基于ESDA的江蘇省市域建成區(qū)綠地率空間分異格局及其演變研究

汪 洋 ，劉志強(qiáng) ，王俊帝 ，2

（1.蘇州科技大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，江蘇 蘇州 215011；2.蘇州科技大學(xué) 天平學(xué)院，江蘇 蘇州 215011）

21世紀(jì)以來(lái)，江蘇省作為我國(guó)城鎮(zhèn)化水平較高的省份之一，其綠地建設(shè)水平也一直處于全國(guó)前列。2015年江蘇省建成區(qū)綠地率已達(dá)39.47%，高于同期全國(guó)的36.36%[1]。近20年來(lái)江蘇省建成區(qū)綠地率大幅提升，在市域尺度（截止到2015年底，蘇南包括南京、無(wú)錫、常州、蘇州、鎮(zhèn)江5個(gè)地級(jí)市，常熟、張家港、昆山、太倉(cāng)、江陰、宜興、溧陽(yáng)、丹陽(yáng)、揚(yáng)中、句容10個(gè)縣級(jí)市；蘇中包括揚(yáng)州、泰州、南通3個(gè)地級(jí)市，高郵、儀征、靖江、興化、泰興、海 門、啟東、如皋8個(gè)地級(jí)市；蘇北包括徐州、連云港、宿遷、淮安、鹽城5個(gè)地級(jí)市，東臺(tái)、邳州、新沂3個(gè)縣級(jí)市）上出現(xiàn)了區(qū)域聚集效應(yīng)。如2000年，蘇南無(wú)錫（34.15%）、江陰（32.07%）、太倉(cāng)（31.13%）等城市呈現(xiàn)了明顯的高水平俱樂(lè)部效應(yīng)；而蘇北宿遷（21.77%）、新沂（26.41%）、鹽城（22.58%）等城市呈現(xiàn)出低水平聚集。

通過(guò)整理歸納現(xiàn)有城市綠地建設(shè)水平區(qū)域差異的研究發(fā)現(xiàn)，葉駿驊、韓旭、劉志強(qiáng)等學(xué)者已經(jīng)在相關(guān)研究上取得了一定的研究成果[2-5]。葉駿驊[2]指出我國(guó)東、中、西部綠地建設(shè)存在明顯差異。韓旭[3]基于區(qū)域差異的視角，探明我國(guó)城市單元的綠地建設(shè)水平呈現(xiàn)出自階梯狀自東向西的降低趨勢(shì)。劉志強(qiáng)[4]揭示了江蘇省三大地帶間綠地建設(shè)差異明顯縮小，其綠地水平總體差異主要是由地帶內(nèi)市際差異引起。但現(xiàn)有研究多以假設(shè)各單元的屬性值在空間上是均質(zhì)且獨(dú)立為前提，忽視了因地理、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展等原因形成的集聚效應(yīng)，缺乏從空間相關(guān)性視角探究單元之間在空間上的集聚關(guān)系。目前，基于空間關(guān)聯(lián)性視角探究區(qū)域差異的研究多集中于經(jīng)濟(jì)學(xué)、地理學(xué)及社會(huì)學(xué)等學(xué)科[6-10]，針對(duì)城市綠地差異的研究鮮有涉及。鑒于此，從空間關(guān)聯(lián)效應(yīng)視角，采用探索性空間數(shù)據(jù)分析（Exploratory Spatial Data Analysis，ESDA）與ArcGIS相結(jié)合的方法，以江蘇省34個(gè)建制市為研究對(duì)象，通過(guò)揭示市域?qū)用嫔辖ǔ蓞^(qū)綠地率空間格局的演變規(guī)律，以期為制定差別化的綠地建設(shè)發(fā)展政策提供理論依據(jù)。

1 研究對(duì)象及研究方法

1.1 研究對(duì)象和數(shù)據(jù)來(lái)源

基于市域尺度研究，以江蘇省的13個(gè)地級(jí)市和21個(gè)縣級(jí)市作為研究單元，選取2000-2015年作為研究周期，建成區(qū)綠地率指標(biāo)來(lái)源于《中國(guó)城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒（報(bào)）》。

