第1章城市化与地理国情监测概述
1.1城市化
1.1.1城市化定义
“城市化”一词源于拉丁文“Urbanization”，1867年西班牙工程师Serda在其著作《城市化基本理论》中首次提及这一概念，用以描述乡村向城市演变的过程。1979年，吴友仁发表《关于中国社会主义城市化问题》，首次将“Urbanization”一词引入中国学术界，开启了中国的城市化理论研究。城市化涵盖人口、经济、社会和土地四个方面：人口城市化是农村人口和劳动力向城镇转移的过程；经济城市化指第二、第三产业向城镇聚集发展的过程；社会城市化是包括城市文明、城市意识在内的城市生活方式的扩散和传播；土地城市化是地域性质和景观转化的过程。城市化是伴随工业化发展的自然历史过程，是人类社会发展的客观趋势。一般学者认为，城市化水平在20%～30%的阶段是城市化初期，这一阶段变化相对缓慢；30%～70%为城市化加速期，这一阶段奠定了城乡结构与产业结构的基本轮廓与格调；超过70%则进入城市化后期，变化速度相对缓慢，这一阶段的实质是对加速期飞速发展的城乡结构进行优化与调整，使其进入高级城市化阶段。
1.1.2城市化发展进程
1.世界城市化发展进程
世界城市化大致经历了工业革命前、工业社会时期和当代世界的城市化三个阶段。工业革命前因生产力水平不高，满足城市居民需要的农副产品数量有限，城市发展受到限制，城市数目少、规模小，城市人口比例低。这个阶段城市人口增长缓慢，直到1800年，世界城镇人口仅占总人口的3.2%（焦秀琦，1987）。工业社会时期从18世纪中叶开始，在工业革命的浪潮中，城市发展快、变化大。欧美国家城市数量剧增，城市规模快速增长。同时，随着亚非国家城市化的兴起，一元结构的封建城市体系逐步向封建城市与近代城市并存的二元结构转化。到1950年，城市化水平上升至28.2%（焦秀琦，1987）。当代世界的城市化从第二次世界大战后开始，这个阶段世界城市化发展区域差异显著。截至2020年，城市化水平为56.2%。
2.中国城市化发展进程
我国是世界上*早出现城市的四大文明古国之一，从公元前约2070年夏朝建立开始，至今已有4000多年的城市发展史。在长达2000多年的封建社会里，由于国家强盛以及经济发展，中国城市数量增多，规模不断扩大，城市化水平一度处于世界先列。在以鸦片战争为重要节点的中国近代，帝国主义入侵和掠夺致使经济发展受损，生产力布局畸形演化，城市发展缓慢，城市化水平极低。到1949年前后，全国仅有132个城市，且多集中在沿海地区，城市功能残缺不全，多以消费型城市为主，许多历史名城逐步衰落，城市规模结构极不合理，少数大城市畸形膨胀，小城市萎缩，城市破烂不堪，街道狭窄，交通不便，污水横流，河湖失修。中华人民共和国成立以后，我国城市化推进经历了曲折的过程，大致分为四个阶段（方创琳，2009）。
第一阶段为1949～1957年，是城市化稳步推进阶段。全国城市开展了大规模的清理整顿工作，发展城市经济，加强城市基础设施建设，改善城市人居环境，初步改变了全国城市环境面貌。到1957年，全国城市数量增至176个，城市化水平由1949年的10.6%增长到1957年的15.4%。
第二阶段为1958～1965年，是城市化推进波动阶段。此阶段是全国城市化推进大起大落阶段，波动起伏较大。1958～1961年，城市数量由176个增至208个，“大跃进”和人民公社化运动在全国范围内开展，一方面加快了不少城市的基础设施和住房建设；另一方面一些大城市不顾实际，规划和建设了卫星城，其决策不尽合理，也为后继乏力埋下了隐患。1961～1963年，我国处于“经济*困难的时刻”，为此，中央对国民经济进行了全面调整，压缩了基本建设规模，停建缓建了大批建设项目，到1963年底，城市由1961年的208个减少到169个。1963年起，国民经济得到恢复，城市建设和维护资金相应增加，城市化水平缓慢提高。
