Interactions between water-land resources and oasis urban development at the northern slopes of the Tianshan Mountains,Xinjiang,China

Urban development in arid and semi-arid regions is largely constrained by fragile physical environ- ments. The characteristics of an urban settlement are different from those in other regions of China. This paper analyses the coupling characteristics and spatio-temporal variations for oasis urban development and water-land resources at the northern slopes of the Tianshan Mountains by principal component analysis and a coupling degree model. The result shows that the degree and change in regional use of water and land resources are different among the studied cities/counties during their development. The built-up areas of these cities/counties have changed little with increasing populations and urbanization levels, which well reflects that the urban development in arid and semi-arid regions is limited by oasis areas. Per capita amount of water supplied, however, presented a trend of slowed growth with increasing levels of urbanization. Water consumption gradually increased with urban development and the improvement of people＇s living standards, accompanied by enhanced water use efficiency. The level of urbanization can be assessed through the coupling degree between oasis urban development and the use of water and land resources. A high coupling degree represents a high level of comprehensive urban devel- opment and use of water-land resources. Alternatively, a low coupling degree denotes a low level of urban devel- opment and water-land resource use.

基于InVEST模型的天山北坡城市群生境质量时空演化研究

生境质量与土地利用/土地覆被类型为生物多样性所提供栖息地的适宜性有密切关系。探究天山北坡城市群土地利用引发的生境质量变化特征,揭示区域生态系统脆弱性,可为生态服务功能改善及区域生态环境保护提供一定参考。基于2000—2020年天山北坡城市群土地利用数据,采用InVEST模型从时空维度进行生境质量测算,再采用莫兰指数对生境质量空间特征进行分析。结果表明:(1)2000—2020年天山北坡城市群生境质量指数值整体在0.8以上,虽然生境质量为差和较差等级区域面积占研究区总面积的比例较高,但整体向良好和优等级方向发展;(2)天山北坡城市群生境质量由优和良好等级转为差和较差等级区域面积占比为3.75%,而由较差向差等级持续恶化的区域面积占比高达10%;(3)天山北坡城市群生境质量高值区与低值区在空间上均存在较高的正相关特征,即生境质量在空间上呈现高-高集聚和低-低集聚的两极特征,且随着时间推移,这种趋势愈发明显。总体上,研究期间天山北坡城市群生境质量空间变化幅度不大,上升区域上升的主要原因是生态工程的实施改变了区域土地利用/覆被类型,使得生境适宜性增强,而下降区域下降的主要原因是建设用地扩张。因此,建议进一步加大研究区生态保护和生态恢复措施。

天山北坡城市群人居环境适宜性评价

基于人居环境自然和人文综合要素,构建了人居环境综合适宜性指数(HSCI),以天山北坡城市群为研究区,分析其2022年的空间分异规律。结果表明:(1)天山北坡城市群自然环境的空间适宜性受地形起伏度和温湿指数影响显著,整体为一般适宜区集中连片分布、高度适宜区零星分布在天山北坡山麓地带的绿洲。其中胡杨河市和乌鲁木齐县的自然环境适宜性最好;(2)人文环境的空间适宜性受夜间灯光指数和基础服务指数的影响较大,整体形成以乌鲁木齐市和石河子市为中心的“双核”空间特征,并有向周围递减的趋势;(3)天山北坡城市群人居环境综合适宜性指数最好的地方人口分布最多,充分体现了乌鲁木齐市作为区域极核的地位;(4)人居环境适宜性指数与天山北坡城市群的人口、经济和土地匹配程度不足。高质量和较高质量区土地面积仅占总量的2.62%,经济则占总量的54.69%,人口高达总量的59.06%。说明天山北坡城市群地区人口与经济在适宜性方面具有高度匹配性,但人居适宜性指数较高的土地存在过度集中和利用的情况。

