聶芹，陳明發(fā)，李暉，袁瑩，花利忠

(廈門(mén)理工學(xué)院 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，福建 廈門(mén) 361024)

0 引言

全球范圍內(nèi)的快速城市化過(guò)程導(dǎo)致城市擴(kuò)張迅速。自改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)城市化率從1980年的19.39%增長(zhǎng)至2016年的57.35%，城市化水平日益增長(zhǎng)，越來(lái)越多的人涌入城市，從而城市不斷向四周蔓延。城市的擴(kuò)張和發(fā)展表現(xiàn)出來(lái)的是城市不透水面的增加。不透水面是指由各種不透水建筑材料所覆蓋的表面，如由瓦片、瀝青、水泥混凝土等材料構(gòu)成的屋頂、道路和廣場(chǎng)[1]。作為典型的人工地表特征，不透水面阻止水的下滲，阻斷自然地表的蒸散作用，由此改變了城市的水熱循環(huán)過(guò)程，在很大程度上影響了城市生態(tài)環(huán)境的變化[2]。國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究表明，不透水面的擴(kuò)張對(duì)城市水質(zhì)、水文循環(huán)、大氣環(huán)境和城市熱島等都有顯著的影響[3-6]。因此，掌握不透水面時(shí)空演變特征，準(zhǔn)確量化不透水面演化過(guò)程，對(duì)保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

不透水面時(shí)空變化特征一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的研究焦點(diǎn)之一。不同學(xué)者采用不同的方法定量研究不透水面時(shí)空變化。肖榮波等[7]提取了北京市區(qū)的不透水面蓋度，并將不透水面蓋度按照比例分為高密度城市用地、中等建設(shè)密度用地、低密度城市用地以及自然地表，并計(jì)算了其空間分布格局；Deng等[8]分析了1998—2008年間珠江三角洲地區(qū)不透水面變化特征；劉珍環(huán)等[9]利用地統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析了深圳市1990—2005年間不透水面蓋度及其表征的城市景觀在空間格局及空間分異的演變過(guò)程；宋明明等[10]研究了秦淮河流域不透水面景觀格局近30年間的演變過(guò)程；Nie等[11-12]采用分形理論和方法對(duì)上海市不透水面空間分布進(jìn)行了研究。類似的研究還有Zhang and Weng等[13]。

目前關(guān)于不透水面時(shí)空變化已經(jīng)積累了一定的資料和案例，采用的研究方法也很多。比較典型的方法有混合方法，即綜合運(yùn)用不同方法，如目視解譯、逐像素比較和變化矢量分析(change vector analysis)、時(shí)間序列分析法、建模方法和空間格局指數(shù)法[14]。盡管如此，關(guān)于不透水面時(shí)空演變研究還缺乏有效的定量方法。尤其是隨著城市化的發(fā)展，城市擴(kuò)張表現(xiàn)為城市內(nèi)部的再優(yōu)化和城市邊緣的擴(kuò)張，由此導(dǎo)致不透水面時(shí)空演變更加復(fù)雜，發(fā)展有效的定量不透水面時(shí)空演變方法是城市遙感的重要課題之一。

海灣型城市是從空間形態(tài)上對(duì)城市的一種定位，也是引導(dǎo)城市發(fā)展的一種目標(biāo)導(dǎo)向。自2002年廈門(mén)市提出海灣型城市發(fā)展戰(zhàn)略以來(lái)，海灣型城市正逐漸成為濱海城市的一個(gè)城市發(fā)展目標(biāo)，很多濱海城市都在尋求向海灣型城市轉(zhuǎn)變。改革開(kāi)放以來(lái)，受社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市規(guī)劃等多方面的驅(qū)動(dòng)，廈門(mén)市城市擴(kuò)張加劇，不透水面增長(zhǎng)迅速?；陂L(zhǎng)時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)對(duì)廈門(mén)市不透水面時(shí)空演變過(guò)程進(jìn)行研究，具有較好的代表性，不僅可以為海灣型城市規(guī)劃、城市生態(tài)環(huán)境改善提供科學(xué)依據(jù)，而且對(duì)于解決海灣型城市空間優(yōu)化、提高城市環(huán)境競(jìng)爭(zhēng)力具有重要的作用。

本研究以廈門(mén)市為研究區(qū)，通過(guò)遙感技術(shù)估算1995—2015年間不透水面空間分布，引入不透水面變化軌跡，研究快速城市化背景下不透水面隨時(shí)間的演化過(guò)程；計(jì)算不透水面空間分布重心及其遷移路徑，定量剖析20年來(lái)廈門(mén)市不透水面隨城市化的演變特征。研究結(jié)果可以為海灣型城市規(guī)劃及生態(tài)環(huán)境改善提供決策支持。

