何曉龍，陳佩杰，莊 潔，翁錫全，林文弢，全明輝

1 前言

1937年，城市規(guī)劃學(xué)者Earle Draper最早使用“蔓延（sprawl）”一詞，用來形容城市過度擴(kuò)張對(duì)交通以及人們經(jīng)濟(jì)收入等的影響［52］。1958年，Whyte首次提出“城市蔓延（Urban sprawl）”一詞，他對(duì)城市蔓延的定義側(cè)重于城市的空間形態(tài)［61］。隨著研究的深入，城市蔓延的定義也在不同時(shí)期被賦于了特定的含義。Gotmann［37］在1964年認(rèn)為，蔓延是大城市邊緣地區(qū)不斷向鄉(xiāng)村轉(zhuǎn)化的過程，而Downs等［21］在1994年提出，城市蔓延是一種過度的郊區(qū)化現(xiàn)象。近年來，“城市蔓延”一詞的定義強(qiáng)調(diào)了城市低密度擴(kuò)張這一現(xiàn)象［56］。目前，許多研究將城市蔓延解釋為城市的急速擴(kuò)張導(dǎo)致的低密度郊區(qū)開發(fā)、居民日常出行過度依賴機(jī)動(dòng)交通、土地利用無序分割與功能單一、蛙跳式開發(fā)以及中心區(qū)衰退等現(xiàn)象［22，48］。城市蔓延除帶來一系列的生態(tài)、交通等問題，對(duì)城市居民的體力活動(dòng)也存在諸多不利的影響。許多研究顯示，蔓延度大的城市居民體力活動(dòng)活躍的比例要低于緊湊型發(fā)展的城市［26－28］。對(duì)于青少年的研究也取得了相同的結(jié)論，如一份針對(duì)加拿大33個(gè)城市7 017名青少年的研究顯示，城市蔓延指數(shù) （Sprawl Index）與12～15歲青少年的積極性交通行為和日常中到大強(qiáng)度的體力活動(dòng)顯著相關(guān)［60］；另一份研究通過對(duì)799名青少年佩戴加速度計(jì)測(cè)量其體力活動(dòng)量，同時(shí)，通過地理信息系統(tǒng) （GIS）測(cè)定其居住地附近的土地利用特征，分析后發(fā)現(xiàn)，低密度的土地利用對(duì)青少年體力活動(dòng)量存在顯著的消極影響［53］。城市蔓延對(duì)青少年體力活動(dòng)的影響是近年來剛剛興起的領(lǐng)域，現(xiàn)有的研究很難對(duì)各項(xiàng)地理特征如何影響青少年體力活動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)分析，大多數(shù)研究只對(duì)其中的部分影響路徑進(jìn)行了探討。針對(duì)當(dāng)前的研究背景和發(fā)展趨勢(shì)，需要對(duì)影響青少年體力活動(dòng)的蔓延地理信息指標(biāo)進(jìn)行深入分析 ，使今后該領(lǐng)域的研究更為科學(xué)與合理。因此，本研究對(duì)國(guó)內(nèi)、外有關(guān)城市蔓延定量測(cè)度、城市蔓延與青少年體力活動(dòng)關(guān)系的研究文獻(xiàn)進(jìn)行歸納與分析，對(duì)影響青少年體力活動(dòng)的地理信息指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分類，為今后該領(lǐng)域的研究提供適宜的借鑒和參考。

