国家园林城市空间分布的点格局分析

唐蓓佩,王兴,马滕,孙曦亮,芮旸



国家园林城市空间分布的点格局分析

唐蓓佩,王兴,马滕,孙曦亮,芮旸*

西北大学 城市与环境学院, 陕西 西安 710127

以国家园林城市为例，将其划分为地级及以上级别园林城市和县级园林城市两类。运用最近邻指数、Ripley's K函数、标准差椭圆分析和热点聚类方法，对国家园林城市总体及分类型的空间分布进行比较研究。结果表明：（1）就分布特征而言，三者均表现出不同程度的集聚性，但较之总体，两类园林城市分布的多尺度特征相对简单；三者的聚集规模、强度和分布类型由聚集转为离散的特征空间尺度都以地级及以上级别园林城市为大；（2）就分布格局而言，县级园林城市的分布范围最广，总体次之，地级及以上级别园林城市最小；三者分布的主导方向分呈西北—东南、偏北—偏南、东北—西南，重心则均落在河南省；（3）就分布规律而言，三者的各阶热点区均位于中国地势第三级阶梯上；二阶热点区基本都在黄河流域下游地区与长江流域下游地区之间；一阶热点区均集聚在都市圈和大都市区，体现出地形、降水及人口、经济、城市发育等多因素的综合影响；（4）就分布格局特征与城镇化进程及城市建设趋势的关联而言，城市群已成为国家园林城市的主要集聚区，在部分地区甚至出现了园林城市群的雏形；应进一步推动西部城市“创园”活动和城市群绿化的开展，构建类型丰富、特色鲜明、互联互通的园林城市均衡发展格局。

国家园林城市; 空间分布; 点格局; 类型分异

国家园林城市是指以城乡园林绿化建设和人居生态环境改善为主旨，各项指标均满足考核要求，经评审通过并由住房和城乡建设部命名通报和授牌的城市。其创建活动以1992年首批3个城市的入选为开端，经过25年的发展，截至2016年底，全国已有18批310个城市获此殊荣。随着“创园”活动的深入开展，国家园林城市已成为在全国范围和全社会都具有影响力的一张“城市名片”，并因此受到了学者们的关注。

学界对于国家园林城市的研究大体遵循以下三条进路：一是着眼于其政策属性，对其由来、发展、实践及走向进行整体梳理及分析[1,2]；二是从其作为评比达标表彰项目的特质出发，对其评选标准的演变进行回顾与展望[3,4]；三是结合地方“创园”实践，对其规划建设的路径与策略进行个案探讨[5,6]。围绕上述研究理路已产出一定的成果，但仍需注意到，既有文献还是以理论、对策与案例分析为主，大尺度空间视角的探察明显不足，亟待对国家园林城市的分布进行深入分析。而源于植物生态学的点格局分析法[7]，不仅可判定点状要素的空间分布类型，还可分析其在任意尺度上的空间格局特征，克服了传统方法仅能刻画单一尺度要素分布格局的缺点[8]，是真正意义上的空间格局分析方法[9]，已被应用于植物种群格局[8]、景观格局[10]和旅游景点格局[11]等的研究中。因此，将国家园林城市抽象为点状要素，运用点格局分析法等探知其分布规律，既可弥补现有研究的短板，也对接和跟进了相关研究的趋向。此外，由于国家园林城市的构成业已从地级市及副省级市为主体逐步演变成地级市与县级市并重[12]，因而，从现实出发，将其按行政级别划分为地级及以上级别园林城市和县级园林城市两类，对国家园林城市总体及分类型的分布格局特征进行比较分析，显然有助于拓展本研究的深度。

基于上述认知，运用最近邻指数和Ripley′s K函数，识别和比较国家园林城市总体及分类型的分布特征及其尺度变换规律；采用标准差椭圆分析和热点聚类方法，探察和比较三者分布的总体格局和热点区域，以期为点状要素空间分布的研究提供思路借鉴，为“创园”政策的完善提供科学参考。