1 研究區(qū)及數(shù)據(jù)來(lái)源

福建省廈門(mén)市位于臺(tái)灣海峽西岸，地處117°53′E～118°25′E，24°25′N～24°54′N，由福建省東南部沿廈門(mén)灣的大陸地區(qū)和廈門(mén)島、鼓浪嶼、大嶝、小嶝等島嶼與廈門(mén)灣組成，包括湖里、思明、海滄、集美、同安、翔安6個(gè)行政區(qū)，全市面積約1 699.39 km2，常駐人口為392萬(wàn)人。廈門(mén)市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，全年溫和多雨，年平均氣溫為21 ℃，年平均降水為1 200 mm。廈門(mén)市作為我國(guó)首批設(shè)立的經(jīng)濟(jì)特區(qū)之一，同時(shí)也是我國(guó)著名的風(fēng)景旅游城市，由于其特殊的地理位置與國(guó)家政策的支持，自改革開(kāi)放以來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市化水平不斷提高，不透水面擴(kuò)張顯著。

以1995、2000、2005、2010和2015年TM/OLI影像為數(shù)據(jù)源，數(shù)據(jù)基于中國(guó)科學(xué)院地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)(http：∥www.gscloud.cn/)下載，條帶號(hào)119，行編號(hào)43。研究區(qū)內(nèi)影像的成像質(zhì)量較好，無(wú)云層覆蓋。對(duì)影像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括輻射校正、幾何校正、flash大氣校正及研究區(qū)裁剪等。

2 研究方法

2.1 不透水面遙感估算

基于Ridd于1995年提出的植被-不透水面-土壤(vegetation-impervious surface-soil，V-I-S)模型[15]，采用全約束的線性混合光譜分解技術(shù)估算1995—2015年間不透水面蓋度(impervious surface fraction，ISF)分布。

根據(jù)線性混合光譜分解的原理，每個(gè)波段中的像元反射率為該像元各端元的反射率與其各自所占比例的線性組合，其數(shù)學(xué)公式可以表示為：

(1)

式中：Ri表示為第i波段像元的光譜反射率；j=1，2，3，…，n(端元數(shù))；aij表示為第i個(gè)波段第j個(gè)端元組分的反射率；xj為該像元第j個(gè)端元組分的百分比；ei為第i個(gè)波段的殘差值。

采用有約束的最小二乘法進(jìn)行混合像元的分解，即要求xj同時(shí)滿足以下2個(gè)條件：

(2)

這樣保證了每種光譜端元所占的比例在0～1之間，同時(shí)所有端元所占比例之和等于1，避免了一種端元在一個(gè)象元內(nèi)所占比例大于100%或者為負(fù)值的現(xiàn)象。

基于V-I-S模型思想估算不透水面須去除水體的影響，采用改進(jìn)型歸一化水體指數(shù)(MNDWI)提取水體。MNDWI方法利用影像綠波段與中紅波段水體的光譜反射率，通過(guò)波段間的比值來(lái)突顯其差異，達(dá)到提取水體的目的。公式可以表示為：

MNDWI=(Green-MIR)/(Green+MIR)

(3)

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)各地物的實(shí)際情況，選取植被、土壤、低反照度、高反照度四類端元進(jìn)行像元解混。最后將高反照度端元與低反照度端元相加得到不透水面空間分布圖。

采用均方根(RMS)誤差從總體上進(jìn)行模型的誤差分析：

(4)

式中：m為影像波段數(shù)量。各時(shí)期的RMS結(jié)果殘差總體控制在0.02以內(nèi)，線性光譜混合分解模型的解混結(jié)果較好。

2.2 不透水面變化軌跡

引入不透水面變化軌跡定量剖析廈門(mén)市不透水面在特定空間里隨時(shí)間的演化過(guò)程。根據(jù)廈門(mén)市不透水面數(shù)據(jù)分布特征，對(duì)不透水面進(jìn)行類型劃分：等級(jí)1為極低覆蓋類型(ISF<0.3)，等級(jí)2為低覆蓋類型(0.3≤ISF<0.5)，等級(jí)3為中覆蓋類型(0.5≤ISF<0.7)，等級(jí)4為高覆蓋類型(ISF≥0.7)。不透水面變化軌跡可以描述為：

Trajectory=Class1995*10 000+Class2000*1 000+Class2005*100+Class2010*10+Class2015

(5)

