潘 順 , 杜士強(qiáng) ， 徐 慧 ， 吳燕娟 ， 王黎明 ， 宗 瑋 ， 溫家洪

(1.上海師范大學(xué) 地理系，上海 200234； 2.中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

長三角地區(qū)沿海低地及其人口的時(shí)空變化分析

潘 順1, 杜士強(qiáng)1， 徐 慧1， 吳燕娟1， 王黎明2， 宗 瑋1， 溫家洪1

(1.上海師范大學(xué) 地理系，上海 200234； 2.中國科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

利用我國1∶25萬DEM、人口密度格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫GPWv3和LandScan，分析長三角沿海低地的空間分布及其人口的時(shí)空變化特征。研究結(jié)果表明：長三角沿海低地分布在距離海岸180 km以內(nèi)，面積為67 339 km2，占長三角總面積的32.2%；超過1/3的沿海低地海拔低于4 m，其中60%分布在距海岸60 km范圍內(nèi)。2010年，長三角沿海低地人口占長三角總?cè)丝诘?5.52%，其中，2/5以上低地人口分布在海拔4 m以下區(qū)域，2/3的低地人口分布在距海岸60 km范圍內(nèi)。1990—2010年，長三角沿海低地人口總體呈上升趨勢，并表現(xiàn)出人口由內(nèi)陸向沿海、由農(nóng)村向城市遷移的態(tài)勢。

沿海低地；人口；時(shí)空變化；長三角

0 引言

沿海低地(coastal low-lying area)亦稱低海拔沿海地區(qū)(low elevation coastal zones, LECZ)，是指海拔高度低于10 m的沿海連續(xù)地帶[1-2]。沿海低地僅占全球土地面積的2%，卻占世界總?cè)丝诘?0%和城市人口的13%[1,3]。全球共有3 351個(gè)城市位于沿海低地，20個(gè)特大城市中有13個(gè)分布在沿海地區(qū)[4]。沿海低地往往人口稠密，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，生態(tài)環(huán)境脆弱，自然災(zāi)害多發(fā)，抵御氣候變化導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)能力不足[5-7]。近年來，沿海低地的人口分布與遷移、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)與氣候變化適應(yīng)等問題引起了廣泛關(guān)注[1-3,6]。

中國沿海低地面積廣大，是全球沿海低地人口數(shù)量最大的國家[1-2]。中國沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速增長和快速城市化，導(dǎo)致內(nèi)地人口大規(guī)模向海岸帶遷移。在沿海低地上分布著我國人口極為稠密、經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)長三角、珠三角和環(huán)渤海地區(qū)，并擁有上海、天津、廣州、深圳和香港等眾多的特大型城市和經(jīng)濟(jì)中心。同時(shí)，沿海低地各類自然災(zāi)害頻發(fā)，隨著沿海低地人口急增和快速城市化，海平面上升、臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮、洪澇、鹽水入侵等自然災(zāi)害對(duì)沿海低地人口的潛在威脅及造成的經(jīng)濟(jì)損失將越來越嚴(yán)重[8]。三角洲地區(qū)是中國沿海低地的主要組成部分，也是氣候變化和自然災(zāi)害的主要脆弱區(qū)[9]。

長江三角洲地區(qū)包括江、浙、滬兩省一市，是中國最重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)之一。長江三角洲是長江入海之前的沖積平原，是我國最大的三角洲。全球所有三角洲中，長江三角洲擁有第二大的沿海低地面積和人口數(shù)量[3]。長三角沿海低地的面積和人口分別約占全國沿海低地的30%，40%[2]，是中國最重要的沿海低海拔地區(qū)，所面臨的環(huán)境壓力、自然災(zāi)害與氣候變化風(fēng)險(xiǎn)日趨增強(qiáng)[10-11]。人口作為重要的承災(zāi)體，是災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理與氣候變化適應(yīng)關(guān)注的主要對(duì)象，其時(shí)間變化和空間差異是其重要屬性。本研究利用我國1∶25萬DEM、人口密度格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫GPWv3和LandScan，分析長三角地區(qū)沿海低地的空間分布及其人口的時(shí)空變化格局，為氣候變化背景下長三角沿海低地的災(zāi)害與風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

