简讯：
世界正经历急剧的城市化，而当下全球大城市的城市化特征仍然信息不足。本文针对全球841个大城市2001年到2018年的建成区面积（BUA）展开分析，发现城市化的不均衡与经济水平相关。平均来说，中低收入国家的大城市人口增长最多，中上收入国家的大城市BUA扩张是高收入国家的三倍以上。在全球范围内，325个城市中的BUA有超过10%的区域显著变绿（P<0.05）。值得一提的是在所有城市中，中国占了32%的绿化BUA，供给1.08亿人居住。本文中国科学院深圳先进技术研究院环境气象团队孙立群博士在线发表于Nature Communications。
1.研究背景
据联合国最新报告，2018年全球人口为76亿，其中城市人口42亿。预计2050年全球人口将达到97亿，其中城市人口66亿。毫无疑问，人类的未来与城市的发展高度相关。然而，由于经济发展水平的不同，各国的城市化进程并不平衡。通常，在发达国家，城市扩张与人口增长相适应。居民可以享有足够的城市基础设施和良好的公共服务。而对许多发展中国家来说，国家经济的发展不足以满足不断增长的城市人口的需要。多数情况下，这些城市基础设施建设不足，存在许多城市环境问题。当前，城市的可持续发展已写入联合国可持续发展目标2030年议程。为了实现这些目标，详细的了解不同发展阶段城市的城市化进程是十分必要的。
2.研究内容
1）几十年来，全球大城市在城市扩张、人口增长和城市绿度变化方面是如何发展的？
2）城市化特征与经济水平之间有什么关系？
为了解决这两个问题，文章使用了2001年—2018年的MCD12Q1数据、经济数据和2005年—2015年的人口数据量化全球841个大城市的城市化特征。
3.研究结果
（1）BUA扩张（BUAE）
2001年—2018年，全球BUA从7.47×105 km2增加到8.0×105 km2。这一阶段，BUA上涨贡献最大的10个国家是中国（47.5%）、美国（9%）、尼日利亚（5.0%）、印度（3.6%）、印度尼西亚（2.8%）、俄罗斯（1.8%）、墨西哥（1.7%）、马来西亚（1.6%）、越南（1.5%）和加纳（1.3%）（表 1）。
文章依据世界银行发布的经济分类将841个大城市分为高收入（H，353个）、中上收入（HM，340个）、中低收入（LM，127个）和低收入（L，21个）四组。大城市BUA最大的前10个国家是美国（27.0%）、中国（19.0%）、日本（6.0%）、巴西（4.0%）、德国（2.9%）、印度（2.8%）、加拿大（2.5%）、澳大利亚（2.0%）、墨西哥（1.9%）和俄罗斯（1.8%）（表 1）。
表1：大城市BUAE占比、大城市BUA面积和大城市绿化BUA排序前10的国家。
高收入国家大城市的平均BUAE只有12.6 km2，与其他三组有明显差异（P<0.01；图1b）。中上收入国家大城市的平均BUAE最高，达到38.0 km2。有61个中上收入国家大城市的BUAE超过50 km2，其中51个位于中国。莫斯科是欧洲唯一平均BUAE 超过50 km2的城市。相比之下，欧洲、南美的大多数城市的BUAE小于50 km2（图1a中的绿点），甚至一些城市几乎没有扩张（图1a中的蓝点）。
图1：a 2001年—2018年，841个大城市不同水平的BUAE。E1：0≤BUAE≤1 km2，蓝点；E2：1 km2≤50 km2，绿点；E3：BUAE>50 km2，红点。b 大城市的不同BUAE水平和经济水平的占比。c 大城市在不同水平的人口增长（ PopG）。Ng：人口负增长，橙点；L1：0≤100K，蓝点；L2：100K≤1M，绿点；L3：PopG>1M，红点。d 大城市的不同人口增长水平和经济水平的占比。e 2001年—2018年BUAE超过50 km2的105个大城市的城市人口增长率与BUAE的比率（RPB）。
（2）城市人口增长
80%的大城市（676个）经历了人口增长。其中，22个大城市的人口增长超过了200万（图1c中的红点）。主要位于亚洲（15个）和非洲（5个），以及南美洲的圣保罗和欧洲的莫斯科。低收入、中低收入国家大城市的平均人口增长率几乎相同，约为5.0×105，是高收入国家（1.0×105）的5倍，中上收入国家（3.0×105）的1.7倍（图1d）。通过计算城市人口增长率与BUAE速度的比率（RPB），发现543个大城市的RPB>1。特别是BUAE超过50 km2的105个大城市，55%的大城市（58个）的城市人口增长率大于城市扩张速度（图1e），尽管这些城市已经经历了显著的BUAE。这一结果表明，如果不考虑建造高层公寓和共管公寓等垂直城市增长，新世纪以来，城市扩张已落后于人口增长。
