城市体系位序-规模特征的空间计量分析——以中部地区地级以上城市为例

随着"中部崛起"战略的实施,中部地区的城市快速发展并引起广泛关注。为增进对中部地区城市体系发展规律的认识,根据1985～2009年城市人口数据,利用非参数密度估计方法得到该地区地级以上城市的Kernel密度图,发现城市规模的核密度曲线不断右移,城市整体规模日益扩大;采用空间计量模型对该地区地级以上城市的位序-规模特征进行分析,结果显示城市间的空间依赖性使空间滞后模型估计的Zipf指数值比OLS估计结果要小,表明考虑空间效应的城市体系规模分布更为集中。随后进一步解析空间依赖性影响城市规模结构演化的内在机制,认为要素集聚、产业调整和创新扩散等造成的空间相互作用提供了空间依赖性赖以存在的基础,影响城市体系的演化和位序-规模变动,使城市体系规模分布更趋均衡。结论对于明晰城市在区域城市体系中的定位,确定合理的发展战略具有参考价值。

多维要素流视角下成渝城市群空间结构特征研究

随着交通、通讯设施的日益完善与经济的快速发展,城市间各类要素流动更为频繁并形成城市网络,促进城市动态“流”数据的分析成为区域空间结构研究新范式。相比单一要素流,多维要素流可以从更加综合的视角刻画城市群内部网络联系,识别城市群空间结构特征。本文通过集成百度迁徙、快递物流线路、百度指数、企业总部—分支、科技论文合作等多元地理流数据建立成渝城市群人流、物流、信息流、资金流、技术流及综合流网络,借助社会网络分析方法识别网络节点特征并结合位序—规模法则评估城市体系规模结构,利用核密度分析法识别多维要素流动主要廊道,结合优势流和DBSCAN聚类分析成渝城市群空间组团特征。结果表明:第一,在多维要素流网络中,各节点层级分化明显,成都市、重庆市是成渝城市群的两大核心,对多维要素流的集聚扩散能力突出,而其他城市普遍发育不足。第二,重庆市—成都市关联区间联系强度最高,成都市、重庆市与14个地级市组成的关联区间次之,14个地级市之间组成的关联区间最低,成渝发展主轴、成德绵乐城市带是要素流动的主要廊道。第三,在优势流约束下,成渝城市群内部形成成都—德阳—眉山、重庆—广安、南充—遂宁、内江—自贡—宜宾—泸州、乐山—雅安共5个空间聚类,其中南充—遂宁、内江—自贡—宜宾—泸州具备培育都市圈的潜力。结合本文分析结果和现有规划,建议将多维要素流网络中心度相对较高的绵阳、南充、宜宾作为次级中心城市培育,在重点发展成都都市圈、重庆都市圈的同时着力培育南充—遂宁、内自宜泸两大都市圈,促进绵阳市、雅安市、乐山市、达州市等圈群空隙城市差异化、特色化发展,强化宜宾—泸州—重庆沿江发展轴,逐步优化成渝城市群空间结构,形成区域协调发展新格局。

城市体系二倍数规律与位序-规模法则的等价性证明

从城市规模分布的位序-规模法则出发,推导出城市等级体系的二倍数法则。假定城市体系服从标准位序-规模法则(幂指数为1),则城市规模可以抽象为一个调和数列。按照二倍数的规则对这个调和数列自上而下分级,各级数值之和在极限条件下趋于常数ln2。由此证明如下问题:1)城市位序-规模法则在极限条件下和平均意义上与二倍数法则数学等价;2)服从位序-规模法则的等级结构在一定尺度范围内是无标度的,规模尺度最大的城市理论上不服从规律的约束。上述结论可以进行两个方面的推广:一是逻辑推广,从二倍数推广到多倍数情形;二是应用范围推广,从城市研究领域推广到经济学和自然科学领域。