主要數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)以及人口網(wǎng)格密度數(shù)據(jù)。行政區(qū)劃數(shù)據(jù)為1∶100萬的省級(jí)行政區(qū)劃矢量數(shù)據(jù)，包括長三角江、浙、滬兩省一市。DEM數(shù)據(jù)為國家基礎(chǔ)地理信息中心提供的1∶25萬數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)，以黃海高程為基準(zhǔn)，與吳淞高程差1.92 m[12]。人口數(shù)據(jù)為目前全球范圍內(nèi)應(yīng)用最廣的全球人口動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫(LandScan)和世界人口柵格數(shù)據(jù)庫第三版(GPWv3)。LandScan由美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)開發(fā)，是全球人口數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確可靠、具有較高空間分辨率的動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫(http://www.ornl.gov/sci/landscan/)。該數(shù)據(jù)庫根據(jù)人口普查信息、行政邊界、土地覆被、海岸線、遙感影像夜間燈光數(shù)據(jù)和其他空間數(shù)據(jù)(道路、坡度)等計(jì)算的概率系數(shù)來模擬人口分布[13]。LandScan全球人口數(shù)據(jù)庫自1998年開發(fā)第一版以來[14]，每年根據(jù)新的空間數(shù)據(jù)和影像資料進(jìn)行更新，本研究使用2011年更新的LandScan人口數(shù)據(jù)(簡稱LandScan 2011)。LandScan的空間分辨率為30弧秒，柵格單元在赤道約1 km2。GPWv3人口數(shù)據(jù)來自哥倫比亞大學(xué)國際學(xué)院國際地球科學(xué)信息網(wǎng)(CIESIN)開展的世界人口柵格數(shù)據(jù)庫(GPW)項(xiàng)目(http://sedac.ciesin.columbia.edu/data/set/gpw-v3-population-density)。GPWv3主要刻畫了全球人口分布，包括1990，1995，2000年的世界人口數(shù)據(jù)，另外對(duì)2005，2010，2015年世界人口進(jìn)行了預(yù)測評(píng)估[14]。GPWv3的空間分辨率均為2.5弧分，柵格大小在赤道約相當(dāng)于21.4 km2。

考慮到數(shù)據(jù)的一致性，利用GPWv3人口數(shù)據(jù)庫中1990，2000，2010年的數(shù)據(jù)分析人口時(shí)間演化。另外，利用LandScan 2011的人口網(wǎng)格密度數(shù)據(jù)分析人口空間分布格局，反映2010年的沿海低地的人口分布狀況。

1.2 方法

首先，基于中國行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)，利用ArcGIS 10.1提取長三角低海拔地區(qū)，利用柵格計(jì)算器中con條件函數(shù)獲得低于海拔10 m的所有地區(qū)，并剔除不連續(xù)的零散斑塊，獲得研究區(qū)長三角的沿海低地。其次，基于LandScan和 GPWv3人口數(shù)據(jù)計(jì)算長三角沿海低地人口的時(shí)空格局，經(jīng)投影轉(zhuǎn)換、重采樣，使其坐標(biāo)系統(tǒng)和分辨率與DEM數(shù)據(jù)及中國行政區(qū)劃數(shù)據(jù)一致。最后，利用ArcGIS 10.1空間分析方法進(jìn)行該區(qū)域人口分布時(shí)空變化分析，得到2010年該區(qū)域人口空間分布和1990—2010年該區(qū)域人口時(shí)間變化。

