艾麗婭，馬勇，陳甫，姚武韜，3，包亮

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 沙漠治理學(xué)院，呼和浩特 010018；2.中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院，北京 100094；3 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和人口持續(xù)增長(zhǎng)，作為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)主體的城市群空間也在不斷擴(kuò)張。準(zhǔn)確地了解城市發(fā)展?fàn)顩r，監(jiān)測(cè)城市群的發(fā)展演變規(guī)律對(duì)于評(píng)估城市化進(jìn)程和規(guī)劃未來城市發(fā)展至關(guān)重要，對(duì)提升區(qū)域的綜合競(jìng)爭(zhēng)力、推進(jìn)一體化、優(yōu)化其空間結(jié)構(gòu)具有重要意義[1-2]。一個(gè)城市的發(fā)展?fàn)顩r與其社會(huì)經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，而城市的夜間燈光能夠直接體現(xiàn)城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)情況[3]，因此夜間燈光遙感數(shù)據(jù)可以很好地應(yīng)用于監(jiān)測(cè)城市擴(kuò)張演變規(guī)律，從而分析城市的發(fā)展?fàn)顩r[4-5]。

自20世紀(jì)90年代美國(guó)軍事氣象衛(wèi)星計(jì)劃(defence meteoro，suo’yial satellite program，DMSP)的線性掃描業(yè)務(wù)系統(tǒng)(operational linescan system，OLS)問世以來[6]，人們開始意識(shí)到夜間燈光遙感數(shù)據(jù)在研究城市問題方面的優(yōu)勢(shì)。Henderson等[7]早在2003年利用DMSP/OLS對(duì)城市邊界進(jìn)行劃分，并得出不同城市邊界的最佳閾值范圍；文獻(xiàn)[8-10]基于DMSP/OLS數(shù)據(jù)，探討了長(zhǎng)時(shí)間序列的城市建成區(qū)時(shí)空演變規(guī)律；2011年美國(guó)“索米”(Suomi)國(guó)家極地軌道合作伙伴關(guān)系(S/NPP)搭載的可見紅外成像輻射計(jì)套件(VIIRS)發(fā)射成功[11]，NPP/VIIRS更高的分辨率、更多的灰度級(jí)，進(jìn)一步拓展了夜間燈光的應(yīng)用領(lǐng)域。如劉智麗等[12]利用NPP/VIIRS影像數(shù)據(jù)，提高了提取城市建成區(qū)的精度；王博[13]利用NPP-VIIRS夜間燈光遙感影像數(shù)據(jù)對(duì)杭州市發(fā)展的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行了分析探究；葛偉[14]基于NPP-VIIRS，對(duì)中國(guó)城市中心在3個(gè)尺度下進(jìn)行了時(shí)間演化和空間格局的對(duì)比分析。

上述研究中，從數(shù)據(jù)角度看，學(xué)者們大多還是沿用DMSP/OLS數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)集的時(shí)間跨度為1992年至2013年，時(shí)間序列長(zhǎng)達(dá)22年，因此很多夜間燈光研究是基于DMSP/OLS展開的，但該數(shù)據(jù)在2013年停止更新了。DMSP/OLS本身存在空間分辨率低，缺少傳感器輻射定標(biāo)和燈光溢出等問題，往往夸大了實(shí)際的夜間燈光情況，難以精確提取城市信息[15]。NPP衛(wèi)星繼承并優(yōu)化了DMSP/OLS的微光探測(cè)能力，具有更小的瞬時(shí)視場(chǎng)、更多的灰度級(jí)以及更高的空間分辨率(500 m)，而且采用了與VIIRS 其他波段相一致的輻射校正，消除了之前的過飽和、過亮和缺乏空中對(duì)準(zhǔn)的問題，有效提高了燈光影像的質(zhì)量[16]。由于NPP/VIIRS數(shù)據(jù)的上述優(yōu)點(diǎn)，一些學(xué)者采用NPP/VIIRS數(shù)據(jù)來研究城市發(fā)展?fàn)顩r和評(píng)估城市動(dòng)態(tài)[17-20]，除此之外還有聯(lián)合DMSP/OLS和NPP/VIIRS數(shù)據(jù)開展城市化監(jiān)測(cè)的研究[21]。但是，NPP/VIIRS數(shù)據(jù)也存在一些局限性，由于大氣云霧和外部光源的干擾，數(shù)據(jù)產(chǎn)品在高緯度地區(qū)很多月份是空缺的，而在低緯度地區(qū)的數(shù)據(jù)失真和噪聲較多，數(shù)據(jù)質(zhì)量仍有提升的空間。在研究區(qū)域方面，目前國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界對(duì)城市群的空間研究多集中在京津冀[22]、長(zhǎng)三角[23]、珠三角[24]等經(jīng)濟(jì)高度成熟發(fā)達(dá)的地區(qū)，而對(duì)于諸如呼包鄂這類新興城市群相對(duì)關(guān)注較少。了解和認(rèn)知新興城市群發(fā)展的驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)于挖掘城市群的潛在動(dòng)能以及城市群未來發(fā)展規(guī)劃等具有重要的意義。因此本研究選取呼包鄂城市群為研究區(qū)，以進(jìn)行過一致性處理的NPP/VIIRS數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源，利用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓、夜間燈光值統(tǒng)計(jì)和線性回歸等分析方法探討了呼包鄂城市群夜間燈光的時(shí)空特征和驅(qū)動(dòng)因素，從空間內(nèi)部探究城市夜間燈光整體空間格局變化，揭示城市群夜間燈光規(guī)模分布和時(shí)空動(dòng)態(tài)演變規(guī)律。

