城市化是人类社会发展到一定阶段的产物,是人类对于自然界适应和改造能力显著提高的自然结果和表征.城市扩张是作为城市化过程最直接的表现形式。由于生产力的不断发展,除农业外其他产业在城市不断集聚,农村人口向城市涌入,导致城市空间范围在二维平面空间中不断扩张。随着城市土地需求量增大,仅仅只是二维平面上的城市扩张已不能满足研究需要,因此从二维平面和三维立体的角度研究城市空间扩张的变化规律,充实城市扩展的理论尤为重要。地形地貌作为城市发展的基础。对城市的规划管理和布局都产生直接或间接影响。不合理的建设活动引发了一系列城市问题。所以,基于地形地貌的角度来看待城市扩张过程有很大的现实意义,研究结果能够为城市规划布局提供参考意见,为城市可持续发展提供切实有效的决策支持。本文以城市发展水平较低的陕甘宁地区为研究区,基于多源数据,从省级和地级市两个尺度上,结合时空变化指标、重心模型和引力模型来分析1995-2015年城市平面扩张的时空变化特征。选取了海拔、起伏度、坡度、水系、成因地貌等指标因子来探究研究区的地形地貌条件,分析不同时期建成区在不同地形地貌单元的分布。借助标准差椭圆模型和缓冲区分析方法来统计和分析不同地貌单元中建成区的分布模式以及最大建成区斑块的时序扩张特征和方向。以2019年的建筑高度数据为基准,以Google Earth下载的研究区历史高精度影像为辅助,人工解译出2008年-2019年兰州主城区发生改变的建筑物高度。统计和分析此期间的建筑类型的相互转化,并对2008年和2019年变化区域的天际线变化进行比较。得到的主要结论有:(1)整体来看,1995-2015年,在陕甘宁地区城市建成区总面积较1995年增长了约1倍。陕甘宁地区各城市建成区的扩张动态度、速度和强度整体呈现“增大-降低-增大”的发展态势。扩张方式由内部填充向外部扩张转变。2015年陕甘宁地区城市对外经济联系强度和城市扩张显著正相关。在省级尺度上,陕西省内的城市扩张规模相对最大,陕西省城市建成区分布呈现“中部高,南北低”的发展态势。宁夏的城市建成区的增长规模最快,城市扩张主要沿黄河经济带展开,建成区分布呈现“北高南低”的发展态势。甘肃城市整体发展速度较慢。由于省会兰州“两山夹一河”的典型河谷型地貌的限制、城市扩张空间不足,省内城市建成区分布呈现“西高东低”的发展态势。在地级市尺度上,建成区的面积分布出现了以西安、兰州、银川中心城市为代表的发展群体。城市扩张变化特征较为显著的地级市主要有西安、咸阳、渭南、宝鸡、银川、吴忠、石嘴山、兰州等市。省会城市西安对城市的辐射和带动能力大于兰州和银川。(2)城市建设活动优先选择在地形条件较好的低海拔低起伏度和低坡度的区域发育和成长。基于成因地貌特征,城市建成区主要分布在在流水地貌上,部分建成区分布在黄土地貌和干燥地貌区,其余地貌类型中建成区分布较少。基于河流分布特征,发现距离河流越近,建成区面积越多,建成区增长速度越快。当建成区距离河流的距离由近到远时,建成区累计面积量由快速增长到逐渐趋于平缓。1995-2015年,西安市主城区的建成区可以摊大饼式向四周扩张,扩张方向性不显著,扩张几乎不受地形限制。银川城区建成区由东南-西北方向的分布方向逐步向南北方向进行缓慢扩张,之后扩张方向性明显转变为西南-向东北方向的倾斜扩张。建成区扩张体现为扇形扩张方式,扩张过程受地形限制较小。兰州市主城区整个建成区受地形地貌条件影响,该建成区图斑上一直由东南-西北方向扩张,其扩张方向性相较于西安和银川更加显著,扩张过程受地形限制较大。(3)2008年城市在规划设计过程中早期的较矮的低层建筑和多层建筑将会率先被改造和淘汰。城市建筑变化区域的天际线较低且起伏平缓。2019年城市发展能力提高,城区边缘地带很多非建设用地转化为建设用地,造成新增低层建筑面积占新增总面积的34%,2008-2019年,超过4.98km~2的非建设用地改建成不同高度的建筑用地。有5.28km~2的低层建筑如棚户区/城中村等和少量的破旧的多层建筑拆迁或已改建成非建筑区。4.89km~2的非建设用地转化为建筑用地。其他建筑相互之间的类型转化面积较少。东部和中部地区出现了较多高层和超高层建筑,西部西固区位于城区的边缘地带的西固区建筑高度也较2008年显著升高,但较为显著的超高层建筑较少,城市东西方向的天际线出现了新的改变。