2 結(jié)果與分析

2.1 長三角沿海低地的空間分布

長三角兩省一市沿海低地總面積為67 339 km2，占該區(qū)域行政區(qū)總面積(209 124 km2)的32.2%。其中江蘇省沿海低地面積最大，為56 344 km2，占全省陸地面積(100 929 km2)的55.8%，約為長三角沿海低地總面積的83.7%。上海市沿海低地面積為5 970 km2，占本行政區(qū)面積(6 242 km2)的比例最大，達(dá)到95.6%。浙江省沿海低地面積為5 025 km2，占本行政區(qū)面積(101 953 km2)的比例最少，僅為4.93%。長三角沿海低地主要分布在江蘇省的黃淮平原、江淮平原、東部濱海平原和蘇南平原；上海市除松江、金山局部孤丘高于海拔10 m，全境皆為沿海低地；浙江省沿海低地主要分布在東北部的杭嘉湖平原，以及沿海岸帶有零星分布(圖1)。

自2016年下半年，由摩拜掀起的一場共享單車熱潮延續(xù)至今，ofo、哈羅單車、小藍(lán)單車、悟空單車等多家共享單車運(yùn)營企業(yè)相繼出現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2017年5月，全國共有30多家共享單車經(jīng)營企業(yè)，擁有超過1000萬輛的投放車輛，注冊(cè)用戶超過1億人次，累計(jì)服務(wù)超過10億人次。截至2017年12月，國內(nèi)共享單車注冊(cè)用戶數(shù)半年內(nèi)增加了1.15億人，達(dá)到2.21億人，占網(wǎng)民總數(shù)的28.6%，增長率為108.1%。

圖1 長三角地區(qū)沿海低地的空間分布

2.1.1 沿海低地分布與海拔高度的關(guān)系。長三角沿海低地37.7%的面積分布在海拔4 m及4 m以下，87.2%的面積分布在海拔3～7 m，其中海拔4 m的區(qū)域最大，占長三角沿海低地總面積的25%。從分省市來看，江蘇沿海低地的海拔高度集中在3～7 m；上海沿海低地集中在海拔4 m，占上海沿海低地的49.8%；浙江沿海低地集中分布在5～7 m，占浙江沿海低地的63.9%(圖2)。

圖2 長三角地區(qū)不同海拔的沿海低地分布

2.1.2 沿海低地分布與海岸線距離的關(guān)系。長三角沿海低地主要分布在距海岸線180 km以內(nèi)，上海市境內(nèi)沿海低地均在距海岸線60 km內(nèi)，浙江沿海低地分布在距海岸線90 km內(nèi)。長三角沿海低地14.2%的面積分布在距海岸線10 km以內(nèi)的區(qū)域，61%的面積在距離海岸線60 km內(nèi)。距離海岸線10 km以內(nèi)的區(qū)域面積最大，隨著距海岸線距離的增大，沿海低地的面積依次減少。另外，島嶼低地面積占2.1%，主要分布在崇明島和浙江東部的島嶼(圖3)。

圖3 長三角地區(qū)沿海低地分布與距海岸線距離的關(guān)系

2.2 長三角沿海低地人口空間分布

2.2.1 人口分布格局。2010年長三角地區(qū)沿海低地總?cè)丝跒? 614 萬人，占長三角兩省一市行政區(qū)總?cè)丝?14 531萬人)的45.52%，沿海低地的平均人口密度為982人/km2。江蘇省沿海低地人口為4 376 萬人，占江蘇省總?cè)丝?7 782萬人)的56.24%，沿海低地平均人口密度為777人/km2；上海市沿海低地人口為1 708 萬人，占上海市總?cè)丝?1 760萬人)的97.09%；浙江省沿海低地人口為530 萬人，占浙江省總?cè)丝?4 989萬人)的10.62%。長三角低地人口并非均勻分布，人口密度存在巨大差異。人口密度大于30 000 人/km2的高密度區(qū)域僅占低地面積的0.14%，卻占總?cè)丝诘?.34%；人口密度3 000 人/km2以上的區(qū)域面積僅占4.58%，人口卻達(dá)到49.06%，人口高度集中在小范圍區(qū)域內(nèi)。87.84%的面積區(qū)域人口密度低于1 000 人/km2，人口占32.25%。上海市區(qū)是整個(gè)長三角沿海低地人口密度最高的區(qū)域，江蘇省蘇州市、常州市、南通市、泰州市、鹽城市，浙江寧波市、嘉興市等城市也是人口密度較高的區(qū)域(圖4)。