1 研究區(qū)與數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)概況

呼包鄂城市群(106°28′31″E ～112°17′25″E，37°36′51″N ～42°43′33″N)，位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部的核心區(qū)，屬溫帶大陸性氣候[25]。轄區(qū)總?cè)丝跀?shù)約700多萬，區(qū)域面積達(dá)130 000 km2，包括呼和浩特市、包頭市和鄂爾多斯市，擁有豐富的煤炭、石油、天然氣等礦產(chǎn)資源，是目前內(nèi)蒙古自治區(qū)最具影響力的城市經(jīng)濟(jì)圈。

1.2 數(shù)據(jù)及處理

1)使用中科院版2012—2017年間的地球夜間燈光數(shù)據(jù)集作為研究的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。對(duì)NPP/VIIRSS月度數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性標(biāo)準(zhǔn)化處理后得到的數(shù)據(jù)的灰度值范圍為0～255，空間分辨率為500 m。

針對(duì)NPP/VIIRS夜間燈光衛(wèi)星月度產(chǎn)品在高緯度地區(qū)存在數(shù)據(jù)空缺、在低緯度地區(qū)存在數(shù)據(jù)失真和噪聲較多的問題，建立時(shí)序夜間燈光數(shù)據(jù)平滑約束模型(圖1)。首先，對(duì)獲得的2012—2017年長(zhǎng)達(dá)6年的時(shí)序NPP/VIIRS夜間燈光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，針對(duì)高低維度地區(qū)的噪聲和缺失的數(shù)據(jù)部分統(tǒng)計(jì)取樣；之后，通過時(shí)序間的關(guān)系擬合和平均降噪，對(duì)年份產(chǎn)品之間建立約束條件，對(duì)缺失數(shù)據(jù)、異常值以及不同年份之間地表因素以外的干擾進(jìn)行平滑約束處理，使得年份產(chǎn)品之間的差異基本等效于地表亮光的差異；最后，獲得一致性的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。該夜間燈光數(shù)據(jù)集產(chǎn)品在去除噪聲、缺失數(shù)據(jù)修補(bǔ)方面的工作，有助于提高依靠時(shí)序夜間燈光數(shù)據(jù)對(duì)比進(jìn)行的城市群變化研究的精度。

圖1 夜間燈光數(shù)據(jù)預(yù)處理流程圖

利用該數(shù)據(jù)集制作的呼包鄂城市群2012—2017年 WGS1984 UTM 投影下的的夜間燈光遙感影像如圖2所示。

2)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自2012—2017年《內(nèi)蒙古統(tǒng)計(jì)年鑒》，主要使用呼和浩特市、包頭市和鄂爾多斯市的2012—2017年的GDP總值、第一產(chǎn)業(yè)總值、第二產(chǎn)業(yè)總值、第三產(chǎn)業(yè)總值、能源消費(fèi)總量、年末就業(yè)人員、城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員和非城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員8類數(shù)據(jù)。