第三阶段为1966～1977年，是城市化推进停滞阶段。1966年，部分城市发展受到严重冲击；1971年，城市管理与规划工作开始逐步恢复，但由于多年建设投资少，管理与维护停滞，城市基础设施严重滞后状况难以扭转。
第四阶段为1978年至今，是城市化推进加速阶段。1978年，党的十一届三中全会在北京举行，中国进入以改革开放和社会主义现代化建设为主要任务的历史新时期，全国的城市化推进工作开始加速。首先，城市数量不断增长，小城镇迅速增加，大批县、镇改市；其次，城市基础设施建设日臻完善，城市规模与结构规划逐步科学、城市布局与功能设计日趋完备，城市中心作用得到加强；同时，城市在国家经济、社会、文化发展中的地位越来越突出。在此过程中，1978～1985年属于启动阶段，农村经济体制改革推动城市化发展；1986～1994年城市的发展伴随着工业化生产进行，城市化进程落后于工业化；1995～2002年分税制与房地产制度的改革促使中国城市进入快速增长、持续发展的时期；2003～2007年在推进新型工业化政策与东部沿海地区产业转型和升级的综合作用下，城市化开始由东部沿海地区快速地向内陆地区蔓延；2008年至今，中国逐步进入新型城镇化道路实践，即推动以城乡统筹、城乡一体、产业互动、节约集约、生态宜居、和谐发展为基本特征的城市化过程，截至2019年末，中国城市数量达到684个，常住人口城镇化率已经达到60.60%。
1.1.3城市化发展存在的问题
城市化的发展，一方面推动了国家与地区社会经济的快速发展，另一方面人口过度集聚、资源需求激增、城市规划不合理等引发了资源紧缺、生态脆弱、城市灾害、环境污染等一系列城市问题，严重影响了人类生活与城市的可持续发展。由于起步晚、发展快，目前处于城市化加速期的中国面临着发达国家近百年中出现的城市问题的集中爆发。
城市空间规模的快速扩张导致大量自然与农业用地向建设用地流转，城市植被覆盖率和耕地面积降低。城市建设与生产生活过程导致土地资源、水资源紧缺。1981年全国城市建成区面积约0.74万km2，截至2019年末约6.03万km2，年均扩展速度达到18.8%，1981～2019年城市建成区面积增长了7.1倍数据来源于住房和城乡建设部《2019年城市建设统计年鉴》。。全国耕地面积则从2000年的185万km2减少至2017年的134.9万km2①。其中，建成区占用耕地面积占耕地减少总面积比例从2000～2005年的47.29%增加到2010～2015年的77.46%（Wang et al.，2019）。此外，全国600多个城市中，缺水城市有400多个，其中严重缺水城市114个（邱国玉和张晓楠，2019）。
城市空间扩张的过程还会破坏地表景观格局，使得区域景观破碎程度增加，连通性降低，多样性减小，生态服务功能下降，进而影响区域生态系统的整体功能和适应性（Dobbs et al.，2017）。与此同时，城市化对生态环境产生的各种效应通过连锁反应使城市中的某种要素水平超过其临界阈值而引发城市内涝、城市热岛等灾变性事件（吕永龙等，2018）。中国是世界上城市内涝*严重的国家之一，2006～2018年进水受淹或发生内涝的城市个数达83～243个，除2018年外均超过百个数据来源于水利部《中国水旱灾害公报》（2006～2018年）。。此外，由于城市化的发展，大量自然渗水地表被不透水人工表面代替，城郊地表产生显著差异，加之城市生产生活热源排放增多导致市区温度高于周边郊区，产生热岛效应，不仅影响城市的水文与热量循环，还影响市区及周边地区的气候（Gartland，2008）。
