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学术快讯 | 刻画城市时空演化脉络，启发城市规划新思考

该论文聚焦特大型城市上海，从城市增长的轨迹、增速、模式、形态、驱动力等多个维度探讨了其城市化过程中城市增长的时空演化规律，验证了李俊祥教授提出的“扩散-聚合并存及模式交替主导”的城市增长假说。结合《上海市城市总体规划（2017-2035）》目标，提出上海通过城市更新增建蓝绿生态基础设施，增强城市生态用地，实现城市建设用地“负增长”的规划建议。研究结果可为上海城市规划与管理，以及城市可持续发展的相关决策提供理论参考。

​论文信息

城市化深刻改变了城市景观格局和形态。理解上述变化的时空演化及其驱动因素对城市规划和城市可持续发展的决策至关重要。本研究旨在量化上海城市增长的时空格局，验证城市增长的假说，识别其驱动因素，并为可持续城市规划提供建议。研究利用非线性函数拟合城市用地面积增长的时间轨迹，采用景观扩展指数量化城市形态演化的时空格局，采用偏最小二乘回归模型建立城市增长与社会经济驱动因素的关系，并识别出关键驱动因素。研究结果表明：1985-2015年间，上海城市用地面积增长呈罗辑斯蒂曲线；城市用地面积年均增长率随时间呈波形模式，于2000-2005年间达到峰值；通过识别飞地式、边缘扩张式和填充式等城市增长模式，发现这些模式并存且随时间交替主导城市增长，验证了“扩散-聚合并存及模式交替主导”的城市增长假说；年末常住人口的净增、城市基础设施投资和固定资产总投资是城市增长的主导因素。研究得出结论：罗辑斯蒂曲线可以很好地量化上海城市化的时间演变轨迹和模式，揭示了上海市城市化增长速度正在变慢并趋于平缓。这意味着人口增加和投资驱动的城市增长应该转向更可持续的城市更新和生态建设。通过投资城市绿色和蓝色基础设施，有助于实现上海总体城市发展用地在《上海市城市总体规划（2017-2035年）》中设定的“负增长”目标。

Context Urbanization has profoundly changed urban landscape patterns and morphologies. Understanding the spatiotemporal evolution of these changes and their driving forces is vital to decision making for urban planning and sustainable urban development.

Objectives This study aims to quantify the spatiotemporal pattern of urban growth in Shanghai, China for testing urban growth hypotheses, to identify its driving factors, and to provide insights for sustainable urban planning.

Methods We fitted a nonlinear curve to the urbanization pattern, employed landscape expansion indices to quantify the spatiotemporal evolution of urbanization, utilized partial least square regression to differentiate contribution of main socioeconomic driving factors.

Results Urbanized land in Shanghai exhibited a logistic growth pattern from 1985 to 2015. The annual growth rate of urban area showed a wave-like pattern and peaked in 2000–2005. Urban growth modes of leapfrog, edge expansion, and infilling were identified, and these patterns alternates in dominance over time. The urbanization process in Shanghai followed the spiraling diffusion-coalescence hypothesis. The net increase of year-end residential population, urban infrastructure investment, and the total investment in fixed assets were the dominant driving factors to urban growth.

Conclusion A logistic curve well quantified the temporal pattern of urbanization in Shanghai. Urbanization has slowed down, approaching the plateau of the curve, implying that urban growth driven by population increase and investment should switch to sustainable urban renewal and ecological constructions. Investment to urban green and blue infrastructures could help achieve “negative growth” targeted by the Shanghai Master Plan (2017–2035) for the overall developed land.

Keywords Shanghai, Urban growth pattern, Diffusion-coalescence process, Socioeconomic driving forces, Urban planning

​图1. 1985-2015年上海城市面积增长图。(a)蓝色实心点代表不同年份的城市用地面积，黑色曲线为罗辑斯蒂函数拟合曲线，(b)蓝色曲线为罗辑斯蒂函数的一阶导数，T是当一阶导数达到最大值时的转折点，P为最大的城市化速度。

图2. 1985-2015年间6个时间段内上海城市用地的年均增长速率

图3. 1985-2015年上海市三种城市扩张模式（填充式、边缘扩张式和飞地式）的新增斑块数量和斑块面积比例随时间的变化

图4. 1985-2015年上海市三种城市扩张模式（填充式、边缘扩张式和飞地式）的时空格局

图5. 上海市平均景观扩展指数(MEI)和面积加权平均景观扩展指数(AWMEI)随时间变化轨迹

图6. 偏最小二乘模型中社会经济因子的重要性排序 (X1-国内生产总值，X2-工业总产值，X3-年末常住人口净增，X4-固定资产总投资，X5-城市基础设施投资，X6-房地产投资，X7-实际吸收外商投资)

上海交通大学设计学院博士后武彩燕为该论文的第一作者，李俊祥教授为论文通讯作者。论文共同作者包括北卡罗来纳大学教堂山分校宋从和教授、宾夕法尼亚州立大学邱桐助理教授，柏林洪堡大学Dagmar Haase教授，墨尔本大学Amy Hahs博士，斯洛伐克技术大学Maroš Finka教授等。研究获得国家重点研发计划项目（2017YFC0505701）、国家自然科学基金（31870453, 32001162, 31971485和31528004），以及博士后面上项目（2021M702131）等的支持。

引用格式：

Wu, C., C. Li, L. Ouyang, H. Xiao, J. Wu, M. Zhuang, X. Bi, J. Li, C. Wang, C. Song, T. Qiu, D. Haase, A. Hahs, and M. Finka. 2023. Spatiotemporal evolution of urbanization and its implications to urban planning of the megacity, Shanghai, China. Landscape Ecology 38:1105-1124. https://doi.org/10.1007/s10980-022-01578-7​​