1 样本概况与研究方法

1.1 样本概况

本文的研究样本为截至2016年底被命名的310个国家园林城市，以其获批时的行政级别来划分，共包括205个地级及以上级别城市和105个县级市。由图1可知，国家园林城市在数量变化上经历了缓慢增长（1992~2004年）和阶梯状快速上升（2005~2016年）两个阶段，目前已占到全国设市城市数的近一半；与此同时，国家园林城市的类型结构也不断演进，尽管直至“创园”活动走到第10个年头即2001年，才开始有县级市入选，但此后其获批数就持续增多，到2015年已超过获命名城市总数的三分之一。随着地级及以上级别园林城市数的日趋饱和，县级市将成为“创园”的主体。

图 1 国家园林城市数量及结构变化

1.2 数据来源

样本数据来源于住房和城乡建设部官网(http://www.mohurd.gov.cn)、中国风景园林网(http://www.chla.com.cn)；空间数据来源于国家基础地理信息中心(http://www.ngcc.cn)提供的1:400万矢量地图数据库。利用ArcGIS10.2软件，分类型对国家园林城市的空间分布进行可视化表达(图2)。

图2 国家园林城市空间分布

1.3 研究方法

1.3.3 标准差椭圆分析（SDE）其最早由Lefever于1926年提出[16]，是空间统计方法中能精确揭示地理要素空间分布格局整体特征的有效方法之一[17]。本文主要通过面积、沿主轴和辅轴的标准差、扁率、转角、平均中心坐标等基本参数，定量描述国家园林城市分布格局的展布性、方向性、中心性等系列特征。计算公式详见参考文献[17]。

1.3.4 热点聚类其是利用最近距离层次分析技术，探测点状要素聚集分布区域（即热点区）的空间聚类方法，可通过逐级类推的方式依次得到一阶热点区、二阶热点区以及更高阶热点区。具体实现步骤详见参考文献[18]。

2 结果与分析

2.1 国家园林城市空间分布特征

2.1.1 集聚性特征利用ArcGIS10.2软件计算得到的国家园林城市分布的最近邻指数（NNI），均通过了显著性检验（表1）。相关研究认为，NNI³1.5时为均匀分布；1.2£NNI<1.5时为随机—离散分布；0.8

表1 国家园林城市空间分布的最近邻指数

2.1.2 多尺度特征最近邻指数的测算结果仅反映了国家园林城市空间分布的集聚特征，但随着空间尺度的变化，点状要素的分布模式也可能随之改变[18]，因此，运用ArcGIS中的Ripley′s K函数功能，对国家园林城市总体及分类型的分布特征进行多距离空间聚类分析。根据其空间分布的尺度，将研究区全尺度覆盖，计算过程中对数据显著性验证采用Monte-Carlo模拟法，置信度取99%，得到图3。

图3 国家园林城市Ripley′s K函数分析

2.2 国家园林城市空间分布格局

2.2.1 总体格局应用SDE方法，计算得到国家园林城市总体及分类型空间分布格局的标准差椭圆参数（见表2）。

表2 国家园林城市空间分布格局的标准差椭圆参数

结合图4，比较分析可知：（1）从分布范围来看，县级园林城市最广，总体次之，地级及以上级别园林城市最小，三者分布椭圆面积占中国陆地国土空间面积比重分别约为43.97%、35.28%、27.22%；较之前两者，后两者分布椭圆的空间分异更小，存在趋近包含与被包含的关系；三者共同的覆盖范围主要涉及北京、天津、河北、山西、上海、江苏、浙江、安徽、江西、山东、河南、湖北、湖南、重庆、陕西15个省市。（2）从分布方向来看，较之总体，地级及以上级别园林城市和县级园林城市分布椭圆的扁率都大得多，表示后两者的方向性更显著；三者分布椭圆的转角分别为166.55°、23.07°、111.92°，表明其空间分布分呈偏北—偏南、东北—西南、西北—东南格局。（3）从分布重心来看，相对于中国的几何中心（103°50′E，36°N），国家园林城市分布的平均中心均位于其东南方向的河南省境内，其中总体和地级及以上级别园林城市的分布重心都落在豫南的驻马店市，但前者偏北；县级园林城市的分布重心相较则更北，落在豫中的郑州市。

