长江经济带不同尺度城市规模扩张特征及空间差(6)
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【摘要】[20] 刘妙龙, 陈雨, 陈鹏, 等. 基于等级钟理论的中国城市规模等级体系演化特征[J]. 地理学报, 2008,63(12):1235-1245. LIU Miaolong, CHEN Yu, CHEN Peng, et al. The time-scale
[20] 刘妙龙, 陈雨, 陈鹏, 等. 基于等级钟理论的中国城市规模等级体系演化特征[J]. 地理学报, 2008,63(12):1235-1245.
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0 引 言城市规模分布和城市扩张作为城市景观过程研究的重要问题之一,受到了国内外学者的广泛关注。以[1]发现的城市规模分布符合幂值定律为典型代表,学术界对城市规模分布的研究已有100多年的历史[2],如冯兴华等[3]运用 Kernel 密度分析法、分形理论、修正引力模型等方法,分析了长江经济带城市规模结构和等级结构的演变过程;卫春江等[4]受城市位序-规模法则的启发,研究了传统农区村落的位序-规模法则;GAO Bin等[5]利用夜间灯光数据分析了中国三大城市群城市规模分布的异同;R. BERGS等[6]以荷兰为例,充分证实了自然城市的等级分布服从Zipf定律;许伟攀等[7]研究了中美两国城市位序的分布对比,为中国的城市发展提供了建议。也有学者通过研究城市位序-规模分布的特征,进一步得出其影响因素,万庆等[7]研究认为城市位序-规模分布受城市自然地理条件、社会经济发展条件和政治制度约束的影响,城市位序-等级的影响效应主要体现在经济、收入分配和公共支出等方面。针对城市空间扩张,黄志勤等[8]综合社会经济、区位条件和自然条件的影响,分析了泸州市发展空间格局变化的驱动力;别小娟等[9]计算了京津冀城市群城市空间扩张带来的经济增长溢出效应;陈永林[10]等分析了城市扩张对边缘区景观格局的影响。目前,国内对于城市规模的研究方法主要是运用经典定律和模型进行分析[11-12],研究的区域以成渝城市群、京津冀城市群和长三角城市群为主,对长江经济带这样庞大的区域相关研究较少,且已有研究结果缺乏长时间序列下的特征分析以及对特大、大和中等城市规模的具体分析,忽略了不同规模城市分布的变化特征。长江经济带作为我国经济发展的先导区,在协调我国东中西三大板块共同发展和推进新型城镇化建设方面起着不可或缺的作用。笔者以长江经济带为研究区域,对1992—2012年的长江经济带城市规模分布和城市空间扩张程度进行分析,得出长江经济带城市规模分布随时间变化的规律;并进一步探讨城市发展的差异,为长江经济带的城市发展规划提供参考依据。1 研究区概况长江经济带覆盖上海、江苏、浙江、安徽、江西、湖北、湖南、重庆、四川、云南、贵州等11个省市如图1,地图底图参考于文献[13],横跨我国东中西三大区域,位于97°36′~122°95′E和21°14′~35°12′N之间,覆盖面积205万km2,约占中国陆地面积的21.7%,人口和生产总值均超过全国的40%,涵盖了我国经济最发达、人口最密集和城市化水平最高的地区,具有独特优势和巨大发展潜力。1992—2012年期间,长江经济带的夜间灯光面积从2 789.5 km2增加到了2 3476.7 km2,年均增长率达到11.2%,说明长江经济带各个城市的建成区范围不断增加,城市的规模处于不断变化之中。图1 研究区域区位Fig. 1 Location of YREB2 数据与方法2.1 数 据文中共使用了2类数据进行研究(表1):①DMSP/ OLS夜间灯光遥感数据,利用该类数据可进行包括城市扩张分析、城市边界提取[14]等的研究。研究中所用的夜间灯光遥感数据经过了一系列校正[15],能够较准确地反映城市的夜间灯光信息。