天山北坡城市群高质量测度与障碍因子诊断研究

通过熵权TOPSIS方法,测度2020年天山北坡城市群高质量发展水平,并采用障碍因子模型和耦合协调模型,判定影响高质量发展的障碍因子和城市内部协调度。结果表明:高质量综合得分排名为乌鲁木齐市>克拉玛依市>石河子市>吐鲁番市>五家渠市>昌吉市>阜康市;影响乌鲁木齐市主要障碍因子是建成区绿化覆盖率、每万人图书馆数量、人均城市道路面积、建成区排水管道密度;其余城市的主要障碍因子是进出口贸易额、城市GDP、每万人专利授予量、参加基本养老保险的人数;乌鲁木齐市属于轻度失调,石河子市、克拉玛依市和昌吉市属于严重失调,吐鲁番市、五家渠市和阜康市属于极度失调。天山北坡城市群高质量发展水平与内部耦合协调水平低且呈非均衡的空间分布格局,未来应充分发挥各市的区位、资源和产业优势,着力补齐短板,注重全方位协调发展,提升发展质量。

城市生态位测度研究——以天山北坡城市群为例

依据生态位理论,界定了城市生态位等相关概念。以天山北坡城市群为研究对象,选取1980-2010年人口、产业和投资等数据,根据城市生态位宽度模型、分异指数模型和重叠指数模型,分析了该城市群中各城市生态位空间宽度、生态位结构变化及其相互作用关系,为实现城市群的持续发展提供了新视角。结果表明:天山北坡城市群中,乌鲁木齐和石河子的人口生态位较大,而在经济生态位及资源生态位方面乌鲁木齐和克拉玛依位居前两位,说明城市生态位具有不连续性特征。天山北坡城市群中经济生态位宽度最大值的城市是最小值城市的32倍,说明天山北坡城市群中城市生态位宽度的差异悬殊。同时,天山北坡城市群的人口、经济及资源生态位分异指数均呈现下降趋势,人口与经济要素在空间上的不平衡得以改善,城市之间人口、经济发展的差距在逐渐缩小。天山北坡城市群正逐渐由"单中心"城市群向"多中心"城市群演进。在城市生态位重叠指数方面,城市之间的重叠指数呈现不断增大趋势,说明天山北坡城市之间的产业结构趋同性增强,同质竞争日趋激烈。针对天山北坡城市群城市生态位特征,按照专业化分工协作的要求,提出了城镇组团错位发展的设想。

天山北坡城市群地域空间结构时空特征研究

正确认识城市群地域结构的形成及发展规律对促进城市群的健康发展有着十分重要的意义。运用分形理论和多变量聚类统计分析等方法,以干旱区天山北坡城市群为研究对象,对其1990—2005年城市群规模和职能结构时空特征、空间分布进行研究。研究结果表明,该区域城市群城市规模等级结构和空间相互作用都具有分形特征。天山北坡城市群等级规模结构比较松散,呈明显的首位分布,人口分布不均,且有极化趋势。城市群职能分工不明显,城市经济结构雷同,经济活动的主导部门都是工业,优势职能为交通和商业,但城市群职能结构不断发展完善。城市群空间布局受到自然条件的制约与影响,城市缘绿洲疏密相间分布、沿河流空间扩张分布,交通干线两侧集聚的特点,城市间连通度很高,接近直线式连通。城市空间组织形态呈现出总体带状发展,点面结合、圈面集中的特点。

天山北坡经济带固定资产投资特征及其对城镇集聚的影响

在研究天山北坡经济带2000-2009年固定资产投资和城镇集聚基本特征基础之上,采用主成分分析法和面板数据回归模型,定量分析了固定资产投资对该地区城镇集聚的影响和作用机制。结果表明:(1)天山北坡经济带全社会固定资产投资在各县市分布相对集中于区域中心城市,呈现明显的"序位-规模"分布,具有行政区经济的特点,政府主导度与投资集中度成反向关系;(2)天山北坡经济带的城镇集聚过程首先以经济集聚和土地的非农化过程为主,其次是城镇人口的集聚,最后是社会生活水平的提高;(3)以固定资产投资为代表的政府行政力是推动天山北坡经济带城镇集聚的重要力量之一,其对行政级别越高,工业化水平越高城镇的集聚作用更强;(4)不同时期天山北坡经济带固定资产投资对城镇集聚的作用效应并不相同,初期投资主要促进城镇人口和空间规模的扩大,对城镇经济集聚作用较小;末期投资对城镇经济集聚、人口与空间规模均具有明显的促进作用,对社会人均基础设施及生活水平有较小的负作用。