1.2 研究方法

基于空間相關(guān)性的視角，選用ESDA-GIS作為空間關(guān)聯(lián)程度的測(cè)度方法，其原理是通過(guò)對(duì)某一現(xiàn)象空間分布格局的描述與可視化分析，探究其在空間上的集聚化及差異化，探究其空間分異演變的內(nèi)在關(guān)系[11-13]。該方法將區(qū)域發(fā)展所帶來(lái)的單元由于空間上相互作用形成的集聚效應(yīng)或是異質(zhì)效應(yīng)的特點(diǎn)作為切入點(diǎn)，能夠更加真實(shí)的反映區(qū)域上各單元空間相互作用對(duì)全局及局部發(fā)展的影響。

1.2.1 全局空間自相關(guān)

采用Global Moran’s I統(tǒng)計(jì)量測(cè)度市域建成區(qū)綠地率全局空間自相關(guān)性，描述江蘇省市域單元建成區(qū)綠地率的空間分布態(tài)勢(shì)與集聚狀況，分析其在空間上的平均關(guān)聯(lián)與差異程度。計(jì)算公式如下

式中，E（I）和VAR（I）分別是Moran’s I的期望值和方差。當(dāng)Z＞1.96且通過(guò)5%的顯著性水平檢驗(yàn)，則表明其存在顯著的空間自相關(guān)。

1.2.2 局部空間自相關(guān)

Moran’s I散點(diǎn)圖可以反映某城市建成區(qū)綠地率與該市域空間滯后變量之間的相關(guān)關(guān)系，其橫坐標(biāo)為各城市建成區(qū)綠地率的標(biāo)準(zhǔn)化值，縱坐標(biāo)為相鄰城市建成區(qū)綠地率的滯后因子，劃分出的4個(gè)象限分別對(duì)應(yīng)不同城市與其相鄰城市的空間關(guān)聯(lián)模式，見(jiàn)圖1。

LISA （Local Indicators of Spatial Association） 是 將Global Moran’s I分解到各市域單元，用來(lái)測(cè)度局部地區(qū)相鄰市域建成區(qū)綠地率之間是否存在相似性或相異性及顯著性程度，并在某顯著水平下結(jié)合Moran’s I散點(diǎn)圖形成LISA聚類圖，顯示集聚區(qū)的具體地理位置分布，揭示對(duì)全局關(guān)聯(lián)影響較大的市域。

LISA計(jì)算公式如下

圖1 市域單元建成區(qū)綠地率Moran's I散點(diǎn)圖

Ii為正，表示市域單元i與鄰近城市的建成區(qū)綠地率接近；Ii為負(fù)，表示該城市單元與鄰近城市建成區(qū)綠地率差異較大。

1.2.3 建成區(qū)綠地率熱點(diǎn)區(qū)演化

當(dāng)區(qū)域i和j相鄰接時(shí)為1，否則為0，標(biāo)準(zhǔn)化處理之后若在95%的顯著水平下為正且顯著，表明i城市單元周圍的建成區(qū)綠地率較高（高于均值），屬于綠地率發(fā)展的熱點(diǎn)區(qū)；相反，若顯著為負(fù)值，則表明i城市空間單元周圍的綠地率發(fā)展水平較低（低于均值），為冷點(diǎn)區(qū)。

2 江蘇省市域建成區(qū)綠地率總體空間格局演變

2.1 空間分布的格局演變

運(yùn)用ArcGIS10.3軟件，導(dǎo)入2000、2005、2010、2015年4個(gè)分析時(shí)點(diǎn)的34個(gè)城市單元的建成區(qū)綠地率指標(biāo)，運(yùn)用Jenks自然斷點(diǎn)法將其分為高、中高、中低、低4個(gè)水平區(qū)，并依此繪制空間分布圖，見(jiàn)圖2。

