21世纪以来新疆城市化演化格局与过程：来自夜间灯光遥感的发现
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刘少阳，陈佐旗，施开放，吴宾，魏冶，王丛笑，黎夏，吴健平，余柏蒗.2022.21世纪以来新疆城市化演化格局与过程：来自夜间灯光遥感的发现.遥感学报（网络首发）：1-17 DOI：10.11834/jrs.20221858.
LIU Shaoyang，CHEN Zuoqi，SHI Kaifang，WU Bin，WEI Ye，WANG Congxiao，LI Xia，WU Jianping，YU Bailang. 2022. The pattern and process of urbanization evolution in Xinjiang since the 21st century：findings from nighttime light remote sensing. National Remote Sensing Bulletin（online）：1-17 DOI：10.11834/jrs.20221858.
01
研究背景
新疆维吾尔自治区作为中国西部战略屏障和向西开放的重要窗口，评估其城市化发展状况对于全国改革发展大局和“一带一路”发展战略具有重要意义。相较于传统研究，夜间灯光遥感已被证明能够对人类活动强度和地区综合发展水平进行更客观、空间尺度更灵活、覆盖范围更广的监测。因此，本研究利用2000~2020年长时序夜间灯光遥感数据，从空间格局与时序演化上综合分析了21世纪以来新疆城市化进程，以深入认识新疆城市化发展的现状与规律。
02
研究方法
本研究主要围绕新疆地区的空间格局、时间趋势和发展均衡性等角度展开。借助标准差椭圆和莫兰指数用于分析地区夜间灯光的空间分布格局以及空间自相关性，采用基于局部加权回归的时间序列分解方法来分析地区长期发展趋势，最后使用夜间灯光发展指数探讨新疆地区社会发展的差异和均衡性。
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研究结果
1）新疆城市化空间格局
从空间分布来看，2000年至2020年，新疆地区不仅变得越来越亮，灯光分布范围也越来越广。并且，新疆地区夜间灯光斑块主要分布在交通干线的节点或沿线附近（图1），在交通线交汇节点处，夜间灯光斑块更大更亮，所属城市的规模也更大。新疆城镇夜间灯光的分布和演化与交通干线具有密切关系，交通基础设施的规划建设对于新疆夜间灯光亮度和经济增长贡献显著。
图1 2020年新疆主要交通线与夜间灯光分布
新疆夜间灯光亮度标准差椭圆(图2)显示，2000年至2020年新疆夜间灯光均呈现“东北—西南”方向的空间分布格局。在西南方向椭圆边界大幅扩张，且椭圆重心也向西南方向逐渐偏移，南疆地区夜间灯光亮度增长势头强劲，南疆地区城市化和社会经济水平呈现加速增长的态势。
图2 新疆夜间灯光标准差椭圆及其重心变化
2）新疆城市化演化过程
新疆及各地市夜间灯光亮度大幅增长，夜间灯光总量由2000年的111655.05 nWcm-2sr-1增加到2020年的592134.50 nWcm-2sr-1，增长了5.30倍。新疆地区夜间灯光总量持续上升，但不同时期上升速率有所不同，按照变化速率可将新疆城市化过程划分为三个阶段：(1)2007年之前的缓慢发展期、(2)2008-2014年间的波动增长期以及(3)2015年之后的加速上升期(图3)：
图3 新疆夜间灯光亮度增长趋势的三个发展阶段。注：(a)为新疆全疆夜间灯光总量时间序列；(b)、(c)、(d)分别为经过时序分解后的趋势项、周期项和随机波动项
同时，本研究发现随机波动项(图3(d))中的关键时间节点与政策扶持、极端气候事件和突发暴力事件有明显关联。
另外，2000年至2020年间新疆城镇地区夜间灯光总量增长了4.10倍，而乡村地区增长了7.60倍，乡村地区的增长幅度远超城镇地区。新疆乡村地区的非线性快速发展模式(图4)，使得新疆城乡发展差距逐渐缩小，进一步促进了新疆城乡协调均衡发展。
图4 新疆城镇和乡村夜间灯光总量的变化
3）新疆城市化发展均衡性
从新疆全域来看，2000年新疆NLDI为0.75，此后20年洛伦兹曲线逐渐向“均衡分布线”靠近(图5)。结果表明21世纪以来新疆夜间灯光分布整体上呈现出均衡化的趋势。
图5 新疆地区夜间灯光洛伦兹曲线及夜间灯光发展指数
2000年至2019年新疆各地市NLDI值，北疆、东疆、南疆整体以及大部分地市NLDI均有降低（图6），社会发展均呈现均衡化趋势。
图6 2000年和2019年新疆各地市夜间灯光发展指数
04
研究结论
基于长时序夜间灯光遥感影像数据，本研究从时间变化趋势、空间分布格局和社会发展均衡性三个维度，全面分析和探讨了21世纪以来新疆地区夜间灯光的演化过程。结果表明：2000年至2020年，新疆吾尔自治区各地区夜间灯光总量呈不同程度的增长。在空间格局上，北疆和东疆城市化发展平稳，而南疆地区发展迅速。在时间演化上，新疆城市化发展过程可以划分为三个发展阶段：缓慢发展期(2007年之前)、波动增长期(2008-2014年)、加速上升期(2015年之后)。2000年至2019年，新疆大部分地区夜间灯光发展指数有所降低，社会发展呈现出均衡化发展的趋势。
总体而言，21世纪以来新疆城市化进程呈现快速且均衡发展的状态。根据本研究分析结果可以看到，今后新疆城市化发展建设仍需把握住政策机遇，继续发挥自身资源和区位优势，进一步加大基础设施建设力度，同时，应统筹布局新疆乡村地区发展蓝图，切实推动新疆乡村地区的全面发展和城乡融合发展。
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作者简介
刘少阳，华东师范大学地理科学学院、地理信息科学教育部重点实验室博士研究生。研究方向为夜间灯光遥感和城市遥感等。
E-mail: syliu@stu.ecnu.edu.cn。
通讯作者：余柏蒗，华东师范大学地理科学学院、地理信息科学教育部重点实验室教授，入选教育部青年人才计划（2018年度）。研究方向包括夜间灯光遥感、城市空间信息遥感分析、城市三维形态遥感等。IEEE高级会员，担任中国地理信息产业协会理论与方法工作委员会副主任委员、教育与科普工作委员会委员，国际数字地球学会中国国家委员会激光雷达专业委员会委员，中国城市规划学会城市规划新技术应用学术委员会委员。获上海市科技进步一等奖、上海市青年五四奖章、高校GIS创新人物等奖励。
E-mail：blyu@geo.ecnu.edu.cn。
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来源：微信号：GISChaser
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