基于群落生态学视角的天山北坡城市群城市关联分析

基于群落生态学相关理论,界定了城市关联等概念。以新疆天山北坡城市群为研究对象,选取2005年和2011年城市在岗职工数的面板数据,采用城市关联度模型,测算了要素流动量、功能效率、流动倾度和城市关联度等指标,从时间维和空间维分析了该城市群内城市间的相互作用关系,探讨了影响城市关联度的因素,并提出了天山北坡城市群协调发展的对策。研究表明,天山北坡城市群各城市行业要素流动量相差大,同时随着时间的演进其数值变化较大;多数城市的城市关联度偏小,城市间的空间联系偏弱,与各城市的综合经济实力不强,城市要素流动倾度不高有关;区域总体分布格局保持稳定,天山北坡城市群在中心城市带动下的集聚效应不断强化;第二产业对城市关联度的影响大于第三产业,天山北坡城市群仍然处于以工业增长为主的初级发展阶段。

天山北坡城市群可持续发展战略思路与空间布局

城市群是国家工业化和城镇化发展到高级阶段的产物,是高度一体化和同城化的城市群体,城市群形成发育过程是一个各城市之间由竞争变为竟合的漫长自然过程,遵循自然发展规律。天山北坡城市群位于丝绸之路经济带核心区新疆的北疆地区,是国家"十三五"期间推动建设的19个城市群之一,也是重点建设的两个边疆地区城市群和丝绸之路经济带核心区建设的唯一一个城市群。通过分析天山北坡城市群可持续发展的战略基础、发展机遇及存在问题,提出了天山北坡城市群可持续发展的战略定位、发展目标和空间布局设想。按照"创新驱动、开放带动、内外联动、重点撬动、兵地互动"的发展思路,未来可将天山北坡城市群建成丝绸之路经济带重要的战略支撑点、全国重要的战略资源加工储运基地、新疆城镇化与经济发展的核心引擎、边疆民族团结和兵地融合发展示范区;按照城市群内部干旱脆弱的生态功能区、产业集聚的生产功能区、城镇集聚的生活功能区三大功能分区管控要求,做实一带(丝绸之路经济带城镇化发展带),做强一圈(乌昌五都市圈),做通两轴(乌拉斯台口岸—准东—南疆库尔勒轴线、克拉玛依—奎屯—南疆库车轴线),做精四区(包括奎独乌胡都市区、石沙玛都市区、克拉玛依都市区和吐鲁番都市区四大兵地融合型都市区),形成由"一带一圈、两轴四区"组成的"夫"字型兵地融合发展空间新格局。

天山北坡城市群经济、社会与环境协调发展与对策

天山北坡城市群是新疆社会经济发展最具活力和最具发展潜力的核心区域,也是新疆实施西部大开发战略的支撑点,协调其内部各方关系对实现新疆跨越式发展和长治久安意义重大。运用变异系数法、改进熵值法、耦合协调度和协调发展趋势指数模型,对天山北坡城市群经济、社会与环境协调发展状况进行评价分析。结果表明:天山北坡城市群综合协调度较低,内部发展差异较大,综合协调发展处于平稳状态,城市综合协调发展较好的前四位城市分别是克拉玛依、石河子、乌鲁木齐和奎屯。城市群经济发展水平低、发展差异大,以及先天禀赋和后天竞争呈现出的不均衡态势,是城市群协调发展水平不高的根本原因。最后,文中提出了一系列有助于天山北坡城市群协调发展的对策和建议。