为进一步剖析国家园林城市空间分布格局与当前中国城市建设趋势之间的关联，计算得到中国城市分布椭圆（见图4）。其覆盖了412.13×104km2的陆地国土面积，中心在湖北省十堰市（111.08°E，32.95°N），沿主、辅轴的标准差分别为1382.38 km、909.13 km，扁率为0.34，转角为76.70°，总体表现为东北—西南的空间分布格局。将其与国家园林城市总体分布椭圆作比较后发现，后者覆盖的范围较前者明显要小，且基本为前者所包含，反映出相较于全国设市城市的分布，国家园林城市的分布要更不均衡；两者的空间差异主要体现在西南方向，且前者的重心更为偏西，表明应着力推动西部地区尤其是西南地区城市“创园”活动的开展，以优化国家园林城市现状的不平衡发展格局。

图4 国家园林城市分布椭圆与中国城市分布椭圆比较

2.2.2 热点区域借助CrimeStat-3.3软件，运用最近距离层次聚类法对国家园林城市总体及分类型分布的热点区进行探测。设置随机最近距离为初始距离，各阶聚类的最少点数设定为8个，在零假设下调用Monte-Carlo模拟法，随机进行99次统计学全局集聚性检验，最终获取国家园林城市各阶热点区，并对其进行可视化显示（见图5）。由图可以看出：（1）不论总体还是分类型，国家园林城市的各阶热点区均位于以平原、丘陵为主的中国地势第三级阶梯上；二阶热点区均为1个，分布范围也基本一致，都在黄河流域下游地区与长江流域下游地区之间，体现出地形、降水等自然禀赋因素对其空间分布的影响。（2）国家园林城市总体及两大类型的一阶热点区数量虽有不同（前者有7个、后两者均为3个），分布区域也颇有差异，但均集聚在中东部人口和经济密集的城市化地区，尤其是以特大城市和大城市为核心的都市圈和大都市区。例如，前者的一阶热点区就分布在东部地区的济南、青岛、苏锡常、杭州、珠三角5大都市圈和中部地区的武汉都市圈、郑州大都市区。从中可知，社会经济因素对国家园林城市空间分布的控制和分异作用显著。

鉴于城市群是当前和未来中国推进新型城镇化的主体形态，加快城市群建设发展是“十三五”时期优化城镇化布局和形态的首要任务。因此，将国家园林城市及其热点区的分布图层与中国城市群的空间分布图层叠加（见图5）①，以进一步探寻国家园林城市分布格局特征与当前中国城镇化进程之间的关联。由图可以直观地看出，国家园林城市总体及两大类型的二阶热点区或基本被包含在中国19大城市群内，或与各城市群有重叠，尤其与中东部地区的长三角、珠三角、山东半岛、中原地区、长江中游5大城市群重合明显。进一步统计可知，19大城市群内的国家园林城市数就达176个，已占到其总数的56.77%。可见，城市群业已成为国家园林城市的主要分布区域。并且，随着城市园林绿化建设由建成区向市域范围的拓展，在城市密集分布的城市群内绿化区域和生态空间已形成有效连接，部分地区甚至因此出现了园林城市群的雏形。

图5 国家园林城市空间分布的热点聚类

3 结论与讨论

3.1 结 论

本文在GIS和CrimeStat空间分析软件的支持下，运用点格局分析法等对国家园林城市总体及分类型的空间分布进行比较研究。得到如下主要结论：

（1）就分布特征而言，三者均表现出不同程度的集聚性，但较之总体，两类园林城市分布的多尺度特征相对简单；三者的聚集规模、强度和分布类型由聚集转为离散的特征空间尺度都以地级及以上级别园林城市为大。

（2）就分布格局而言，县级园林城市的分布范围最广，总体次之，地级及以上级别园林城市最小；三者分布的主导方向分呈西北—东南、偏北—偏南、东北—西南，重心则均落在河南省。

（3）就分布规律而言，三者的各阶热点区均位于中国地势第三级阶梯上；二阶热点区基本都在黄河流域下游地区与长江流域下游地区之间；一阶热点区的分布区域虽有差异，但均集聚在都市圈和大都市区，体现出地形、降水及人口、经济、城市发育等多因素的综合影响。

