中国城市人口的空间集聚特征与规律分析，本文主要内容关键词为：中国论文,城市人口论文,规律论文,特征论文,空间论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
1 引言
一般来说，城市集聚对于解释一个国家在特定时点或某一时期的发展水平变化具有重要作用[1]。在经济发展的早期阶段，城市集聚处于一个较高的水平是有效的[2]。但过度集聚会引起效率的降低，此时扩散力变得有效，大都市区中心城市的制造业开始转移到邻近的卫星城市，并进一步向吸引范围内的腹地城市扩散。即随着经济发展水平的提高，城市集聚水平往往呈现为一个先上升而后下降的过程[3]。我国作为一个发展中国家，城市体系的空间结构及其形态，自改革开放以来已出现明显变化，尤其是20世纪90年代以来，城市发展最为突出的表现之一就是城市间相互作用增强，城市空间集聚增长显著[4,5]。
近来国外有关城市空间集聚的研究，多侧重在理论的构建及形成机制的解释上。如完全竞争框架下的新古典城市体系理论，主要强调了集聚经济与城市规模不经济之间的权衡利弊，并认为外部经济、城市拥挤、环境污染及政府投资等是影响城市空间集聚的主要因素[6,7]。基于这一理论的实证研究暗示，如果一个大城市其人口增长所引起的社会边际成本超过了边际收益，则是一种过度集聚[8,9]。而非完全竞争框架下的新经济地理学理论，则试图在公司的微观层面上，从市场规模、交通成本与规模递增之间的相互作用角度来演绎集聚的效应[7]。如Krugman(1991)在非完全竞争框架内建立的一个两地区一般均衡模型，分析了地区间运输成本改变对城市集聚程度的冲击，认为在集聚与扩散的作用下会形成一种“核心—边缘”(Core-Periphery)模式[10,11]。其中集聚与扩散的作用主要通过向心力与离心力来实现，向心力主要包括地理区位、市场规模经济、纯粹外部经济（知识溢出）等；离心力主要包括市场调节力量（如地价、交通成本等）与非市场力量（如拥挤、污染）这两个方面[7]。
国内已有的研究，更多集中在对城市空间集聚强度与形式的分析上，且多采用统计指数[12,13]、空间相互作用模型[14,15]和断裂点模式[5]等方法，分析城市的中心性、城市间的空间相互作用及其范围，并较多利用空间扩散理论阐释城市空间集聚的发展机理。但基于统计指数与空间相互作用模型的定量研究，虽然能较好地体现出城市空间集聚的强度，但其在刻画区域间及其内部城市空间集聚的差异及城市空间相互作用形式等方面，具一定的局限性。而探索性空间数据分析(Exploratory Spatial Data Analysis,ESDA)[16-23]，可以根据城市空间集聚的强度，对其内在相互作用形式的多样性特征及规律等方面进行较好地揭示。近来，在对城镇体系的研究方面也得到了越来越多的应用，如马晓冬等(2004)[20]、马荣华等(2007)[21]运用这一技术方法，深入研究了江苏省城镇体系空间格局及其演变过程和扩展模式等，为本文的实证分析提供了有益借鉴。
本文采用全国地县级市的城镇人口数据，运用GIS环境下的ESDA方法，在利用转移概率矩阵方法作进一步稳健性检验的基础上，试图定量分析1990-2005年全国城市人口空间集聚的区域差异及其空间布局形态，进而探索我国城市人口空间集聚的时空特征与演变规律。这将对推进城市空间集聚的研究具一定的理论意义，也对新时期制定我国城市区域整体功能的协调与合理布局方针及新的空间发展政策等具较强的现实指导意义。
2 研究方法：Moran's I
ESDA技术是一组用来描述与可视化空间分布，挖掘空间关联、集聚或热点模式，揭示空间异质形式与空间作用机制的技术方法，并已在社会经济方面的空间问题分析上得到了广泛应用[17-23]。Moran's I方法是ESDA分析技术的一种，分为全局Moran's I和局部Moran's I两种。一般来说，全局Moran's I是一种测度总体各观察值间空间自相关水平与性质的综合度量指标。在此，可用它来反映出全国城市人口空间集聚格局的总体特征。其计算公式可表达如下[17]：
如果系数I大于期望值E(I)=-1/(n-1)，则意味着城镇人口水平高（低）的城市与其他水平高（低）的城市集聚在一起；反之，则意味着城镇人口水平高（低）的城市与其它水平低（高）的城市集聚在一起。全局Moran's I的空间含义十分清晰，即系数I为显著时，则表示在总体上全国城市存在空间集聚效应。
