跨尺度图析蓝绿基础设施的3个理论基础

理论基础

 

 

根据系统获取稳态的条件，可以将系统分为自稳性系统、适应性系统、动态性系统和受控性系统4种类型[16]。国土空间可被视为复杂适应性系统[17]，在这种系统中，每一种可能的输入都将产生至少一种稳态。可以借助识别和理解复杂系统内容要素在形成过程中的相互联系，从而辨识这些潜在稳态[18]。然而，并非所有稳态都符合人类发展需求[19]，因此识别和理解国土空间中的复杂关系变得尤其重要。

 

准确揭示多层结构在不同时空维度下的关联是图析方法用于识别和理解国土空间中复杂关系的关键。近年来涌现出一批针对此类复杂关系的相关研究，特别是针对人口稠密的三角洲和沿海城市化地区，包括荷兰的莱茵-马斯-斯海尔德河三角洲[20-21]、美国的密西西比河三角洲[22-23]、越南的湄公河三角洲[24-25]、阿根廷的巴拉那河三角洲[26-27]、中国的长江三角洲[28-29]和粤港澳大湾区[18,30-34]等。这些研究表明，融入复杂适应性系统的视角能够为空间规划、设计和治理等多方面带来益处[35-36]。笔者从这一思维视角对国土空间的发展提出3点假设：

 

1）城市和自然的各子系统是相互关联与影响的；

 

2）国土空间的不同尺度之间是相互关联与影响的；

3）“适者生存”现象发生在所有自然和城市的子系统中，并与尺度相关。

 

借助这些假设可以得到复杂适应性系统的主要推论，即对自然-人工动态的协调与利用，将给国土空间规划、设计和治理带来更可观的效益。在这一视角下，国土空间可被视为包含不同动态过程和子系统的整体，各子系统拥有独特的动态和变化特征[37]。在这种系统中，各组分和它们之间的关系以多种过程和结构的形式呈现[38-39]，并在多个尺度上以丰富的网络结构和位置关系共同组织而成[40]。

 

一方面，在网络结构与位置关系的相互作用中，网络结构逐渐成为能量和功能在空间上的主要表达载体[41]，这意味着识别和分析网络结构、位置关系变得同等重要[42]；另一方面，这种多层级结构会根据地域特点而呈现出一定的相似性[43]，这为推测国土空间各动态过程、子系统的多层次动态关系提供了理论基础。

 

1.2跨尺度图析

 

图析是一种通过制图而进行的探索活动，用于研究人与自然互动的重要条件和关键驱动力，以及人与自然相互作用的空间关系和显著影响[31]。图析可作为系统化研究国土空间的工具，在知识获取与视觉化、试验性设计与决策等国土空间规划设计的多个阶段发挥作用[30]。地图既是图析的产物，也是图析的过程，地图的这两重身份令它在视觉化思考和视觉化交流中均扮演着重要角色。在地图的协助下，对这些系统的形态进行图析，有助于揭示复杂的网络结构和位置关系、理解关键的社会、经济和生态关系。

 

 

1）地图剖析指通过选择和减构的方法识别空间模式。借此识别出的空间模式可作为空间关联分析的基础，进而通过叠合和交叉参考的方法，探索不同模式间的关联。

 

2）地图比较指对相似的多个区域进行时间、空间和专题的比较，通过辨析异同获得普遍规律。这种辨析不仅可以选取相似的区域进行，也可选取同一区域的不同小区域或者子系统进行[44]。

 

图析可根据国土空间各动态的变化速率进行分层[18]。根据子系统由快至慢的变化速率，可分为人居层、基础设施网络层和景观基底层[31]。在进行多层识别时，不同的子系统层的数据年代和空间尺度往往有所差异，因此在图析前，有必要进行时间空间关系的尺度转换。在尺度转换中可能产生“尺度效应”，即采用不同幅度（观察的范围）、粒度（观察中最小单元的长度、面积或者体积）观察同一图像将可能得到不同结果的现象（图1）。

 

在识别过程中，可通过选择合适的尺度转换方向来避免尺度效应[30]（图2）。转换后，可通过变换幅度、粒度或分辨度，在多尺度上对国土空间的层次进行图析。这些操作的目的是将多个尺度下的空间关系和结构联系起来，在国土空间的多层结构中搭建出具有尺度间关联或尺度连续性的整体。借助图析方法研究跨尺度的变化，不仅可以将原本不同尺度的多个子系统或元素置于同一时空尺度下进行组合、连接和理解，也可用于比较多个相似区域。

通过对人居层、基础设施网络层和景观基底层之间的空间发展关系进行识别，能够理解区域内以及相似区域之间的发展规律，并为全域蓝绿基础设施的辨识和构建提供支撑。

 

 

在复杂适应性系统视角下，蓝绿基础设施可视为基础设施网络层的组成部分，蓝绿基础设施是指在国土空间内作为基础设施在多尺度持续提供生态系统服务功能的绿色空间、水体及其附属物[15,27,34,45]。这个概念为蓝绿基础设施的识别提供了两点依据：

 

1）蓝绿基础设施作为基础设施，由人进行有目的、有意识的设计、建造、维护和管理；

 

2）蓝绿基础设施以绿色空间、水体及其附属物的形式，持续提供生态系统服务功能。值得注意的是，在本研究的识别过程中，绿色空间和水体会因为失去人为维护和管理而被划入景观基底层，而人居层或基础设施网络层内的子系统，如建筑物、构筑物，也可能因其能持续提供生态系统服务功能，被划定为蓝绿基础设施的一部分。综上所述，作为处于动态中的3层系统的组成部分，蓝绿基础设施所涵盖的内容可能随着时间和其他子系统而产生变化。

 

蓝绿基础设施的识别与构建依靠于形态、文字、数值等多源数据。通过对各种信息来源进行分析，判断不同时期蓝绿基础设施的内容及其组成形式。在这一视角下，蓝绿基础设施不仅可以与同为基础设施网络层的其他基础设施发生互动和转换，也可与景观基底层和人居层在各个尺度下发生互动与转换。蓝绿基础设施的这种特性，令它能够通过改变自身组分，较为自由地维持3层系统的动态平衡，使得蓝绿基础设施成为维持或者改变整个系统的重要因子。

蓝绿基础设施的辨识可以通过观察其对3层系统的改变实现，而蓝绿基础设施的构建，可基于蓝绿基础设施对3层系统的改变规律，改变其内部组分来实现蓝绿基础设施的构建。