“一带一路”背景下天山北坡城市群的产业发展研究

新疆地处丝绸之路经济带核心区,应该以丝绸之路经济带建设为契机,促进新疆经济及产业的又好又快发展。文章主要探讨"一带一路"倡议下新疆主要经济中心天山北坡城市群产业发展的现状以及制约因素,并提出天山北坡城市群产业发展的对策建议。

天山北坡城市群土地利用及生态服务价值时空演变

[目的]研究天山北坡城市群土地利用及生态服务价值(ESV)的时空演变特征,为该区生态服务功能改善和生态景观建设提供理论指导。[方法]基于2000,2010,2018年天山北坡城市群的土地利用数据,利用遥感、空间统计分析方法,分析天山北坡城市群土地利用动态变化和生态服务价值的时空演变特征,并采用景观指数模型研究了天山北坡城市群ESV的景观格局变化。[结果]①天山北坡城市群主要用地类型为未利用地和草地,建设用地的单一动态度变化最大,动态变化幅度达2.7%;土地利用转移变化主要发生在耕地、草地、建设用地、未利用地之间,以草地向耕地和建设用地转入最为突出。②近20 a研究区ESV总量从1410.76亿元减少到1400.17亿元,共计损失10.59亿元,整体呈下降趋势;其中支持服务的ESV减少最多。③研究区ESV呈现出西北部和中部高,北部和东南部低的空间格局;2000-2018年研究区ESV景观格局发生显著的变化,低、中、高ESV区的景观格局表现为研究前期破碎异质化,后期集聚同质化。[结论]针对不同等级的ESV区,天山北坡城市群的生态环境恶化,需要采取不同的措施改善其生态服务价值,降低城市群发展对生态环境造成的破坏,推动区域生态景观的建设。

天山北坡城市群碳储量时空变化及预测研究

为了有效评估城市群碳储量变化,以天山北坡城市群为研究对象,运用PLUS模型和InVEST模型,动态评估2000~2020年及2030年不同情景下土地利用变化及碳储量变化特征.结果表明,2000~2020年天山北坡城市群碳储量呈现持续增加趋势,且碳储量变化与土地利用变化密切相关,主要表现为2000~2010年林地面积的减少导致其碳储量减少约266×10^(6)t,2010~2020年草地面积的增加使其碳储量增加约69.14×10^(6)t.2030年自然发展情景、生态保护情景和经济快速发展情景下碳储量预测值分别为8875.88×10^(6)t、8895.58×10^(6)t和8841.58×10^(6)t;经济快速发展情景下碳储量最低,生态保护情景下碳储量最高.土地利用是影响碳储量空间变化分布的第一主导因素,贡献率接近于90%,土地利用强度与碳储量协调性分析与两者双变量空间自相关分析进一步验证了这一结论.土地利用变化在一定程度上能够对碳储量产生积极影响,对于本研究区而言,生态保护发展情景可能更符合未来城市发展模式,研究结果能够为土地利用规划提供参考.

干旱区绿洲城市群地表温度时空变化及其影响因素——以天山北坡城市群为例

基于2005—2019年的MYD11A2时间序列LST遥感数据,首先采用均值标准差法对LST进行分级,分析了天山北坡城市群的LST空间分布格局;其次利用Sen′s斜率分析法、Mann-Kendal趋势检验法和Hurst指数揭示了天山北坡城市群LST在2005—2019年和未来的变化趋势;最后借助地理探测器模型并综合考虑地表覆盖、气候、社会经济和地形因素分析了多空间尺度下LST的主要影响因素。结果表明:(1)天山北坡城市群的吐鲁番市是高温(HT)和极高温(EHT)的主要集聚地;白天和夜间的LST格局差异大,在绿洲区域表现为典型的“昼冷岛,夜热岛”特征。(2)LST在白天和夜间的变化率分别为0.04℃/a和0.03℃/a,白天的升温幅度强于夜间;在乌鲁木齐市、昌吉回族自治州、石河子市和五家渠市LST表现出显著的升高趋势,且在未来也具有相同的趋势。(3)在不同的空间尺度上,LST的主要影响因素不同;从整个天山北坡城市群来看气候因素和地形因素是LST的主要影响因素,而在在石河子市、五家渠市和奎屯市LST的主要影响因素是社会经济因素。