但全局Moran's I并未对空间自相关的区域结构进行评价，不能反映出区域内部城市空间集聚的特征。为此，需利用局部Moran's I作进一步分析，其定义如下[17]：
同时，也需对局部Moran's I进行显著性检验，以明确这种局部空间关联性质是否成立，揭示出局部区域上的城市空间集聚特征。
根据局部Moran's I的含义，可将某城市及与其相邻城市之间的局部空间关联性质划分为HH、LL、LH和HL等4种类型[16-20]。在通过显著性检验下，其空间含义分别为：HH(LL)集聚型表示局部Moran's I为正值，城市i与其相邻城市之间存在正的空间自相关关系，具高（低）的相同值在空间上集聚的效应；HL(LH)集聚型表示局部Moran's I为负值，城市i与其相邻城市之间存在负的空间自相关关系，具高低（低高）不同值在空间上集聚的效应。
最后，为确定式(1)和式(2)中的空间权重矩阵W，在此利用多数分析所采用的k阶最邻近距离法[17]：
3 数据与样本
对中国而言，以分析城市人口增长为目的的研究，城镇人口会比非农业人口更具代表性，它更趋近于居住在城市地区的人口总数，可更切实际地反映城市发展现状[24]。而城镇人口作为城市经济和社会物质实体的主要载体，其增长变化也可在一定程度上反映出城市社会经济结构在地域空间上的相互作用形式和组合状态。
本文利用1990年的451个、2000年的662个和2005年的634个地、县级市的城镇人口数据，分析我国区域城市人口空间集聚的特征及演变规律。其中，1990年和2000年的数据分别来源于《中国1990年人口普查资料》和《2000年人口普查分县资料》，县级市人口数据为该市所辖县镇的所有城镇人口数，地级市人口数据为其市辖区的城镇人口数；1990年的城镇人口指街道和镇人口总数，2000年以资料定义的城镇人口为准。而由于不能获得2005年全国1%人口抽样调查的地县市相应城镇人口数据，故2005年县级市城镇人口的数据主要利用《中国城市建设统计年报2005》中的城市人口数加上暂住人口数得到，地级市市辖区城镇人口的数据主要利用《中国城市统计年鉴2006》中的市辖区户籍人口数加上《中国城市建设统计年报2005》中的相应暂住人口数得到。最后，通过参考2000年人口普查的城市城镇人口数据及《中国人口统计年鉴2006》中的2005年全国1%人口抽样调查的省区城镇人口数据发现，通过此方法确定的城镇人口数，可较趋近地代表居住在各城市地区的城镇人口总数。
同时，20世纪90年代以来是我国典型的社会经济转型时期，我国城市人口的空间集聚也更能体现出市场力量及社会经济结构调整的作用，城市空间结构演变也会具有独特而鲜明的变化规律，对其进行深入分析具有相当典型的理论与现实意义。同时，采用到县级市层面的数据来进行全国城市人口空间集聚效应及其变化的分析也具有一定的意义，即1990年以来，急剧增加的城市以县级市居多，包含县级市数据的分析将更能体现出我国城市人口空间集聚的特征及其演变，从而可深化对问题的认识与研究。
4 我国城市人口空间集聚的现状分析
4.1 分析结果与稳健性检验
4.1.1 分析结果 为避免城镇人口规模数量级差异较大所造成的影响，本文通过对我国各城市的城镇人口取对数来进行分析。首先计算得到2005年k=30的全局Moran's I为0.0607，且在显著性水平0.001上，其期望值为-0.0016。再以同样的k阶最邻近距离，在显著性水平0.05上计算局部Moran's I，以判断局部区域上的城市空间关联类型及空间集聚特征。
由局部Moran's I的分析结果可知，2005年全国大多数城市在局部区域上都表现为正的空间关联性。具体来看，共有352个城市在其局部区域上表现为正的空间关联性，即有HH型170个，LL型182个；而通过显著性检验的183个城市中，共有HH集聚型47个，LL集聚型62，即表现为正空间集聚特征的城市约占了60%。这也可反映出全国城市在总体上具正的空间集聚效应，并与全局Moran's I为正的分析结果相一致。