圖2 江蘇省市域單元建成區(qū)綠地率空間分布圖

由圖2可以看出，建成區(qū)綠地率在市域單元的空間分布上存在差異性，市域綠地率空間分布格局趨于某種既定的空間模式：（1）高水平市域集中分布在有限的空間上，并且在研究周期內(nèi)具有一定的穩(wěn)定性。（2）高水平市域在空間分布上形成了一定的集聚化發(fā)展格局。（3）各城市單元的建成區(qū)綠地率水平在研究時(shí)段內(nèi)呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且高水平區(qū)域主要集中在以南京、蘇州、無(wú)錫、常熟為主的蘇南及其周邊城市，低水平區(qū)域主要集中在蘇北的連云港、鹽城、宿遷等城市。

2.2 全局空間相關(guān)性的演變

根據(jù)綠地率空間分布格局演變結(jié)果，發(fā)現(xiàn)市域建成區(qū)綠地率在演變過(guò)程中存在著一定的空間集聚特征，為了進(jìn)一步廓清這種空間關(guān)系，對(duì)研究周期內(nèi)的江蘇省市域單元建成區(qū)綠地率的Moran’s I指數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其全局表現(xiàn)特征如下（見(jiàn)圖3）。

（1）Moran’s I值在 2000-2015 年間變化區(qū)間為 0.091 066～0.173 155，可見(jiàn)江蘇省市域單元建成區(qū)綠地率在發(fā)展過(guò)程中具有顯著的正向相關(guān)性。

（2）Moran’s I指數(shù)隨著時(shí)間的不斷推移呈現(xiàn)階段性變化。其中：2000-2002 年 Moran’s I由 0.091 066 上升到了0.266 339，此期間的市域建成區(qū)綠地率空間相關(guān)性迅速提升，即高水平的市域越來(lái)越集中在高水平的市域周邊，同理低水平的市域逐漸和低水平市域相聚集；2002-2015年Moran’s I有所波動(dòng)，但一直處于較高水平。近來(lái)Moran’s I值相比于峰值有所下降，表明了近期市域間在經(jīng)歷了較強(qiáng)的（“高-高”集聚，“低-低”集聚）發(fā)展后，集聚性有所減弱，市域之間差異開始拉大，區(qū)域上蘇南優(yōu)于蘇北，正是由于蘇南、蘇北市域之間的空間差異的拉大才使得總體空間差異有所增加。

圖3 江蘇省市域單元建成區(qū)綠地率全局Moran's I圖

3 江蘇省市域建成區(qū)綠地率局域性格局演變

由于全局Moran’s I指數(shù)所研究的差異是基于市域單元尺度上江蘇省的整體差異，僅是市域之間空間差異平均意義上的增加，一定程度上掩蓋了局部區(qū)域的空間格局特征，不能完整的展示區(qū)域內(nèi)部的空間關(guān)系及演變特征，因此，通過(guò)對(duì)2000、2005、2010及2015年4個(gè)時(shí)間點(diǎn)江蘇省市域單元建成區(qū)綠地率的Moran’s I散點(diǎn)圖及LISA圖的繪制，來(lái)進(jìn)一步探究市域單元之間建成區(qū)綠地率發(fā)展的分異特征 （見(jiàn)圖4、圖5和表1）。

圖4 江蘇省市域建成區(qū)綠地率Moran散點(diǎn)圖

圖5 江蘇省市域建成區(qū)綠地率局部Moran圖

表1 江蘇省市域建成區(qū)綠地率象限分布圖

3.1 Moran’sⅠ散點(diǎn)圖

（1）各市域單元在建成區(qū)綠地率發(fā)展過(guò)程中集聚性較高，并且存在明顯的“高-高”集聚和“低-低”集聚現(xiàn)象。4個(gè)時(shí)間斷點(diǎn)上的市域單元主要分布在第一、三象限，表現(xiàn)出較強(qiáng)的正相關(guān)性，并且處于一、三象限的市域之和呈現(xiàn)出先下降后上升的走勢(shì)，這與全局Moran’s I指數(shù)結(jié)果相一致。