式中：Class1995、Class2000、Class2005、Class2010、Class2015分別為1995、2000、2005、2010和2015年的城市不透水面類型圖。在生成的不透水面變化軌跡專題圖中，每個(gè)像元的值代表了不透水面從1995年到2015年間的類型轉(zhuǎn)化情況，如代碼12344表示不透水面從1995年的等級(jí)1類型到2000年轉(zhuǎn)化為等級(jí)2類型，到2005年轉(zhuǎn)化為等級(jí)3類型，到2010年轉(zhuǎn)化為等級(jí)4類型，再到2015年仍然為等級(jí)4類型。

3 結(jié)果和分析

3.1 歷年來(lái)不透水面分布特征

圖1 不透水面時(shí)空分布圖

1)不透水面時(shí)空變化特征。歷年來(lái)不透水面空間分布如圖1所示。由于廈門(mén)市行政區(qū)劃被海水分割，歷年來(lái)不透水面分布比較分散。1995年不透水面高值主要集中在6個(gè)行政區(qū)的建成區(qū)。湖里區(qū)主要集中在西部和北部，思明區(qū)主要集中在西部，島外的海滄區(qū)、集美區(qū)和翔安區(qū)不透水面高值主要集中在靠近廈門(mén)島的沿海一側(cè)，同安區(qū)不透水面高值主要集中在中部；2000年不透水面高值區(qū)域在1995年基礎(chǔ)上向外擴(kuò)展，尤其是廈門(mén)島不透水面擴(kuò)張最突出，湖里區(qū)北部出現(xiàn)成片不透水面高值區(qū)，東部沿海也有零星高值區(qū)出現(xiàn)；2005年不透水面進(jìn)一步擴(kuò)張，主要表現(xiàn)為海滄區(qū)、同安區(qū)的簇狀擴(kuò)張，廈門(mén)島不透水面也開(kāi)始向東擴(kuò)張，集美區(qū)不透水面高值區(qū)逐漸開(kāi)始片狀聚集式增加；2010年廈門(mén)市各區(qū)不透水面在原有基礎(chǔ)上進(jìn)一步向外擴(kuò)張，廈門(mén)島除南部與東北部的地區(qū)外，不透水面蓋度出現(xiàn)明顯的增大特征，島外的海滄區(qū)、集美區(qū)不透水面連成片狀；2015年廈門(mén)本島的不透水面被高值區(qū)占據(jù)，島外各區(qū)不透水面高值區(qū)發(fā)展迅猛，集美區(qū)不透水面高值區(qū)由近島地區(qū)轉(zhuǎn)向集美區(qū)中部擴(kuò)張，翔安區(qū)不透水面蓋度也出現(xiàn)了顯著性上升。

不透水面時(shí)空變化特征反映了廈門(mén)市城市化的地域推進(jìn)過(guò)程。1978年改革開(kāi)放后廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，20世紀(jì)90年代，由于經(jīng)濟(jì)特區(qū)范圍擴(kuò)大至全島，加之廈門(mén)市被列為計(jì)劃單列市等國(guó)家政策支持，以廈門(mén)本島為中心的城市結(jié)構(gòu)基本確立，島內(nèi)的湖里區(qū)與思明區(qū)各項(xiàng)城市建設(shè)迅速發(fā)展，不透水面快速增加。21世紀(jì)初期，為了進(jìn)一步突破經(jīng)濟(jì)發(fā)展局限，釋放經(jīng)濟(jì)活力，廈門(mén)市進(jìn)行城市行政區(qū)劃調(diào)整，島外各區(qū)城市建設(shè)發(fā)展加速，不透水面呈現(xiàn)出片狀擴(kuò)張。2005年，廈門(mén)市提出進(jìn)一步優(yōu)化本島空間結(jié)構(gòu)、擴(kuò)展島外城市建設(shè)的總體規(guī)劃，正式進(jìn)入海灣型城市建設(shè)階段，城市發(fā)展方式主要是交通連線建設(shè)和組團(tuán)新區(qū)開(kāi)發(fā)，廈門(mén)島西部地區(qū)的建設(shè)發(fā)展受限于自然條件，不透水面轉(zhuǎn)向廈門(mén)島東部擴(kuò)張，海滄區(qū)與集美區(qū)出現(xiàn)大范圍的不透水面高值區(qū)組團(tuán)成片擴(kuò)張趨勢(shì)。2010年以來(lái)，由于受限于城市用地規(guī)模，廈門(mén)島工業(yè)企業(yè)開(kāi)始大批遷向島外區(qū)域，原有的工業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)樯虡I(yè)用地與居民用地，同時(shí)老城區(qū)被大面積改造，本島城市化從空間擴(kuò)張轉(zhuǎn)向內(nèi)部深入發(fā)展階段，島外各區(qū)發(fā)揮近島優(yōu)勢(shì)，承載本島的城市功能轉(zhuǎn)移，建立工業(yè)園區(qū)，發(fā)展工業(yè)。至2015年，島外海滄區(qū)、集美區(qū)、同安區(qū)不透水面逐漸成片分布，翔安區(qū)也進(jìn)入快速建設(shè)階段，廈門(mén)市正在逐步實(shí)現(xiàn)島內(nèi)外一體化的目標(biāo)。

