沈阳市城市绿色空间时空演化格局及影响因素

《Forests》：Spatiotemporal Evolution Patterns of Urban Green Spaces and Influencing Factors in Shenyang

　　

城市绿色空间是城市生态系统的重要组成部分，在改善城市生态环境和促进城市可持续发展方面发挥着关键作用。本研究旨在量化沈阳市中心城区城市绿色空间的时空演化，并评估其与若干城市发展和社会经济驱动因子之间的关系在时空上的变化。利用ENVI和ArcGIS从遥感影像中提取了2010年、2015年和2020年的城市绿色空间信息。采用空间格局与贡献分析、普通最小二乘回归（OLS）和地理加权回归（GWR）对八个指标——不透水面强度、人口密度、夜间灯光强度、经济密度、产业结构、道路密度、交通可达性和土地利用强度——进行了分析。城市绿色空间面积在2010年、2015年和2020年分别为330.56 km²（23.55%）、344.55 km²（24.55%）和337.32 km²（24.03%），研究期内净增加6.76 km²（2.05%），年均动态度为0.20%。在空间上，绿色空间集中于外围地区，中心城区破碎化，并沿河流廊道显著分布。在α = 0.05水平下，系数层面的OLS结果显示，2010年（标准化β = ?0.184，p < 0.001）和2015年（β = ?0.098，p = 0.005）与不透水面强度呈负相关。2020年，不透水面强度呈现较小的正系数（β = 0.056，p = 0.043），而交通可达性呈现负系数（β = ?0.0556，p = 0.033）。OLS模型的解释力较低，2010年、2015年和2020年的R²值分别为0.034、0.008和0.007，调整R²值分别为0.029、0.003和0.002。GWR局部R²值范围为0.000至0.310，并显示高值区在空间上发生迁移，表明模型解释力存在显著的空间变异。这些发现为沈阳市提供了案例特定证据，并为类似的老工业城市和快速重构城市中空间差异化的绿色空间规划提供了一个可迁移的分析框架。

在全球快速城市化和土地利用格局持续变化的背景下，城市生态空间面临的压力日益显著。城市绿色空间作为城市生态系统的重要组成部分，承担着改善生态环境、缓解热岛效应、维持生物多样性以及提升居民生活质量等多重功能，其数量、质量和空间格局已成为衡量城市生态质量和可持续发展水平的重要指标。然而，随着城市建设用地扩张，绿色空间受到道路交通、住宅开发、产业布局等多重因素的共同影响，空间格局发生着剧烈变动。以往研究多关注绿色空间面积的总体变化，或采用全局模型估计驱动因子的平均效应，这类方法可能掩盖驱动关系在空间上的非平稳性；同时，对于这些关系的方向、强度和空间分布在多个观测年间是否发生变化，关注相对有限。沈阳作为东北老工业城市，正经历产业结构调整、城市外延扩张、建成区再开发和生态修复等过程，对绿色空间产生了相对性的压力，是研究快速重构城市绿色空间响应机制的理想案例。为此，研究人员基于2010年、2015年和2020年的遥感影像和配套数据，系统分析了沈阳中心城区绿色空间的时空演化特征及其与城市开发、社会经济要素的时空关系，研究成果发表在《Forests》。

在技术方法上，研究人员利用ENVI和ArcGIS软件，基于Landsat遥感影像采用最大似然分类法提取城市绿色空间信息，研究区域为沈阳中心城区，面积1403.68 km²。选取不透水面强度、人口密度、夜间灯光强度、经济密度、产业结构、道路密度、交通可达性和土地利用强度八个指标，分别通过贡献分析、普通最小二乘回归（OLS）和地理加权回归（GWR）识别全局和局部关系。所有数据统一至30 m×30 m规则网格，并进行空间化和标准化处理。

### 3.1 城市绿色空间时空分布特征

通过提取2010年、2015年和2020年城市绿色空间信息并开展空间可视化分析，发现研究区绿色空间呈显著的拼块状和不均匀分布特征。绿色空间主要分布于外围地区和河流沿线，东北部和南部边缘地带绿色空间数量多、斑块密度大，存在成片的连续区域；而中心城区绿色空间分布零散，斑块面积小，破碎化特征突出，总体呈现“中心稀疏、边缘密集”的格局。从时间变化看，绿色空间面积呈阶段式而非单调变化：2010年为330.56 km²（23.55%），2015年增至344.55 km²（24.55%），随后2020年略降至337.32 km²（24.03%），全期净增加6.76 km²（2.05%），年均动态度为0.20%。同时，局部扩张和收缩并存，未形成整体一致的方向性变化。