（2）2000-2010年“高-高”集聚“低-低”集聚的市域數(shù)量之和由23個(gè)下降到17個(gè)，表明該時(shí)期市域發(fā)展關(guān)聯(lián)減少，空間上分散分布，相鄰市域之間的綠地率差異增大。

（3）2010-2015年間處于“高-高”集聚和“低-低”集聚的市域數(shù)量由17個(gè)上升到22個(gè)，表明這一時(shí)期市域間發(fā)展聯(lián)系緊密，空間上聚集效應(yīng)明顯，相鄰市域單元間的空間差異較小。

（4）至2015年“高-高”“低-低”集聚單元占城市總體的61.1%，這表明市域?qū)用嫔系木G地建設(shè)想要實(shí)現(xiàn)均衡協(xié)調(diào)發(fā)展，還存在著較大的提升空間。

3.2 LISA 聚集圖

（1）2000年的“高-高”集聚現(xiàn)象存在于蘇南的蘇州和太倉(cāng),說(shuō)明這些城市在初期便被高建成區(qū)綠地率市域包圍，有較強(qiáng)的輻射帶動(dòng)作用；“低-低”集聚現(xiàn)象存在于蘇北的興化和鹽城，該地區(qū)建成區(qū)綠地率整體水平較低，對(duì)周邊區(qū)域有明顯的擴(kuò)散作用；“低-高”集聚現(xiàn)象位于蘇南的昆山,這表明昆山處于建成區(qū)綠地率發(fā)展“洼地”，與周邊市域綠地率發(fā)展差異較大，且差異趨于擴(kuò)大。

（2）2005年“高-高”集聚區(qū)向北移至常熟及張家港兩市，“低-低”類型集聚只有興華一處。這兩類集聚現(xiàn)象有所減弱，同時(shí)蘇中的淮安出現(xiàn)了“高-低”集聚現(xiàn)象，表明該階段淮安綠地建設(shè)顯著發(fā)展并與周邊市域中拉開差距。另外，蘇州在該時(shí)段中由“高-高”集聚轉(zhuǎn)化為“低-高”集聚，表明蘇州綠地建設(shè)發(fā)展過(guò)程對(duì)周邊城市起了較強(qiáng)的拉動(dòng)效應(yīng)。

（3）2010年相比于2005年集聚區(qū)變化不大，只有興化由原先的“低-低”集聚演變?yōu)椤案?低”集聚，說(shuō)明該時(shí)段興化加快了城市綠地建設(shè)腳步，在建成區(qū)綠地率水平上遠(yuǎn)超蘇中其他城市。

（4）2015年對(duì)比2010年，興化及泰興呈現(xiàn)出“低-低”集聚，表明興化的建成區(qū)綠地建設(shè)發(fā)展開始減緩，且在該階段中興華周邊市域單元綠地建設(shè)節(jié)奏較慢，相比于蘇南有較大差距，形成了“高-低”集聚向“低-低”集聚的演變，且蘇中由于受周邊蘇南高建成區(qū)綠地率城市的影響開始呈現(xiàn)出“低-高”集聚效應(yīng)。

4 熱（冷）點(diǎn)區(qū)分析

通過(guò)探究江蘇省各市域單元對(duì)空間自相關(guān)的影響程度，可進(jìn)一步了解其市域高低值的集聚分布情況。運(yùn)用ArcGIS10.3軟件計(jì)算的4個(gè)時(shí)點(diǎn)上的市域單元空間關(guān)聯(lián)指數(shù)Getis-Ord Gi*，并依照自然斷點(diǎn)法，由高到低依次分為熱點(diǎn)區(qū)、次熱點(diǎn)區(qū)、次冷點(diǎn)區(qū)、冷點(diǎn)區(qū)進(jìn)而生成綠地建設(shè)發(fā)展空間格局的熱（冷）點(diǎn)區(qū)演化圖如圖6所示。

圖6 江蘇省市域建成區(qū)綠地率熱點(diǎn)分布圖

（1）熱（冷）點(diǎn)區(qū)在空間上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的不穩(wěn)定性。2000年熱點(diǎn)及冷點(diǎn)區(qū)分別占全省市域單元的2.98%和17.64%，而到2015年則為11.6%和23.53%，表現(xiàn)出明顯的空間演化與遷移特征。