（4）就分布格局特征与城镇化进程及城市建设趋势的关联而言，城市群作为中国城镇化的主体形态，业已成为国家园林城市的主要分布区域，在部分地区甚至出现了园林城市群的雏形；应进一步推动西部城市“创园”活动和城市群绿化的开展，以优化国家园林城市的不均衡发展格局，响应国家加快城市群建设发展的战略需求。

3.2 讨 论

（1）在全国已有近半城市获命名国家园林城市的当下，“创园”工作的重点显然已不再仅仅是城区绿量的增长，城市绿化特色的凸显和区域生态空间的连接更应得到关注。因此，为推动中国新型城市的建设和新型城镇化的发展，一方面，要充分发挥区域自然资源禀赋和生态环境优势，深入挖掘各地园林绿化建设的地域特色，构建类型丰富、特质鲜明的园林城市均衡发展格局；另一方面，要加快建设环城生态屏障和贯通性生态廊道，推动城市间大型绿地、大尺度森林等生态斑块的有机连接，形成互联互通的区域生态网络体系，打造若干国家级的园林城市群。

（2）受篇幅所限，本文仅对国家园林城市空间分布的特征、格局和规律进行了静态地分析，时间维度的动态刻画及其影响机制方面的综合探讨有所不足，需在今后的研究中予以加强。同时，鉴于“创园”活动业已发展成为包括国家园林城市及国家生态园林城市、国家园林县城和国家园林城镇的系列创建活动，因此，对国家园林城市系列内部各类别的空间分布规律进行比较分析，也是值得探究的方向。

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① 图中的城市群空间分布据《中华人民共和国国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》。

Point Pattern Analysis of National Garden City Spatial Distribution

TANG Bei-pei, WANG Xing, MA Teng, SUN Xi-liang, RUI Yang*

710127,

The national garden cities can be divided into two categories: the cities at the prefectural level or above and the cities at the county-level. Taking these garden cities as examples, by using Nearest Neighbor Index, Ripley's K function, standard deviation ellipse analysis and hotspot clustering method, this paper studied and compared the differences between the spatial distribution of the national garden cities and their types. The results show that: (1) In terms of distribution characteristics, all three show different extent of agglomeration, but compared to the general, the multi-scale characteristics of the two types of garden cities are relatively simple. The garden cities of prefecture-level or above rank the first among the three groups in aspect of the aggregation scale, intensity and distribution type and spatial scale feature which changed from agglomeration to dispersion. (2) In terms of the spatial distribution pattern, the county-level garden cities have the widest distribution, followed by the overall garden city, and the garden cities above the prefectural level distribute less widely. The dominant directions of the three distributions are northwest - southeast, north - south, northeast – southwest of which distribution center locates in Henan Province. (3) In terms of the regularities of distribution, the hotspots of the three levels all locates on the third ladder of China’s terrain; The second-order hotspots are basically between the lower reaches of the Yellow River and the Yangtze River; The first-order hotspots concentrated around the metropolis circle and metropolitan area, these differences reflect the comprehensive influence of topography, precipitation, population, economy, urban development and so on. (4) As to the characteristics of distribution pattern and the connection between the progress of urbanization and the trend of urban construction, urban agglomeration has become the main agglomeration area of national garden cities. Even the prototype of garden cities agglomeration has been appeared in some areas. It is necessary to make effort to promote the activities of "Building Gardens" and urban agglomeration greening, especially in western of China. And it is also indispensable for us to develop a balanced pattern of garden cities with abundant types, distinctive characteristics and perfect interconnectedness.

National garden city; spatial distribution; point pattern; type differentiation

S732

A

1000-2324(2018)06-1073-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2018.06.034

2017-06-27

2017-08-18

国家自然科学基金项目(41401184,41601174)

唐蓓佩(1993-),女,硕士研究生,主要研究方向为城乡转型与空间重构. E-mail:tangtangbp@163.com

Author for correspondence. E-mail:ruiyang@nwu.edu.cn