《Land Use Policy》：Comparative spatio-temporal and morphological analysis of urban growth using local climate zones in southern Chile
编辑推荐：
智利南部三城市基于LCZ框架的30年土地利用动态研究表明，1988-2020年间LCZ9（低层稀疏建筑区）年均增长8%，LCZ8（大型低层建筑区）增长9%，导致农村景观破碎化加剧，但约80%区域保持稳定，为城市扩张评估提供量化依据。
毛里西奥·莫拉莱斯|卡琳·普费弗|王俊|弗朗西斯科·马图拉纳|尼娜·施瓦茨
萨拉戈萨大学地理与国土规划系，佩德罗·塞尔布纳街12号，萨拉戈萨50009，西班牙
摘要
智利南部的城市经历了快速的城市化进程，这对农业用地和原始森林覆盖造成了负面影响，但描述这一变化的数据和文献资料非常有限。本研究采用了局部气候区（LCZ）框架，通过将城市形态和地表特征纳入时空分析，为传统的土地利用和土地覆盖变化研究提供了新的视角。以特木科、瓦尔迪维亚和普埃托蒙特这三座位于智利南部的大城市作为案例研究对象。为了评估基于LCZ的时空变化，我们应用了WUDAPT方法，通过对卫星图像进行视觉解译和监督分类，并结合了转换分析和景观指标。研究结果表明，在30年时间里，与低层建筑和稀疏建筑相关的LCZ类型持续增加。1988/90年至2020年间，LCZ 9（稀疏建筑）和LCZ 8（大型低层建筑）的平均年增长率分别为8%和9%。研究揭示了这些城市中显著的乡村景观变化，包括农田和生态区域的丧失。尽管如此，由于不同类型LCZ的持续存在，约80%的景观仍然保持不变。城市扩张主要发生在小片森林和农业用地上。这些发现有助于通过更清晰地了解中等规模城市的增长模式和碎片化情况，从而改进城市规划。
引言
全球范围内，1960年至2019年间土地利用和土地覆盖的变化改变了17%的土地表面，其中12%仅由单一用途的转变（例如从森林转变为农业用地）造成，5%由多种因素（包括气候和环境因素）共同作用导致（Winkler等人，2021年）。城市内部可利用的土地有限，这迫使新城区向水平方向扩展，同时城市内部也不断进行翻新和垂直延伸，导致建筑密度增加，高生态、社会和经济价值的乡村区域减少（Glaeser，2012年）。总体而言，土地利用变化可能（i）导致自然栖息地的破碎化，进而影响生物多样性及当地生态系统的稳定；（ii）使农业用地转化为城市用地，对粮食安全和农业经济产生冲击；（iii）增加对供水、废物管理、交通和卫生基础设施等基本服务的压力（De Jong等人，2021年）。这些趋势在多个拉丁美洲国家尤为明显，这些国家的城市扩张模式较为分散，农村地区被快速消耗（Smolka和Mullahy，2007年）。联合国可持续发展目标（SDGs）特别关注这些问题，尤其是目标11.3.1和15.1，它们分别涉及土地消耗、保护、恢复以及陆地生态系统的可持续利用（Melchiorri等人，2019年；联合国，2015年）。Nuissl和Siedentop（2021年）指出了过去十年欧洲在这一问题上的关注度提升，地区决策者和政策制定者越来越重视理解城市增长和土地利用变化的动态，以便采取相应的控制和策略（Nuissl和Siedentop，2021年）。
在智利，特别是在中部和南部地区，过去三十年的土地利用和土地覆盖变化表现为城市进程迅速侵蚀农业用地和原始森林（Echeverría等人，2007年；Echeverría等人，2011年）。智利南部某些地区的森林砍伐率高达每年5.4%，是近几十年来拉丁美洲最高的之一（Echeverría等人，2006年）。智利城市的持续城市化导致靠近建成区的农村土地被分割，促使分散的人类居住点在缺乏城市规划的情况下不断扩散（Allard和Correa，2022年；Zunino和Hidalgo，2009年）。目前，智利的城市和国土政策尚未能够全面描述和量化该国过去和当前的土地利用及土地覆盖变化（Allard等人，2022年）。
迄今为止，研究智利城市城市化进程的综合性方法主要集中在个别城市区域，而非多个城市之间的比较。例如，Henríquez等人（2023年）分析了瓦尔帕莱索大区基洛塔省30年间高农业和林业价值区域的新型城市化压力，发现这些地区的中小城市之间存在城市扩张与城乡农业用地及自然保护区之间的冲突。Maturana等人（2021年）对特木科-帕德雷拉斯卡萨斯城市群的研究表明，1985年至2017年间新城区的发展较为集中，且靠近智利现行法律规定的高生态和文化价值区域。