3)高分一號(hào)影像數(shù)據(jù)。2017年12月20日、22日和23日獲取的呼和浩特市、包頭市和鄂爾多斯市范圍的高分一號(hào)影像數(shù)據(jù)，分辨率為2 m。在數(shù)據(jù)使用前做了輻射校正、圖像融合、幾何校正、正射校正等標(biāo)準(zhǔn)化處理。

4)市級(jí)行政邊界數(shù)據(jù)來自內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源廳(http：//zrzy.nmg.gov.cn/bsfw/bzdt/)。

注：該圖基于內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源廳標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)下載的審圖號(hào)為蒙S(2017)028號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。圖2 2012—2017年呼包鄂城市群夜間燈光影像

1.3 研究方法

1)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方法。標(biāo)準(zhǔn)差橢圓方法是根據(jù)研究對(duì)象的點(diǎn)要素分布來分析區(qū)域空間的分布特性。點(diǎn)要素在X方向和Y方向的標(biāo)準(zhǔn)差作為橢圓的長(zhǎng)軸和短軸，用來度量一組數(shù)據(jù)的方向和分布。橢圓長(zhǎng)軸由正北方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度作為方位角，用以表示要素主趨勢(shì)方向，根據(jù)橢圓面積的大小變化和重心移動(dòng)距離來分析城市規(guī)模在空間上的集中程度和方向變化趨勢(shì)[26]。本文基于2012—2017年夜間燈光影像，對(duì)比分析呼包鄂城市群夜間燈光動(dòng)態(tài)變化。

2)夜間燈光值統(tǒng)計(jì)方法。根據(jù)呼包鄂城市群夜間燈光遙感影像亮值像元，統(tǒng)計(jì)各分區(qū)2012—2017年夜間燈光總值，來表征不同區(qū)域夜間燈光分布強(qiáng)度變化情況。

3)線性回歸方法。線性回歸是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)中回歸分析來確定2種或2種以上變量間相互依賴的定量關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)分析方法[27]。本文使用線性回歸方法中精度較高的線性回歸模型，根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒收集到的2012—2017年呼包鄂城市群8種社會(huì)經(jīng)濟(jì)參量，構(gòu)建夜間燈光總值和各經(jīng)濟(jì)參量之間的線性回歸模型關(guān)系，說明二者之間的關(guān)聯(lián)程度。

2 結(jié)果與分析

2.1 呼包鄂城市群夜間燈光強(qiáng)度趨勢(shì)分析

圖3展示了2012—2017年呼包鄂城市群總體夜間燈光總值和年度增長(zhǎng)率變化的結(jié)果。從圖2(a)可以看出：2012—2017年間呼包鄂城市群夜間燈光總值總體上呈現(xiàn)先降后升的“V”字形態(tài)勢(shì)，2012年為這6年的最高值，之后下降，到2015年降至最低；從2016年開始，夜間燈光總值開始有所恢復(fù)。從圖2(b)則可以看出：呼包鄂城市群夜間燈光增長(zhǎng)率在2013—2015年間為負(fù)增長(zhǎng)，最低點(diǎn)在2014年，為-0.32%；2014年之后呼包鄂城市群夜間燈光增長(zhǎng)率呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢(shì)，2016年之后呈正增長(zhǎng)趨勢(shì)。

呼包鄂三大城市各自的夜間燈光增長(zhǎng)率變化趨勢(shì)與城市群整體變化趨勢(shì)較為一致，如圖4所示。2012—2015年間，除包頭市在2013年呈正增長(zhǎng)外，其他均為負(fù)增長(zhǎng)，且在2014年達(dá)到最低值，增長(zhǎng)率從低到高依次為呼和浩特市(-0.48%)、鄂爾多斯市為(-0.29%)、包頭市(-0.28%)；2015年夜間燈光增長(zhǎng)率整體有所上升，至2016年呼和浩特市和鄂爾多斯市夜見燈光實(shí)現(xiàn)正增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率分別為0.20%和0.05%，且鄂爾多斯市增速高于呼和浩特市。

