基于多维数据的中美收缩城市比较研究_罗婧怡.pdf

第 48 卷第 2 期2023 年 4 月Vol.48 No.2Apr.2023测绘地理信息Journal of Geomatics基于多维数据的中美收缩城市比较研究罗婧怡1 刘迪1 王一方1 张清凌11 中山大学航空航天学院遥感大数据智能应用实验室，广东 深圳，518107A Comparative Study of Shrinking Cities in China and the United States Based on Multi-dimensional DataLUOJingyi1 LIUDi1 WANGYifang1 ZHANGQingling11 School of Aeronautics and Astronautics Big Remote Sensing Data and Artificial Intelligence Laboratory，Sun YatSen University，Shenzhen 518107，China摘要：由于城区人口流失和投资停滞，城市收缩给城市管理带来诸多挑战。收缩城市在不同维度（人口、灯光亮度、土地利用）下有哪些不同的特征也有待系统性的分析和研究。本文从中美两国被公认的收缩城市中各选取 9 个作为研究样本，从人口、灯光亮度、土地利用等维度进行分析。结果显示两国的城市人口数据在研究时期内都有不同程度的下降，而土地利用数据则显示中美各城市建成区都在持续扩张；夜光数据则表明美国 9 个城市一直在变暗，而中国恰恰相反。对中国城市的考察不宜仅依据市一级的人口数据做出判断，应该关注从更多维度获取细致数据，精准把握城市发展过程的全貌，为城市规划管理制定科学的应对策略和措施，提供数据和理论支持，建设更加美好的城市，实现可持续发展目标。关键词：城市收缩；人口数据；夜光数据；土地利用；建成区；中美对比中图分类号：P208文献标志码：AAbstract：Due to the loss of urban population and stagnant investment，urban contraction brings many challenges to urban management.The different characteristics of shrinking cities in different dimensions（population，light intensity，land use）also need systematic analysis and research.This paper selects 9 shrinking cities in China and the United States as research samples，and analyzes them from the dimensions of population，light intensity and land use.The results show that the urban population data of the two countries have declined in varying degrees during the study period，while the land use data show that the built-up areas of cities in China and the United States are expanding continuously；the luminous data show that nine cities in the United States have been darkening，while the opposite is true in China.The investigation of Chinese cities should not only make judgments based on the population data at the city level，but also focus on obtaining detailed data from more dimensions，thus the overall picture of the urban development process can be accurately grasped，the scientific coping strategies and measures for urban planning and management can be formulated，which provides data and theoretical support for the building of a better city and the goal of sustainable development.Key words：urban contraction；population data；luminous data；land use；built-up area；comparison between China and the United States城市收缩指大都市在短时间内出现大量人口流失的现象。二战后美国、英国和德国的部分工业城市先后出现不同程度的收缩。1991年苏联解体后，体系内的成员国诸多城市也出现了不同程度的收缩。自 2006年以来，美国的城市收缩在人口密集城市中心形成，而外部郊区则继续增长1。收缩城市（shrinking cities）产生的主要原因是去工业化和郊区化2，也有学者认为经济结构调整、社会人口结构改变、城市空间结构变化、资源枯竭、政治因素都可能会导致城市收缩3-5。以往对收缩城市的研究通常使用传统的人口或 GDP 数据6-8。