多源夜光数据下粤港澳大湾区城市扩张时空演变及其对可持续发展的空间效应研究

《Environmental and Sustainability Indicators》：Spatiotemporal evolution of urban expansion and spatial effect on sustainable development using multi-source night light data: A case study of the Greater Bay Area

　　本研究针对粤港澳大湾区城市扩张与可持续发展关系不明确的问题，通过整合DMSP-OLS和NPP-VIIRS夜光数据（2010-2023年），采用空间杜宾模型(SDM)系统分析城市扩张的时空特征及其空间效应。研究发现大湾区城市扩张速度高于全国平均水平但强度较低，土地利用率欠佳且集聚效应减弱；城市扩张对本地可持续发展具有显著正向促进作用（直接效应0.131*），但对周边城市产生负向空间溢出效应（间接效应-0.023）。研究为湾区土地优化和可持续发展政策制定提供了科学依据，对世界级城市群建设具有重要参考价值。

　　

在全球城市化加速推进的背景下，湾区作为经济集聚的核心区域，其城市扩张模式与可持续发展之间的关系已成为学术界和决策者关注的焦点。粤港澳大湾区（GBA）作为中国最具经济活力的区域之一，在快速城市化进程中面临着土地资源稀缺、生态环境压力增大、区域发展不平衡等多重挑战。尽管已有研究对城市扩张的量化表征和驱动因素进行了探讨，但关于其空间效应对可持续发展的影响机制仍缺乏系统分析，特别是缺乏长期动态追踪和多维度综合评估。

为解决这一科学问题，李江云和陈明宝在《Environmental and Sustainability Indicators》上发表的研究，创新性地整合多源夜光数据与空间计量经济学方法，对粤港澳大湾区11个城市2010-2023年间的城市扩张时空演变特征及其对可持续发展的空间效应进行了深入剖析。研究团队基于DMSP-OLS和NPP-VIIRS卫星夜光数据，通过数据校正和融合技术，构建了长时间序列的城市扩张数据集，克服了传统统计资料口径不一、时效性差的局限性。

关键技术方法包括：（1）夜光数据融合与校正：采用饱和校正法和年际校正法处理DMSP-OLS数据，并以深圳为最大DN阈值基准进行NPP-VIIRS数据连续性校正；（2）城市扩张量化分析：通过扩张速度、强度、紧凑度(BCI)、分形维数(St)和重心迁移等多指标表征空间特征；（3）可持续发展综合评价：基于创新、协调、绿色、开放、共享五大维度构建评估体系，采用熵值法确定指标权重；（4）空间效应分析：构建地理距离空间权重矩阵，运用空间杜宾模型(SDM)解析直接效应、间接效应和总效应。

研究结果显示，大湾区城市扩张呈现显著时空分异特征。2010-2023年间，大湾区城市建设用地面积持续增长，年均增长率达3.25%，远高于全国平均水平的1.73%。扩张速度在2015年和2023年出现峰值，分别为3.82%和3.89%，其中广州、江门和中山在2015年扩张最为迅速，而2023年则表现为江门、珠海和肇庆的快速扩张。值得注意的是，核心城市（广州、深圳）的扩张速度明显放缓，而周边城市（肇庆、江门等）则保持加速扩张态势。

在城市形态演变方面，澳门、东莞、佛山等城市紧凑度(BCI)呈上升趋势，而惠州、江门等城市则有所下降。分形维数(St)分析表明，香港和澳门以填充式扩张为主，深圳、珠海等城市则由填充式向外延式转变。重心迁移轨迹显示，肇庆、江门等城市重心持续向大湾区几何中心移动，广州、深圳等核心城市重心呈现振荡特征，而香港和澳门则向海洋方向迁移。

可持续发展水平评估揭示了大湾区明显的"中心-外围"差异格局。香港、澳门、广州和深圳可持续发展水平显著高于周边城市，最高值为香港2023年的0.7000，最低为肇庆2016年的0.0949。2017年大湾区正式确立后，核心城市与外围城市的发展差距进一步扩大。

空间计量经济学分析结果尤为值得关注。全样本回归显示城市扩张速度(EV)对可持续发展水平(HED)的回归系数为0.262，通过1%显著性检验，表明城市土地扩张对区域可持续发展具有显著促进作用。异质性分析发现，这种影响存在滞后性，且对非核心城市的促进作用更为明显。空间杜宾模型(SDM)回归结果显示，城市扩张的直接效应为0.131，间接效应为-0.023，总效应为0.108，说明本地城市扩张虽能促进自身可持续发展，但未能有效带动周边城市发展，反而可能因虹吸效应产生负向空间溢出。

控制变量分析表明，人力资本(Edu)、政府干预(Gov)和基础设施(Inf)对可持续发展具有正向促进作用，而资本存量(Fde)则呈现显著负向影响，反映出大湾区当前资本配置效率有待提升。

讨论部分深入剖析了研究发现的政策含义。与研究预期不同的是，大湾区核心城市的扩张并未继续促进区域可持续发展，这与传统集聚经济理论相悖，暗示单纯依靠规模扩张的发展模式已面临瓶颈。周边城市如肇庆、江门等的加速扩张，也与以往关于中小城市收缩的预测相反，表明在区域一体化背景下，外围城市仍具有较大发展潜力。

研究建议，大湾区应通过三层次差异化策略推进可持续发展：核心城市重点强化辐射带动功能，促进技术溢出和产业衔接；毗邻城市加强区域合作机制，承接核心城市外溢效应；边缘城市则应注重集约发展，避免无序扩张。特别需要关注的是，应通过政策引导缓解核心城市的虹吸效应，提升资本流动性，加强生态环境监管，促进区域协调发展。

该研究的创新之处在于首次系统揭示了大湾区城市扩张对可持续发展的空间效应机制，突破了传统"土地-经济"二元分析框架，为区域空间规划提供了科学依据。然而，研究也存在一定局限性，如可持续发展指标体系仍需完善，县级尺度分析深度不足等。未来研究可进一步细化空间尺度，加强政策制度因素的量化分析，以更全面把握城市扩张与可持续发展的复杂关系。

这项研究不仅为大湾区土地优化利用和可持续发展提供了重要决策参考，也为全球类似地区的城市群发展提供了有益借鉴。在生态文明建设和高质量发展背景下，科学认识城市扩张的空间效应，对于促进区域协调发展、构建人与自然和谐共生的现代化城市群具有重要理论价值与实践意义。