城市土地扩展及其对可持续发展和城市系统的影响
随着全球城市化进程的不断推进，城市土地扩张已经成为推动环境与社会变革的重要因素。然而，城市土地扩张的演变过程及其动态至今尚未得到系统的量化分析。近日，Shengjie Hu 等人发表在《AGU Earth's Future》期刊的研究成果为我们揭示了这一长期未解的难题。该研究通过全球夜间灯光数据，定量分析了29年来全球及13个地区和国家的城市面积统计分布，展示了全球城市土地扩张的“趋同”趋势。
在全球城市化的背景下，这项研究为城市土地扩张的机制、动态以及对城市系统稳定性和居民健康的影响提供了深刻的洞见。🌐💡
英文题目：Statistical Distribution of Urban Area Reveals a Converging Trend of Global Urban Land Expansion
中文译名：城市面积统计分布揭示全球城市土地扩张趋同趋势
发布时间：2024年12月25日
发表期刊：AGU Earth‘s Future
第一作者：Shengjie Hu et al
第一单位：西湖大学
DOI：10.1029/2024EF005130
全球城市系统的面积分布演化
该研究发现，从1992至2020年，全球城市面积分布经历了从幂律分布向指数分布的转变。这一变化反映了全球范围内城市系统结构的逐渐趋同，尤其是在不同地区之间的城市扩张模式上。📊
城市系统趋同的原因
研究表明，这种分布的变化与全球化过程中的外部经济规模效应密切相关。全球化带来了资源和技术的快速流动，使得中等规模城市逐渐取代小型城市，成为城市系统的主导力量。🌍
城市扩张对系统稳定性和健康的影响
随着城市面积分布向指数型发展，城市系统的稳定性和弹性逐渐降低。这种转变导致了城市热岛效应和PM2.5污染的加剧，尤其是中等规模城市暴露在这些环境风险中的可能性显著增加。🌡️
城市面积分布的演变趋势
🧮 从幂律分布到指数分布：全球城市面积分布在过去29年内，逐步从幂律分布向指数分布转变。这一转变不仅是一个统计学现象，也反映了全球城市化进程的深层变化。中等规模城市的崛起成为这一转变的标志。
外部经济规模效应的驱动作用
🌏 全球化与城市化的交汇：外部经济规模效应是推动城市土地扩张趋同的关键因素。随着全球化进程的推进，城市间的经济联系愈加紧密，促进了中等规模城市的发展，进而影响了整个城市系统的结构与分布。
城市系统稳定性与居民健康的挑战
🌡️ 降低城市系统稳定性：分布趋同的过程中，城市系统的稳定性和弹性显著下降。尤其是在中等规模城市中，居民暴露于极端高温事件和空气污染（如PM2.5）中的风险显著增加，这对居民的健康构成了严重威胁。
本研究揭示了全球城市土地扩张在过去29年中的跨尺度趋同演变。随着城市面积分布从幂律转向指数分布，城市系统的结构逐渐趋于同质化，这导致了城市的稳定性和韧性下降。全球化推动的外部经济规模效应被认为是这一变化的主要驱动因素，尤其是在中等规模城市的崛起过程中。与此同时，城市热岛效应和空气污染的加剧，也给城市居民的健康带来了更大的挑战。
为了应对这些问题，研究建议我们在城市规划中更加重视中等规模城市的作用，采取有效的措施来控制热岛效应和PM2.5浓度，特别是在发展中国家的中等城市。总的来说，研究呼吁重新思考当前的城市土地扩张实践，以确保人类的可持续未来。
图1. 为在系统层面研究城市系统而建立的研究框架。
图2. 城镇体系面积分布的演变。
图3. 城市体系变化指标的时间变化。
图4. 全球城市土地扩张的演化过程：统计特征(现象)、潜在机制以及对城市系统及其居民的影响(后果)。
图5. 城市体系变革对城市居民的影响。
表1. 各地区城市结构格局转变。
表2. 1992年至2020年分布函数系数、状态指标和功率谱变量的值变化。
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