Spatiotemporal dynamics of urbanization and landscape anthropization in Kinshasa, Democratic Republic of Congo, from 2001 to 2024
本研究利用 Landsat 影像和机器学习技术分析了 2001 年至 2024 年间金沙萨的城市化进程，揭示了建成区和农用地正以牺牲森林和稀树草原为代价进行快速的离心式扩张，这显著加剧了景观的人类活动化，并强调了改进城市规划和生态系统保护的紧迫性。
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城市不仅仅是建筑的集合；它们是不断重塑其下方土地的生命景观。当一座城市增长时，它不仅仅是增加了更多的混凝土，而是改变了土地的本质，将森林变为农田，将草原变为社区。这一被称为“城市化”的过程在非洲比地球上任何其他地方都发生得更快。在这些快速扩张的地区，城市与乡村之间的界限往往变得模糊，创造出一个自然与人类活动争夺空间的复杂地带。理解这种转变是如何发生的至关重要，因为城市的扩张方式不仅决定了人们居住在哪里，还决定了水的流动方式、野生动物如何生存，以及土地未来是否能够支撑人口。科学家通过从高空观察地球来研究这些变化，利用卫星图像追踪地表覆盖物逐年发生的变化，揭示出从街道层面无法看到的增长隐藏模式。
在刚果民主共和国，首都金沙萨为这种快速变化提供了一个显著的例子。一项新研究绘制了金沙萨二十三年间（从2001年到2024年）的景观演变过程，以了解该城市究竟是如何扩张的，以及在此过程中失去了什么。研究人员关注整个城市区域及其周边郊区，使用卫星图像将土地分为八个不同的类别：茂密森林、河流沿岸森林、开阔草原、湿地、农田、裸露土壤、建筑用地和水域。通过使用先进的计算机算法分析这些图像，团队不仅能够看到城市增长了多少，还能看到不同类型的土地随时间推移是如何相互转化的。
结果描绘了一幅人类压力日益增加的景观图景。在研究开始的2001年，该地区的主要特征是开阔草原，覆盖了近58%的面积。森林（包括茂密的林地和沿河的树木带）约占20%。到2024年，这种平衡发生了显著变化。草原缩减至约47.5%，而森林则剧烈下降至不足8%。取而代之的是，两种人造土地类别激增。农田从大约6%扩大到近27%，而建筑和基础设施覆盖的面积也翻了一番多，从3%上升到6.6%。这种转变表明，城市不仅是在向外扩张，它还在从根本上改变生态系统，用农业和住房取代了自然植被。
研究还显示，这种变化并非同时发生，也不是以统一的方式进行的。研究人员将时间线划分为几个阶段，以观察变化速度的变化。增长最剧烈的时期发生在2-014年至2019年之间，当时城市的扩张速度达到了最快。在这些年里，自然土地向农田和住房的转化加速。在2014年之前，增长较为温和，但后期显示出的发展浪潮超过了早期的趋势。这表明，该国近期的政治和经济变化可能影响了城市扩张的速度，将城市前沿推向了周围的乡村。
为了理解这种增长的形态，研究人员观察了城市如何从中心向外扩散。他们将区域划分为若干个环，以城市中心为起点，以五公里为步长向外移动。他们发现，城市并非简单地呈完美的圆形扩张。相反，增长是不均匀的，最剧烈的开发发生在中间地带，即距离中心约15至30公里的区域。这个通常被称为“城乡结合部”的区域成为了新建设的主要前沿。城市核心区保持着密集状态，但最剧烈的变化发生在这些中间环带，在这里，零散的建筑斑块开始合并成更大的连续城市区域。这种城市向外扩散并随后使分散部分连接在一起的模式，被称为“扩散-聚合”过程。这意味着金沙萨不仅在变大，而且正变得更加连通，社区之间的缝隙正在被填满。
这种扩张对自然界的影响是深远的。研究测量了景观的“干扰度”，即量化人类活动对自然环境造成破坏程度的一种方法。在2001年，这种干扰指数较低，表明自然植被仍占据主导地位。到2024年，该指数增加了三倍多，标志着人类修改后的土地用途已成为景观的主要特征。曾经构成连续覆盖层的森林和草原正被破碎成更小、更孤立的碎片。这种破碎化对环境是危险的，因为它切断了动物移动的路径，并降低了土地管理水分和防止侵蚀的能力。湿地和河岸森林对于过滤水质和防洪至关重要，但在这些区域极易受到威胁，因为它们往往是最先被转化为农田或住房的。
最重要的发现之一是农业在这一转型中的作用。虽然建筑物的增长在不断增长的城市中是预料之中的，但农田的大规模扩张是变化的主要驱动力。数据表明，大量失去的草原和森林被转化成了耕地。这表明，城市的发展不仅关乎人们搬入房屋，还关乎喂养增长人口的需求。城乡结合部已成为一个农业与居住共存的混合空间，且往往缺乏明确的规划。这为城市管理者带来了复杂的挑战，他们必须在粮食生产的需求与保护剩余自然生态系统的需求之间取得平衡。
研究结论认为，金沙萨正遵循着一种快速、不受控制的扩张轨迹，这威胁到了其生态稳定性。森林的丧失和草原的破碎化不仅仅是图表上的数字，它们代表了城市自然防御能力及支撑生命能力的真实衰退。研究人员强调，如果没有对剩余自然空间进行更强的规划和保护，城市面临着失去其生存所需资源（如清洁水源和防洪保护）的风险。研究结果呼吁采取一种新的城市发展方式，即承认城乡结合部的价值，不仅将其视为新建建筑的场所，更要将其视为自然与人类活动必须共同管理的关键区域。通过准确了解城市如何以及在哪里增长，规划者可以做出更好的决策，以确保金沙设定的未来是可持续的，在适应人类需求的同时，保留其自然景观。
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