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摘 要：在GIS技术的支持下，通过集成改革开放后长春市多时期、多尺度的城市规划图、城市现状图、历史地图等空间数据绘制长春市土地利用空间演变示意图。在此基础上，利用1990—2010年数据，建立长春市土地利用的空间分析模型，综合考察长春市土地利用空间扩张的幅度与形态等特征。最后，通过主成分分析法分析长春市土地利用空间扩张的内在驱动因素，结果表明，社会经济发展和产业结构调整是影响长春市土地利用空间扩张的主要原因。
关键词：城市土地利用；空间扩张；空间分析模型；主成分分析
中图分类号：F299.23 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2013）21-0246-04
引言
近年来随着中国经济的快速发展，城市化的步伐也随之加快，2012年国家统计局发布的《2011年国民经济和社会发展统计公报》中显示，截至2011年，中国城镇人口首次超过农村人口，城市化率已达51.3%，随着中国城市化比率的不断提高与城市规模的不断扩大，城市用地的空间扩展日益成为土地利用空间演变的主要特征。长春市是中国著名的工业城市，是东北老工业基地的重要组成部分，随着东北振兴“十二五”规划的逐步落实，长春市又迎来了新一轮的发展机遇。随着未来长春市经济发展水平的不断提高，城市土地利用扩张的步伐也将进一步加快，因此，研究长春城市空间扩張历史并对其驱动因素进行分析对指导城市规划、优化城市空间布局具有重要的借鉴意义。
本文利用GIS技术，集成改革开放以后长春市不同时期、多尺度、多来源的城市地图信息绘制长春市土地利用空间演变示意图，结合空间分析模型考察长春市土地利用空间扩张的幅度与形态等特征，并利用主成分分析法分析长春市城市扩张的内在驱动因素，为长春市今后制定城市发展战略提供参考。
一、研究区概况、数据选择及处理
（一）研究区概况
长春位于中国东北中部，为吉林省省会，是全国十五个副省级城市之一，市内共辖六区。城市中心地处东经125°19′ 北纬43°43′，属于温带大陆性季风气候，受其纬度影响，冬季气温较低，夏季日照时间较长。长春市位于松辽平原的腹地，地势以台地、平原为主，地形平坦，交通方便，为长春市经济的发展提供了良好的地理条件。长春素有“汽车城”美誉，坐落在长春的中国第一汽车集团公司是中国最大的汽车工业科研生产基地，目前长春已形成了交通运输设备制造业为主的工业体系。截至2011年，长春市人口868.72万，全市生产总值4 003亿元。
（二）数据选择及处理
收集整理长春市改革开放后不同时期的城市规划图、城市现状图、历史地图等城市空间数据，主要选择1983年、1995年、2005年共三个时期的长春城市市区地图，并利用arcGIS软件对地图数据进行定位及配准，绘制长春市土地利用空间演变示意图。在1990—2010年的长春市统计年鉴中查找能反映长春市经济和社会发展水平的统计数据，包括各时期的社会经济、人口、生活水平和工业发展等指标，并选择历年长春市城市建成区面积作为反映城市空间扩张方面的主要指标。
二、土地利用空间扩张的模型分析
（一）空间分析模型
1.土地利用空间扩张速度模型。其表达式为：Vi=，其中Vi表示了在整个时期内城市土地面积的扩展速度Ub，Ua表示不同时期的城市土地面积，T表示研究的时间跨度。
2.土地利用动态度模型。其表达式为：K=**100%，其中K表示了在整个时期内城市土地面积平均变化速率，Ub，Ua表示不同时期的城市土地面积，T表示研究的时间长度，如果以年为单位，则K表示城市土地面积的年均变化速率。
（二）模型分析结果
1.土地利用空间扩张总量。由表1和图1来看，1990—2010年二十年间长春市建成区面积总体上呈不断上升态势，1990年长春市建成区面积仅为114km2，截至2010年长春市市区面积达395 km2，二十年增长近3.46倍，建成区面积扩张达281 km2，从相对前期扩张面积上看，1990—1995年建成区面积扩张最小，仅为10 km2，2005—2010年五年间城市建成区面积扩张最大，达164km2。