圖3 呼包鄂城市群總體夜間燈光總值和增長(zhǎng)率變化

圖4 呼包鄂城市群分區(qū)夜間燈光增長(zhǎng)率對(duì)比

圖5顯示了3個(gè)城市夜間燈光總值分屬2種不同的變化趨勢(shì)。①先降后升形。在2012—2015年間鄂爾多斯市夜間燈光總值在整體上呈現(xiàn)先下降后上升的“U”字形態(tài)勢(shì)，2012年為其最高值，2013—2015年間持續(xù)下降之后，2016年開始大幅上升。②逐步下降型。呼和浩特市夜間燈光總值在2012—2015年間持續(xù)下降，從2016年開始有所上升，但上升幅度不明顯。包頭市夜間燈光總值在2013年達(dá)到其最高值之后，2014—2016年間持續(xù)下降，直到2017年也沒有明顯恢復(fù)的趨勢(shì)。由此可見，鄂爾多斯市前期存在大量下降情況，但整體有所上升，后期發(fā)展?jié)摿εc后勁十足，而呼和浩特市和包頭市的夜間燈光增速逐漸降低甚至有持續(xù)下降趨勢(shì)。

圖5 呼包鄂城市群分區(qū)夜間燈光總值變化趨勢(shì)分析

2.2 呼包鄂城市群夜間燈光空間變化分析

注：該圖基于內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源廳標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)下載的審圖號(hào)為蒙S(2017)028號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。圖6 2012—2017呼包鄂城市群夜間燈光變化分布圖

1)夜間燈光空間變化格局特征計(jì)算。利用2012年和2017年的差值，本文得到了2012—2017年呼包鄂城市群夜間燈光強(qiáng)度的變化圖，如圖6所示。圖中黑白區(qū)域表示沒有變化的穩(wěn)定燈光；綠色矢量區(qū)域是夜間燈光強(qiáng)度增加區(qū)域；紅色矢量區(qū)域的是夜間燈光強(qiáng)度減少區(qū)域?？梢杂^察到，夜間燈光以市轄區(qū)為中心在呼和浩特、包頭和鄂爾多斯3市之間形成夜間燈光綿延區(qū)，在空間上擴(kuò)展組成夜間燈光連接帶，明顯區(qū)別于其他獨(dú)立的夜間燈光區(qū)域。可以發(fā)現(xiàn)，城市中心區(qū)域夜間燈光變化比較穩(wěn)定，局部地區(qū)存在夜間燈光的波動(dòng)變化，如呼包鄂城市周邊地區(qū)夜間燈光增長(zhǎng)較明顯，且呼和浩特市南部、包頭市北部和鄂爾多斯市東南部還存在夜間燈光下降區(qū)域。

為客觀揭示呼包鄂城市群夜間燈光總體變化趨勢(shì)，采用閾值法對(duì)燈光強(qiáng)度值增長(zhǎng)10以上和10以下的變化區(qū)域進(jìn)行了提取，細(xì)節(jié)效果如圖6(b)所示。同時(shí)將提取出來的燈光圖斑疊加到呼包鄂市級(jí)矢量圖上，依據(jù)其斑塊數(shù)量、斑塊總面積、平均斑塊面積和最大斑塊面積，統(tǒng)計(jì)了呼包鄂城市群2012—2017年燈光斑塊變化的分布情況(表1)，以此反映呼包鄂城市群夜間燈光變化的斑塊疏密程度、斑塊的擴(kuò)張收縮情況、斑塊規(guī)模的平均水平和斑塊規(guī)模的極端情況。

表1 呼包鄂城市群分區(qū)燈光變化的斑塊統(tǒng)計(jì)

針對(duì)呼包鄂城市群分區(qū)燈光變化的斑塊屬性進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，如圖7所示。2012—2017年間呼包鄂城市群共計(jì)有427處減少的燈光，總減少面積約為904.53 km2；187處增加的燈光，總增加面積約為496.04 km2。區(qū)域內(nèi)燈光減少的平均斑塊面積范圍為1.91～2.61 km2；燈光增加平均斑塊面積范圍為1.64～3.20 km2。6年間呼包鄂城市群夜間燈光熄滅面積多于夜間燈光增加的面積，其中鄂爾多斯市的燈光增減的波動(dòng)變化最為明顯。

圖7 呼包鄂城市群分區(qū)燈光變化的斑塊屬性統(tǒng)計(jì)