2 城市蔓延對(duì)青少年體力活動(dòng)的影響

2.1 城市蔓延的地理特征

城市蔓延導(dǎo)致了一系列的社會(huì)問題，包括公平性問題、環(huán)境污染與公共健康問題、農(nóng)業(yè)用地減少問題、景觀生態(tài) 與 美學(xué) 問 題 、經(jīng) 濟(jì) 發(fā) 展 問 題 、交 通 問 題 等［14，43，54］。 不 同國(guó)家與地區(qū)的城市蔓延表現(xiàn)出的地理特征變遷不盡相同，因此，我們需要對(duì)城市蔓延的地理特征進(jìn)行系統(tǒng)闡述與認(rèn)知。不同國(guó)家與地區(qū)的城市蔓延的表現(xiàn)特征不盡相同，目前還沒有絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)。不同的歷史時(shí)期，人們對(duì)城市蔓延的特征描述也有所不同。早期對(duì)城市蔓延的理解為一種郊區(qū)向周邊土地?cái)U(kuò)展的現(xiàn)象，并沒有涉及人口、住宅和交通等，甚至沒有過多地考慮城市的空間形態(tài)［21，49］。隨著研究的深入，逐漸從城市空間形態(tài)如蛙跳式開發(fā)、城市形態(tài)軸向式發(fā)展，以及人口、居住密度等方面全面和系統(tǒng)地對(duì)城市蔓延特征進(jìn)行了描述與分析［2］。近年來，隨著人們對(duì)汽車使用的過度依賴以及許多城市出現(xiàn)的中心區(qū)衰退、商業(yè)的帶狀式開發(fā)等現(xiàn)象，目前對(duì)城市蔓延特征較為經(jīng)典的表達(dá)為過度依賴機(jī)動(dòng)交通、土地利用無序分割與功能單一、蛙跳式開發(fā)以及中心區(qū)衰退等方面［35，48］。結(jié)合當(dāng)前有關(guān)城市蔓延地理特征研究，本研究將城市蔓延的地理特征類型進(jìn)行了歸納，包括就業(yè)崗位分布、土地開發(fā)密度、土地利用特征與功能、城市擴(kuò)張形態(tài)、城市道路布局、空間通達(dá)性、步行可及性以及景觀格局等［5，10］。各類型的地理特征通過不同的關(guān)系路徑都可能會(huì)不同程度地對(duì)青少年體力活動(dòng)產(chǎn)生影響，現(xiàn)將經(jīng)過歸納的8類城市蔓延的地理特征用字母A至H進(jìn)行編碼，各特征類型又對(duì)應(yīng)地衍生出多個(gè)地理信息指標(biāo)及其相對(duì)定義（表1）。

表1 城市蔓延影響青少年體力活動(dòng)研究的相關(guān)地理信息指標(biāo)一覽表Table 1 Relative Geographic Information Indicators in Study of Urban Sprawl Influence Adolescent Physical Activity