城市工业与交通活动的增加使得资源消耗加剧，排入环境的污染增多，温室效应显著，大气环境恶化，水土污染严重，环境质量岌岌可危。历史上，在城市化高速发展过程中只重视工业与经济的发展而忽视了环境的可承载能力导致了一系列环境污染事件。例如，1943年与1952年分别发生在美国洛杉矶与英国伦敦的烟雾事件，其根源就是城市化发展过程中的大量汽车尾气与煤炭消耗；20世纪50～60年代，由于含有大量汞与金属铬的工业废水与含SO2的气体和粉尘被随意排入环境，日本的水俣镇、神东川和四日市分别爆发了水俣病、骨痛病和大量呼吸系统疾病。在中国，环境污染事件也频频发生，无论是2005年的松花江水污染事件、2007年的太湖蓝藻污染事件，还是广东北江、湖南浏阳与广西龙江的镉污染事件，都是城市化和工业化进程中“血的代价”。
城市化发展过程中出现的这些问题提醒我们，城市化是一个复杂的过程，只有保持科学的态度，在切实把握城市的地理环境与社会经济发展特征的基础上，统筹人口布局、资源配置、产业发展、社会与环境各个方面，建立新型城市化理念，才能实现和谐的人地关系，可持续的城市发展，真正做到城市让生活更美好（吴冕，2011）。
1.2地理国情监测
1.2.1地理国情监测的背景
早在春秋战国时期，人们就开始了对赖以生存和繁衍的地球及其环境的认识、探索和研究。区域地理著作《尚书 禹贡》与先秦古籍《山海经》被认为是中国地理学的发端，《周易 系辞》 中: “仰以观于天文，俯以察于地理”首次出现“地理”二字，东汉王充在 《论衡 自纪篇》中提到: “天有日月星辰谓之文，地有山川陵谷谓之理”丰富了地理的内涵，探究与跟踪山、川、陵、谷等地形、地貌这一影响人类生活和发展的地球环境变化，对人类在漫长的社会生产实践过程中认识、利用和改造自然具有极为重要的意义（侯仁之，1959；袁珂，1980；黄晖，1990；李健超， 1995；金景芳，1998；顾朝林，2009）。20世纪以来，随着计算机、电磁波、航空航天等技术的发展，人类逐渐能够脱离地球从太空开展观测。当前的多源遥感技术、全球卫星导航定位技术、地理空间信息网格技术、多维时空数据挖掘技术、空间信息云计算技术等使得全方位、多角度实现地理国情信息的挖掘分析和发布交互成为可能（李德仁等，2012）。
许多国家已经在本土、区域甚至全球尺度下开展了地理国情监测的相关项目或工程，以便更好地服务于本国或地区的资源、环境、能源、社会等领域（翟亮，2012）。例如，美国国家生态观测站网络（National Ecological Observatory Network，NEON）（National Research Council，2004）、地理信息分析和动态监测计划（Geographic Analysis and Monitoring Program，GAM）（USGS，2003）、欧洲环境信息与观测网络（European Environment Information and Observation Network，EIONET）（EEA，2012a）、全球环境与安全监测计划（Global Monitoring for Environment and Security，GMES）［现已更名为哥白尼计划（EEA，2012b）］、亚太地区环境革新战略项目（Asia-Pacific Environmental Innovation Strategy Project，APEIS）（Masataka et al.，2010）、澳大利亚地球科学署发布的《2010-2012战略规划》（STRATEGICPLAN 2010-2012）（Geoscience Australia，2011）等。此外，一系列聚焦专题领域的监测项目也在世界各地迅速展开。例如，英国的全球干旱监测网络、欧盟委员会联合研究中心、联合国粮农组织和美国饥饿早期预警系统网络的粮食安全监测系统、澳大利亚温室气体办公室全国碳计量系统地表覆盖变化项目、农业地表覆盖变化监测工程等（乔朝飞，2011）。
中国地域辽阔、地形复杂、地表覆盖与生态景观特征丰富、人口数量众多、经济社会发展迅速，且正处于城市化高速发展和经济转型时
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