内11个城市的时空演变，并利用建设用地面积-人口和建设用地面积-GDP弹性系数评价各城市扩张合理性。结果表明：1987—2017年，广州、深圳、佛山、东莞、中山和珠海的城市建设用地分别扩大了10.12、11.48、14.21、24.90、37.07和30.15倍；各城市呈现不同扩张模式，包括单核多边形辐射模式、双核多边形模式和多核扩张模式；就扩张类型面积比例而言，边缘型和飞跃型扩张是所有城市的主要类型，而填充型扩张主要大范围出现在2007—2017年间的深圳、香港、东莞、中山和佛山；广州、深圳、佛山、中山、东莞和珠海呈现出明显城-乡景观梯度；大部分城市和时间段的扩张超过了理性水平。

(4)城市扩张背景下的生态质量演变。通过主成分分析集成多源遥感指标，构建了CEEI用于描述粤港澳大湾区的生态质量的时空演变。结果表明：1987—2017年大湾区的生态质量总体呈现先改善后退化的趋势，生态质量差、较差区域逐渐由郊区转向城区；大湾区1987年的生态质量不容乐观；1997—2007年大湾区生态质量明显改善，生态质量差的区域占总面积的比例低于0.70%；大湾区2017年生态质量再次下降，生态质量差和较差的区域分别达到总面积的4.30%和17.35%，且主要集中在城区。粤港澳大湾区生态质量变化主要由城市化进程和政策变化所驱动。