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基于GIS和遥感的中国城市分布与自然环境关系的定量研究

GISer last  · 公众号  ·  · 2024-10-29 21:01

正文

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文章梗概

本文通过GIS技术和遥感数据,定量分析了中国655个建制城市的空间分布与河流、植被、地形起伏度和高程等自然环境因素的关系。研究发现:城市对水源的依赖性较强,特别是大城市更依赖于河流;随着植被条件的改善,城市数量逐渐增加,显示出城市对良好植被的依赖;地形起伏度越大,城市分布越少,尤其是大城市更集中在平坦地区;城市主要分布在海拔较低的区域,海拔越高,城市数量越少。文章还综合评价了中国不同地区的城市发展适宜度,指出东北平原、华北平原、长江中下游平原、珠江三角洲和四川盆地等地更适合城市发展






结论:

  1. 城市对水源的依赖性强 :城市,尤其是高等级城市,明显依赖河流,距离河流越近,城市分布越多。随着距离河流的增加,城市对水源的敏感度降低。
  2. 植被状况影响城市分布 :随着植被指数(NDVI)的提高,城市数量逐渐增加,表明良好的植被条件有助于城市发展。城市等级越高,对植被的依赖性越强。
  3. 地形起伏度对城市分布有显著影响 :地形起伏度越大,城市分布越少,尤其是大城市集中在地形较平坦的地区,说明地形复杂不利于城市扩展。
  4. 高程对城市分布的影响显著 :大多数城市分布在海拔较低的区域,特别是大城市几乎都位于500米以下的低海拔地区,海拔越高,城市数量越少。
  5. 城市发展适宜度 :根据自然环境因素的综合分析,东北平原、华北平原、长江中下游平原、珠江三角洲和四川盆地是中国最适合城市发展的区域。这些区域自然条件优越,具有较大的发展潜力,特别是中小城市在高适宜度区域中发展潜力较大。







该文主要方法和创新点分析

使用的主要方法包括:

1. 数据收集与处理 :研究选取了2010年中国655个建制城市(包括地级及以上城市和县级城市)为研究对象。自然环境数据包括河流、植被、地形起伏度和高程等,通过国家基础地理信息数据中心及国际科学数据服务平台获得。

2.GIS与遥感技术应用 :使用ArcGIS、ENVI等软件对城市和自然环境数据进行处理。自然环境因素(如河流缓冲区、植被指数、地形起伏度和高程)的空间数据通过GIS中的空间分析工具进行处理和分析。

3.分类与空间叠加分析 :根据城市人口规模将城市分为不同等级,采用空间叠加分析法将城市空间分布与自然环境因素(河流、植被、地形起伏度、高程)进行叠置分析,计算出城市在不同自然环境条件下的分布情况。

4.适宜度评价 :依据统计结果,计算出各自然环境因素对城市发展的适宜度,并通过综合评价不同地区的自然环境适宜性,得出适合城市发展的区域。


创新点包括:

1.综合性定量分析 :相比于以往大多侧重某一自然环境因素的定性分析,本文结合GIS和遥感技术,定量分析了中国655个建制城市与多个自然环境因素(河流、植被、地形起伏度、高程)的关系,为城市分布与自然环境的研究提供了一个更为全面的视角。
2.多维自然环境因素的整合 :本文首次将河流、植被、地形起伏度和高程四个主要自然环境因素整合在一起进行研究,系统探讨了它们对城市空间分布的综合影响。这种整合方法能够更准确地反映城市发展与自然环境的复杂关系。
3.城市等级与环境依赖性的深入探讨 :通过将城市按非农业人口规模划分为不同等级,本文详细分析了不同等级城市对自然环境因素的依赖性,揭示了高等级城市对水源、植被和地形平坦度的依赖更强的现象。这一创新有助于更好地理解城市规模与自然资源的关系。
4.城市发展适宜度评价模型 :本文提出了一种基于自然环境因素的城市发展适宜度评价模型,定量计算了各自然环境因素的适宜度,并对全国不同区域的城市发展潜力进行了综合评价。这一模型为城市规划和政策制定提供了科学依据。






关键词: :城市分布;自然环境;河流;植被;地形起伏度;高程;适宜度





数据来源及实验步骤

数据来源:

实验步骤:

1. 数据收集

①城市数据:根据2010年《中国人口和就业统计年鉴》,选取了655个建制城市,包括287个地级及以上城市和368个县级城市。

②自然环境数据:获取河流、植被、地形起伏度和高程数据,具体数据来源包括国家基础地理信息数据中心和国际科学数据服务平台。

2.数据预处理
①使用ENVI软件对NDVI和DEM数据进行拼接与裁剪。
②使用ArcGIS中的Project工具将数据投影方式统一为“Asia_North_Equidistant_Conic”。
③对DEM数据进行重采样,将栅格大小转换为1km×1km,以确保所有数据的空间一致性。
3.数据分类与分析
城市数据分类 :根据非农业人口规模将城市分为超大城市、特大城市、大城市、中等城市和小城市5个等级。
②河流数据分析:对全国1、2、3级河流进行缓冲区分析,缓冲区距离设置为0-50 km、50-100 km、100-200 km。
植被数据分析 :选取2010年夏季(6月、7月、8月)的NDVI数据,计算平均值,并通过100km×100km的窗口分析城市周边植被状况,将NDVI值分为1至6级。
地形起伏度与高程分析 :根据DEM数据,计算5km×5km窗口内的最大和最小高程差,得到地形起伏度,将地形起伏度和高程分为多个等级进行分析。
空间叠加分析 :利用ArcGIS将城市分布数据与各类自然环境数据进行空间叠加分析,统计城市在不同自然环境条件下的分布情况,分析城市对河流、植被、地形起伏度和高程的依赖关系。
城市发展适宜度评价
-根据自然环境各因素的统计结果,计算各等级区域的城市分布数量,并依据计算公式对不同自然环境因素的城市发展适宜度进行定量评价。
-将各类自然环境因素的适宜度空间叠加,得出全国不同区域的城市发展综合适宜度分布情况。


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插图赏析




文章引用格式: 刘沁萍,田洪阵,杨永春.基于GIS和遥感的中国城市分布与自然环境关系的定量研究[J].地理科学,2012,32(06):686-693.







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