綜上，目前廈門(mén)本島的開(kāi)元、蓮前、殿前街道等地區(qū)的不透水面擴(kuò)張逐漸趨于飽和。由于本島南部山區(qū)阻擋了不透水面的進(jìn)一步擴(kuò)張，加之為了保護(hù)本島的生態(tài)環(huán)境，限制了東北部五緣灣地區(qū)的發(fā)展，故城市在受到用地限制的情況下轉(zhuǎn)而向海滄、集美等距本島較近的地區(qū)發(fā)展。海滄區(qū)的不透水面呈現(xiàn)出海滄、新店與東孚街道共同擴(kuò)張的趨勢(shì)。由于海滄街道距島近的優(yōu)勢(shì)，加之臺(tái)商投資區(qū)與港口優(yōu)勢(shì)，相較島外其他各區(qū)，發(fā)展最為迅速。集美區(qū)的不透水面擴(kuò)張呈現(xiàn)多面狀擴(kuò)張趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為杏林、灌口、集美街道等地區(qū)不透水面高值聚集。由于集美區(qū)發(fā)展規(guī)劃以旅游等第三產(chǎn)業(yè)為主，城市建設(shè)結(jié)構(gòu)并未出現(xiàn)大規(guī)模的集聚效應(yīng)。近年來(lái)，隨著距本島較近地區(qū)發(fā)展用地受限，以后溪、灌口鎮(zhèn)為主的城區(qū)建設(shè)逐漸成為主導(dǎo)。同安區(qū)面積龐大，北部多山區(qū)，不透水面擴(kuò)張與城市建設(shè)呈現(xiàn)出以新民、大同、西柯等地為主的點(diǎn)面組團(tuán)式發(fā)展，近年來(lái)以新城建設(shè)為主，由于區(qū)域環(huán)境、交通等因素限制，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相比其他各區(qū)較為緩慢。翔安區(qū)城區(qū)建設(shè)以馬巷、新店等地區(qū)為主，由于區(qū)位交通限制，經(jīng)濟(jì)建設(shè)起步較晚。隨著翔安海底隧道的通車，與廈門(mén)島的距離近一步被縮短，加之未來(lái)翔安機(jī)場(chǎng)、廈門(mén)東站等大型基礎(chǔ)設(shè)施工程的建設(shè)，翔安的不透水面將進(jìn)一步擴(kuò)張。

2)不透水面變化軌跡。對(duì)20年來(lái)4種不透水面類型的面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如表1所示。1995—2015年，高覆蓋不透水面類型(ISF≥0.7)的面積持續(xù)增加，由1995年的144.09 km2增長(zhǎng)到2015年的347.81 km2，年增長(zhǎng)率為141.39%。中覆蓋不透水面類型(0.5≤ISF<0.7)的面積也持續(xù)增加，由1995年的298.59 km2增加到2015年的524.02 km2，年增長(zhǎng)率為75.5%。中覆蓋不透水面類型和高覆蓋不透水面類型面積的持續(xù)增加導(dǎo)致極低覆蓋類型和低覆蓋類型面積的持續(xù)減少，其中以極低覆蓋不透水面類型(ISF<0.3)面積的減小最明顯，年降低率為73.01%。

表1 1995—2015年不透水面覆蓋類型面積統(tǒng)計(jì) km2

不透水面變化軌跡直觀地描述了不透水面類型的時(shí)空演替過(guò)程。對(duì)5期不透水面類型圖進(jìn)行疊加運(yùn)算，共得到1 022條變化軌跡，分別對(duì)最終轉(zhuǎn)化為極低覆蓋不透水面類型、低覆蓋不透水面類型、中覆蓋不透水面類型和高覆蓋不透水面類型的軌跡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。其中最終轉(zhuǎn)化為高覆蓋不透水面類型的軌跡有256條，占整個(gè)研究區(qū)面積的21%，最終轉(zhuǎn)化為中覆蓋不透水面類型的軌跡為256條，占整個(gè)研究區(qū)面積的35.32%，最終轉(zhuǎn)化為低覆蓋不透水面類型的軌跡也是256條，占整個(gè)研究區(qū)面積的37.48%，有254條軌跡最終轉(zhuǎn)化為極低覆蓋不透水面類型，但是面積僅占整個(gè)研究區(qū)的6.24%。