DMSP/OLS夜间灯光遥感数据能够直接反应多维度城市化特征的图斑数据,利用DMSP/OLS夜间灯光遥感数据度量城市化水平、城市人口分布、GDP密度、城镇体系和城市规模具有可行性和可信度[16-18];②GIS数据,包括研究区域行政区划数据,主要用于量化研究区域内各个城市的扩张程度。表1 基础数据Table 1 Basic data数据名称年份主要用途DMSP/OLS夜间灯光遥感数据1992—2012 提取城市建设用地GIS数据2012提取研究区域边界2.2 研究方法2.2.1 帕累托回归帕累托(Pareto)回归作为Zipf分布的特殊形式,通常被用来研究城市的位序-规模演化。在帕累托回归中,Pareto系数可以从整体上反应城市规模分布的均匀程度,Pareto系数α越大,说明城市规模分布越趋于均匀;反之,则说明城市规模分布不均匀[19]。Pareto系数的计算公式如式(1):LnRi=LnA-αLnSi+μ(1)式中:α为Pareto系数;Si为城市i的城市规模(文中用城市i范围内城市灯光像元的面积表示);Ri为城市规模不小Si的城市的数量;A为首位城市的城市规模;μ为误差项 等级钟在掌握长江经济带整体城市规模分布状况之后,进一步了解长江经济带内部不同区域、不同城市类型的城市规模变化特点,等级钟法可以直观地分析城市规模分布动态[20]。笔者选取城市位序变化量的绝对值和平均值这2个指标,用绝对值衡量城市位序变化的剧烈程度,用平均值来体现不同规模城市的位序变化特征,表达式如式(2)、式(3):(2)(3)式中:Ri,t为城市i在第t年的位序;Ras,i为城市i位序变化绝对量;Rs为位序变化的平均?城市扩张指数引入城市扩张比例指数(LUPI)、城市扩张速度指数(LURI)、城市扩张强度指数(LUII)和城市扩张综合指数(LUICI)来表征城市用地扩张的空间特征[21],分别按式(4)~式(7)计算:(4)(5)(6)(7)式中:LUPI(i,t-t+n)为城市i在t-t+n时段内的城市扩张比例指数;为城市i在t-t+n时段内增加的城市建设用地面积(本研究中用城市灯光面积来表示);Ti为城市i的土地总面积;LUEI(i,t-t+n)为城市i在t-t+n时段内的城市扩张幅度指数,该指数可直观反映特定土地类型转化的速度,也就是通常所说的建设用地动态指数[22];LURI(i,t-t+n)为城市i在t-t+n时段内的城市扩张速度指数,该指数着重强调的是土地变化过程中的递变过程,是对递变规律的解释[23];LUII(i,t-t+n)为城市i在t-t+n时段内的城市扩张强度指数;Ct+n、Ct分别为整个长江经济带在t-t+n时段内的末期和初期城市建设用地总面积,该指数用于说明城市用地扩张的强弱,LUII>1 表明局部变化较整体剧烈,反之亦然。最后得出城市扩张综合指数,衡量研究区域的城市扩张强度,按式(8)计算:(8)式(8)由城市扩张相关公式加权所得,能综合反映城市用地扩张的空间特征,取值范围为0 ~ 1,是标准化后的数值,越接近于1,表明城市用地扩张越明显。3 结果与分析3.1 长江经济带城市位序-规模分布动态分析提取长江经济带各地级市的夜间灯光面积,利用Pareto回归得到长江经济带地级市不同年份的Pareto系数α和其决定系数R2(表2)。再选取1992、1995、2000、2004、2008、2012年的Pareto系数进行曲线拟合,从时间上体现城市规模分布均匀程度的变化(图2)。图2 1992、1995、2000、2004、2008和2012年长江经济带地级市城市规模分布随时间变化Fig. 2 Urban scale distribution of prefecture-level cities in the YREB changing with time in 1992, 1995, 2000, 2004, 2008 and )在过去20年间,长江经济带城市位序-规模分布呈均匀发展趋势。Pareto系数从1992年的0.51上升到2012年的0.77,年平均变化为0.013,R2从81.80%上升到91.45%(图2,表2),表明在这一时期,长江经济带的城市规模分布越来越符合帕累托分布。2)Pareto系数增加最快的连续时段是2000—2003年,年均增长0.03。