Spatiotemporal analysis of urban expansion and environmental impacts in five Saudi Arabian cities by utilizing geospatial and remote sensing approach

沙特阿拉伯的快速城市化从根本上重塑了大都市景观，给干旱地区的环境可持续性带来了前所未有的挑战。本研究利用遥感与地理信息系统（GIS），对沙特五座主要城市（利雅得、麦加、吉达、麦地那和达曼）30年间（1993—2023年）的城市扩张模式及相关环境影响进行了时空分析。我们采用多时相Landsat影像的监督分类方法，并整合NDVI、SAVI和NDWI等光谱指数以增强土地覆被的区分能力。分类精度介于92%至95.2%之间，并通过分层抽样和误差矩阵分析进行了验证。分类后变化检测算法量化了城市增长动态，而二元逻辑回归模型评估了地形因素对空间发展格局的影响。结果表明，所有研究城市均经历了剧烈的城市转型。麦地那的绝对扩张面积最大（759.2 km²），其次是利雅得（648.08 km²）和吉达（640.12 km²）。增长率差异显著：利雅得的比例增幅最高（236.8%），而麦加因地形限制，扩张较为受限（48.92 km²）。空间分析识别出不同的城市化模式，麦加和麦地那呈集中式增长，而利雅得、吉达和达曼则呈分散蔓延式发展。地形分析显示，坡度显著影响吉达（p = 0.003）和麦加（p = 0.030）的城市发展，而海拔显著塑造了利雅得、吉达、麦加和麦地那的扩张格局（p < 0.05）。模型拟合统计量（Nagelkerke R² = 0.06–0.24；ROC AUC = 0.56–0.72）表明，地形变量提供了有限但具有意义的解释力，全面建模还需纳入更多社会经济变量。这些发现揭示了干旱大都市地区城市增长、地形约束与环境压力之间的复杂关系。所观察到的城市扩张模式与已有文献记载的政府政策、石油驱动型经济增长及人口迁移对沙特城市景观的影响相一致，并对栖息地连通性、局部环境质量和资源压力具有潜在影响。本研究为循证城市规划提供了基线数据，并提出了一种可复制的分析方法。