續(xù)表1

2.2 城市蔓延對(duì)青少年體力活動(dòng)影響的相關(guān)研究

城市蔓延對(duì)青少年體力活動(dòng)影響的研究是在城市環(huán)境與青少年體力活動(dòng)關(guān)系研究基礎(chǔ)上的新起點(diǎn)。從現(xiàn)有研究看，雖然城市環(huán)境與青少年體力活動(dòng)關(guān)系的研究所采用的研究方法很多，研究結(jié)果也不盡相同，但總體上看，都是基于環(huán)境行為學(xué)理論模型，探討城市環(huán)境感知對(duì)青少年體 力活 動(dòng) 的 影 響［18，39，42］。 如 較 早 前 Sallis［58］（1993）的 研 究發(fā)現(xiàn)，4歲兒童體力活動(dòng)量以及戶外活動(dòng)時(shí)間與住所附近的康樂場(chǎng)所（運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、公園、游樂場(chǎng)）的分布有關(guān)。又如近期Santos［59］（2009）對(duì)1 124名葡萄牙青少年進(jìn)行體力 活動(dòng)問卷調(diào)查以及鄰里環(huán)境評(píng)價(jià)的研究發(fā)現(xiàn)，附近有小伙伴玩耍、附近有娛樂活動(dòng)設(shè)施等能促進(jìn)青少年體力活動(dòng)量。城市蔓延強(qiáng)調(diào)城市發(fā)展中由于不合理的規(guī)劃與發(fā)展過程，導(dǎo)致城市環(huán)境的不合理變遷對(duì)青少年體力活動(dòng)所產(chǎn)生的負(fù)面影響。與之前的城市環(huán)境研究相比，一個(gè)突出的方面是對(duì)數(shù)據(jù)的要求更為全面與綜合，許多研究中，衡量城市蔓延度的“城市蔓延指數(shù)”一般都由多項(xiàng)地理信息指標(biāo)組成［25，60］。此外，在研究的設(shè)計(jì)上它強(qiáng)調(diào)城市空間不合理的動(dòng)態(tài)演變對(duì)青少年體力活動(dòng)的消極影響。如Ewing［25］等基于1997年至2003年的美國(guó)國(guó)家青少年縱向調(diào)查數(shù)據(jù)（NLSY）以及自然資源調(diào)查數(shù)據(jù)（NRI），選取總?cè)丝诿芏取⒔值揽杉靶缘?項(xiàng)指標(biāo)組合成綜合“蔓延指數(shù)”與青少年體力活動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了分析研究。而對(duì)于研究目的最終取向，則明確了應(yīng)用規(guī)劃設(shè)計(jì)手段來進(jìn)行干預(yù)，營(yíng)造出適宜青少年戶外活動(dòng)的城市空間的必要性，Krizek［46］等就針對(duì)城市蔓延對(duì)青少年體力活動(dòng)所產(chǎn)生的消極影響，提出了一套系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)干預(yù)策略。目前，針對(duì)城市蔓延與青少年體力活動(dòng)關(guān)系的研究多以綜合的蔓延指數(shù)出現(xiàn)，為了更好地理解各項(xiàng)地理信息指標(biāo)與青少年體力活動(dòng)的關(guān)系，本研究列舉了與各城市蔓延地理信息指標(biāo)相匹配的城市環(huán)境與青少年體力活動(dòng)關(guān)系的研究。表2顯示，城市環(huán)境與青少年體力活動(dòng)關(guān)系的研究是對(duì)城市蔓延影響青少年體力活動(dòng)的各地理信息指標(biāo)的論證，而城市蔓延與青少年體力活動(dòng)研究是城市環(huán)境與青少年體力活動(dòng)關(guān)系研究基礎(chǔ)上的綜合。

表2 與各地理信息指標(biāo)匹配的城市環(huán)境與青少年體力活動(dòng)關(guān)系的研究一覽表Table 2 Relationship Studies between Built Environment and Adolescent Physical Activity Which Corresponding to Each Indicator of Geographic Information

續(xù)表2

續(xù)表2

3 城市蔓延的定量測(cè)量方法

3.1 傳統(tǒng)測(cè)量法

城市蔓延對(duì)青少年體力活動(dòng)影響研究的地理信息指標(biāo)分析有賴于城市蔓延定量測(cè)量技術(shù)與方法的進(jìn)步?！俺鞘新印币辉~源于西方城市規(guī)劃學(xué)界對(duì)城市急速擴(kuò)張導(dǎo)致的低密度郊區(qū)開發(fā)、居民出行過度依賴機(jī)動(dòng)交通、土地利用無序分割與功能單一、蛙跳式開發(fā)以及中心區(qū)衰退等現(xiàn)象的描述［26，48］。在國(guó)內(nèi)系統(tǒng)引進(jìn)城市蔓延理論之前，部分學(xué)者使用一些城市空間形態(tài)定量測(cè)量方法來度量城市的急速擴(kuò)張［3，7］。與城市空間形態(tài)定量測(cè)量相比，城市蔓延定量測(cè)量除考慮城市空間形態(tài)外，交通、人口、居住與就業(yè)等也是其衡量的重要方面［1，52，61］。此外，從城市街道布局、空間通達(dá)性和步行可及性等地理特征看，城市蔓延的研究還注重對(duì)居民出行影響的分析。目前，城市蔓延定量測(cè)量的方法大致包括傳統(tǒng)測(cè)量法、單指標(biāo)測(cè)量法和多指標(biāo)綜合測(cè)量法，其中，傳統(tǒng)測(cè)量法包括分形維度測(cè)量、美學(xué)程度測(cè)量等［1，32］。分形維度測(cè)量理論認(rèn)為，相比于蔓延度大的城市，緊湊型或經(jīng)過精明增長(zhǎng)管理的城市，其建成區(qū)外周周長(zhǎng)與建成區(qū)面積之比必然較?。▓D1），度量公式見表3中的Z6。美學(xué)程度測(cè)量理論認(rèn)為，緊湊型發(fā)展的城市建成區(qū)表面如道路、草坪、湖面混合分布，尤其是不同高度的建筑等非勻質(zhì)化造成對(duì)陽(yáng)光反照率的差異較大，而蔓延的城市空地多，土地利用多樣性低等勻質(zhì)化地表特征對(duì)陽(yáng)光反照率的差異較小，利用航拍取得的數(shù)字照片進(jìn)行計(jì)算，則可反映城市的蔓延程度，度量公式見表3中的Z7。此外，由表1可知，城市蔓延地理特征中，空間通達(dá)性包括學(xué)校通達(dá)性、公共空間通達(dá)性、體育設(shè)施通達(dá)性、地鐵／公交站通達(dá)性等，而步行可及性則包括了學(xué)校步行可及性、體育設(shè)施可及性、地鐵／公交站可及性和公共空間可及性。Handy［38］采用了重心度量和效率度量這兩種可及性綜合測(cè)量法對(duì)空間通達(dá)性和步行可及性以一個(gè)出行機(jī)會(huì)選擇集概念進(jìn)行了描述，本研究將Handy的出行機(jī)會(huì)選擇集模型作為地理信息指標(biāo)中街道可及性指標(biāo)（E4）的定量表達(dá)方法（度量公式表5中的E4）。