城市人口-城区面积异速生长模型的理论基础、推广形式及其实证分析

从基于广义Beckmann Davis模型的关于城市人口规模分布的三参数Zipf模型P(r) =C(r-α) -dz 和城市人口 城区面积的异速生长定律A(r) =aP(r) b 出发 ,导出关于城区面积规模分布的三参数Zipf模型A(r) =K(r -α) -d,然后将它们还原为一组奇异对称序列 :Pm =P1λ1-m,Am=A1γ1-m,fm =f1δm -1,从这一组几何级数序列出发推导出城市人口 城区面积异速生长模型的一般形式 ,进而证明 :当令Ps =∑rP(r)、As =∑rA(r)时 ,下式成立 :As(t)∝Ps(t)bs,且当λ≤δ、γ≤δ ,即城市规模分布的分维D≥ 1时 ,标度因子bs =1;当λ >δ ,γ>δ ,即分维D <1时 ,有bs=(d - 1) / (dz- 1) ,从而将城市人口 城区面积异速生长关系推广到城市体系的总量分析领域 ,并且发现bs =(lnA1-lna) /lnP1,即城市体系总量的异速生长系数在理论上等于最大城市的异速生长系数 .以河南省的城市和城市体系为检验对象对本文的理论推导结果进行了实证分析 .

城镇等级体系的Beckmann模型与三参数Zipf定律的数理关系——Beckmann城镇等级-规模模型的分形与分维

从基于中心地体系的 Beckmann城镇等级 -规模模型 Pm=RKSm- 1 /( 1 -K) m出发 ,通过序列的对称性分析 ,导出三参数 Zipf模型 P( N ) =C( N -α) - dz,证明了参数 dz的分维性质 ( dz=1 /D)以及 Beckmann模型与 Davis二倍数规律的等价性 ,进而借助基于 Beckmann模型的城镇化水平公式 Z=KS/( K +S-1 )的单调增减性规律论证 :中心地的“等级阶梯”必将向 Zipf式位序 -规模分布自然演化 .

基于位序-规模法则的区域港口群发展演化规律

为合理利用港口资源、减少恶意竞争,提出基于位序-规模法则的港口群发展演化规律研究方法。以吞吐量为衡量港口规模的指标,以变异系数、基尼系数等指数研究区域港口群规模差异,以首位度指数判断区域港口群是否服从位序-规模分布,进而基于位序-规模理论研究区域港口群规模分布,定量分析区域港口群发展演化规律。实例分析以欧盟港口群为研究对象,结果表明:欧盟港口群规模差异较大,不均衡程度会逐年增大;欧盟港口群符合位序-规模法则,随着港口位序由高到低,吞吐量增长率会随之减小。

长三角民用机场体系位序-规模分布及其作用机制

运用位序-规模法则,以1990—2019年长三角各民用机场客货运吞吐量为基础数据,对长三角民用机场位序-规模分布特征进行探讨,然后结合核密度估计方法对其作用机制进行分析,结果表明:长三角民用机场体系总体呈现明显的位序-规模分布特征,在不同阶段,不同机场位序-规模出现明显分化;基于客运的机场体系经历高度集中化、机场体系重大调整、大中小型机场差异化发展和各机场融合发展4个阶段,而基于货邮的机场体系经历了大型机场主导、新兴小型机场缓慢发育、中小型机场自我突破和大中小型机场差异化发展4个阶段;长三角民用机场体系位序-规模分布作用机制主要表现为经济发展是机场规模扩大的根本动力,政府政策是机场建设发展的重要支撑,综合交通完善对小型机场发展带来冲击,客货航空业务差异使机场体系内部竞争与融合并存4个方面。

中国机场货运规模体系分布特征及其演变——基于“位次—规模”法则的实证检验

利用“位次—规模”法则,可以对中国机场货运规模体系分布情况(Zipf指数)进行估算。研究表明:目前,中国机场货运规模体系呈现出以上海浦东、北京首都、广州白云、深圳宝安四大机场为核心枢纽,成都双流、杭州萧山、郑州新郑三大机场为区域枢纽的“4+3+N”空间发展格局;中国机场货运规模体系Zipf指数低于美国同期的15.11%,且近年来呈逐渐下降趋势;考虑空间维度的空间滞后模型(SLM)估计结果显示,中国机场货运规模体系存在空间竞争,2009—2018年Zipf指数为0.505~0.597,普通最小二乘法(OLS)模型高估了中国机场货运规模体系Zipf指数达12.04%。通过定量测度中国机场货运规模体系分布情况,可以为行业管理者和政策制定者优化中国机场货运规模体系提供新的决策依据。