2)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析。2012—2017年間，呼包鄂城市群城市夜間燈光重心呈現(xiàn)由東北向西南的演化特征，夜間燈光標(biāo)準(zhǔn)差橢圓規(guī)模分布范圍由41 397.08 km2增大到43 262.06 km2，增長(zhǎng)率為4.5%，呈現(xiàn)空間擴(kuò)張的趨勢(shì)(圖8)。分區(qū)研究發(fā)現(xiàn)，3市夜間燈光空間分布格局變化趨勢(shì)存在差異(圖9和表2)。其中，呼和浩特市與包頭市呈收縮趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓面積分別減少了1 439 km2和685 km2，增長(zhǎng)率分別為-28%和-22%，城市夜間燈光重心分別移動(dòng)了4 km(西南—東北)和4 km(北—南)。鄂爾多斯市呈擴(kuò)張趨勢(shì)，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓面積增加了4 278 km2，城市夜間燈光重心由東北向西南移動(dòng)了10 km。總體上，2012—2017年間只有鄂爾多斯市夜間燈光空間分布呈現(xiàn)空間擴(kuò)張的趨勢(shì)，且夜間燈光重心移動(dòng)方向與呼包鄂城市群的趨勢(shì)相一致，說明鄂爾多斯市對(duì)呼包鄂城市群體系空間規(guī)模拉動(dòng)作用較強(qiáng)。

注：該圖基于內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源廳標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)下載的審圖號(hào)為蒙S(2017)028號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。圖8 基于標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的呼包鄂城市群夜間燈光規(guī)模及其重心變動(dòng)(UTM投影)

注：該圖基于內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源廳標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)下載的審圖號(hào)為蒙S(2017)028號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。圖9 分區(qū)域夜間燈光規(guī)模標(biāo)準(zhǔn)差橢圓及其重心變動(dòng)(UTM投影)

表2 子區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)差橢圓變化

2.3 呼包鄂城市群夜間燈光驅(qū)動(dòng)因子分析

為客觀揭示呼包鄂城市群夜間燈光總體變化趨勢(shì)，本章采用線性回歸方法擬合夜間燈光總值與(a)GDP總值、(b)能源消費(fèi)總量、(c)第一產(chǎn)業(yè)總值、(d)第二產(chǎn)業(yè)總值、(e)第三產(chǎn)業(yè)總值、(f)年末就業(yè)人員、(g)城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員、(h)非城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員共8種不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)參量，來反映2012—2017年間呼包鄂城市群夜間燈光的動(dòng)態(tài)特征，并分析其驅(qū)動(dòng)因素。

各經(jīng)濟(jì)參量與夜間燈光總值之間的回歸分析結(jié)果如圖10所示。GDP 總值、能源消費(fèi)總量、第二產(chǎn)業(yè)總值、第三產(chǎn)業(yè)總值和城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員與夜間燈光總值之間具有顯著性差異。從回歸系數(shù)上看，GDP總值和能源消費(fèi)總量與夜間燈光總值的相關(guān)性最強(qiáng)，均高于0.8；其次是第三產(chǎn)業(yè)和第二產(chǎn)業(yè)總值，回歸系數(shù)分別為0.707 0和0.531 1，而與第一產(chǎn)業(yè)的關(guān)系不大，說明夜間燈光能夠很好地反映服務(wù)和工業(yè)等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。而年末就業(yè)人員中，城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員與夜間燈光的回歸系數(shù)最高，為0.798 9；其次是非城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員，為0.563 7；最低是年末就業(yè)人員，為0.463 8，這說明夜間燈光能夠很好地反映燈光集中的城市區(qū)域人口聚集狀況。再將5個(gè)通過顯著性檢驗(yàn)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)參量與夜間燈光總值進(jìn)行多元線性回歸分析，如表3所示。10種經(jīng)濟(jì)參量組合中有5種的回歸系數(shù)高于0.9，其中夜間燈光總值與能源消費(fèi)量和第二產(chǎn)業(yè)總值的組合具有最佳的線性回歸結(jié)果，多元回歸決定系數(shù)為0.951 9；其次為夜間燈光總值與能源消費(fèi)總量和GDP總值的回歸結(jié)果，回歸決定系數(shù)為0.937 8；然后為夜間燈光總值與能源消費(fèi)總量和城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員的回歸結(jié)果，回歸決定系數(shù)為0.933 2。其中能源消費(fèi)總量作為增強(qiáng)因子，在兩兩組合中都能提高相關(guān)性，說明能源消費(fèi)量與夜間燈光變化強(qiáng)相關(guān)，呼包鄂城市群的發(fā)展受能源消費(fèi)總量的驅(qū)動(dòng)作用最強(qiáng)，能源消費(fèi)是呼包鄂城市群發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)因子。