3)城市面积越大,其位序-规模分布越均匀,具体表现在研究区域内,面积排名前50的城市,其Pareto系数从0.78上升至1.05;面积排名前30的城市,其Pareto系数从0.99上升至1.05,这些值都大于整体样本的值。表2 长江经济带地级城市Pareto系数Table 2 Pareto coefficients of prefecture-level cities in the YREB年份长江经济带地级市Pareto系数决定系数R2/%城市面积位列前30位的城市Pareto系数决定系数R2/%城市面积位列前50位的城市Pareto系数决定系数R2/%................3.2 长江经济带城市群尺度位序-规模分布动态分析在城市群的尺度上,长江经济带三大城市群从1999—2012年的城市位序-规模分布特征不同。成渝城市群的Pareto系数增加了0.34,长三角城市群的Pareto系数增加了0.32,而长江中游城市群的Pareto系数为0.27,但是三大城市群的城市位序-规模分布都呈均匀发展趋势(图3)。图3 长江经济带三大城市群 1992—2012年Pareto系数变化Fig. 3 Change of Pareto coefficients of the three urban agglomerations in YREB from 1992 to 2012从图3可以看出:长三角城市群的Pareto系数在任意时间段都大于长江经济带的Pareto系数;在2003年以前,成渝城市群和长江中游城市群的Pareto系数与长江经济带的同期Pareto系数相比波动较大,在2003年以后,成渝城市群和长江中游城市群的Pareto系数呈现出明显的增长趋势,但其值仍然低于同期长三角城市群的Pareto系数。说明长三角城市群的城市位序-规模分布最均匀,其余两大城市群均匀程度相似并次于长三角城市群。利用等级钟法进一步分析城市位序,结果如图4。1)1992—2012年,三大城市群的城市位序都有较大的波动,其中成渝城市群的波动最大,其次是长江中游城市群,长三角城市群的波动最小﹝图4(a)、图4(c)、图4(e)﹞,位序变化量的平均值分别为78.19、54.46和23.63。2)在成渝城市群中,重庆市的波动最小,位序变化量为14,自贡市波动最大,位序变化量为154﹝图4(a)﹞;在长江中游城市群,武汉市的位序波动最小,较为稳定,位序变化量为3,上饶市波动最大,位序变化量为97﹝图4(c)﹞;在长三角城市群,上海市是位序最稳定的城市,位序变化量为0,台州市的波动最大,位序变化量为55﹝图4(e)﹞。3)由图4(b)可以看出:三大城市群分别经历了不同的城市位序变化过程。根据国务院2014年印发的《关于调整城市规模划分标准的通知》(表3),分析不同规模城市的位序变化,在成渝城市群中,特大城市的平均位序保持稳定,波动不大;大城市的平均位序呈先下降后上升的趋势;相比而言,中等城市的平均位序也呈先下降后上升的趋势,但其平均位序波动的幅度小于大城市。在1992—2012年期间,成渝城市群特大城市的平均位序为6.94,其中重庆市的位序最为稳定,其在2002年后的位序一直保持第9位不变;大城市的平均位序为81.67,中等城市的平均位序为113,大城市的平均位序从1992年的92.82升至2012年的70.55,而中等城市的平均位序从1992年的92.82下降到2012年的104,说明成渝城市群中等城市的发展较缓慢。表3 城市规模划分标准Table 3 Standard of city scale division城市规模小城市中等城市大城市特大城市人口/万人<5050~~500>500图4 长江经济带三大城市群 1992—2012 年城市位序钟和不同规模城市的平均位序Fig. 4 The rank order clocks of the three urban agglomerations in the YREB from 1992 to 2012 and the average rank order of different scale cities4)由图4(d)可以看出:在长江中游城市群中,特大城市的平均位序呈略微下降的趋势,大城市的平均位序总体呈现下降的趋势,中等城市的位序波动较大,位序总体呈下降的趋势。