江浙沪地区客货运量位序-规模分布特征及影响因素

利用位序-规模法则刻画1985年、1995年、2005年和2017年江浙沪地区客货运量的位序-规模分布特征,同时运用ArcGIS 10.4软件对该地区客货运量空间分布及重心移动轨迹进行可视化表达并对其影响因素进行探讨。结果表明:(1)江浙沪地区客货运量在空间分布上符合位序-规模法则并呈现出西北—东南走向。(2)江浙沪地区客货运量规模空间分布均经历了不均衡→均衡→相对集中→相对均衡的发展过程。(3)经济发展水平和交通基础设施对客货运量位序-规模分布有重要影响,人口管理制度、人口规模对客运量位序-规模分布变化具有直接影响,而城市产业结构与货运量位序-规模分布变化则更为密切。

湖北省国内旅游规模均衡分布了吗?--位序-规模法则对高首位度区域的适用分析

基于2006-2016年时间序列数据,利用首位度、频数分析等方法判断位序-规模法则拟合高首位度区域旅游规模结构的适用性。在此基础上,从空间关联和产业关联2个层面剖析湖北省国内旅游规模非均衡分布原因。结果表明:(1)湖北省国内旅游规模并不是位序-规模法则拟合的均衡分布,而是武汉“一市独大”,其他城市“弱小均质”的非均衡结构;(2)湖北省13市(州)国内旅游规模呈现“高-低”集聚特征,武汉一市的极化发展致使其他市(州)低水平均质;(3)住宿业、餐饮业、交通运输业、零售业发展水平显著调节了景区品质对国内旅游规模的影响,武汉具有优势关联产业,高品质景区使国内旅游极化发展;其他市(州)因为景区品质或关联产业的短板导致低水平均质。

基于首位度和位序-规模法则的长三角港口群发展演化分析

为了深入剖析长三角港口群的等级规模分布及演化规律,以货物吞吐量和集装箱吞吐量为衡量港口规模的指标,运用港口首位度和位序-规模法则对长三角地区港口规模分布进行研究。结果表明:长三角地区港口间差距不断缩小,港口等级规模分布由首位分布向位序-规模分布演变;江苏省港口等级规模结构比较松散,高位序港口集聚效应不明显,浙江省港口吞吐量分布则过于集中;长三角港口群规模分布总体上呈分散化发展趋势,未来需要加快推动内河港等小型港口的发展,进一步优化港口体系结构;长三角港口群的货物运输已形成比较稳定且分散的系统,而新兴集装箱港口不断涌现,集装箱运输发展迅速,其等级体系仍在不断变化,长三角集装箱港口的规模分布集聚程度更高。

基于DMSP/NPP的四川省2000-2020年空间格局变化

基于夜间灯光遥感数据,对四川省时空演化格局进行分析。构建四川省区域2000-2020年长时间序列多源夜间灯光遥感数据集;提取四川省2000年、2005年、2010年、2015年、2020年各城市建成区,计算加权标准差椭圆和Zipf系数进行重心变化和方向性分布变化、规模体系变化等分析。结果表明:(1)四川省的夜间灯光空间格局总体呈现出西南-东北方向的特征,标准差椭圆计算得到的四川省城市群重心相对稳定,2005年相比2000年向重心东南移动,2010年又向西北移动,2015年以及2020年已经相对稳定,始终位于成都市附近。(2)2000-2020年,四川省的q值由0.897降低至0.656,减少了26.86%,城市群Zipf系数呈现持续减小的趋势。2000年以来四川省城市呈现出首位型分布的一些特征且规模分布基本上集中在成都周边,但是Zipf系数一直小于1且持续降低,代表城市群规模分布分散状态逐渐加剧,中小城市发展越来越快,城市群持续均衡发展。