仅依靠非建成区或建成区的二分类方法不足以全面理解城市密集化现象（Talukdar等人，2020年）。实际上，还需要考虑建筑高度以及建成区与其他土地覆盖类型（如绿地）的分布关系。局部气候区（LCZ）（Stewart和Oke，2012年）就是这样一种分类方法。LCZ最初用于描述具有代表性的城市气候单元，现在也被应用于城市规划和设计（Bechtel和Daneke，2012年）、灾害管理（Yang等人，2024年）以及生态和生物多样性研究（Liu等人，2025年）等领域。虽然已经开发了全球范围的LCZ地图（Demuzere等人，2022年），但不同地区仍需根据本地情况制定相应的分类方案。
目前，LCZ框架已在世界多个地区得到应用（Huang等人，2023年）。在拉丁美洲城市研究中，Colli等人（2020年）、Romero等人（2015年）和Smith等人（2021年、2023年）的研究尤为值得关注，它们展示了该方法在监测城市形态变化方面的有效性。然而，这些研究主要针对大型或都市型城市，而对中等规模城市的研究较少。目前对智利中等规模城市的城市化监测仍依赖于二分类方案，未充分考虑城市化前的土地覆盖类型（如大面积森林和农业用地）（Henríquez等人，2023年）。
因此，本研究的目的是利用LCZ框架对智利中等规模城市的建成形态和地表特征进行时空分析。通过使用像LCZ这样的详细且一致的土地覆盖分类方法，可以揭示不同时间段内智利城市化模式的差异和共性，为基于对中等规模城市快速增长的深入理解和量化基础上的国土规划和城市管理提供科学依据。
为了指导本研究，我们提出了一个核心问题：这三座中等规模城市的城市增长模式和乡村地区碎片化过程随时间如何演变？我们通过两个具体研究问题来探讨这一现象：1）过去30年里特木科、瓦尔迪维亚和普埃托蒙特这三座城市的城市区域发生了怎样的时空变化？2）这种变化如何影响景观结构（包括其碎片化程度）？我们通过应用LCZ并进行空间分析来回答这些问题。
本研究以智利南部的特木科、瓦尔迪维亚和普埃托蒙特三座城市作为案例研究对象。先前的研究表明，过去30年里这些城市的城市化进程加速，导致农业用地和生态价值区域的丧失，进而加剧了区域景观的碎片化（Marchant等人，2023年；Maturana等人，2021年；Morales和Maturana，2022年）。
本文结构如下：第2节介绍研究区域和方法论框架；第3节展示分析结果；第4节详细讨论结果及其意义；第5节探讨研究的局限性及未来研究方向；第6节总结研究的主要结论。
研究区域
本研究聚焦于智利南部的城市及其周边地区，包括特木科、瓦尔迪维亚和普埃托蒙特（图1和表1）。根据国家统计局（Instituto Nacional de Estadísticas，2017年）的人口普查数据，特木科和瓦尔迪维亚的城市人口比例相似，而普埃托蒙特的城市人口比例略低（表1）。从面积上看，特木科的城市面积最大。
结果
在介绍三个案例研究中每个时间步长的LCZ结果（3.2节）之前，首先展示了所有地图的验证结果（3.1节）。第3.3节将研究结果归纳为LCZ的演变轨迹和强度，第3.4节分析了景观指标的变化动态。
LCZ分类技术及其地图的准确性
本研究采用LCZ方法对特木科、瓦尔迪维亚和普埃托蒙特的土地利用和土地覆盖进行分类，通过实地调查和文献回顾确定了九个相关类别，并将其与住宅、工业和农业等土地利用类型相对应。使用WUDAPT方法制作的1988/1990年、2005年和2020年的LCZ地图具有较高的准确性，但由于中等规模城市的复杂性，不同类别的准确率存在差异。Landsat卫星的30米分辨率给分类工作带来了一定挑战。
结论
本研究基于WUDAPT方法分析了1988年至2020年间智利三座城市的LCZ变化。从概念上讲，LCZ方法有助于将地理空间划分为城市类别（LCZ 1–9）和农村类别（LCZ A–G）。在较长时间跨度（超过30年）内观察发现，LCZ的碎片化过程表现为边缘密度和农业用地（LCZ D）斑块密度的增加。
作者贡献声明
毛里西奥·莫拉莱斯：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论设计、研究实施、资金筹集、数据分析、概念构建。卡琳·普费弗：撰写——审稿与编辑、验证、监督、概念构建。王俊：撰写——审稿与编辑、验证、监督、概念构建。弗朗西斯科·马图拉纳：撰写——审稿与编辑、验证、监督、项目管理、概念构建。尼娜·施瓦茨：撰写——审稿与编辑
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益冲突或个人关系。
致谢
本研究得到了智利国家研究机构（ANID）FONDECYT的资助（资助编号：1230159）。特别感谢萨拉戈萨大学地理与国土规划系的Severino Escolano-Utrilla教授提供的宝贵意见和帮助。