（2）熱點(diǎn)區(qū)的分布主要集中在蘇南。2010年的熱點(diǎn)集聚最為集中，這一年71.43%的熱點(diǎn)區(qū)位于蘇南，由于其區(qū)位條件及相應(yīng)的氣候條件的原因，蘇中城市多處于建成區(qū)綠地率發(fā)展的冷點(diǎn)區(qū)，并且隨著時(shí)間推移沒(méi)有出現(xiàn)大規(guī)模的遷移現(xiàn)象，而蘇北在演進(jìn)過(guò)程中出現(xiàn)了明顯的空間演化遷移現(xiàn)象。整個(gè)研究周期內(nèi)蘇南的常熟始終處于發(fā)展熱點(diǎn)區(qū)。

（3）熱點(diǎn)區(qū)隨著時(shí)間推移呈現(xiàn)出先增長(zhǎng)后減少的趨勢(shì)。2000年熱點(diǎn)區(qū)僅有常熟，至2010年熱點(diǎn)在蘇南形成明顯的集聚，且蘇北的徐州及蘇中的揚(yáng)州也躍為熱點(diǎn)區(qū)，而到了2015年由于城鎮(zhèn)化在各市之間迅速推進(jìn)，個(gè)別城市綠地水平迅速發(fā)展，差異逐步增大，熱點(diǎn)集聚效應(yīng)開始退潮，僅蘇北的徐州、蘇中的揚(yáng)州及蘇南的常熟還處于熱點(diǎn)區(qū)，其余城市多出現(xiàn)熱點(diǎn)區(qū)向次熱點(diǎn)及次冷點(diǎn)的遷移。

5 結(jié)論與策略

5.1 結(jié)論

本文構(gòu)建了ESDA-GIS的城市綠地建設(shè)水平研究框架，將市域建成區(qū)綠地率數(shù)據(jù)納入到空間分析體系中，剖析了建成區(qū)綠地率在江蘇省市域單元空間分布特征，同時(shí)揭示了其空間結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，并對(duì)其2000-2015年空間格局的動(dòng)態(tài)演變的過(guò)程進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：（1）市域單元的建成區(qū)綠地率存在著顯著的正向空間相關(guān)性。在區(qū)域上呈現(xiàn)出較強(qiáng)的空間集聚特征，且集聚程度經(jīng)歷了一段時(shí)間的波動(dòng)相比于最高值有所下降，表明市域之間的相關(guān)性經(jīng)歷了由強(qiáng)到弱的過(guò)程，但市域之間綠地率差異依舊顯著。（2）多數(shù)市域單元在局部層面上呈現(xiàn)出正向空間相關(guān)性。各市域單元之間相互作用顯著，地區(qū)內(nèi)部差異減小，地區(qū)間差異卻未見(jiàn)明顯縮減，是形成市域建成區(qū)綠地率存在明顯空間異質(zhì)性的主要原因。（3）市域單元之間相互關(guān)聯(lián)作用顯著?！案?高”集聚占主導(dǎo)地位，該類集聚分布在蘇南，表明蘇南在綠地建設(shè)發(fā)展上的輻射效應(yīng)較強(qiáng)，“低-低”集聚主要集中在蘇北，表明該區(qū)域內(nèi)綠地建設(shè)水平較低且差異小，進(jìn)而形成了江蘇省綠地建設(shè)發(fā)展較為薄弱的集聚區(qū)域，相比下“低-高”、“高-低”集聚類型具有集聚單元少、顯著性不強(qiáng)的特點(diǎn)。（4）熱點(diǎn)主要集中在蘇南；冷點(diǎn)區(qū)在主要集中在蘇中及蘇北。研究時(shí)間范圍內(nèi)常熟長(zhǎng)期處于演變的活躍區(qū)域；冷點(diǎn)區(qū)則沒(méi)有常駐單元。熱點(diǎn)區(qū)及冷點(diǎn)區(qū)范圍均有所減小。