2.土地利用空间扩张速度。从表1上看，长春市建成区面积扩张速度在各个时期也不尽相同，1990—2000年这十年间，长春市建成区面积平均年扩张速度一直维持在年均10km2以下。2000年后，长春市建成区面积扩张速度明显加快，其中2005—2010年这五年间建成区扩张速度最为迅猛，达到了年均32.8km2。
3.土地利用动态度。1990—2010年这二十年间长春市土地利用动态度一直保持加强态势，其中2005—2010年强度最大，平均每年14.2%，1990—1995年强度最小，仅为每年1.7%，逐渐加强的土地利用动态度表明了长春市土地利用的强度持续加大。
4.土地利用空间形态特征。图2可以较为清楚地体现长春市近二十年时间的土地利用空间扩张情况。
从总体上看，在20世纪90年代初期，长春市城区土地利用空间扩张主要以圈层结构为主，古典的“同心圆”理论在这一时期的长春城市空间扩张中得到了较为明显的体现。随着长春市的快速发展，原有的城市发展空间不足，从而导致了中心城区用地功能开始向外蔓延，城市空间规模进一步扩大。
2000年以后，长春市城市空间又得到了新一轮的扩张，城市在西南、东南方向有较大的扩张，这一时期的城市空间主要沿交通线向外蔓延，逐渐将原有长春近郊城镇纳入到长春城市空间体系中来。这一时期的长春城市空间扩张以开发区建设为主要形式，通过对长春市四大开发区（长春经济技术开发区、高新技术开发区、汽车产业开发区、净月潭开发区）的集中建设，长春市城市空间结构逐渐向“多中心”形态发展。
2006年长春市政府正式迁往南部新城区，也从相当程度上加速了长春市土地利用空间上向南部扩张的步伐。 三、长春市土地利用空间扩张驱动力研究
（一）指标选取
采用主成分分析法进一步对长春市土地利用空间扩张的驱动因素进行分析，在长春市统计年鉴中从经济发展水平、工业、商业等方面选取与长春市土地利用空间扩张密切相关的八个统计指标，即长春市国民生产总值、工业总产值、第一产业产值占GDP比重、第二产业产值占GDP比重、第三产业产值占GDP比重、海关进出口总额、城市居民人均可支配收入、长春市城市人口。
（二）主成分分析
对数据进行主成分分析，采用方差最大法进行正交旋转，9次正交旋转后选出特征值大于1的2个主成分，命名为主成分F1和F2（如表2所示）。
主成分F1和F2累计解释的方差占总方差的95.05%，即保留了原有指标95.05%的信息。旋转后的因子载荷矩阵（如表3所示）。
对与第一主成分F1，其在国民生产总值、工业总产值、海关进出口总额、人均可支配收入、城市人口这五个指标上具有较高的负载，故将F1命名为社会和经济发展因子。
对于第二主成分F2，正负载较大的是第二产业产值占GDP比重。第三产业产值占GDP比重与第二主成分F2呈现出显著的负相关。因此第二主成分F2与第二、第三產业产值占GDP比重密切相关，故将F2命名为产业结构调整因子。
（三）主成分分析结果解释
1.社会经济发展是土地利用空间扩张的直接动力。根据主成分分析结果所示，社会经济发展因素是长春市土地利用空间扩张的直接动力。改革开放以来，长春市的经济水平得到了长足的发展，全市国民生产总值从1990年的105亿元增加到2010年的3 329亿元，经济的快速发展改变了原有的城市空间格局，迫使城市通过扩张和重组使其空间格局更符合经济的发展需要，城市空间格局的改变也给居民生活水平、交通条件、城市公共事业带来了根本性的变革，又从一定程度上促进了社会经济的发展。
由于经济发展的需要，长春市先后建立了长春经济技术开发区、高新技术开发区、汽车产业开发区、净月潭开发区共四大开发区，对开发区的建设不但吸引了大量的资金，技术和人口，也带动了基础设施建设和房地产业、商业、服务业的综合发展，并带动了周边地区的进一步开发。长春市各大开发区的经济发展对近年来长春市土地利用空间扩张起到了重要的推动作用。