长江中游城市群唯一的特大城市武汉市,其城市位序排名在从1992年的第2位下降至2012年的第5位,说明特大城市的发展速度有所减缓;1992—2012年间,大城市和小城市的平均位序分别为54.50和82.11,大城市的平均位序从1992年的50.74位,下降至2012年的59.90位,中等城市从73.50位,下降至86.83位,可知长江中游城市群的发展弱于其他城市群,导致其三种规模城市的位序都呈现出下降的趋势。5)由图4(f)可以看出:在长三角城市群中,特大城市的平均位序先上升后保持稳定,中等城市的平均位序总体上持续上升,到了2003年后保持稳定。特大城市的平均位序从1992年的第7位上升至2012年的第5.4位,而大城市的位序变化则是从29.73位至23.36位,说明长三角城市群发展迅速。统计各个时期三大城市群的城市规模分布如图5,地图底图参考于文献[24]。图5 长江经济带三大城市群地级市城市规模分布Fig. 5 City-scale distribution of prefecture-level cities in the three urban agglomerations of the YREB由图5可知,在不同时间段,各个城市群内部的城市规模分布不同,但其发展趋势是一致的,即大城市的数量明显增加,小城市的数量逐渐减小为0。表4统计了长江经济带三大城市群在不同时期的城市规模数量,成渝城市群在1992—2012年间,特大城市、大城市的数量保持逐渐增加,重庆和成都在2002年发展为特大城市,到了2012年,大城市的数量增加到11个,中等城市只剩下3个,分别为雅安、眉山和广安,而小城市的数量为0。在长江中游城市群中,武汉市在2002年发展为特大城市,大城市的数量在3个时间段逐渐增多,到了2012年大城市共有22个,但是,大城市向特大城市发展的趋势较弱。而中等城市的数量逐渐减小,中等城市向大城市发展的趋势明显,小城市由1992年的15个减少为2012年的2个,体现出较强的发展趋势。在长三角城市群中,上海市在1992年即为特大城市,到了2012年,特大城市的数量发展为5个,说明长三角地区的发展趋势最好。中等城市向大城市晋级、大城市向特大城市晋级的趋势明显,到了2012年,该地区仅剩下一个规模较小的中等城市为舟山市(图5,表4)。表4 长江经济带三大城市群的城市数Table 4 The number of cities in the three major urban agglomerations of the YREB城市群城市规模城市数/座1992年2002年2012年成渝城市群特大城市022大城市3611中等城市773小城市610长江中游城市群特大城市011大城市中等城市1297小城市1552长三角城市群特大城市115大城市中等城市811小城市2003.3 长江经济带城市用地规模扩张的空间差异用城市扩张指数计算长江经济带各城市用地的城市扩张比例指数(LUPI)、城市扩张速度指数(LURI)、城市扩张强度指数(LUII)和城市扩张综合指数(LUICI)和城市扩张综合指数UICI如表5。表5 长江经济带1992—2012年城市用地变化指标Table 5 Indicators of urban land use change in the YREB from 1992 to 2012地级市LUEI/%LUPI/%LURI/%LUII/%LUICI级别台州市18 849.351..Ⅰ常州市922.279..Ⅰ咸宁市3 363.262...010.82Ⅰ宁波市1 514.225..Ⅱ上海市.Ⅱ南充市8 588.740..Ⅱ杭州市644.523..Ⅱ武汉市263.338...000.59Ⅱ南京市285.757..Ⅱ无锡市369.758..Ⅱ萍乡市2 005.090..Ⅲ成都市431.504..Ⅲ安顺市3 155.510..