天山北坡城市群生态承载力演变与生态敏感性分析

经济的快速发展及人类活动的不断加剧,造成了各种生态环境问题,对可持续发展构成了严重威胁。探讨城市群土地利用变化、生态承载力演变特征及生态敏感性分析,是推动城市群生态环境优化,提升城市群土地利用管理方式的重要理论依据。以天山北坡城市群为研究区,基于土地利用数据对天山北坡城市群2000—2020年土地利用变化进行分析,采用生态足迹模型对研究区的生态足迹及生态承载力进行推算,并结合植被覆盖度、坡度、人口密度、土地利用类型、高程5个生态敏感性因子,对天山北坡城市群进行多因子综合生态敏感性评价。结果表明:2000—2020年天山北坡城市群内建设用地和耕地转入量较大,分别增长107.79%和46.45%,林地和水域面积逐步减少,反映了天山北坡城市群在研究期内处于快速城镇化阶段,城市建成区的不断扩大对部分生态生产用地构成一定的威胁。在快速城镇化的背景下,天山北坡城市群人均生态足迹总体呈现上升的趋势,生物资源生态赤字问题仍然存在,能源为主的其他资源的生态盈余呈现缩小趋势。生态敏感性高值区域主要分布在天山北坡城市群各城市的周边地区,中度敏感地区环绕在敏感高值区周围,分别占研究区面积的11.21%和35.18%。在未来发展中天山北坡城市群需要进行区域生态敏感性的评价,针对不同的生态敏感性分区提出不同的保护和利用策略,同时需要发挥区域内各个城市的生产优势,扬长避短,实现天山北坡城市群土地资源合理利用及生态与社会及经济的高质量发展。

天山北坡城市群地表温度时空差异及贡献度分析

城市化的加快推进使得土地利用变化加剧,进而导致城市热环境问题日益突出。基于2005年和2018年夏季的MYD21A2地表温度数据,运用空间统计学方法分析了LST的时空分布格局,并结合土地利用数据,通过贡献度指数,对天山北坡城市群地表覆盖类型和行政区划的源汇角色特征进行了分析。结果表明:(1)2005—2018年建设用地、耕地增长显著,冰川、林地等自然资源地类显著减少,说明城市的发展对生态环境和自然资源造成了较为严重的影响。(2)地表温度等级的空间分布与海拔呈负相关关系,2005—2018年高温度等级在白天的空间分布有离散化趋势,而夜间则相反,夜间高温度等级空间分布整体有向东南迁移的趋势。(3)不同城市、不同地表覆盖类型由于自然条件、比热容等物理性质的不同,其白天和夜间源汇角色不同,可归纳为昼夜热源型(CI>0)、昼汇夜源型(白天CI<0,夜间CI>0)和昼夜热汇型(CI<0)。(4)天山北坡城市群独特的气候和荒漠—绿洲—山地地貌致使建设用地为昼汇夜源型地类,源汇角色与内地一些城市群(京津冀城市群)存在差异。

基于夜间灯光数据的天山北坡城市群第二、三产业GDP空间化模拟

针对城市群中小尺度资源环境研究领域对空间型社会经济数据的需求,对天山北坡城市群10个主要县市的第二、三产业国内生产总值(gross domestic product, GDP)进行空间化模拟.采用相关分析与回归分析方法,定量分析2002年和2012年DMSP/OLS(defensemeteorological satellite program/operational line scan system)夜间灯光数据与天山北坡城市群统计型数据的关系,建立天山北坡城市群1 km的GDP密度图,GDP空间分布模拟结果在分产业水平上拥有较高精度.结果表明:1)两期夜间灯光指数与第二、三产业值具有明显相关性,第二产业相关系数为0.75、0.83;第三产业相关系数为0.86、0.87;2)从GDP空间分布来看,高值区主要集中在乌鲁木齐-昌吉-石河子-奎屯-克拉玛依一线;各县市GDP密度由城市核心区向周围区域辐射递减,城郊和农村地区的GDP密度显著低于建成区的GDP密度;3)基于夜间灯光数据模拟的GDP空间分布结果十分可信,尤其是第二产业2002年和2012年的GDP模拟结果与统计值的相对误差分别为0.58%、0.01%.通过对比两期的GDP空间化模拟结果发现:该方法在一定程度上反映了天山北坡城市群经济发展的动态变化,对后期更加准确地预测此区域经济走势具有实用价值.