圖2顯示了20年來(lái)不透水面類型最終轉(zhuǎn)化的空間格局，可以發(fā)現(xiàn)研究區(qū)城市不透水面空間擴(kuò)張具有明顯的時(shí)空分異特征，體現(xiàn)了廈門(mén)市城市化的地域推進(jìn)過(guò)程。如圖2所示，轉(zhuǎn)化為高覆蓋不透水面類型的軌跡(****4)分布在各個(gè)行政區(qū)的建成區(qū)及周邊，另外3種類型的變化軌跡以圈層結(jié)構(gòu)的形式，隨著時(shí)間的推進(jìn)在空間上不斷遠(yuǎn)離原城區(qū)。軌跡****3毗鄰于軌跡****4，軌跡****2分布在研究區(qū)的最外圍，****1軌跡分散分布在研究區(qū)外圍。

圖2 不透水面變化軌跡圖

3.2 不透水面重心遷移軌跡

不透水面重心變化軌跡可以定量評(píng)估城市擴(kuò)張的方向和距離。首先使用經(jīng)過(guò)預(yù)處理的1983年Landsat MSS影像，選取植被、水體、建筑三類訓(xùn)練樣本，采用最大似然法進(jìn)行監(jiān)督分類，提取城市建成區(qū)，對(duì)分類后的結(jié)果進(jìn)行聚類分析、去除分析等分類后處理。采用隨機(jī)點(diǎn)生成的方式進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，整體精度達(dá)到92.5%，Kappa系數(shù)為0.83。其次，在1995、2000、2005、2010、2015年的不透水面分布圖上分別將提取的1983年建成區(qū)掩膜掉，得到各時(shí)期去除1983年建成區(qū)后的廈門(mén)市不透水面數(shù)據(jù)。再次，基于掩膜后的圖像，分別計(jì)算研究期間廈門(mén)市各區(qū)不透水面空間分布的重心，生成歷年來(lái)不透水面重心變化軌跡，并計(jì)算重心變化距離，定量評(píng)估城市擴(kuò)張的方向和距離。最后，分別以各重心為圓心，以1、2、3、4、5 km為半徑做緩沖區(qū)，計(jì)算各緩沖區(qū)內(nèi)不透水面蓋度的均值，研究不透水面時(shí)空變化特征。

由于廈門(mén)島與島外四區(qū)被海水阻隔，所以以下分別對(duì)廈門(mén)島和島外四區(qū)(海滄區(qū)、集美區(qū)、同安區(qū)和翔安區(qū))分別計(jì)算不透水面重心及其變化軌跡。

1)廈門(mén)島不透水面重心遷移軌跡。廈門(mén)本島包括湖里和思明2個(gè)行政區(qū)，是廈門(mén)市經(jīng)濟(jì)最為活躍的地區(qū)。 1983年，本島的建城區(qū)主要為湖里街道、殿前街道與開(kāi)元街道，其中沿筼筜湖畔分布的開(kāi)元街道為本島當(dāng)?shù)鼐用窦鄣亍Ｗ?980年湖里區(qū)的部分地區(qū)被批復(fù)為經(jīng)濟(jì)特區(qū)后，1984年又將經(jīng)濟(jì)特區(qū)擴(kuò)大至全島，廈門(mén)本島開(kāi)始進(jìn)入經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展時(shí)期。如圖3所示，1995年，本島的重心位于湖里區(qū)呂嶺路附近，2000年稍稍北移0.28 km至江頭公園附近，2005年南移0.31 km至江頭社區(qū)。2010年本島重心往北偏移0.64 km至江頭街道附近，2015年重心稍稍東移0.22 km至江頭社區(qū)。1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年及2010—2015年4個(gè)時(shí)期不透水面重心年遷移距離分別為56 m/年、62 m/年、128 m/年和44 m/年，2005—2010年不透水面重心的年遷移距離最大?？傮w來(lái)看研究時(shí)段內(nèi)，不透水面重心點(diǎn)均穩(wěn)定在湖里區(qū)與思明區(qū)的交界地帶。

圖3 廈門(mén)島重心遷移軌跡

1995—2015年間，從空間上看，各重心點(diǎn)半徑1～5 km范圍內(nèi)，不透水面蓋度均值隨著半徑的增大逐漸降低(表2)。從時(shí)間上看，隨著廈門(mén)市城市化進(jìn)程的推進(jìn)，重心點(diǎn)半徑1～5 km范圍內(nèi)不透水面蓋度均值逐年增大，例如重心點(diǎn)1 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)的不透水面蓋度均值由1995年的73.3%增長(zhǎng)到2015年的80.6%，增長(zhǎng)了7.3%，其中重心點(diǎn)半徑2 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)的不透水面蓋度均值增長(zhǎng)最大，為10.53%。