2.产业结构调整是土地利用空间扩张的重要原因。产业结构调整直接造成了土地利用方式的转变，从而间接的改变了土地利用的空间形态。改革开放以后，长春市的第一产业占GDP比重不断下降，第二、第三产业占GDP比重呈逐年上升态势，截至2010年长春市第一、第二、第三产业占GDP比重为7.59%∶51.66%∶40.74%。第一产业向第二、第三产业的持续转移使得改革开放初期长春市的工业用地增加较为迅速，增加的工业用地是土地利用空间扩张的重要原因之一。而近年来，“退二进三”产业结构战略调整的实施使长春市内工业向城市边缘扩散，第三产业进一步向市中心聚集，从而加强了长春市的综合服务能力。向外扩散的工业也促进了各类产业园区的发展，使得长春市原有的“紧密团状”城市空间形态向“指状蔓延”发展，形成了长春市“多中心”城市空间雏形。由此可见，产业结构调整是土地利用空间扩张的重要原因，也是土地利用结构转变的直接促进因素。
结论
本文基于GIS技术，绘制长春市土地利用空间演变示意图，结合土地利用扩张速度模型和土地利用动态度模型考察长春市土地利用空间扩张的幅度与形态等特征，研究结果发现，1990—2010年的二十年间，长春市土地利用总量上呈现出持续的扩张态势，2000年以后土地扩张速度明显加快，土地利用扩张强度显著增强。从空间上看，在20世纪90年代初期长春市土地利用空间扩张结构以圈层结构为主，呈组团型向外扩张。2000年以后，长春市城市空间沿交通线向周边“指状蔓延”发展，在西南、东南方扩张较为明显，长春市城市空间结构逐渐向“多中心”形态发展。
通过主成分分析法进一步对长春市土地利用空间扩张的驱动因素进行分析，结果发现社会经济发展是长春市土地利用空间扩张的直接动力，开发区的经济发展对近年来长春市土地利用的空间扩张起到了重要的推动作用。产业结构调整是土地利用空间扩张的重要原因，也是土地利用结构转变的直接促进因素。
参考文献：
[1] 吕云峰.长春市城市空间结构的历史演变研究[J].长春师范学院学报，2010，（12）.
[2] 孙雁，刘志强，王秋兵，刘洪彬.百年沈阳市土地利用空间扩展及其驱动力分析[J].资源科学，2011，（11）.
[3] 匡文慧，张树文，张养贞，李颖.长春百变城市土地利用空间结构演变特征研究[J].哈尔滨工业大学学报，2009，（7）.
[4] 孙雁，刘志强，王秋兵，刘洪彬.1910—2010年沈阳城市土地利用空间结构演变特征[J].地理科学进展，2012，（9）.
[5] 刘艳君，李诚固，徐一伟.城市产业结构升级与空间结构形态演变研究——以长春为例[J].人文地理，2007，（4）.
[6] 蔡安宁，刘洋，梁进社，张伟.郑州城市空间结构演变与重组研究[J].城市发展研究，2012，（6）.
[7] 张新月，张树文，李颖，匡文慧.近30年哈尔滨城市土地利用空间扩张及其驱动力分析[J].资源科学，2007，（5）.
[责任编辑 魏 杰]
关键词：城市土地利用；空间扩张；空间分析模型；主成分分析
中图分类号：F299.23 文献标志码：A 文章编号：1673-291X（2013）21-0246-04
引言
近年来随着中国经济的快速发展，城市化的步伐也随之加快，2012年国家统计局发布的《2011年国民经济和社会发展统计公报》中显示，截至2011年，中国城镇人口首次超过农村人口，城市化率已达51.3%，随着中国城市化比率的不断提高与城市规模的不断扩大，城市用地的空间扩展日益成为土地利用空间演变的主要特征。长春市是中国著名的工业城市，是东北老工业基地的重要组成部分，随着东北振兴“十二五”规划的逐步落实，长春市又迎来了新一轮的发展机遇。随着未来长春市经济发展水平的不断提高，城市土地利用扩张的步伐也将进一步加快，因此，研究长春城市空间扩張历史并对其驱动因素进行分析对指导城市规划、优化城市空间布局具有重要的借鉴意义。
本文利用GIS技术，集成改革开放以后长春市不同时期、多尺度、多来源的城市地图信息绘制长春市土地利用空间演变示意图，结合空间分析模型考察长春市土地利用空间扩张的幅度与形态等特征，并利用主成分分析法分析长春市城市扩张的内在驱动因素，为长春市今后制定城市发展战略提供参考。
一、研究区概况、数据选择及处理
（一）研究区概况
长春位于中国东北中部，为吉林省省会，是全国十五个副省级城市之一，市内共辖六区。城市中心地处东经125°19′ 北纬43°43′，属于温带大陆性季风气候，受其纬度影响，冬季气温较低，夏季日照时间较长。长春市位于松辽平原的腹地，地势以台地、平原为主，地形平坦，交通方便，为长春市经济的发展提供了良好的地理条件。长春素有“汽车城”美誉，坐落在长春的中国第一汽车集团公司是中国最大的汽车工业科研生产基地，目前长春已形成了交通运输设备制造业为主的工业体系。截至2011年，长春市人口868.72万，全市生产总值4 003亿元。