2015年，人口密度最高的20个城市位于亚洲（15个）和非洲（5个）（图2a）。低收入国家大城市的平均人口密度为6.2×103/ km2，是高收入国家（2.0×103/ km2）的3.2倍（图2b）。达卡、加德满都、马尼拉、卡拉奇、伊斯坦布尔和开罗是人口密度最高的前六大城市。这些城市经历了快速的人口增长，但城市扩张有限（图2c）。四个大城市的人口增长超过500万（长三角、珠三角、北京、雅加达），不过由于城市的快速扩张，人口密度相对较低（图2c）。
图2：a 2015年841个大城市不同级别的人口密度（PopD）。D1：0＜PopD≤1K，蓝点；D2：1K＜PopD≤5K，绿点；D3：5K＜PopD≤10K，橙点；D4：PopD＞10K，红点。b 大城市的不同人口密度级别和经济水平的占比。c 22个人口增长超过2M的大城市的PopD 与BUAE之间的关系。
（3）城市绿度变化
文章以年度最大EVI作为绿度指标，2018年的BUA作为城市范围，计算了EVI趋势明显增加的像素面积（P<0.05）与城市范围的比率（Rgreening）。2001年—2018年，325个大城市有超过10%的城市像素（Rgreening>0.1）显示出明显的绿化（图3a的红点）。这些大城市主要分布在东亚、欧洲和北美洲。其中，中国、美国和日本是绿化贡献最大的3个国家（表1）。此外，中上收入国家有159个大城市的Rgreening>0.1，高收入国家有143个（图3b）。在四个经济分类中，中上收入国家的Rgreening均值最大（0.12），其次是高收入国家的0.1。低收入国家的Rgreening均值最小，约为每个城市0.03（图3b）。
从325个大城市（Rgreening>0.1）绿化像素点的空间形态来看，许多大城市的绿化区域呈现出“煎蛋”的形状，其中“蛋黄”形的市中心区域已明显变绿（P<0.05）；“蛋清”区域是指“蛋黄”形区域之外的褐色或无明显绿化的区域，通常为郊区。长三角是“煎蛋”的典型代表，其绿化BUA的“蛋黄”形区域成群出现（图3c）。通常情况下，这些地区的主要特征是建筑密度高和人口密度高。这里大部分的城市建设完成早，所以任何新建立的公园或绿地，甚至是街道植被的生长，都会逐年增加BUA像素的绿度。
图3：a 841个大城市不同程度的绿化BUA。R1：Rgreening≤0.01，蓝点；R2：0.01≤0.1，绿点；R3：Rgreening>0.1，红点。b 大城市的不同绿化水平和经济水平的占比。c 中国长三角地区绿化BUA的例子。
（4）绿化BUA的人口
841个大城市中有约11.6亿居民，其中1.92亿城市人口生活在具有显著绿化趋势的BUA像素中（图4a）。中上收入国家居住在具有明显绿化趋势的BUA中的平均人口最多，约为每城市4.0×105人，其次是高收入国家（每城市1.5×105人）（图3b）。中国有150个大城市，约1.08亿城市人口生活在绿化BUA（图4c）。
由于高收入国家较早的城市化，2001年—2018年的绿化并不显著（图3b）。然而，低收入国家大城市不仅绿化程度最低，绿化BUA的比例也最小（图3b）。
图4：a 841个大城市不同水平的绿化BUA人口（PGB）。N：没有PGB；P1：0≤100K，蓝点；P2：100K≤1M，绿点；P3：PGB>1M，红点。b 大城市的不同PGB水平和经济水平的占比。c PGB百分比前十的国家。
4. 研究意义：
1）中低收入国家的人口增长迅速而BUAE相对缓慢，可能会出现严重的城市问题。而中上收入国家的快速扩张则满足其人口增长的需要。
2）在实现城市可持续发展的道路上，中上收入国家的许多大城市取得了实质性进展，但中低收入国家的大城市还有很长的路要走。此外，绿化趋势明显的大城市可能有利于当地城市居民的健康，并在一定程度上缓解全球气候变化的影响。
3）中国的城市人口增长和城市扩张是最剧烈的。由于经济的快速增长，中国在基础设施建设方面投入了大量的资源，以推进城市生活环境的改善。在全球325个城市绿化明显增加的大城市中，有101个位于中国。这些城市绿化区占841个大城市总绿化BUA的32%，为1.08亿人提供居住场所。城市的绿化会带来更多的城市公园或绿地，对城市环境和人类健康有益。
5. 引用格式：
Sun, L., Chen, J., Li, Q. et al. Dramatic uneven urbanization of large cities throughout the world in recent decades. Nat Commun 11, 5366 (2020). https://doi.org/10.1038/s41467-020-19158-1
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