3.2 單指標(biāo)測(cè)量法

分行維度測(cè)量、美學(xué)程度測(cè)量以及城市可及性測(cè)量大都從城市空間形態(tài)測(cè)量發(fā)展而來，但許多學(xué)者認(rèn)為，適宜定量測(cè)量城市蔓延的指標(biāo)應(yīng)具備獨(dú)立性、客觀性、利于推廣的特點(diǎn)，一些簡(jiǎn)便易行的單指標(biāo)測(cè)量法隨之被提出并得到了應(yīng)用［8，48］。早期的城市蔓延的單指標(biāo)定量測(cè)量法一般基于人口或居住密度特征，如1998年Sierra Club推出的城市蔓延指數(shù)表達(dá)方法就以一段時(shí)間內(nèi)中心區(qū)的居住密度變化值與該時(shí)期內(nèi)郊區(qū)居住密度變化值之比來表達(dá)［62］。1999年，Pendall用一段時(shí)期內(nèi)某城市（區(qū)域）的人口增加量與同時(shí)期該城市（區(qū)域）新增土地面積的比值來衡量城市蔓延度［56］。USA Today在2001年應(yīng)用自己的測(cè)量方法對(duì)美國(guó)一些城市或地區(qū)進(jìn)行了蔓延程度的測(cè)量與評(píng)價(jià)［51］。Kahn［45］在2001年用城市蔓延水平建立城市住房消費(fèi)力的回歸方程中，對(duì)城市蔓延水平以城市中心區(qū)10mi.范圍外的工作崗位百分比進(jìn)行測(cè)量。本研究將Kahn的測(cè)量方法作為地理信息指標(biāo)中居?。蜆I(yè)平衡性（A1）這一指標(biāo)的定量表達(dá)方法（表5）。Lopez等［48］在2000年對(duì)全美176個(gè)城市和地區(qū)的蔓延度測(cè)評(píng)研究中，本著指標(biāo)的便于測(cè)量、可應(yīng)用、客觀性、不受規(guī)模影響的原則，借鑒Coulter等于1989年提出的城市蔓延指數(shù)應(yīng)可定義、解釋和簡(jiǎn)便性原則，利用城市或地區(qū)高、低密度居住區(qū)域人口比例的差異，提出了著名的“城市蔓延指數(shù)”，隨后被許多研究所應(yīng)用。此外，Bertau［11］1999年在對(duì)世界35個(gè)城市的人口分布特征的研究中提出了“緊湊指數(shù)”（Compactness Index）這一概念，指從每個(gè)居住地到城市中央商務(wù)區(qū)（CBD）的平均距離和具有同等面積、人口分布均勻的圓柱形理想化城市模型平均距離之比。此外，Yu－Hsin Tsai［65］2005年則依據(jù)城市區(qū)域的人口密度和區(qū)域數(shù)量提出了相對(duì)熵的概念。

