PNAS：大数据揭示非洲城市形态的规模法则

关键词：城市科学，规模法则，可持续发展

论文题目：Scaling of the morphology of African cities

论文来源：PNAS

论文地址：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2214254120

非洲有很大一部分基础设施尚未建成，而这些设施“在哪建”以及“如何建”非常重要，因为当下的决定将影响未来几十年——产生的城市形态对一个城市的能源需求有着长远影响。然而，由于缺乏足够的数据，在非洲估计和预测这类需求极具挑战性。鉴于非洲未来30年可能出现的大规模城市化，人们必须克服数据障碍，引领城市走上可持续和韧性的道路。

近日发表于 PNAS 的这项研究基于非洲大陆上近2亿座建筑的位置和表层，估计了近6000座城市的建筑间距离。建筑足迹数据使得城市形态指标的构建能更好地比较非洲不同城市间的空间延伸 (elongation)、扩张蔓延 (sprawl) 和空旷程度 (emptiness)。研究建立了BASE模型，其中建筑物之间的平均距离是建筑物数量和它们的平均面积、空间排列的蔓延和延伸的函数关系。城市中建筑物之间的平均距离（用来反映与交通相关的能源需求）的增长速度比人口的平方根还要快，这是由建筑数量的亚线性增长和建筑规模、蔓延的亚线性增长共同作用的结果。研究估计，当一个城市的人口增加一倍时，交通对能源的需求将增加两倍。

(A)城市可能是拉长的、蔓延的，或者两者兼有，这取决于其建筑的位置。S是蔓延指数，即建筑物之间的空间，城市越紧凑，该指标越小。E是延伸指标，城市越接近一个圆形，该指标越小。(B)在人口相似（140万至230万居民）的九个城市观察到的建筑物足迹。细长形状的城市直径较大，意味着建筑物之间的平均距离较长。蔓延程度越大的城市，建筑之间的空间越大，距离也就越长。(C)随着城市人口的增加，观察到的建筑物数量B、面积A、蔓延S和延伸E的增加。(D)由大于某一区域的建筑物形成的城市的建筑物数量和面积的累积分布关系。

(A)通过观察城市中心就能确定城市的特征。(B-D)人口越多的城市在其中心有更多更大的建筑，所以中心附近的建筑足迹也更大。在人口超过100万的城市中，市中心至少有30%已建成。(E)大多数城市的蔓延和空旷程度都较低。因此，有效利用城市中心附近的空间对于减少城市蔓延至关重要。(F)当人口增长一倍，城市在其占地面积、距离和交通所需能源方面的变化情况。

复杂科学最新论文

集智斑图顶刊论文速递栏目上线以来，持续收录来自Nature、Science等顶刊的最新论文，追踪复杂系统、网络科学、计算社会科学等领域的前沿进展。现在正式推出订阅功能，每周通过微信服务号「我的集智」推送论文信息。扫描下方二维码即可一键订阅：