4.1.2 稳健性检验 为检验所取k值的合理性，在此通过取相应的k阶最邻近距离(k=25,35)来计算转移概率矩阵，分析具显著性特征城市的稳健性质[17,25]。如表1所示，矩阵(1)表示在k=30-35时各城市所处状态的转变：即k=30时，共有451个城市的局部Moran's I不显著，而在k=35时，同样的这些城市仍有93.1%为不显著，只有6.9%的城市由不显著分别变成了显著的HH、LL、LH和HL状态（其比率分别为2.9%、1.1%、2.0%和0.9%）；同时，显著的HH（47个）、LL（62个）、LH（50个）和HL（24个）状态保持不变的城市比率分别为70.2%、82.3%、78.0%和87.5%，且各种集聚状态之间的转变概率都为0。类似地，矩阵(2)也表达了不同k值下各城市所处状态转变的概率。故从检验结果来看，各城市所处状态在k取不同值时，多以较高的概率基本保持不变，所得结果具有稳健的性质。
4.2 城市人口空间集聚的总体特征
4.2.1 总体上空间集聚程度不强由分析结果可知，尽管总体上我国城市人口具正的空间集聚性质，但表现并不强烈。应该说，这正是我国城市体系发育程度与经济发展水平总体上都不高的体现。同时，这也与我国长期实施的“控制大城市规模、合理发展中小城市”的城市发展方针及城市发展的地方保护主义等不无关系，即这些因素会在较大程度上影响到区域城市集聚效应的发挥。
4.2.2 局部上空间集聚规律明显 利用局部Moran's I的分析结果，结合GIS软件的专题制图功能，生成2005年全国城市人口在局部区域上的空间集聚专题图（图1）。由图1可知，2005年我国处于HH和LH状态的城市主要分布在“T”字型发展战略的东部沿海地带和长江沿岸地带，而处于LL和HL状态的城市则基本分布在陇海—兰新铁路线、浙赣—湘黔—贵昆铁路线及东北边境等地带上。总的来说，全国局部区域上城市人口空间集聚的规律明显，并体现出了较强的不平衡性。
4.3 城市人口空间集聚的区域差异
4.3.1 三大地带城市人口的空间集聚特征 对比图1a与图1b可较直观看出，从局部区域上城市人口的空间集聚或空间关联性质来看，其集聚特征的反差十分鲜明。其中，东部沿海地带以HH和LH型的城市为主，中部以LL和HL型的为主，而西部的HH和LH型对LL和HL型基本是平分秋色。如从城市人口的空间关联性质来看，2005年东部地带的260个城市中，HH和LH关联型的共有181个；中部的222个城市中，LL和HL关联型的为141个；而西部的152个城市中，HH和LH关联型对LL和HL关联型则是81个对71个。
同样，从局部区域上城市人口的空间集聚效应来考察，亦是如此，东西部地带之间城市区域的发育程度差异明显。实际上，这也反映出经济相对发达的东部地带，其城市发展总体水平较高，而经济发展处于相对落后的中西部地带，其城市发展的总体水平都较低。尤其是中西部经济较不发达的区域，其城市人口表现出较为强烈的空间极化特征，发展的不平衡性在空间上具进一步扩大趋势。
4.3.2 主要地区城市人口的空间集聚特征 再从图1来看各主要地区城市人口的空间集聚状态，2005年处于HH集聚状态的城市，主要分布在经济较为发达的山东半岛、沪宁杭、珠江三角洲、武汉地区和四川盆地等地区；而处于LL集聚状态的城市则主要集中分布在经济相对不发达的西北、中原、东北边境和赣闽南地区。各地区城市人口的空间集聚中，HH和LH、LL和HL集聚状态的对应关系也尤为明显，表明局部区域内城市人口的空间集聚同时也具较强的不平衡性。这进一步表明，我国城市人口空间集聚的不平衡现象，不仅体现在各城市区域之间，也体现在各区域内部的城市之间。
5 我国城市人口空间集聚规律的演变
5.1 城市人口空间集聚的总体特征变化
5.1.1 总体上空间集聚程度的变化 类似地，在显著性水平0.001上，计算得到1990年和2000年k=30的全局Moran's I分别为0.0596和0.0782，且期望值分别为-0.0022和-0.0015。相比与2005年的0.0607，这说明我国城市人口总体上的正空间集聚效应，具进一步加强的趋势，但在20世纪90年代的有所提升后，又在2005年呈现略有下降的趋势。这也与我国城市化与经济发展的现实基本相吻合。即在经历90年代的快速增长后，21世纪我国城市化与经济发展进入了一个结构调整时期。在社会经济转型及城市化由数量型向质量型转变的过程中，区域城市的整体经济功能也正处在协调整合的过渡时期，总体上城市人口空间集聚的程度出现这种暂时性波动，应当也是在情理之中的。