圖10 8種經(jīng)濟(jì)參量與夜間燈光總值回歸結(jié)果

表3 經(jīng)濟(jì)參量組合分析結(jié)果

3 結(jié)果與分析

將研究區(qū)內(nèi)燈光減少面積大于4 km2的區(qū)域與高分辨率光學(xué)遙感數(shù)據(jù)疊加，發(fā)現(xiàn)夜間燈光下降的54處中41處為能源開采區(qū)域。其中，選取8處典型的燈光減少斑塊，如圖11所示，可以看出燈光下降區(qū)域主要為煤炭開采礦場(chǎng)和煤炭生產(chǎn)加工的公司，同時(shí)經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)信息搜查和部分的走訪研究發(fā)現(xiàn)，這些能源開采區(qū)域?yàn)橐蛎旱V資源開采下降導(dǎo)致關(guān)停的礦場(chǎng)或者暫停生產(chǎn)的礦場(chǎng)。

注：該圖基于內(nèi)蒙古自治區(qū)自然資源廳標(biāo)準(zhǔn)地圖服務(wù)下載的審圖號(hào)為蒙S(2017)028號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)地圖制作，底圖無修改。A為111°30′E，40°34′N；B為110°22′E，40°32′N；C為110°30′E，40°40′N；D為110°15′E，41°00′N；E為110°36′E，40°38′N；F為110°13′E，39°46′N；G為110°50′E，39°41′N ；H為110°23′E，39°24′N。圖11 夜間燈光下降區(qū)高分1號(hào)影像數(shù)據(jù)驗(yàn)證

結(jié)合2012—2017年內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭?jī)r(jià)格的走勢(shì)圖(圖12(a))，可以看出：2012年為整個(gè)煤炭經(jīng)濟(jì)行業(yè)的最高點(diǎn)，煤炭?jī)r(jià)格最高點(diǎn)高達(dá)441.67元/噸；2013—2015年期間煤炭行情陷入艱難處境，煤炭?jī)r(jià)格以年均26.19%的降幅快速下降；2016—2017年煤炭?jī)r(jià)格開始回暖，但是較2012年最高價(jià)格還是低了35%，這是因?yàn)槭芙?jīng)濟(jì)增速下滑及行業(yè)供應(yīng)過剩的影響，同時(shí)國(guó)家和地方政府出臺(tái)的一系列去產(chǎn)能、去庫(kù)存、經(jīng)濟(jì)供給側(cè)改革政策最終導(dǎo)致了煤炭?jī)r(jià)格的暴跌。圖12(b)展示的是呼包鄂城市群的夜間燈光總值與內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭?jī)r(jià)格之間的對(duì)比。由于煤炭?jī)r(jià)格的波動(dòng)性很大，本文將煤炭?jī)r(jià)格一年中的最高值和最低值的平均值視為當(dāng)年的煤炭?jī)r(jià)格?？梢园l(fā)現(xiàn)，2012—2017年間的煤炭?jī)r(jià)格的走勢(shì)與夜間燈光總值變化具有高度的一致性。

綜合驅(qū)動(dòng)因子分析，相比較其他社會(huì)經(jīng)濟(jì)參量，呼包鄂城市群的夜間燈光更能體現(xiàn)第二產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r，尤其是與第二產(chǎn)業(yè)中的能源消費(fèi)總量有較高的相關(guān)性，同時(shí)結(jié)合高分辨率光學(xué)遙感數(shù)據(jù)和實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn)夜間燈光下降區(qū)域主要為關(guān)停的礦場(chǎng)。由此推斷，在2012—2017年間，由于國(guó)家基于產(chǎn)能的改革和升級(jí)及能源價(jià)格的大幅下跌，能源開采強(qiáng)度下降，一些小的礦場(chǎng)和礦山的關(guān)停，導(dǎo)致了城市群部分區(qū)域的夜間燈光消失以及總體燈光在這7年中一直波段起伏。

圖12 呼包鄂城市群煤炭?jī)r(jià)格與夜間燈光總值變化趨勢(shì)