表2 廈門(mén)島重心緩沖區(qū)內(nèi)不透水面蓋度均值

2)島外四區(qū)不透水面重心遷移軌跡。島外四區(qū)不透水面中心遷移軌跡如圖4所示。海滄區(qū)1995年發(fā)展重心位于新陽(yáng)街道祥露社區(qū)附近，2000年南移0.43 km至惠佐村附近，其原因可能是海滄大橋通車吸引了大量人流聚集，導(dǎo)致海滄街道開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)。進(jìn)入新世紀(jì)，東孚街道憑借其與漳州市角美鎮(zhèn)臺(tái)商投資區(qū)便利的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，工業(yè)建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，故2005年重心向西北方向偏移1.19 km至鼎美村附近；而至2010年，于區(qū)政府附近設(shè)立海滄臺(tái)商投資區(qū)吸引工業(yè)投資能力逐漸顯現(xiàn)，該地區(qū)建設(shè)加速，重心回移1.47 km至惠佐村附近。2015年，廈門(mén)本島由于土地承載力不足，更多的工業(yè)企業(yè)外遷至海滄等地，其重心稍稍北移了0.54 km。1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年及2010—2015年4個(gè)時(shí)期不透水面重心年遷移距離分別為86 m/年、238 m/年、294 m/年和108 m/年，2005—2010年不透水面重心的年遷移距離最大。

圖4 島外四區(qū)不透水面重心遷移軌跡

海滄區(qū)不透水蓋度較高地區(qū)分別為東孚街道、新陽(yáng)街道與海滄街道，三者由西北向東南方向依次分布。海滄街道是區(qū)政府駐地，與廈門(mén)本島隔江相望，地理區(qū)位優(yōu)勢(shì)使其發(fā)展相對(duì)較快。新陽(yáng)街道為海滄區(qū)的老城區(qū)，東孚街道發(fā)展主要是引入工業(yè)投資，發(fā)展較新陽(yáng)與海滄街道慢。如表3所示，1995—2015年間，海滄區(qū)重心點(diǎn)各緩沖區(qū)內(nèi)的不透水面蓋度均值增長(zhǎng)迅速。重心周圍1 km內(nèi)區(qū)域的不透水蓋度均值由1985年的40.3%不斷增長(zhǎng)至2015年的74.1%，增加了33.75%，增幅隨著緩沖區(qū)距離的增大而降低。

1995年集美區(qū)重心位于后溪鎮(zhèn)西井村附近(圖4)。進(jìn)入新世紀(jì)，廈門(mén)本島進(jìn)入快速發(fā)展階段，集聚效應(yīng)凸顯，杏林街道、集美街道借助其區(qū)位優(yōu)勢(shì)建設(shè)加速，重心開(kāi)始不斷南移，到2000年南移1.03 km至后溪鎮(zhèn)下莊附近，2005年重心向東南方向偏移2.63 km至杏林灣附近。2008年，集美大橋通車，城鄉(xiāng)一體化加速，集美街道逐漸成為集美區(qū)的核心，灌口鎮(zhèn)的工業(yè)發(fā)展也有了加速的趨勢(shì)，2010年重心遷移3.64 km至滸井一帶。至2015年，集美街道受限于地區(qū)因素，發(fā)展趨于飽和，灌口工業(yè)區(qū)與杏林工業(yè)區(qū)的人口集聚效應(yīng)加速，重心西移3.16 km至西亭街道附近。1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年及2010—2015年4個(gè)時(shí)期不透水面重心年遷移距離分別為0.206 km/年、0.526 km/年、0.728 km/年和0.632 km/年，2005—2010年間不透水面重心的年遷移距離最大。

由表3可知，1995—2015年間，從空間上看，集美區(qū)各重心點(diǎn)緩沖區(qū)半徑1～5 km范圍內(nèi)，不透水面蓋度均值隨著半徑的增大逐漸降低。從時(shí)間上看，隨著廈門(mén)市城市化進(jìn)程的推進(jìn)，重心點(diǎn)半徑1～5 km范圍內(nèi)不透水面蓋度均值逐年增大，各緩沖區(qū)內(nèi)增幅在9.53%～15.05%之間，其中重心點(diǎn)3 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)的不透水面蓋度增長(zhǎng)最大，為15.05%。