5.1.2 局部上空间集聚不平衡的特性变化 再在显著性水平0.05上，分别取1990年的k=20和2000年的k=30，计算得到两个年份全国各城市人口集聚的局部Moran's I，并利用转移概率矩阵法对其结果的稳健性进行检验（表2）。如表2中第1行所示，对1990年，当k的取值从20变为15时，城市人口空间集聚状态保持不变的城市比率分别为91.5%、89.1%、71.4%、91.7%和55.6%。可见，反映局部上空间集聚不平衡的这种稳健性质，在不同的空间集聚类型之间也存在一定的差异。尤其对1990年和2000年的HL型集聚来说，其稳健性表现并不理想。这也就使得在其结果的进一步解释上应谨慎考虑。但总体上，根据检验结果可知，这两个年份的局部Moran's I分析结果也同样具较强的稳健性。
再综合表1和表2，进一步来看这种不平衡特性的变化可知，一方面1990-2005年HH集聚型城市保持状态不变的比率已有所下降，从20世纪90年代的85%以上变为了2005年的75%左右；另一方面，90年代HL集聚型城市保持状态不变的比率只有60%左右，而2005年则达到了90%左右。这在一定程度上反映出，在全面改革开放格局逐渐形成的过程中，市场力量的日益凸现及基础设施条件的不断改善等，刺激了这些局部区域内城市各种生产要素的进一步集中，城市人口空间集聚的不平衡性已更为突出。
5.1.3 局部上空间集聚的规律变化 同样，分别生成1990年和2000年全国城市人口在局部区域上的空间集聚专题图（图2和图3），并结合图1对比可知，总体上1990-2005年全国局部区域上城市人口空间集聚的规律基本相一致，处于HH和LH状态的城市主要分布在经济相对发达的“T”字型发展战略地带，而处于LL和HL状态的城市则基本分布在经济相对不发达的地带上。
另一方面，这种空间集聚的规律性也发生了一定变化。这表现在自1990年代以来，HH和LH状态城市分布的卧“T”字型有进一步“膨胀”与延伸的趋向，而反映城市人口空间极化的HL和LL型城市分布的范围却在相对减缩。即1990-2005年，卧“T”字型上的城市数量明显增加，表现出了其中的“膨胀”态势，城市人口空间集聚的作用范围进一步扩大；尤其是发展到2005年，在原卧“T”字型的基础上又出现了大致沿宝成一成昆铁路线的伸展趋势，已表现出有朝“H”型转变的明显趋向。这在一定意义上表明，在经济力量及基础设施条件等因素的影响下，我国城市体系空间结构的合理程度已在不断演进中明显提高，区域城市的整体协调能力也在不断改善。
结合上述稳健性检验的分析，也应看到，在经济相对不发达的局部区域上，其城市人口空间集中的相反趋势得到了进一步增强。同时，21世纪以来，伴随着全球化趋势下经济产业结构的显著调整，发达区域城市整体协调能力的提高也具有过渡的特性。这种过渡性表现在，2005年HH集聚型城市的稳健性检验结果并不如20世纪90年代的理想。
5.2 三大地带城市人口空间集聚的特征变化
5.2.1 地带间空间集聚的特征变化 综合图2、3可知，从局部区域上城市人口的空间集聚或空间关联性质来看，20世纪90年代，东部沿海地带以HH型的城市为主，而中部和西部则都以LL型的为主，空间集聚特征对比鲜明。如东部HH集聚型的城市，从1990年的35个增加到了2000年的50个，而中西部的LL集聚型城市则分别从1990年5个和25个增加到2000年的11个和33个。这说明，1990年代我国东西部地带之间城市区域的发育程度差异明显，且城市人口的空间集中具自东向西递减不平衡发展的扩大态势。
但发展到2005年，中西部城市人口的空间集聚特征发生了明显变化，西部HH和LH型城市相对于LL和HL型城市有了明显增加，而中部HL型通过显著性检验的城市也有了相应增加。同时，东部城市人口的空间集聚特征，自1990年以来一直表现较为稳定，城市发展总体上已处于相对较高水平。综合来看，进入21世纪，东西部城市人口空间集中的扩大趋势已有所减弱，这进一步表明了全国城市空间格局在朝优化的方向发展。
5.2.2 地带内空间集聚的特征变化 从各地带内部城市人口空间集聚的不平衡性来看，东中西部处于相应集聚状态的城市数量，都有明显增加，地带内城市人口空间集聚的作用范围已明显扩大。具体来看，1990-2005年东部变化最为显著的是HH型城市，且城市人口空间集聚的效应，在区位上有了相应改变，城市区域发展表现出较强的一体化趋势；同时，随着2000年西部大开发政策的实施，西部城市的空间联系在局部区域上也有所加强，但其多数经济较不发达区域，所处的低水平发展状态并未转变过来。再从中部来看，其通过显著性检验的城市一直都不多，只是城市人口空间集中的极化特征已变得愈加明显，这在一定程度上体现了中部区域内城市整体协调发展的能力并未有多大改善。