5.2 策略

（1）直面差距的客觀現(xiàn)實(shí)。蘇南市域優(yōu)于蘇北及蘇中，針對(duì)蘇南更多是在“存量”式的優(yōu)化，消除綠地建設(shè)薄弱地區(qū)，協(xié)調(diào)區(qū)域綠地建設(shè)。加強(qiáng)蘇南市域之間的聯(lián)系，發(fā)揮好三者中領(lǐng)頭作用，而對(duì)蘇北及蘇中的市域應(yīng)增加該地區(qū)的綠地建設(shè)的資產(chǎn)投入及相關(guān)政策支持，以協(xié)調(diào)區(qū)域綠地建設(shè)發(fā)展。（2）差別化的區(qū)域綠地建設(shè)發(fā)展策略。對(duì)于不同集聚區(qū)域的綠地建設(shè)制定差別化的空間策略。①“高-高”擴(kuò)散效應(yīng)區(qū)，主指蘇南的市域單元，在保持自身綠地水平穩(wěn)步提升的同時(shí)，適當(dāng)?shù)貙⒕G地資源和資金分散投到周邊城市，進(jìn)而促進(jìn)周邊區(qū)域及市域單元綠地率的增長(zhǎng)。②“低-低”集聚的綠地建設(shè)盲區(qū)市域單元，多集中在蘇北，該地區(qū)需要一定程度上相關(guān)政策及經(jīng)濟(jì)投入的適當(dāng)傾斜，該地區(qū)要加強(qiáng)與周邊高建成區(qū)綠地率的蘇南市域單元合作交流，并對(duì)自身資源進(jìn)行整合優(yōu)化，發(fā)掘自身發(fā)展?jié)摿Α＂邸暗?高”集聚的過(guò)渡區(qū)，則要明確自身綠地建設(shè)的優(yōu)良區(qū)位基礎(chǔ)條件，吸取周邊高水平建成區(qū)綠地率市域單元的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。④“高-低”集聚的極化效應(yīng)區(qū)，應(yīng)加強(qiáng)市域單元之間聯(lián)系，建立綠地基礎(chǔ)資源的共享機(jī)制，在保證自身綠地率穩(wěn)步提升的基礎(chǔ)上，發(fā)揮帶動(dòng)作用。（3）推廣建設(shè)綠地建設(shè)的模范城市，設(shè)立重點(diǎn)幫扶城市。加強(qiáng)綠地率的增長(zhǎng)極在區(qū)域綠地建設(shè)中的輻射帶動(dòng)作用，同時(shí)預(yù)防綠地率建設(shè)基礎(chǔ)差的城市單元反向拉動(dòng)周邊市域綠地建設(shè)發(fā)展。例如蘇南可以以常熟作為綠地開發(fā)建設(shè)的模范城市，帶動(dòng)蘇南建成區(qū)綠地率提升，集中蘇南優(yōu)勢(shì)資源帶動(dòng)蘇中部分冷點(diǎn)區(qū)市域，防止其對(duì)周邊市域的負(fù)影響。（4）整合優(yōu)勢(shì)條件，構(gòu)建綠地建設(shè)發(fā)展大區(qū)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)江蘇省市域單元的綠地建設(shè)在空間上具有密切的聯(lián)系，結(jié)合《江蘇省生態(tài)保護(hù)與建設(shè)規(guī)劃（2014-2020年）》及《“十三五”經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃建議》[14-15]中綠地建設(shè)部分，充分發(fā)揮長(zhǎng)江流域地區(qū)、太湖流域地區(qū)和淮河流域地區(qū)周邊優(yōu)越的綠色基礎(chǔ)資源，結(jié)合江蘇省自然地形格局和重要生態(tài)功能區(qū)分布，形成“兩橫兩縱”生態(tài)保護(hù)與建設(shè)重點(diǎn)區(qū)域，積極構(gòu)建市域單元綠地建設(shè)組團(tuán)，形成具有特色的建設(shè)大區(qū)，優(yōu)化全省的綠地格局及發(fā)展戰(zhàn)略。