圖1 分形維度理論模型示意圖Figure 1. Theory Model of Fractal Dimension（引自 Frankhauser［32］，2004）（from Frankhauser［32］，2004）

3.3 多指標(biāo)綜合測(cè)量法

單指標(biāo)的城市蔓延定量測(cè)量方法有其局限性，為此，許多研究城市蔓延的學(xué)者提出了更為客觀與全面的多指標(biāo)綜合測(cè)量法。目前，在城市蔓延領(lǐng)域的多指標(biāo)綜合測(cè)量方法較著名的有 Galster法（2001）［35］、Ewing法（2002）［26］、Yan Song法 （2004）［64］以 及 Frenkel法 （2004）［33］等。2001年，Galster和 Hanson等人使用密度（Density）、延續(xù)性（Continuity）、居住與就業(yè)密度（Concentration）、集中度（Centrality）、集群度（Clustering）、成核度（Nuclearity）、混合性（Mixed Use）和接近度（Proximity）共8項(xiàng)維度的總分對(duì)美國(guó)13個(gè)城市和地區(qū)進(jìn)行了蔓延度的評(píng)價(jià)與排序［35］。與Galster法未對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行有效性和權(quán)重分析這一局限性相比，Ewing等人做出了較大的改進(jìn)。受美國(guó)“精明增長(zhǎng)”組織的委托，Ewing［26］和他團(tuán)隊(duì)對(duì)美國(guó)95個(gè)城市蔓延度的測(cè)量中，首先，對(duì)前人研究城市蔓延所涉及的地理信息指標(biāo)進(jìn)行綜合，羅列出22項(xiàng)指標(biāo)，通過主成分分析從22項(xiàng)因素（指標(biāo)）中提取出4個(gè)主因子，歸納為密度因子（7項(xiàng)因素）、土地混合利用因子（6項(xiàng)因素）、中心因子（6項(xiàng)因素）和街道可及性因子（3項(xiàng)因素）；隨后，對(duì)4個(gè)主因子的各因素進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量，各因素測(cè)量分?jǐn)?shù)相加得到主因子總分，對(duì)95個(gè)城市的4個(gè)主因子總分依據(jù)該地區(qū)的人口量進(jìn)行表準(zhǔn)化處理后為該主因子的得分，接著對(duì)4個(gè)主因子標(biāo)準(zhǔn)化后的得分相加后再次進(jìn)行人口量的標(biāo)準(zhǔn)化處理，最后得到該城市的蔓延指數(shù)。Ewing等人在研究中認(rèn)為，各指標(biāo)并不存在指標(biāo)權(quán)重大小的問題，但應(yīng)該考慮指標(biāo)測(cè)量中的各相同面積測(cè)量區(qū)域人口數(shù)量的差異問題，使用標(biāo)準(zhǔn)化處理差異即可。而Frenkel［33］的研究則將主成分分析中載荷量（loadings）作為人口密度、城區(qū)不規(guī)則度、碎裂度以及土地利用特征等13項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重加權(quán)處理得到各城市蔓延綜合得分。目前，城市定量測(cè)量研究除上述方法外，許多學(xué)者還根據(jù)特定的研究目的提出了特定的定量測(cè)量方法，如Davis［19］關(guān)注蔓延中綠地變化的測(cè)量法以及Yan Song［64］關(guān)注街道設(shè)計(jì)布局和道路系統(tǒng)的測(cè)量方法等。