（二）数据选择及处理
收集整理长春市改革开放后不同时期的城市规划图、城市现状图、历史地图等城市空间数据，主要选择1983年、1995年、2005年共三个时期的长春城市市区地图，并利用arcGIS软件对地图数据进行定位及配准，绘制长春市土地利用空间演变示意图。在1990—2010年的长春市统计年鉴中查找能反映长春市经济和社会发展水平的统计数据，包括各时期的社会经济、人口、生活水平和工业发展等指标，并选择历年长春市城市建成区面积作为反映城市空间扩张方面的主要指标。
二、土地利用空间扩张的模型分析
（一）空间分析模型
1.土地利用空间扩张速度模型。其表达式为：Vi=，其中Vi表示了在整个时期内城市土地面积的扩展速度Ub，Ua表示不同时期的城市土地面积，T表示研究的时间跨度。
2.土地利用动态度模型。其表达式为：K=**100%，其中K表示了在整个时期内城市土地面积平均变化速率，Ub，Ua表示不同时期的城市土地面积，T表示研究的时间长度，如果以年为单位，则K表示城市土地面积的年均变化速率。
（二）模型分析结果
1.土地利用空间扩张总量。由表1和图1来看，1990—2010年二十年间长春市建成区面积总体上呈不断上升态势，1990年长春市建成区面积仅为114km2，截至2010年长春市市区面积达395 km2，二十年增长近3.46倍，建成区面积扩张达281 km2，从相对前期扩张面积上看，1990—1995年建成区面积扩张最小，仅为10 km2，2005—2010年五年间城市建成区面积扩张最大，达164km2。
2.土地利用空间扩张速度。从表1上看，长春市建成区面积扩张速度在各个时期也不尽相同，1990—2000年这十年间，长春市建成区面积平均年扩张速度一直维持在年均10km2以下。2000年后，长春市建成区面积扩张速度明显加快，其中2005—2010年这五年间建成区扩张速度最为迅猛，达到了年均32.8km2。
3.土地利用动态度。1990—2010年这二十年间长春市土地利用动态度一直保持加强态势，其中2005—2010年强度最大，平均每年14.2%，1990—1995年强度最小，仅为每年1.7%，逐渐加强的土地利用动态度表明了长春市土地利用的强度持续加大。
4.土地利用空间形态特征。图2可以较为清楚地体现长春市近二十年时间的土地利用空间扩张情况。
从总体上看，在20世纪90年代初期，长春市城区土地利用空间扩张主要以圈层结构为主，古典的“同心圆”理论在这一时期的长春城市空间扩张中得到了较为明显的体现。随着长春市的快速发展，原有的城市发展空间不足，从而导致了中心城区用地功能开始向外蔓延，城市空间规模进一步扩大。
2000年以后，长春市城市空间又得到了新一轮的扩张，城市在西南、东南方向有较大的扩张，这一时期的城市空间主要沿交通线向外蔓延，逐渐将原有长春近郊城镇纳入到长春城市空间体系中来。这一时期的长春城市空间扩张以开发区建设为主要形式，通过对长春市四大开发区（长春经济技术开发区、高新技术开发区、汽车产业开发区、净月潭开发区）的集中建设，长春市城市空间结构逐渐向“多中心”形态发展。
2006年长春市政府正式迁往南部新城区，也从相当程度上加速了长春市土地利用空间上向南部扩张的步伐。 三、长春市土地利用空间扩张驱动力研究
（一）指标选取
采用主成分分析法进一步对长春市土地利用空间扩张的驱动因素进行分析，在长春市统计年鉴中从经济发展水平、工业、商业等方面选取与长春市土地利用空间扩张密切相关的八个统计指标，即长春市国民生产总值、工业总产值、第一产业产值占GDP比重、第二产业产值占GDP比重、第三产业产值占GDP比重、海关进出口总额、城市居民人均可支配收入、长春市城市人口。
（二）主成分分析
对数据进行主成分分析，采用方差最大法进行正交旋转，9次正交旋转后选出特征值大于1的2个主成分，命名为主成分F1和F2（如表2所示）。
主成分F1和F2累计解释的方差占总方差的95.05%，即保留了原有指标95.05%的信息。旋转后的因子载荷矩阵（如表3所示）。
