《Land Use Policy》：Diverse interplay of grey and green space in distinct Asian arid and semi-arid cities
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城市灰色空间与绿地时空演变及规划策略研究——以亚洲干旱半干旱城市为例，提出社会政治稳定性、地形约束和空间格局对绿地影响的差异化机制，并制定四类城市空间优化策略。
赵立峰|田丽|陈继全|王振波|杨子涛|宋晨|马鹏臻
中国科学院地理科学与自然资源研究院生态系统网络观测与建模重点实验室，千烟洲生态研究站，北京100045，中国
摘要
灰色空间（GS）的快速扩张对城市绿地（UGS）的分布和可持续性产生了深远影响，尤其是在水资源稀缺的干旱和半干旱地区。然而，GS与UGS之间的关系及其在不同社会政治和环境背景下的变化仍不甚明了。本研究考察了八个具有不同特征的亚洲干旱和半干旱城市：第一组（兰州、西安；地理受限），第二组（巴格达、德黑兰；受冲突影响），第三组（塔什干、杜尚别；稳定扩张），第四组（贝鲁特、大马士革；小规模）。我们利用城市扩张强度、UGS向GS的净变化等指标，分析了1985年至2022年间GS和UGS的时空动态。随后，我们采用Geodetector和景观指数来评估GS空间格局对UGS的影响。研究结果表明：（1）GS扩张强度取决于土地可用性，而土地可用性受到地形、气候和社会稳定的限制；（2）社会政治稳定性从根本上塑造了城市扩张模式，导致从安全驱动的扩散到政策引导的优化的不同路径；（3）GS对UGS的影响机制存在显著的规模依赖性和区域异质性：在区域尺度上地形起主导作用，而在不同城市中GS配置、社会经济因素及其相互作用则起着不同的作用；（4）提出了针对不同情况的规划策略：对于地理受限的城市采取严格监管和内部优化，对于受冲突影响的城市采用多中心分散式管理，对于稳定扩张的城市进行精细的形态管理，对于水资源稀缺的城市实施三维绿化。我们的发现加深了对GS-UGS动态的理解，并为优化干旱和半干旱城市空间的规划及促进可持续土地利用提供了宝贵见解。
引言
与全球城市化相关的环境可持续性风险日益突出（Abaidoo和Agyapong，2023）。考虑到全球变暖，这给实现联合国第11个可持续发展目标（SDG）带来了挑战，该目标旨在“使城市和人类居住区具有包容性、安全性、韧性和可持续性”。城市绿地（UGS）被认为是城市生态系统的重要组成部分，能够缓解城市化带来的挑战、应对气候问题并促进可持续城市的发展（Roy等人，2012；Maes等人，2016）。然而，城市化导致的灰色空间（GS）持续扩张使得UGS不断压缩（Miller，2012；Haaland和van den Bosch，2015），这可能严重影响UGS提供的生态系统服务效率（Tzoulas等人，2007）。现有研究表明，UGS的空间格局能够影响其生态系统服务功能（Wiens，1995；Fischer和Lindenmayer，2007）以及公民对UGS的公平获取（Chen等人，2022）。在土地使用受限的人口密集城市中，优化UGS的空间配置为提高UGS生态系统服务效率和促进可持续城市发展提供了新途径（Aklibasinda和Ozdarici，2019）。
UGS格局对城市生态系统服务效率的影响是多方面的，包括监管、供应和文化维度（Derkzen等人，2015）。研究表明，UGS的空间配置会影响其对城市环境的降温效果。充足、分布均匀、形状简单规则且连接性强的UGS具有更显著的降温效果（Huang等人，2024；Terfa等人，2020；Estoque等人，2017）。UGS的空间配置——包括其三维结构、冠层覆盖率和空间连通性——通过调节地表径流动态（例如增强渗透、延缓峰值流量和减少总径流量）来影响城市洪水的脆弱性和强度（Razzaghi Asl和Pearsall，2023；Zhuang等人，2025）。改善UGS空间格局的措施，如整体整合和走廊设计，对生物多样性保护有显著效果（Valente等人，2022；Goddard等人，2010）。此外，UGS还被证明对提升个人幸福感、改善健康状况和提升城市形象具有重要意义（Madureira等人，2015；Kondo等人，2018）。然而，在城市扩张过程中，UGS往往成为GS的附属物（Eggimann，2022），这意味着UGS的空间格局在很大程度上由GS决定。揭示GS空间格局如何影响UGS空间格局将有助于优化UGS的空间格局并提高其生态系统服务效率。
