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区域城市化，即以城市群为主体形态的城市化是我国新型城镇化发展战略的主导方向之一。未来20-30年，我国将规划建设23个规模不一、功能不同的城市群。短期且快速的城市化，不仅给城市本身的生态环境带来严重影响，还对城市周边区域产生一定的影响，造成区域性的生态环境问题。因此，如何减小区域城市化对生态环境的影响，成为研究的热点。定量解析我国城市群空间发展模式特征及其演变规律，研究城市群空间发展模式对生态环境的影响具有重要的科学意义，并可为我国区域发展规划与管理提供科学的支撑。 本论文选取京津冀和长三角两个典型城市群为主要研究对象，以生态系统净初级生产力(NPP)为例，定量分析城市群空间扩张模式及其对生态系统的影响。首先，针对分类精度低和效率低的问题，探索了适用于城市群这种大空间范围的土地覆盖分类及变化分析方法。基于这一方法，获取了两大城市群1984年、1990年、2000年和2010年的土地覆盖分类专题图，并从城市群和城市两个尺度，以及城市扩张幅度和速度、城市扩张均衡性和城市空间扩张形态三个方面，定量解析了城市群空间扩张模式。在此基础上，从土地覆盖变化对NPP的影响，城市空间扩张方式引起的景观破碎度变化与NPP的相关关系两个方面，进一步探讨了2000年-2010年区域城市化对生态系统NPP的影响。研究的主要结果和结论如下: (1)本研究提出的新方法——结合回溯和面向对象的分类及变化分析方法，适用于大空间范围的土地覆盖分类及变化分析研究。以遥感影像为基础，该方法将地物的空间几何信息及先验知识用于分类和变化分析，可有效地减少分类错误，分类总体精度从63.99％提高至84.33％。同时，采用回溯的概念，该方法仅对发生变化的区域进行分析，而变化区域占全局影像的比例通常不足20％，因此分类及变化分析的效率得以提高。这种效率的提高对诸如城市群、国家甚至全球这种大空间范围的土地覆盖及变化分析研究非常重要。 (2)京津冀和长三角城市群城市空间扩张模式差异显著。①1984-2010年，京津冀城市群始终保持双中心的格局，而长三角城市群则从单中心转变为多中心的格局。②京津冀和长三角都经历了快速的城市扩张。但城市群内部，城市扩张幅度和速度差异明显。在京津冀城市群内部，大规模城市建设用地扩张幅度和速度远高于中小规模城市。不同规模城市间扩张差异略有增大，相同规模城市间扩张差异略有减小。而长三角内部，中小规模城市与大规模城市相似，具有较大面积和较快速度的建设用地扩张。不同规模和相同规模城市间扩张差异大幅减小，趋于均衡。③空间扩张方式分析结果显示，城市群空间扩张方式与单一城市空间扩张方式规律一致，符合“扩散-合并”原理。发展快速的京津冀城市群以边缘扩张方式为主，发展较为成熟的长三角城市群以边缘扩张和内部填充型为主。随着城市群的发展，城市扩张斑块大小趋于相似。④城市特征对城市空间扩张方式的影响分析显示，城市的城市群归属显著影响城市扩张形态。随着城市规模的扩大，蛙跳型扩张方式占比下降，城市扩张速度的提高，则使边缘扩张方式占比上升。 (3)城市扩张引起的土地覆盖变化导致生态系统NPP显著下降。同时，城市空间扩张会导致景观破碎度的变化，进而影响生态系统NPP，但是不同的城市空间扩张方式，对景观破碎度的影响不同，因而对生态系统NPP的影响也不同。研究结果显示:①京津冀和长三角城市群NPP空间分布分异明显，林地和耕地NPP均值显著高于草地和建设用地NPP均值。虽然总体上，城市群NPP年均值变化稳定，但局部地区变化剧烈。城市原有建成区NPP上升趋势明显，但新增建成区NPP呈显著下降趋势。②2000年-2010年，城市扩张使大量植被覆盖用地转变为建设用地。尤其是耕地，转变面积占新增建设用地面积比分别为83.11％和87.58％。林地、草地和耕地转变为建设用地后，NPP呈显著下降趋势，表明城市扩张对生态系统NPP具有显著的负影响。③边缘扩张型比例的增长导致耕地景观破碎度提高。当控制建设用地面积比后，京津冀及长三角均表现出边缘扩张型面积比与耕地平均斑块大小变化呈显著负相关，与耕地斑块密度变化呈显著正相关。④耕地景观破碎度的提高导致耕地NPP显著下降。景观破碎度变量与NPP的偏相关分析显示，当控制土地覆盖类型面积比后，耕地平均斑块大小与NPP显著正相关，耕地斑块密度与NPP呈显著负相关关系。