圖4 2010年長三角沿海低地人口密度分布

2.2.2 人口分布與海拔高度的關(guān)系。長三角沿海低地91.59%的人口分布在海拔7 m以下的區(qū)域，僅不足10%的人口分布在海拔7～10 m區(qū)域。其中70%人口分布在海拔3～7 m的區(qū)域,這與沿海低地集中分布在3～7 m一致。江蘇沿海低地人口主要分布在海拔4～7 m區(qū)域，上海平均海拔較低，沿海低地人口主要分布在海拔3～4 m的區(qū)域，占上海沿海低地總?cè)丝诘?2.67%(圖5)。

圖5 不同海拔高度長三角沿海低地人口總數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.2.3 人口分布與海岸線距離的關(guān)系。長三角沿海低地超過60%的人口分布在距離海岸線60 km以內(nèi)，80%以上人口分布在距離海岸線90 km以內(nèi)。隨著距海岸線距離的增大，沿海低地的面積減少，分布的人口也相應(yīng)減少。上海沿海低地人口集中分布在距離海岸線30 km內(nèi)，占上海沿海低地總?cè)丝诘?8.6%(圖6)。

圖6 距離海岸帶不同距離長三角沿海低地人口總數(shù)統(tǒng)計(jì)

2.3 沿海低地人口的時(shí)間變化

用GPWv3人口數(shù)據(jù)分析1990，2000，2010年長三角地區(qū)沿海低地的人口分布，上海市人口密度最大，增加最快，1990 年為2 337人/km2，2000年為2 790 人/km2，2010年達(dá)3 129 人/km2，遠(yuǎn)高于江蘇和浙江，上海與江浙低地的人口密度差達(dá)2 000 人/km2左右。1990—2000 年，長三角沿海低地的人口密度、人口數(shù)量都在增長，其中上海和浙江沿海低地人口增長率和人口密度的增長量較大，分別為19.38%，14.97%。上海市區(qū)人口密度快速增加，人口大量集聚，浙江省溫州市、寧波市及舟山市人口密度增長較大。江蘇中部沿海低地人口密度減少，蘇北和蘇南人口密度增長。2000—2010年，上海與浙江沿海低地人口密度與人口數(shù)量仍在增加，但江蘇沿海低地人口數(shù)量和人口密度略有減少，其中蘇北人口密度降低，蘇南人口密度繼續(xù)增長。1990—2010 年，上海市區(qū)人口密度快速增加，人口大量集聚；江蘇南通、淮陰、連云港、鹽城，浙江溫州、寧波、舟山人口密度增長較大。而江蘇北部的阜寧、寶應(yīng)、濱海等縣人口密度在減少(圖7)。

圖7 長三角沿海低地人口密度變化對(duì)比

3 數(shù)據(jù)與結(jié)果的誤差分析

因建立人口格網(wǎng)數(shù)據(jù)庫的方法不同，利用LandScan與GPWv3得到的長三角沿海低地人口數(shù)量略有差異。由GPWv3得到的人口數(shù)量為6 769萬人，而由LandScan 得到的結(jié)果為6 614萬人。LandScan計(jì)算得到的人口數(shù)量少于GPWv3的結(jié)果，并且以LandScan統(tǒng)計(jì)的兩省一市人口總數(shù)也比人口普查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)低[16]。根據(jù)五普和六普人口資料，江蘇省2000年常住人口為7 438萬人，2010年為7 866萬人，人口仍呈增長趨勢，而根據(jù)GPWv3得出，2000—2010年，江蘇沿海低地人口略有減小，這可能與GPWv3中2010年的人口為預(yù)測數(shù)據(jù)有關(guān)。