最近十年的研究表明，可以通过夜间灯光数据监测各个国家城市化的动态图，为城市收缩研究提供了一个新视角9.10.传统定义城市收缩多数只考虑人口的变化，对经济、建成区动态考虑较少。中美收缩城市产生的DOI：10.14188/j.2095-6045.2021108文章编号：2095-6045（2023）02-0133-05引用格式：罗婧怡，刘迪，王一方，等.基于多维数据的中美收缩城市比较研究 J.测绘地理信息，2023，48（2）：133-137（LUO Jingyi，LIU Di，WANG Yifang，et al.A Comparative Study of Shrinking Cities in China and the United States Based on Multi-dimensional Data J.Journal of Geomatics，2023，48（2）：133-137）基金项目：国家重点研发计划（2017YFB0504204）。测绘地理信息2023 年 4 月背景和原因存在较大的差异，其表现也不同。本文利用多源数据比较中美收缩城市，不仅可以扩大收缩城市研究的地理空间范围，而且能够全面理解收缩城市现象。1 研究数据与方法1.1DMSP数据最早的夜光遥感影像来源于 DMSP/OLS（defense meteorological satellite program/operational linescan system)，其最初设计的目的是探测夜间月光照射下的云层，研究发现也可以用于分析城市夜间灯光11。本文采用的 DMSP/OLS 稳定夜间年合成数据（版本 4），是美国国家海洋和大气管理局在去云的基础上，又去除了火光、极光等偶然事件的影响，最终得到由城市、乡村等稳定光源发出的年平均灯 光 影 像。这 套 数 据 集 已 经 被 谷 歌 地 球 引 擎（Google earth engine，GEE）收录，为后续研究提供了较大便利。1.2人口统计数据人口分布及其时间变化是社会经济活动的集中体现，因此其可以作为城市研究的核心要素，直接从空间上反映城市分布变化情况12，13。本次研究使用人口数据分别来自美国 Google Public Data（19952018年）和中国各省市县统计年鉴或统计公报（20062018年）。由于某些市县统计工作很难做到完整，导致存在部分年份数据缺失的情况，故此次研究只需要了解人口动态变化的总体趋势。1.3GAUD数据Liu等14基于长时间序列的 Landsat遥感数据绘制了 19852015 年全球年度 30 m 分辨率的城市动态图 GAUD。作为一个全新的数据集产品，GAUD拥有时间上大跨度与空间上广覆盖的优势，为更全面地分析长时序的城市建成区动态变化，以及比较不同城市建成区变化特征提供数据基础。1.4数据预处理DMSP/OLS 夜光遥感时间序列由于跨越不同的传感器以及其他因素的影响，在进行正式分析研究之前应尽量减少误差。本文采用文献 15 提出的校正方法，对 DMSP/OLS 年合成数据进行了处理并生成一致的 NTL 时间序列。该方法可以满足以下 4个要求：可靠的伪不变像素识别；计算效率高；互相校准的通用性好，偏差最小化。该方法与 Elvidge等16的方法相比更稳定且易操作，适用性广，经校准后 NTL 影像 DN（digital number）值在同一年差距明显缩小（见图 1）。2 研究区域选择为了揭示美国不同州区域的收缩城市之间的差距，参考地理位置、人口总数、经济发展水平，本文从Karina M Pallagst等17提出的收缩城市里，选取 9个城市如图 2（a）。龙瀛等18利用 2000 年和 2010 年的人口普查数据定义了中国 180 个正在收缩的城市，绘制了其中 64 个收缩城市的规划增长率和人口收缩率。本次研究在上述研究人员提供的收缩城市名单中，选取了贫困地区或经济发展较为落后的 9 个城市如图 2（b）所示。3 结果和讨论3.1中美收缩城市人口对比分析分析美国 9个收缩城市 19962018年人口变化数 据 发 现 人 口 体 量 差 异 比 较 大：其 中 Cleveland、Pittsburgh、Buffalo等人口数量可以达到 30万甚至是50 万，而人口规模较小的 Camden 和 Wheeling 只有不 到 10 万 的 人 口，如 图 3（a）所 示。Cleveland 在19961999 年里有缓慢的人口增长现象，其余 8 个收缩城市从 1996年开始连续 10年甚至 20年的时间里人口都持续流失。但也有少数收缩城市仅在期间某几年有人口增长现象，例如 2009年的 Pittsburgh、2000 年的 Toledo、2005 年的 Birmingham、1999 年的Dayton、2018年的 Camden等。综上所述，从城市人口流失角度看这 9个城市的确在收缩。美国常住人口数据从 1996年起，而中国 2006年图 1校准后的 NTL影像Fig.1Calibrated NTL Image 134第 48 卷第 2 期罗婧怡等：基于多维数据的中美收缩城市比较研究才开始。中国 9个收缩城市常住人口数据统计结果（见图 3（b）显示也存在人口基数规模不均匀现象：有的收缩城市常住人口基数高达 100 多万（如广安），也有的常住人口基数低至 30 万（如丹江口、定西、冷水江）。根据结果可以将中国 9个城市人口下降曲线分为 3 种类型：Z 字型（广安、利川）、平缓型（林州、江山）、波浪型（建德）。丹江口、定西、冷水江、利川人口数量在 20062009年间小范围上升或下降后，都在 2010年有了较大幅度的减少。万源和广安人口数量在 20062012 年间小范围有上升趋势，在 2013年有较大转折降低。3.2中美收缩城市夜光对比分析以 DN 总量 10 万作为分界点把城市分成两类：大基数和小基数收缩城市。美国这 9个收缩城市的夜间灯光总量下降虽不是连续的，但总体上都随着时间增长呈现了不同幅度减