关于城市化对UGS影响的研究成果众多。不同城市的城市化对UGS的覆盖率、空间格局、质量和公平性有着不同程度的影响。对于从海洋填海而成的城市（如澳门），城市的扩张将推动UGS的增加（Zhu等人，2023）。在植物难以生长的地区（如干旱和半干旱地区），城市化的初期阶段会促进区域公共绿地的提供，但随着城市化和经济发展的加速，这与公共绿地的提供呈负相关（Chen等人，2015）。在植被丰富的地区，城市化的推进将导致绿地面积逐渐减少（Paramesh，2024；Aklibasinda等人，2019）。特别是在地形适宜的地区（如低海拔和缓坡地区），城市化对UGS的负面影响更为明显，主要表现为其加速转化为灰色空间和碎片化（Siddique等人，2022）。除了影响绿地面积外，城市化还导致UGS斑块数量的增加（Xu等人，2015；Sikuzani等人，2018），使UGS更加破碎和孤立（Liu等人，2021b；Zhang等人，2015），从而导致UGS的质量下降（Jia等人，2024）和服务功能衰退（Peng等人，2024；Jiao等人，2020）。随着人们对UGS重要性的认识不断提高，许多城市采取了绿色政策（Li等人，2024），设计了绿色建筑（Han，2019），规划了生态网络（Huang等人，2021），甚至实施了环境法规（Zhong等人，2022），以增加UGS的覆盖率并减少绿地景观的碎片化。这些研究丰富了我们对城市化与UGS变化之间关系的理解。然而，这些研究仅限于单一城市的研究，缺乏对具有不同特征城市的样本比较。
在全球城市化的浪潮中，城市的形态和结构差异巨大。城市的空间格局不仅受自然条件的限制，还深受社会、经济和文化因素的影响。由于各自独特的历史背景、文化传统、经济发展水平和政策导向，不同国家形成了独特的城市空间格局（Zhong等人，2023）。在不同景观和社会政治背景下，UGS的空间格局也存在差异（Nielsen等人，2017）。这些差异是否以及如何影响GS与UGS之间的关系仍是一个尚未完全解答的科学问题。探索这一未知领域对于理解城市发展的内在逻辑和制定科学合理的城市规划策略至关重要。
干旱和半干旱地区面临着GS与UGS之间更为尖锐的矛盾关系（Yin等人，2021）。由于水资源稀缺，干旱和半干旱地区面临更严重的土地退化风险（Zhao和Li，2021），而城市化引发的城市热岛效应将进一步加剧水资源短缺（Asgarzadeh等人，2014），进一步限制了UGS的发展。在当前气候变暖的背景下，干旱和半干旱地区的城市植被覆盖变化对降水等气候因素更为敏感（Feng等人，2024）。同时，城市环境需要树木提供更多的降温、增湿和遮阳服务以调节气候变化和居民的生活环境。然而，UGS的降温效果在干旱和半干旱地区、半湿润地区以及湿润地区依次增强（Zheng等人，2022）。此外，中纬度温带地区的温度升高幅度显著高于全球平均水平。在没有额外水源的情况下，中纬度地区的干旱和半干旱地区（特别是那些分布在多个国家内的地区）将面临更加严重的水资源短缺。探索GS对亚洲干旱和半干旱地区UGS的影响对于优化这些地区的城市空间格局、提高UGS的质量和服务效率以及促进城市可持续发展至关重要。然而，在亚洲干旱和半干旱地区，GS的空间格局对UGS空间格局的影响尚不清楚。
因此，本研究假设具有不同特征的城市在灰色空间（GS）与城市绿地（UGS）之间的关系存在差异。为了验证这一假设，我们的研究引入了三个关键的新方面：首先，我们采用了一个比较分析框架，将四组城市置于其特定的社会政治和环境背景下，超越了单一城市研究和脱离背景的比较，以揭示不同的城市发展路径。其次，我们利用景观指数和Geodetector分析来定量解读GS空间配置如何直接影响UGS格局，超越了简单的土地覆盖变化叙述。第三，我们特别关注亚洲干旱和半干旱地区，在这些地区，水资源稀缺使得GS-UGS的紧张关系尤为突出，从而填补了城市可持续性研究中的关键地理空白。这种新方法为环境脆弱地区的特定情境城市规划提供了迫切需要的见解。
研究区域
为了分析城市化导致的灰色空间扩张与绿地之间的关系以及不同干旱和半干旱城市之间的差异，案例城市的选取遵循了一个分层的、有目的的抽样框架，包括三个连续步骤：
首先，选择气候区域。为了控制水资源稀缺这一基本的环境限制，研究范围限定在位于亚洲中纬度干旱地区的城市
GS与UGS的差异
2000年之前和之后，八个城市的灰色空间（GS）和绿地（UGS）的变化趋势存在显著差异，第一组、第三组和第四组内的两个城市之间存在一定程度的相似性（图4）。具体来说，在第四组（贝鲁特、大马士革），灰色空间在2000年之前显著增加，之后趋于稳定，而绿地则从2000年之前的减少转变为2000年之后的稳定或缓慢增加。在第三组
综合背景下的GS与UGS的不同变化
通过比较1985年至2022年间四组城市的灰色空间（GS）和绿地（UGS）变化轨迹，本研究确认了这些变化在幅度、方向和空间格局上的显著区域差异。主要发现表明：(1)行政区域不是土地利用变化强度的主要决定因素；相反，可扩展土地资源的总量才是关键限制因素。这扩展了之前的理解，即
结论
本研究系统地分析了1985年至2022年间八个干旱和半干旱城市的灰色空间（GS）和绿地（UGS）的时空动态，揭示了它们相互作用的复杂性和多样性。主要结论如下：
资金来源
本研究得到了中国科学院地理科学与自然资源研究院的支持，项目名称为“中国科学院战略性优先研究计划（项目编号：XDA28060400）”。
CRediT作者贡献声明
赵立峰：写作——审稿与编辑，撰写初稿，可视化，调查，正式分析，数据管理。田丽：写作——审稿与编辑，可视化，监督，资金获取，概念化。陈继全：写作——审稿与编辑，监督，正式分析，概念化。王振波：写作——审稿与编辑，可视化，数据管理。杨子涛：可视化，数据管理。宋晨：数据管理。马鹏臻：数据管理。
写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
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