对与第一主成分F1，其在国民生产总值、工业总产值、海关进出口总额、人均可支配收入、城市人口这五个指标上具有较高的负载，故将F1命名为社会和经济发展因子。
对于第二主成分F2，正负载较大的是第二产业产值占GDP比重。第三产业产值占GDP比重与第二主成分F2呈现出显著的负相关。因此第二主成分F2与第二、第三產业产值占GDP比重密切相关，故将F2命名为产业结构调整因子。
（三）主成分分析结果解释
1.社会经济发展是土地利用空间扩张的直接动力。根据主成分分析结果所示，社会经济发展因素是长春市土地利用空间扩张的直接动力。改革开放以来，长春市的经济水平得到了长足的发展，全市国民生产总值从1990年的105亿元增加到2010年的3 329亿元，经济的快速发展改变了原有的城市空间格局，迫使城市通过扩张和重组使其空间格局更符合经济的发展需要，城市空间格局的改变也给居民生活水平、交通条件、城市公共事业带来了根本性的变革，又从一定程度上促进了社会经济的发展。
由于经济发展的需要，长春市先后建立了长春经济技术开发区、高新技术开发区、汽车产业开发区、净月潭开发区共四大开发区，对开发区的建设不但吸引了大量的资金，技术和人口，也带动了基础设施建设和房地产业、商业、服务业的综合发展，并带动了周边地区的进一步开发。长春市各大开发区的经济发展对近年来长春市土地利用空间扩张起到了重要的推动作用。
2.产业结构调整是土地利用空间扩张的重要原因。产业结构调整直接造成了土地利用方式的转变，从而间接的改变了土地利用的空间形态。改革开放以后，长春市的第一产业占GDP比重不断下降，第二、第三产业占GDP比重呈逐年上升态势，截至2010年长春市第一、第二、第三产业占GDP比重为7.59%∶51.66%∶40.74%。第一产业向第二、第三产业的持续转移使得改革开放初期长春市的工业用地增加较为迅速，增加的工业用地是土地利用空间扩张的重要原因之一。而近年来，“退二进三”产业结构战略调整的实施使长春市内工业向城市边缘扩散，第三产业进一步向市中心聚集，从而加强了长春市的综合服务能力。向外扩散的工业也促进了各类产业园区的发展，使得长春市原有的“紧密团状”城市空间形态向“指状蔓延”发展，形成了长春市“多中心”城市空间雏形。由此可见，产业结构调整是土地利用空间扩张的重要原因，也是土地利用结构转变的直接促进因素。
结论
本文基于GIS技术，绘制长春市土地利用空间演变示意图，结合土地利用扩张速度模型和土地利用动态度模型考察长春市土地利用空间扩张的幅度与形态等特征，研究结果发现，1990—2010年的二十年间，长春市土地利用总量上呈现出持续的扩张态势，2000年以后土地扩张速度明显加快，土地利用扩张强度显著增强。从空间上看，在20世纪90年代初期长春市土地利用空间扩张结构以圈层结构为主，呈组团型向外扩张。2000年以后，长春市城市空间沿交通线向周边“指状蔓延”发展，在西南、东南方扩张较为明显，长春市城市空间结构逐渐向“多中心”形态发展。
通过主成分分析法进一步对长春市土地利用空间扩张的驱动因素进行分析，结果发现社会经济发展是长春市土地利用空间扩张的直接动力，开发区的经济发展对近年来长春市土地利用的空间扩张起到了重要的推动作用。产业结构调整是土地利用空间扩张的重要原因，也是土地利用结构转变的直接促进因素。
参考文献：
[1] 吕云峰.长春市城市空间结构的历史演变研究[J].长春师范学院学报，2010，（12）.
[2] 孙雁，刘志强，王秋兵，刘洪彬.百年沈阳市土地利用空间扩展及其驱动力分析[J].资源科学，2011，（11）.
[3] 匡文慧，张树文，张养贞，李颖.长春百变城市土地利用空间结构演变特征研究[J].哈尔滨工业大学学报，2009，（7）.
[4] 孙雁，刘志强，王秋兵，刘洪彬.1910—2010年沈阳城市土地利用空间结构演变特征[J].地理科学进展，2012，（9）.
[5] 刘艳君，李诚固，徐一伟.城市产业结构升级与空间结构形态演变研究——以长春为例[J].人文地理，2007，（4）.
[6] 蔡安宁，刘洋，梁进社，张伟.郑州城市空间结构演变与重组研究[J].城市发展研究，2012，（6）.
[7] 张新月，张树文，李颖，匡文慧.近30年哈尔滨城市土地利用空间扩张及其驱动力分析[J].资源科学，2007，（5）.
[责任编辑 魏 杰]