Ⅲ连云港市793.061..Ⅲ宜宾市3 480.420..Ⅲ遵义市1 083.290..Ⅳ盐城市586.270..Ⅳ荆门市474.760..Ⅳ襄樊市217.850..Ⅳ巢湖市1 149.860..Ⅳ由表5可知,各城市的城市用地扩张指数各不相同,其中UEI和UII指数变化的趋势一致,UPI和URI的变化则各有特点。城市用地扩张综合指数(UICI)的引入避免了单一指标判定的缺陷。根据UICI得分特点规定[21]:UICI≥0.8,城市扩张类型为Ⅰ级(剧变型);0.5≤UICI<0.8为Ⅱ级(速变型);0.2≤UICI<0.5为Ⅲ级(缓变性);UICI<0.2为Ⅳ级(稳定型)。研究表明,1992—2012 年,长江经济带各城市用地扩张差异显著。扩张类型为剧变型的城市分布在东部沿海地区,共有2个,分别为台州市和常州市如图6,地图底图参考于文献[13];速变型扩张的城市主要分布长三角城市群、长江中游城市群中部、成渝城市群西部以及以及云南省的部分城市,缓变型扩张的城市最多,共有72个,主要分布在长江中上游地区,以大城市为主,稳定型扩张的城市主要分布在成渝城市群与长江中游城市群的交界处以及西南地区的部分中小城市。图6 长江经济带地级市UICI指数分布Fig. 6 Distribution of UICI index of prefecture-level cities in the YREB以表5中的20个代表城市为例,扩张速度为剧变型的有台州、常州、咸宁共3个,其中台州市最为剧烈,但其扩张比例和扩张强度不高,扩张速度和扩张幅度是其城市用地扩张综合指数大的主要原因;速变型城市的有咸宁、上海、杭州等38个城市;缓变型的城市有成都、宜宾等 47个;稳定型的城市有遵义、巢湖等 13 个城市。4 结 论从以上的研究可知,在1992—2012年间,长江经济带的城市位序-规模分布总体呈均匀发展趋势,但是区域内不同规模的城市其发展历程存在差异。不同区域的大城市向特大城市发展的速度缓慢,具体表现在从1992—2012年长江经济带的特大城市增加了7个,其中,成渝城市群的特大城市增加了2个,长江中游城市群的特大城市增加了1个,长三角城市群的特大城市增加了4个。特大城市作为大量资源和产业的聚集载体,对周边地区的发展有带动作用,特大城市持续发展,加快大城市向特大城市晋级是提高区域总体发展水平的重要途径。从城市群尺度分析城市位序-规模变化,长三角城市群的城市规模均匀度最好,其余两大城市群的城市规模分布均匀程度次之,三大城市群内,小城市向中等城市发展的趋势明显,中等城市向大城市快速晋级,但是,成渝城市群和长江中游城市群的特大城市大城市数量较少,说明成渝城市群和长江中游城市群处于中心城市主导的发展阶段,城市规模结构欠合理,成渝城市群正处于城市化发展的重要阶段,有关部门应加大对南充、绵阳、德阳和乐山等大城市的扶持力度,促进大城市的规模晋级,建设层次分明、结构合理的城市体系。长江中游城市群应该培育新的特大城市,例如加大对长株潭地区的扶持,促进新的特大城市的形成,带动周围地区的发展,达到优化城市体系结构的目的。长江经济带不同地级市的城市空间扩张差异显著。总体来看,扩张综合程度大的往往是一些中小城市,因为小城市发展基数小,与大城市相比,扩张相同面积,其扩张幅度、比例、速度、强度明显更高。扩张幅度较强的城市主要集中在长江经济带的中部和东部。城市扩张的强度体现在城市的建成区面积增加的快慢,间接体现了城市规模的变化分布和晋级,由城市规模分布情况分析一个地区的发展状况历程是一种行之有效的方法。在推进新型城镇化建设的背景下,长江经济带应该充分发挥其区位优势,打造以三大城市群为核心,特大、大、中等和小城市合理分布的城市体系,协调东中西三大板块均衡发展,实现长江经济带综合实力稳步提升。参考文献(References):[1] AUERBACH F. 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文章来源:《环境工程》 网址: http://www.hjgczzs.cn/qikandaodu/2021/0205/435.html