4 結(jié)束語

本文以2012—2017年夜間燈光影像數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，探討了呼包鄂城市群夜間燈光時(shí)空變化及驅(qū)動(dòng)因素，主要結(jié)論如下。

在2012—2017年間，呼包鄂城市群夜間燈光強(qiáng)度呈現(xiàn)“V”型曲線，這和呼包鄂城市群GDP的發(fā)展趨勢(shì)是一致的。夜間燈光總體呈下降趨勢(shì)，最高值出現(xiàn)在2012年，最低值出現(xiàn)在2015年，從2016年開始夜間燈光總值開始回升，但2017年總值相較于2012年還是低了0.24%。這主要和呼包鄂城市群3個(gè)城市在2012—2017年經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)改革、結(jié)構(gòu)調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級(jí)有關(guān)。在歷經(jīng)了2013—2015年的經(jīng)濟(jì)陣痛，熬過了2015年的經(jīng)濟(jì)低谷期后，2016年呼包鄂城市群整個(gè)經(jīng)濟(jì)明顯有所復(fù)蘇，且發(fā)展強(qiáng)勁，后續(xù)潛力十足。

從呼包鄂城市群的夜間燈光強(qiáng)度趨勢(shì)分析來看，過去6年間，呼包鄂城市群燈光減少區(qū)域的總面積和總數(shù)量均要高于燈光增加區(qū)域的總面積和總數(shù)量，其中鄂爾多斯市的燈光增減波動(dòng)最大。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差橢圓分析發(fā)現(xiàn)呼和浩特市和包頭市呈現(xiàn)明顯縮小趨勢(shì)，而鄂爾多斯市呈現(xiàn)擴(kuò)張態(tài)勢(shì)，這一趨勢(shì)與3個(gè)城市6年GDP的總體變化趨勢(shì)一致。從橢圓分析城市群的整體來看，6年間，城市群的橢圓面積有所擴(kuò)展，重心向西南方向移動(dòng)，即向鄂爾多斯城市核心區(qū)移動(dòng)，這說明目前鄂爾多斯市對(duì)整個(gè)城市群的貢獻(xiàn)較大，對(duì)城市群的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著較強(qiáng)的拉動(dòng)作用。

通過對(duì)呼包鄂城市群夜間燈光驅(qū)動(dòng)因子分析，結(jié)果表明，GDP總值、能源消費(fèi)總量、第三產(chǎn)業(yè)總值、第二產(chǎn)業(yè)總值和城鎮(zhèn)年末就業(yè)人員與夜間燈光總值具有較高的相關(guān)性，說明夜間燈光在呼包鄂城市群城市區(qū)域不僅能夠很好地反映服務(wù)和工業(yè)等發(fā)展水平，而且可以較好地反映城鎮(zhèn)人口的活動(dòng)情況。利用多元線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，能源消費(fèi)總量作為增強(qiáng)因子在兩兩組合中都能提高相關(guān)性，說明能源消費(fèi)量與夜間燈光變化強(qiáng)相關(guān)。結(jié)合高分辨率遙感數(shù)據(jù)及輔助數(shù)據(jù)，對(duì)燈光減弱處進(jìn)行了疊加分析，結(jié)果表明煤炭等資源產(chǎn)業(yè)依舊是呼包鄂城市群發(fā)展的最大驅(qū)動(dòng)因素，整個(gè)城市群還是能源型城市群，能源價(jià)格會(huì)明顯影響城市群的發(fā)展，因此呼包鄂城市群在未來發(fā)展中應(yīng)當(dāng)在充分利用能源產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，發(fā)展更多元的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)，以此提高城市的發(fā)展水平以及抗風(fēng)險(xiǎn)的能力。

總之，夜間燈光數(shù)據(jù)能夠較好反映新型城市群的發(fā)展?fàn)顩r及趨勢(shì)，通過對(duì)其發(fā)展特征及驅(qū)動(dòng)因素的分析，能夠更加清晰地了解城市群的發(fā)展特征和影響因素，為挖掘城市群的潛在動(dòng)力和制定城市群的發(fā)展規(guī)劃提供重要的決策支撐。今后，可以利用時(shí)效更強(qiáng)、分辨率更高的夜間燈光數(shù)據(jù)分析經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，以期快速了解經(jīng)濟(jì)狀況，使得夜間燈光數(shù)據(jù)能夠真正成為經(jīng)濟(jì)的指示燈。