目前,全球超过50%的人口居住在城市,城市人口中的41%(约16亿)居住在大都市区域(人口≥100万),2030年这一数字还将增长6亿(United Cities and Local Governments, 2016)。全球城市化使得人口不断向城市尤其大都市集聚,城市建设用地规模不断增大,而城市土地增长又远快于人口增长,城市空间结构发生重组;世界城市化进程进入了一个新的发展阶段——大都市区化(许学强等, 2007; Angel et al, 2011; Seto et al, 2011; 荣朝和, 2014)。作为城市化发展的高级形态,大都市区是未来城市化发展的趋势与必然,中国目前也正处在城市化阶段转变的关键时刻(张欣炜等, 2015; Department of Economic and Social Affairs, United Nations, 2017)。定量分析大都市区域及全球尺度城市扩张过程和城市形态演变对城市规划、城市发展进程研究以及区域协调可持续发展等具有重要意义(唐路等, 2004; Taubenböck et al, 2012; 冷炳荣等, 2016)。
都市区形态及其扩张机制已成为城市地理学的核心议题,相关研究已较为充分。研究数据及方法方面,国内外学者基于社会统计数据、夜间灯光遥感数据、兴趣点POI(Point of Interest)及微博签到大数据等,并综合运用GIS空间分析、网络分析、格局指数等多种方法,从多维时空尺度对城市扩张的过程、格局和形态特征等开展了广泛的研究(Ji et al, 2006; Bhatta et al, 2010; 贺振等, 2011; Xu et al, 2013; 毛卫华等, 2013; 陈凯等, 2015; 刘纪远等, 2016)。其中梯度分析法在城市扩张及城市形态的研究中被广泛运用,空间指标的多样性及由城市中心向外密度的变化也经常被讨论(Irwin et al, 2007; Schneider et al, 2008; Taubenböck et al, 2009)。Seto等(2005)和Schneider等(2008)均基于圈层分析对城市时空格局变化进行了量化。研究发现通常情况下,城市建设用地密度从城市中心向外逐渐递减,Jiao(2015)基于圈层梯度划分对中国28个主要城市的研究定义了城市土地密度方程。基于格网(grid cells)空间单元并融合遥感数据的分析在城市问题研究中也有较广泛的应用,如500 m×500 m、1 km×1 km格网单元(Bagan et al, 2012; Hou et al, 2016)。空间格局指数、圈层梯度分析及格网分析等方法的综合运用将有助于深入揭示大都市区城市扩张时空过程特征。
城市扩张格局特征分析及过程模拟是近来的研究焦点,研究对象涉及单个城市、城市群以及城市、城市群间的对比分析。Schneider等(2008)从4个方面对全球25个大城市对其扩张和形态作了深入分析;Angel等(2011)对全球城市分析发现1990—2000年间城市扩展速率为人口增长的2倍;Kuang等(2014)对中美6个主要大都市的对比研究发现2个国家城市扩张模式存在差异;学者还对中国珠三角以及西部4个都市区的扩张进行了研究(Wu et al, 2011; Schneider et al, 2015)。但现有研究多集中在单个城市或某个特定区域,有关大都市区的对比分析也多集中在一个国家内部(Seto et al, 2005; Bagan et al, 2012; Sexton et al, 2013; Xu et al, 2013; 陈江龙等, 2014; Hou et al, 2016; 周艳等, 2016; Tian et al, 2017; 焦利民等, 2017)。对处于不同社会经济背景和城市化水平的大都市区,随着其城市扩张进程的不断推进,城市空间动态演变及扩张模式发生着变化,都市区发育过程中城市扩张的一般化模式还有待被进一步理解。