進(jìn)一步以江蘇、上海、浙江一級(jí)行政區(qū)為例，利用LandScan和GPWv3分別統(tǒng)計(jì)人口，并與第六次人口普查數(shù)據(jù)作比較。結(jié)果顯示，由LandScan和GPWv3獲得的一級(jí)行政區(qū)人口總數(shù)小于統(tǒng)計(jì)年鑒人口，而且，LandScan的結(jié)果小于GPWv3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。行政區(qū)面積較大的江蘇、浙江兩省誤差相對(duì)較小，而上海的誤差相對(duì)較大。在近海岸地區(qū)，LandScan統(tǒng)計(jì)的人口數(shù)據(jù)要少于GPW的統(tǒng)計(jì)結(jié)果[16]。需要提高數(shù)字高程模型和人口空間化數(shù)據(jù)集的精度和準(zhǔn)確度[2,15]，量化人口數(shù)據(jù)集的不確定性，以提高分析結(jié)果的精度。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

利用GIS空間分析方法，基于DEM，LandScan與GPWv3人口數(shù)據(jù)庫，分析了長三角兩省一市沿海低地的格局及其人口分布的時(shí)空變化。長三角兩省一市沿海低地分布在距離海岸線180 km以內(nèi)，占行政區(qū)總面積的32.2%。37.7%的分布在海拔4 m及4 m以下，江蘇沿海低地集中在海拔3～7 m，上海沿海低地集中在海拔4 m，浙江沿海低地面積集中在海拔5～7 m。隨著距離海岸線距離的加大，沿海低地的面積依次減少。2010年江蘇省、上海市和浙江省沿海低地人口分別占江蘇省總?cè)丝诘?6.24%、上海市的97.09%、浙江省的10.62%。長三角兩省一市的沿海低地人口總數(shù)約占總?cè)丝诘?/2，低地人口數(shù)量巨大。長三角沿海低地近70%的人口集中在海拔3～7 m的區(qū)域，90%的人口分布在海拔7 m以下。江蘇沿海低地的人口主要分布在海拔4～7 m區(qū)域，上海沿海低地人口分布在海拔3～4 m，占上海沿海低地的82.67%。超過60%的人口分布在距離海岸線60 km以內(nèi)，80%以上人口分布在距離海岸線90 km以內(nèi)。

4.2 討論

長三角是我國經(jīng)濟(jì)增長最快、城市化水平和發(fā)展速度最高的地區(qū)之一。1980—2010 年，在各類用地類型中，長三角建設(shè)用地面積變化最大，達(dá)446.1%[17]。長三角特大城市群進(jìn)入城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時(shí)期，大量人口遷入[18]，大量耕地被建設(shè)用地占用，城鎮(zhèn)周圍的農(nóng)村快速被城鎮(zhèn)化，建設(shè)用地粗放低效[19]。長三角沿海低地的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化更是如此，該區(qū)從北到南集中了連云港、鹽城、南通、鎮(zhèn)江、常州、無錫、蘇州、上海、嘉興、紹興、寧波、臺(tái)州、溫州等重要城市。形成了以上海為中心，杭州、蘇州、無錫和寧波等城市為副中心布局[20]。1990—2010年，長三角沿海低地人口密度和數(shù)量顯著增加，并出現(xiàn)區(qū)域性的變化。人口密度變化主要是人口遷移的結(jié)果，其中勞動(dòng)力遷移是人口遷移流動(dòng)的主體，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡以及發(fā)展模式差異產(chǎn)生勞動(dòng)力供給與需求的區(qū)域差異，從而激發(fā)人口遷移[21]，長三角強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)活力吸引了大量勞動(dòng)力向其遷移流動(dòng)，雖然長三角各城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展總體上都處于較高水平, 但其內(nèi)部不同城市之間依然存在發(fā)展差異[22]，形成了以上海為核心的高強(qiáng)度集聚區(qū)。