### 3.2 八项指标的单因子影响

#### 3.2.1 八项指标的空间分布特征

对不透水面强度、人口密度、夜间灯光强度、经济密度、产业结构、道路密度、交通可达性和土地利用强度八项影响因子进行空间制图和分析，结果显示各因子均表现出明显的空间异质性。不透水面强度、人口密度、夜间灯光强度、道路密度和土地利用强度在中心城区呈现高值集聚，外围多为低值；经济密度和产业结构的空间分布则表现出更明显的年际变化，其高值区位在三个年份间发生迁移；交通可达性基于公园兴趣点（POI）的网络服务区分析，其服务范围在研究期内逐步扩展，但外围仍有部分区域超出60分钟步行可达范围。

#### 3.2.2 八项指标的贡献特征

通过贡献分析比较各因子对绿色空间分布的相对影响强度，发现土地利用强度、不透水面强度和道路密度的贡献相对较高，表明城市开发强度、硬化表面扩张和道路交通网络对绿色空间格局具有较强的塑造作用；经济密度、产业结构、交通可达性和夜间灯光强度的贡献相对较低，可能通过土地利用方式、建设强度等间接影响绿色空间。从时间维度看，多数因子的贡献在2010—2015年下降，2015年后趋于稳定或小幅回升，反映出中心城区建设格局逐渐稳定后相关因子的约束作用减弱。

### 3.3 城市绿色空间影响因素的空间回归分析

#### 3.3.1 OLS模型结果分析

以绿色空间覆盖率为因变量，八个指标为自变量构建OLS模型。2010年模型整体显著（F(8,1565) = 6.878，p < 0.001），而2015年和2020年模型整体不显著。三个年份模型的解释力均较低，R²分别为0.034、0.008和0.007。系数层面，2010年（标准化β = ?0.184，p < 0.001）和2015年（β = ?0.098，p = 0.005）不透水面强度与绿色空间覆盖率显著负相关，符合硬质表面扩张与植被用地竞争土地的预期；2020年不透水面强度呈较小正系数（β = 0.056，p = 0.043），交通可达性呈负系数（β = ?0.0556，p = 0.033）。空间诊断显示2020年OLS残差存在显著空间自相关（Moran’s I = 0.1254，p < 0.001），空间误差模型（SEM）的AIC最低（4619.71），优于OLS（4690.31），表明对2020年数据有必要显式表示空间依赖。

#### 3.3.2 GWR模型结果分析

GWR模型用于探测局部关系空间非平稳性。三个年份的局部R²值介于0.000至0.310之间，高值区在空间上逐年迁移：2010年高值区主要位于东部和东北部，2015年移至西部和西南部，2020年高值区范围缩小并集中于局部区域。局部系数方向和大小亦存在显著时空差异。不透水面强度在2010年和2015年整个研究区均为负系数，2020年正值占68.1%、负值占31.9%；交通可达性在2010年和2020年以负系数为主，2015年以正系数为主；道路密度从2010年的几乎全负（99.96%）转为2015年和2020年以正为主；土地利用强度则多数年份以正系数为主。这些结果表明影响因素与绿色空间的关系既不空间均匀，也不随时间稳定。

在讨论中，研究人员整合了绿色空间演化的阶段性和空间不均质性，指出本研究的发现与已有关于经济政策影响绿色空间的证据一致，并强调了沈阳外围大斑块与河流廊道的特殊性。同时承认了数据局限性：2010年道路密度使用了2012年近期历史数据作为替代，多源数据统一至30 m网格可能平滑局部变异，且ArcGIS GWR未提供局部标准误，系数图应作为进一步调查和规划审查的探索工具，而非因果处方。研究结论方面，针对三个研究问题，沈阳中心城区绿色空间变化呈阶段性（2010—2015年增加，2015—2020年回落），整体净增2.05%，空间上外围大斑块、中心破碎、沿河连续；OLS模型解释力较低，不透水面强度在2010年和2015年显著负相关，2020年变为小正系数，交通可达性在2020年负相关；GWR揭示了明显的空间非平稳性，高值解释区随时间迁移，变量系数方向随空间和时间改变。据此，假设H1在2010年和2015年获得支持，但并非时间上恒定；H2未获全局模型支持；H3仅获得有限的描述性支持；H4与空间格局一致。总体上，研究建议保护外围大斑块、维持河流廊道连续性，并在中心城区通过见缝插绿等方式缓解破碎化；该分析工作流可迁移至类似的老工业城市和快速重构城市，但具体系数和规划启示具有案例特异性，需结合当地情况进行验证。