基于DMSP/OLS和NPP/VIIRS数据天山的北坡城市群城市扩展研究

结合DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜间灯光数据,对天山北坡城市群1992—2018年的城市夜间灯光进行空间扩展演变研究。利用城市扩展强度、紧凑度以及城市重心转移方法来分析天山北坡城市群城市扩展时空变化特征。结果表明:(1)1992—2018年天山北坡城市群城市夜间灯光扩展强度值呈高-低-高变化趋势。(2)在研究期间研究区紧凑度呈递减态势,在空间上向外部延展型为主导的类型发展,城市结构呈松散化趋势。(3)研究期间天山北坡城市群的城市重心点从昌吉回族自治州的呼图壁县转移到乌鲁木齐的米东区,重心转移方向是东北-西北-西南。天山北坡城市群作为新型城镇化的主体区和经济发展的战略核心区,其城市扩展时空演变研究能够揭示区域城市化发展规律及空间结构演化,促进丝绸之路经济带建设。

基于GIS的天山北坡城市群人居环境自然适宜性评价

以GIS为平台,使用5 km×5 km栅格单元为基本单位,选择土地覆被、地形起伏度、气候适宜度、水文条件以及土地沙化适宜度等自然因子结合社会经济数据,对天山北坡不同地区的人居环境适宜性进行探讨,揭示了天山北坡人居环境自然适宜性的空间分布格局,并进一步探讨其形成的原因。结果表明:天山北坡城市群的人居环境指数(HEI)介于10.72—80.19之间,地形起伏度、水文条件以及土地沙化适宜度为天山北坡城市群人居环境自然适宜性空间分布差异的主要限制因素,人居环境自然适宜性整体呈现“屋脊式”空间结构特征,具体表现为以乌鲁木齐市-奎屯市为中轴线逐渐向两侧递减的态势,并出现以石河子市、奎屯市为“双核心式”的空间差异特征。其中一般适宜区域分布面积最广,占天山北坡城市群总面积的39.79%;比较适宜区次之,占25.2%,分布着研究区43.87%的人口;然后是临界适宜区,占18%;不适宜区域占研究区总面积10.8%;高度适宜区最小,仅为研究区总面积的6.19%。

基于NPP-VIIRS数据天山北坡城市群GDP空间化研究

为满足城市群发展过程中对空间型社会经济数据的需要,在分析与总结已有社会经济数据空间化技术方法的基础上,以天山北坡城市群作为研究对象,对2013年及2019年NPP-VIIRS夜间灯光数据与GDP统计数据进行定量分析,对其区域内15个县市的分产业地区生产总值进行空间化研究。通过分析天山北坡城市群地区生产总值、第一、第二、第三产业值以及二三产业值之和与NPP-VIIRS夜间灯光数据所提取出的灯光指数的空间相关性,选取最优灯光指数,通过线性回归模型,最终模拟了2013年与2019年研究区内500 m精度分产业GDP密度图。结果表明,两期夜间灯光数据与分产业地区生产总值具有明显相关性;城市群各产业产值分布主要集聚在各县市之间的交通线主要节点,高值区主要集中在乌鲁木齐市、昌吉市、石河子市及克拉玛依市;利用夜间灯光数据模拟的分产业GDP空间分布结果较为可信,其模拟结果与统计值相对误差较小,能够较为直观地表现出统计数据区域分布差异,并展现出区域经济发展的动态变化。