長三角沿海低地超過1/3的面積和2/3的人口分布在海拔4 m及4 m以下，海平面上升的風(fēng)險(xiǎn)壓力將不斷增大。隨著全球變暖，預(yù)計(jì)未來30年，江蘇、上海和浙江沿海海平面將上升70～155 mm[23]。IPCC第五次報(bào)告估計(jì)到21世紀(jì)末，海平面上升可達(dá)0.3～0.8 m[6]。加之長三角地面沉降明顯，蘇錫常已經(jīng)和上海沉降區(qū)、嘉興沉降區(qū)連成一片，地面沉降區(qū)域范圍達(dá)到8 000 km2左右[24]，20世紀(jì)上海地面沉降達(dá)3 m[5]。長江中上游水電梯級(jí)開發(fā)，大量水庫大壩(如長江的三峽)興建，三角洲的沉積物減少[25]。多重因素放大了沿海低地面對(duì)未來海平面上升的脆弱性和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，將在21世紀(jì)給長三角沿海低地帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

在氣候變化與快速城市化背景下，長三角沿海低地及其人口分布格局是認(rèn)識(shí)長三角沿海低地經(jīng)濟(jì)發(fā)展、生態(tài)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。氣候變化與非氣候驅(qū)動(dòng)因素復(fù)雜的關(guān)聯(lián)與互相作用下，低地的暴露、脆弱性和風(fēng)險(xiǎn)需要更綜合的分析與評(píng)估，為低地的氣候適應(yīng)與綜合風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。同時(shí)，需要改進(jìn)數(shù)字高程模型、人口空間化數(shù)據(jù)以滿足進(jìn)一步更深入的研究。

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Spatio-Temporal Analysis on Low Elevation Coastal Zone and Its Population in the Yangtze River Delta Region

Pan Shun1， Du Shiqiang1， Xu Hui1，Wu Yanjuan1， Wang Liming2， Zong Wei1， Wen Jiahong1

(1.DepartmentofGeography,ShanghaiNormalUniversity,Shanghai200234,China；2.InstituteofGeographicalScienceandResources,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China)

Densely populated and economically developed, the low elevation coastal zone (LECZ) in Yangtze River Delta is exposed to increasing risks related to climate change, sea level rise and natural hazards. In this paper, the extent of the LECZ in the Yangtze River Delta region is defined, and the spatial and temporal distribution of its population is analyzed by using the geographic information system software (ArcGIS) to combine the DEM data (1∶250 000) and grided population database (GPWv3 and LandScan). The analysis shows that the LECZ distributes within 180 km from the coastline, which covers 32.2% (67 339 km2) of the Yangtze River Delta region’s land area. More than one third of the LECZ is below 4 m above sea level and 61% of the LECZ is within 60 km from the coastline. In 2010, the population in the LECZ is accounting for 45.52% of the total population in the Yangtze River Delta region. More than 40% of the population is densely populated below 4 m above sea level and two thirds of the population is within 60 km from the coastline. During 1990—2010, the population in the LECZ increased and they migrated from inland to the coast and from rural to urban areas.

low elevation coastal zone(LECZ)； population； temporal and spatial variation; Yangtze River Delta region

2015-04-27；

2016-06-25

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41201548，41401603)

潘順(1990-)，女，上海市人，碩士研究生，主要從事區(qū)域環(huán)境與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究，(E-mail)pscasily@126.com。

溫家洪(1966-)，男，江西省興國縣，教授，博士，主要從事災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理研究，(E-mail)jhwen@shnu.edu.cn。

P954

A

1003-2363(2016)04-0161-05