中国城市规模分布及其时空差异--以全国336个地级以上城市为例

本文根据2014-2018年全国336个地级市的城镇常住人口统计数据,采用城市金字塔理论、城市首位律及城市位序-规模法则,从全国、省域两个尺度考察中国城市规模时空差异。结果表明:①我国超大城市数量无明显变化,特大城市数量增多,小城市数量减少,且大、中城市多分布于“胡焕庸线”以东;②我国城市首位度下降,27个省域城市首位度变化趋势不同;③城镇人口数量、第二、三产业生产总值均符合位序-规模法则。

近20年屯堡聚落聚集区乡村聚落规模演变——以安顺市西秀区为例

以西秀区2000、2010和2020年乡村聚落斑块为基础数据,运用乡村位序-规模法则、聚落规模等级模型等方法,分析西秀区乡村聚落等级规模分布特征及演变规律,并分析屯堡聚落在该过程的发展变化。结果显示:1)乡村聚落总规模、聚落数量总体上呈增长趋势,3个时段屯堡聚落面积占乡村聚落总面积的比例超过20%;2)西秀区乡村聚落规模分布符合乡村位序-规模法则,拟合优度在0.90以上,负指数分布特征突出,并表现出“首位聚落”和“垂尾”分布特征,2000—2010年乡村聚落规模趋于集中分布,2010—2020年趋于均衡;3)不同等级乡村聚落空间分布位置相对稳定,数量上呈低等级向高等级演变;4)屯堡聚落规模稳定增长,是高位序、高规模等级聚落的重要组成部分,但少部分屯堡聚落位序出现倒退现象。未来应科学规划乡村聚落用地布局,形成合理的乡村聚落等级规模结构,保护屯堡文化,打造区域特色聚落。

夜光遥感视角下京津冀城市群时空变化特征分析

为探究京津冀城市群城市规模的演变特征,基于NPP-VIIRS长时序夜光遥感影像,综合运用夜光变化率、位序规模法、重心迁移轨迹与标准差椭圆的方法,分析2012~2020年京津冀城市群时空格局演变特征。结果表明:2012~2020年间,京津冀城市群各城市夜间灯光总量呈逐年递增,整体平均增长率超过130%;京津冀城市群中心城市对周边地级市辐射带动作用逐渐增强,城市体系规模分布逐渐由单个城市高位序主导转向多城市均衡发展的模式;城市群空间演变格局表现为东北-西南的趋势,城市群重心按逆时针方向整体迁移9.756 km,其中2012~2016年城市群向东北方向迁移7.631 km,农产品主产区、生态功能区、重点开发区起主要拉力作用,2016~2020年由于重点开发区的建设,城市群向西南方向迁移13.764 km。该项研究可为京津冀城市群及我国其他城市群时空演变研究提供数据支持及方法借鉴。

城市等级体系的多重Zipf维数及其地理空间意义

基于城市等级体系的分形递归模型Pm =P1r1-mp ,fm =f1rm -1f 及其等价形式三参数Zipf定律P(r) =C(r-α) -dz提出关于城市位序 规模分布的多分形模型 ,得到多分维谱的二标度表达形式Dq=ln[pq+ ( 1-p) q] [( 1-q)lnrf],这里p =P( 2 ) [P( 2 ) +P( 3) ]为概率尺度 (括号中的数字表示城市的位序 ,P为对应城市的人口 ) ;然后借助Legendre变换给出相应的参量表达 ,包括质量指数τ(q)、关于质量的Lipschitz H lder指数α(q)以及指数支集的分维函数f(α)。导出关于城市体系人口分布的空间维数谱模型Dp(q) =DqDf 以及有关的参量表达式 ,实现了区域城市人口多分维的可计算性。多重Zipf维数模型不仅可以有效地统一中心地的等级阶梯与位序 规模法则反映的连续分布 ,而且可以揭示城市体系演化的更多信息和隐含法则。以美国城市体系 ( 1998年的数据 )为实证对象 ,给出了城市规模分布的多分维Dq 以及f(α)

