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为分析城市建成区面积扩展与人类活动范围的变化对城市发展格局的影响，本文以郑州大都市区5个地级市为研究对象，基于1997—2013年DMSP/OLS夜间灯光数据，利用“动态阈值”方法提取城市建成区，并采用城市动态扩张指标、位序-规模法则和城市扩张类型对郑州大都市区空间格局、城市建成区扩张和人类活动范围关系进行分析。
结果表明：郑州大都市区在1997—2012年期间城市建成区面积不断扩张，其中郑州市以“点”带“面”带动周边中小城市发展。区域城市结构由中心大型城市为主的发展模式，逐渐向均衡发展模式转变。城市扩张类型中“同步型”占比较高，从2002年开始 “边缘形”占比逐步增大，城市发展呈现分散化趋势。
郑州大都市区位于中原城市群中心区域，已形成1座超大城市、4座中等城市、12座小城市、123个建制镇的“一核四区多点”空间发展格局，依托交通干线集聚人口、产业、城镇，形成了“郑洛工业走廊”“郑开双创走廊”等廊式发展布局。郑州大都市区包含郑州市、开封市、新乡市、焦作市和许昌市5座地级市，是中原城市群中人口最密集、经济实力较强、城镇化水平较高的城市区。
由图2可看出，郑州大都市区1997-2012年城市建成区面积逐年增长的灯光影像斑块面积变化呈迅速向周围蔓延增长趋势，表明各城市扩张非常快速。郑州大都市区的灯光亮度值从年际变化来看总体持续上升，各城市主城区亮度较为突出，亮度值随着城市中心向四周扩展逐渐降低，区域发展中心郑州市在灯光扩散变化方面尤为明显。整个都市区范围内，在1997-2002年北部区域灯光亮度斑块面积增加较为突出；2002-2007年期间南部许昌市亮度值斑块面积范围迅速扩大，城市开始加速发展，城市化水平提高；2007-2012年区域城市灯光斑块面积分布在整体上趋于平衡，表明部分中小城市在此期间加速进行城市化建设，缩小了与大城市之间的城市化差距。
选择1997、2002、2007和2012年四个年度建成区面积提取结果与年鉴统计值进行验证，其结果如表1所示，其面积差值在10%以内的数据占90%，表明利用DMSP/OLS灯光影像提取的郑州大都市区各市建成区土地面积数值有一定的可信度。
图2郑州大都市区夜间灯光亮度变化
表1建成区提取面积与统计面积值及对比
郑州大都市区城市扩张时空特征
郑州大都市区建成区时空扩展结果如图3，并结合表2建成区扩展情况看出，1997-2007年期间城市扩张建成区净增加面积快速增长，在2007年达到峰值，以郑州市、新乡市和许昌市尤为突出，其建成区面积增长速度2002-2007年期间都在10%以上。在2007-2012年期间城市扩张速度开始保持均衡，各城市之间开始协同发展，由之前以郑州为主的“点”扩张模式逐步转化为郑州大都市区稳步协调发展模式。
图3 郑州大都市区建成区提取结果
表2 郑州大都市区建成区扩展情况
位序-规模法则结果分析
郑州大都市区1997-2012年城市位序-规模双对数回归结果如表3所示，可以看出，1997-2007年，郑州大都市区城市q值由0.87升高至0.99，说明大型城市对周边中小城市的吸引和聚集能力逐渐增强，区域城市发展结构趋于协调。从2002-2007年q值由0.99增加至1.13，表明郑州作为核心发展区带头发展城市，城市发展迅猛，与周边区域城市规模差距增大。从2007-2012年q值有减小趋势，表明在这期间周边中小型城市努力加速发展，城市结构层次之间的差距在逐渐缩小。
土地扩张类型分析
根据图4所示的三个阶段城市土地扩张类型占比可知，1997—2012年期间，同步型比例占比较高，说明城市建成区土地与人类活动范围在协同发展，人口不断向城市涌入的同时，政府也在加大力度进行城市建设，城镇化水平不断提高。
在1997—2002年期间，焦作与许昌扩张类型中有一定的回填比例，表明城市发展较为紧凑，基础设施成熟，新增的建成区土地均在人类活动范围内。
2004年，在国土资源部开始以整顿开发区为主要任务的土地市场秩序管理后，控制了土地市场的过度开发，此后城市建设开始向城市发展战略型有序转变。
2002—2012年，新乡与焦作边缘型占比减少，回填型占比存在增加现象，城市发展在以中心城区周边有序扩张的情况下，同时增强城区内部建设。在国家对新增建设用地的规范化管理下，城市建新区的浪潮有所控制，使得郑州和开封市为代表边缘型扩张类型占比逐步增加边缘地区比例有所升高，城市发展由紧凑逐渐向分散转变。许昌市则稳定在以同步型发展为主，边缘型为辅的发展模式，稳步扩张新城区建设。
部分资料来源： 陈菲尔,杨武年,郑州大都市区城市发展格局演变——基于DMSP/OLS夜间灯光数据, 西华师范大学学报(自然科学版).2021-03