同安區(qū)由于地域原因，與廈門(mén)本島距離較遠(yuǎn)，加之本區(qū)山地較多，交通不便，整體發(fā)展較晚。從其重心演變軌跡(圖4)上看，同安區(qū)1995年重心位于尤厝村附近，2000年重心西移1.18 km至新厝村附近。進(jìn)入21世紀(jì)，大同街道、新民鎮(zhèn)逐漸發(fā)展成為同安主城區(qū)，與此同時(shí)，西柯鎮(zhèn)由于近島的地區(qū)優(yōu)勢(shì)，重心開(kāi)始向西南方向偏移，到2005年重心遷移1.91 km至康潯村，2010年又偏移1.19 km至卿樸村，2015年向西方向偏移3.28 km至西洪塘社區(qū)。1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年及2010—2015年4個(gè)時(shí)期不透水面重心年遷移距離分別為0.236 km/年、0.382 km/年、0.238 km/年和0.656 km/年，2010—2015年間不透水面重心的年遷移距離最大。

表3 島外四區(qū)重心點(diǎn)緩沖區(qū)內(nèi)不透水面蓋度均值

研究時(shí)段內(nèi)，同安區(qū)重心點(diǎn)1～5 km范圍內(nèi)的不透水面蓋度均值整體呈現(xiàn)出“跳躍式”上升趨勢(shì)(表3)。重心1 km范圍內(nèi)的不透水面蓋度均值自1995年的37.1%下降至2000年的30.5%，2005年又上升至47.3%，之后2010年下降至42.6%，并在2015年繼續(xù)上升至55.8%。其他緩沖半徑內(nèi)的變化趨勢(shì)與此類似。由于同安區(qū)前期經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要時(shí)期，區(qū)域政策主導(dǎo)的城市建設(shè)極大地影響了城區(qū)的發(fā)展方向，故各時(shí)期的不透水面重心位移較大，從而導(dǎo)致不透水面蓋度均值的“跳躍式”增長(zhǎng)。

1995年翔安區(qū)不透水面分布重心位于內(nèi)厝附近(圖4)，2000年重心逐漸向西偏移1.1 km至蔡厝。進(jìn)入21世紀(jì)，翔安區(qū)經(jīng)濟(jì)建設(shè)初見(jiàn)成效，加之廈門(mén)本島地區(qū)的集聚效應(yīng)開(kāi)始顯現(xiàn)，新店、馬巷等近島地區(qū)的城市建設(shè)加速，2005年重心繼續(xù)向西偏移2.43 km至馬巷五權(quán)附近，2010年重心北移0.99 km至后亭社區(qū)附近，至2015年，重心向西北方向偏移0.66 km至林柄地區(qū)。4個(gè)研究時(shí)段內(nèi)不透水面重心前移距離分別為0.22 km/年、0.49 km/年、0.2 km/年和0.13 km/年，2000—2005年間不透水面重心的年遷移距離最大。

1995—2015年間，翔安區(qū)不透水面重心1～5 km緩沖區(qū)范圍內(nèi)，不透水面均值除2000年出現(xiàn)下降外，整體保持增大趨勢(shì)(表3)。其原因可能是二十世紀(jì)末，城市建成區(qū)呈現(xiàn)出破碎狀分布，重心位置的分布相對(duì)不穩(wěn)定，導(dǎo)致其重心范圍內(nèi)的不透水面蓋度均值整體的“跳躍”現(xiàn)象，進(jìn)入21世紀(jì)后翔安區(qū)城市建設(shè)開(kāi)始加速，重心逐漸穩(wěn)定，重心范圍內(nèi)的不透水面蓋度均值逐漸上升。同一時(shí)期的不透水面蓋度均值隨著重心緩沖區(qū)的半徑不斷外延呈現(xiàn)出減低的趨勢(shì)。由于改革開(kāi)放初期經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱，區(qū)位發(fā)展優(yōu)勢(shì)不明顯，翔安區(qū)整體發(fā)展較為緩慢。進(jìn)入新世紀(jì)后，廈門(mén)本島經(jīng)濟(jì)發(fā)展受限于地理位置，大量工業(yè)園區(qū)外遷，加之翔安海底隧道的開(kāi)通，廈門(mén)島內(nèi)外一體化政策的支持，廈門(mén)大學(xué)等一批高校入駐也給當(dāng)?shù)貏?chuàng)造了良好的文教氛圍，翔安區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展加速。

4 結(jié)束語(yǔ)

以廈門(mén)市為研究區(qū)，采用1995—2015年間5景Landsat TM/OLI影像數(shù)據(jù)，利用線性光譜混合分解技術(shù)進(jìn)行不透水面遙感估算，引入不透水面變化軌跡定量表征廈門(mén)市不透水面在時(shí)間上的變化特征，通過(guò)不透水面重心分布及其遷移軌跡，剖析不透水面隨城市化的演變特征。研究發(fā)現(xiàn)：