基于集聚经济规律的城市规模问题研究

本文分析了2000年-2010年中国城市规模的变化规律,借鉴集聚经济理论对上述变化规律给出合理解释,并指出以不同产业为主的城市之间的适度规模差异巨大。首先,使用第五次人口普查、第六次人口普查中全国地级市的城镇地区人口数据,文章首次计算并比较了2000年和2010年中国城市的规模位序。结果发现总体上我国的城镇体系发展较为平衡、首位度低,10年间中国城市体系中人口往大城市集中的特征明显,高位次城市发展突出;但是在规模前100位的城市中,人口分布则更为平衡。这表明10年间中国一批大城市发展迅速,人口分布存在着明显的"集中与扩散并存"的趋势。进一步地,基于集聚经济理论,文章构造了城市单位生产成本函数,指出城市的单位生产成本伴随着城市规模的扩大呈现出"U"型曲线特征,城市规模不能无限制的扩大。本文将城市的适度规模界定为城市单位生产成本最小时所对应的规模,利用中国地级市的面板数据,采用异方差稳健性估计的固定效应模型,测度了中国城市的适度规模。测算结果表明,在其他条件不变的情况下,城市的适度规模为420万人。这一结果也同时证实了目前中国的城市规模是普遍偏小的,人口往大城市迅速集中可以降低城市的生产成本,当前城市体系的发展趋势符合经济理性。此外,文章认为,现实中各个城市之间的产业结构差别巨大,这使得上述对城市适度规模的估计只是一个"一般情况"下的估计。一个城市的适度规模部分地取决于这个城市的产业特征。一个城市中追求集聚效益的产业越多,那么这个城市的适度规模就会越大。在界定制造业集聚型城市和生产性服务业集聚型城市的基础上,文章的实证结果进一步表明,与"一般情况"下的城市适度规模相比,制造业集聚型城市的适度规模较小,生产性服务业集聚型城市的适度规模更大。

中部六省城市体系规模序列研究

随着我国“中部崛起”战略的实施和中部地区城市化进程的加快，整合中部地区的城市体系，优化城市体系规模结构有着重要的意义。在对城市体系规模理论综述的基础上，对中部六省城市体系演变进行了分析。认为：中部六省具备了成为一个独立城市体系的基础条件，且内部具有很强的关联性；规模级城市呈首位式分布明显，而市区非农业人口在10万以上中部地区城市组成的体系符合位序一规模分布；城市体系规模结构趋向合理，城市人口不断向少数高位次城市集中的趋势明显。根据中部六省城市体系未来发展趋势，采用了灰色预测方法对2004～2010年城市体系规模维数和首位城市规模进行了预测，分析了“十一五”期间中部六省城市体系规模序列演化趋势，进而提出城市体系规模结构的优化设想。

城市规模分布的三参数Zipf模型──Davis二倍数规律的理论推广及其分形性质的实证分析

将关于城市等级-规模分布的Davis二倍数（2n）规律推广为任意倍数（δn）规律：ai=ai+n·2n,fi=fi+n·δ-n，然后从中导出具有一般意义的三参数Zipf模型：P（r）=C（r－a）-dz．揭示了参数dz的分维性质并给出了它与分维D以及邻级倍数δ的数值关系：dz=1／D-In2／Inδ。从而证明Davis的2n规律乃是δ=2即dz=1的特殊情形；最后用Davis的原始数据对推导结果进行了实证分析．

中国城市规模分布演变特征研究

选择2000-2010年中国县级及县级以上城市为研究对象,以建成区面积来表征城市规模,运用位序—规模法则和帕雷托公式,分析了中国城市规模分布的变化规律.结果显示:①各年的判定系数都在0.943以上,位序—规模法则能较好地描述中国城市的规模分布.②中国城市规模分布的均衡度呈现减弱的趋势.③城市建成区用地的位序—规模曲线有平行向上推进的特点,城市建成区用地规模持续增长.④总体看来城市用地规模增长速度减缓,但是不同位序城市的用地规模增长速度存在差异.最后从自然地理环境、行政区划调整、人口增长与经济发展等方面探讨了城市用地增长的作用机制.