5.3 主要地区城市人口空间集聚的特征变化
5.3.1 珠江三角洲和四川盆地表现稳定 以外向型经济为主要特征的珠江三角洲地区和“三线”建设重点地区的四川盆地，凭借其良好的发展基础等有利的内外部条件，区域内城市发展水平较高，1990-2005年其城市人口的空间集聚状态基本稳定，城市区域表现为一体化发展态势。
5.3.2 辽中南和京津唐地区出现退化 在计划经济体制下，作为建国后国家的主要重工业发展基地，这两个地区的经济实力相当雄厚，发展势头强劲，至1990年其城市人口的空间集聚表现良好。但进入20世纪90年代，随着经济体制改革的不断深化，辽中南和京津唐地区由于长期受计划体制和所有制等因素的影响，其重工业开始衰落，城市化进程滞缓，此后处于HH集聚状态的城市已变得不显著，城市区域一体化发展的状态已不明显。
5.3.3 长江三角洲一山东半岛发展迅速随着1990年浦东的开发开放，上海的金融、信息、技术等各种优势在市场经济条件下得到充分发挥，在其辐射带动作用下，加上有利的内外部发展条件，长江三角洲区域城市得到迅速发展。至2000年，长江三角洲、沪宁杭与山东半岛地区的城市构成连绵区发展态势，表现为强烈的HH集聚状态，城市人口空间集聚的作用范围甚为广泛。尤其是进入21世纪，更有与武汉地区城市联接成片的态势。
5.3.4 中西部多数地区极化作用增强 1990-2005年新疆一带的西北地区，其HL和LL集聚状态的城市一直表现稳定，城市人口的空间极化特征明显。再由稳健性检验的结果可知，20世纪90年代中原地区、东北边境和赣闽南地区城市人口的空间极化特征尚不稳定，但发展到2005年，已表现甚为稳定，且作用范围明显扩大。这更为具体地体现出，在市场化程度提高的过程中，经济相对不发达城市地区的各种生产要素得到了进一步集聚，区域内城市发展的不平衡性存在进一步扩大的趋势。
6 结论与讨论
6.1 结论
通过利用ESDA等技术，在对分析结果进行稳健性检验的基础上，对我国城市人口的空间集聚形式进行分析，展现了1990-2005年我国城市体系空间结构不断优化的过程：
(1)总体上城市人口空间集聚的程度并不高，但有进一步提高的趋势；局部区域城市人口的空间集聚状态，总体上表现为“T”字型和沿主要铁路交通线发展的规律，在一定意义上体现了国家空间开发政策与发展方针的意志。
(2)区域城市人口空间集聚所表现出的不平衡发展趋势，不仅体现于区域之间也体现于区域内部的城市之间；通过稳健性检验进一步分析了各区域城市人口空间集聚的不平衡性，并在一定程度上体现出了相应时期各城市区域经济发展的状况。
(3)局部区域上我国城市人口空间集聚作用的范围进一步扩大，区位有所变化；经济相对不发达的城市地区，其人口空间集聚的演变体现了生产要素的进一步集聚，不平衡性增强；经济相对发达的城市区域，其人口空间集聚的演变体现了区域一体化发展趋势。
6.2 讨论
基于新时期我国城市区域整体功能协调与合理布局的指导思想，进一步认清区域之间及其内部城市的发展规律与差异，有利于从不同空间层次明确各个区域城市发展的不同现实。
20世纪90年代以来，我国城市增长的东西部差距明显，中部城市的集聚效应并不明显，东北老工业基地城市集聚增长明显滞缓等说明了当前实施“西部大开发”、“中部崛起”和“振兴东北老工业基地”等战略部署的迫切性和合理性。在大力促进西部城市发展、缩小区域差距的同时，也要注意控制其内部城市的差距应保持在适度范围内，以更大程度地实现协调发展；对于中部的多数城市区域，培育出具区域性意义的中心城市，逐步改变其空间分散格局，形成至少在局部上有着有机联系的城市体系空间结构，以充分发挥城市群体的整体经济功能；不断增强“T”字型地带上发达城市区域的扩散辐射功能，引导更大区域乃至全国范围内城市的协调健康发展，以深化全国城市体系空间格局的合理性，最终形成独具特色的“点—轴—面”有机空间网络结构。
收稿日期：2008-01-17；修订日期：2008-07-01
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