分形城市研究进展：从几何形态到网络关联
张红,蓝天,李志林.分形城市研究进展：从几何形态到网络关联[J].地球信息科学学报,2020,22(4):827-841. [ Zhang H, Lan T, Li Z L.Advances in fractal cities: A shift from morphology to network[J]. Journal of Geo-information Science, 2020,22(4):827-841. ]
DOI:10.12082/dqxxkx.2020.200160
引 言
城市是人类文明最主要的聚集地，也是一个开放复杂演化巨系统，认识其空间复杂性成为城市科学研究的热点和前沿。作为一个有机生命体，城市的组织、生长与发育表现出与生命体演化相似的规律。
在生命科学领域，达尔文创立的自然选择进化论在学术界产生了深远的影响，但只是基于经验观察，难于解释“自然选择”的机理。1932年，生物学家克莱伯发现哺乳动物的基础代谢率与体重的3/4次幂成正比，通过实验提出了著名的“克莱伯定律”，刻画了生命的第四个维度——分形。
在城市科学领域，学者们发现，城市与有机生命体十分类似，有机生命体借助于新陈代谢网络来保证每一部分都能获取到生存所需的资源与能量，而城市则借助于各类基础设施和社会经济联系来维持城市活力，实现最大化空间填充和流运输效率，激发城市活力。这些现象可藉由分形刻画。作为大自然的语言和地理学第四代语言，分形已是探索隐匿于城市复杂万象背后统一规律的重要工具之一。
城市进化已进入大数据时代，当前城市研究呈现从位置与场所转向关联与流空间，从实体空间向数字空间的转向。一门从动力、产生、模式、过程、流和相互作用的角度来阐述城市自组织演化复杂性的“城市新科学”呼之欲出。相应地，一种侧重揭示城市自相似性规律的理论——分形，也呈现从城市形态分形，到城市网络结构分形，再到城市系统过程分形的发展脉络，与城市新科学日益融合形成一门新的交叉分支学科——分形城市科学。
我与香港理工大学土地测量与地理资讯系李志林教授和蓝天副研究员，于《地球信息科学学报》2020年第4期发表了《分形城市研究进展：从几何形态到网络关联》一文。论文简要回顾了分形城市研究的发展历程，梳理了分形城市研究脉络：从欧氏几何到分形几何，从形态分形到结构分形，从静态特征描述到过程分形（或异速生长）。展望了分形城市未来的五个研究方向，如第三类分形的实证研究、城市网络分形的耦合机制与地理驱动、城市分形的遗传与变异等，以期为全国国土空间规划多情景模拟、评估和方案制定提供科学服务。
张红 副教授
华东师范大学城市与区域科学学院副教授，香港理工大学地图学与地理信息系统专业博士。主要从事地理复杂性、多尺度表达与建模相关研究。以一作或通讯作者身份在《Annals of the Association of American Geographers》《International Journal of Geographic Information Science》《Journal of Transport Geography》《Landscape Ecology》《The Professional Geographer》等期刊发表论文20余篇。其中，3篇通讯作者论文多次入选ESI高被引。E-mail: hzhang@re.ecnu.edu.cn
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《地球信息科学学报》是中国科学引文数据库（CSCD）核心期刊、中国科技核心期刊、全国中文核心期刊。2020年《中国科技期刊引证报告（核心版）》和《中国学术期刊影响因子年报》均显示，学报影响因子位列测绘科学技术期刊第2名。在2020年版中国科学院科学出版基金中文科技期刊排行榜中，学报排名第25位。
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