①由于廈門(mén)市行政區(qū)劃被海水分割，不透水面分布比較分散。歷年來(lái)廈門(mén)市各區(qū)不透水面呈現(xiàn)出持續(xù)擴(kuò)張的趨勢(shì)。1995年不透水面高值區(qū)主要集中在各個(gè)行政區(qū)的建成區(qū)，以廈門(mén)本島為中心的城市結(jié)構(gòu)使廈門(mén)島內(nèi)的湖里區(qū)與思明區(qū)不透水面快速增加；2000年不透水面高值區(qū)在1995年基礎(chǔ)上向外擴(kuò)展，廈門(mén)島不透水面擴(kuò)張最突出，島外各區(qū)不透水面呈現(xiàn)出片狀擴(kuò)張；2005年廈門(mén)市進(jìn)入海灣型城市建設(shè)階段，廈門(mén)島不透水面向東擴(kuò)張，島外的海滄區(qū)、同安區(qū)出現(xiàn)簇狀擴(kuò)張，集美區(qū)不透水面高值區(qū)逐漸開(kāi)始片狀聚集式增加；2010年廈門(mén)島內(nèi)城市化從空間擴(kuò)張轉(zhuǎn)向內(nèi)部深入發(fā)展階段，廈門(mén)島除南部與東北部的地區(qū)外不透水面蓋度出現(xiàn)明顯的增大特征，島外各區(qū)發(fā)揮近島優(yōu)勢(shì)，承載本島的城市功能轉(zhuǎn)移，不透水面連成片狀；2015年廈門(mén)本島的不透水面被高值區(qū)占據(jù)，島外各區(qū)不透水面高值區(qū)發(fā)展迅猛，集美區(qū)不透水面高值區(qū)由近島地區(qū)轉(zhuǎn)向集美區(qū)中部擴(kuò)張，翔安區(qū)不透水面蓋度也出現(xiàn)了顯著性增大。

②不透水面變化軌跡表明，高覆蓋不透水面類型和中覆蓋不透水面類型的面積持續(xù)增加，極低覆蓋類型和低覆蓋類型的面積持續(xù)減少。1995—2015年，整個(gè)研究區(qū)面積的21%區(qū)域最終轉(zhuǎn)化為高覆蓋不透水面類型，35.32%的區(qū)域最終轉(zhuǎn)化為中覆蓋不透水面類型，37.48%的區(qū)域最終轉(zhuǎn)化為低覆蓋不透水面類型。不透水面變化軌跡的空間分布直觀體現(xiàn)了20年來(lái)廈門(mén)市城市化的地域推進(jìn)過(guò)程，轉(zhuǎn)化為高覆蓋不透水面類型的軌跡分布在各個(gè)行政區(qū)的建成區(qū)及周邊，另外3種類型的變化軌跡以圈層結(jié)構(gòu)的形式，隨著時(shí)間的推進(jìn)在空間上不斷遠(yuǎn)離原城區(qū)。

③研究時(shí)段內(nèi)廈門(mén)市本島不透水面重心點(diǎn)均穩(wěn)定在湖里區(qū)與思明區(qū)的交界地帶。受島內(nèi)用地條件和自然條件的限制，重心點(diǎn)位置變化不大，遷移距離較小。1995年，本島的重心位于湖里區(qū)呂嶺路附近，2000年北移0.28 km至江頭公園附近，2005年南移0.31 km至江頭社區(qū)。2010年本島重心往北偏移0.64 km至江頭街道附近，2015年重心東移0.22 km至江頭社區(qū)。1995—2000年、2000—2005年、2005—2010年及2010—2015年4個(gè)時(shí)期不透水面重心年遷移距離分別為0.056 km/年、0.062 km/年、0.128 km/年和0.044 km/年。島外4個(gè)區(qū)不透水面重心分別位于其建成區(qū)周邊，4個(gè)時(shí)段內(nèi)重心的遷移距離均大于島內(nèi)相同時(shí)段的遷移距離，其中集美區(qū)4個(gè)時(shí)段內(nèi)的遷移距離均較大，分別為1.03 km/年、2.63 km/年、3.64 km/年和3.16 km/年。同安區(qū)不透水面重心在2010—2015年遷移距離最大，為3.28 km/年，翔安區(qū)在2000—2005年間年遷移距離最大(2.43 km/年)，其他區(qū)均為2005—2010年間遷移聚集最大。1995—2015年間，從空間上看，各重心點(diǎn)緩沖區(qū)半徑1～5 km范圍內(nèi)，不透水面蓋度均值隨著半徑的增大逐漸降低。從時(shí)間上看，隨著廈門(mén)市城市化進(jìn)程的推進(jìn)，重心點(diǎn)半徑1～5 km范圍內(nèi)不透水面蓋度均值逐年增大。

致謝：感謝福建省高等學(xué)校新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃資助項(xiàng)目的資助。