4 城市蔓延地理信息指標(biāo)選取的一些準(zhǔn)則

科學(xué)合理地進(jìn)行城市蔓延影響青少年體力活動(dòng)研究的地理信息指標(biāo)選取是研究城市蔓延與青少年體力活動(dòng)關(guān)系的前提，因此，需遵循一定的選取原則和方法。Jaeger［44］（2010）認(rèn)為，適宜作為城市蔓延的定量測(cè)量指標(biāo)應(yīng)遵循以下原則：1）數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單；2）直觀易懂；3）溫和的數(shù)據(jù)要求；4）對(duì)城市小斑塊的低靈敏度（針對(duì)傳統(tǒng)測(cè)量法與單指標(biāo)等量法）；5）不同規(guī)模城市應(yīng)用的一致性；6）不同距離的兩斑塊規(guī)模分析的一致性；7）不同區(qū)域、地點(diǎn)分析的獨(dú)立性；8）重點(diǎn)區(qū)域的與整體區(qū)域分析的一致性；9）區(qū)域的可添加性等。Jaeger給出的指標(biāo)選取原則是一種較理想的模式，實(shí)際應(yīng)用中，多數(shù)研究未能做到此類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)當(dāng)前的一些研究，本研究列出了5條城市蔓延與青少年體力活動(dòng)關(guān)系研究中地理信息指標(biāo)選取的準(zhǔn)則：

1.對(duì)于從整體分析城市蔓延對(duì)青少年體力活動(dòng)影響（如不同城市或地區(qū)橫向、縱向?qū)Ρ龋┑难芯浚繙y(cè)量指標(biāo)可從傳統(tǒng)測(cè)量法與單指標(biāo)測(cè)量法中選?。╖1－Z7）。

2.如數(shù)據(jù)和研究條件允許，盡可能選取多項(xiàng)地理信息指標(biāo)進(jìn)行定量測(cè)量（根據(jù)表1的各項(xiàng)地理信息指標(biāo)，對(duì)適宜作為指標(biāo)定量表達(dá)的方法進(jìn)行了匹配，表5）。

3.選取的多項(xiàng)地理信息指標(biāo)，盡可能分布在各類型地理特征中，其中，密度、土地利用、形態(tài)和道路是主要特征。

4.研究青少年不同體力活動(dòng)類型，指標(biāo)選取應(yīng)有選擇性和側(cè)重點(diǎn)，如分析出行方式、交通體力活動(dòng)時(shí)，可及性、道路布局等是重要指標(biāo)，而分析閑暇時(shí)間體力活動(dòng)，居住密度、通達(dá)性和景觀格局是重要的指標(biāo)?？赡芘c各地理信息指標(biāo)聯(lián)系較大的體力活動(dòng)類型見表4。

5.根據(jù)不同研究目的，可靈活選取指標(biāo)，如研究鄰里環(huán)境、交通環(huán)境（不考慮城市擴(kuò)張或蔓延）對(duì)青少年體力活動(dòng)的影響，可選取相匹配的指標(biāo)進(jìn)行應(yīng)用。

表3 城市蔓延的部分傳統(tǒng)、單指標(biāo)定量測(cè)量方法匯總一覽表Table 3 Part Methods of Traditional and Single－Indicator Quantitative Measurement

表4 可能與各地理信息指標(biāo)聯(lián)系較大的體力活動(dòng)類型一覽表Table 4 . Physical Activity Types that Have Certain Degree Correlate to Each Indicator of Sprawl Characteristics

表5 適宜作為各地理信息指標(biāo)定量表達(dá)的方法匯總一覽表Table 5 Summary on Suitable Quantitative Expression Methods for Each Geographic Information Indicators

續(xù)表5

續(xù)表5

5 小結(jié)

城市蔓延中許多不合理的城市環(huán)境變遷會(huì)不同程度地影響青少年體力活動(dòng)。城市蔓延主要從就業(yè)分布、土地開發(fā)密度、土地利用特征、城市擴(kuò)張形態(tài)、道路布局、空間通達(dá)性、步行可及性以及景觀格局這8類地理特征對(duì)青少年的體力活動(dòng)產(chǎn)生影響。從城市環(huán)境影響青少年體力活動(dòng)研究已涉及這8類地理特征看，對(duì)城市蔓延影響青少年體力活動(dòng)研究的地理信息指標(biāo)進(jìn)行歸納與演繹具有一定的可行性。地理信息指標(biāo)的選取應(yīng)參照多指標(biāo)綜合測(cè)量為主、各項(xiàng)地理特征均勻分布、不同體力活動(dòng)類型有所側(cè)重以及不同研究目的靈活應(yīng)用等準(zhǔn)則。

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