1980—2016年黄土高原地区人口和可达性异速标度分析

论文基于黄土高原地区乡镇1980、1990、2000、2010、2016年5期截面数据,利用位序—规模法则和异速标度律,分析了乡镇尺度人口和可达性规模结构、等级体系及异速标度演化关系。结果表明：① 人口规模以中小等级乡镇为主,60%的乡镇人口规模正增长,总体呈“南北高、中间低”分布格局;可达性水平总体呈明显上升趋势,空间上自东南向西北逐渐降低;河谷平原区人口规模和可达性均最大。② 人口和可达性均呈位次型分布,人口位序—规模具有明显双分形结构,由均衡向极化转变;可达性位序—规模以2000年为转折点由双分形演变为单分形,由低水平均衡转向更高水平均衡。③ 3006个乡镇整体以正异速生长为主,负异速生长为辅,黄土高塬沟壑区、河谷平原区内乡镇异速生长类型以人口增长正异速生长为主,黄土丘陵沟壑区、土石山区、沙地和沙漠区内乡镇以人口下降正异速生长为主,农灌区内乡镇异速生长以人口增长正异速一级和人口下降负异速一级为主。最后根据人口和可达性异速类型和空间分布特征,提出各分区发展的建议。     

旅游流流量位序-规模分布变化及其机理——以四川省为例

以四川省为实证区,借助齐夫(Zipf)定律,证明了国内旅游流和入境旅游流的流量位序—规模分布均满足齐夫法则。在此基础上进一步分析了1996~2005年各年旅游流流量位序—规模双对数坐标图上无标度区范围、标度分段特征和各标度区内部流量密度分布的变化规律。结果表明,无论是国内还是入境旅游流,其流量规模分布结构的无标度区范围都呈逐年扩大趋势,但其空间分形结构和分布形态变化却有较大差异,其中国内旅游流的分形结构由最初的局部分形演化为单分形,再由单分形退化为双分形结构;空间分布形态则由帕雷托(Pareto)分布模式向对数正态分布模式转变。入境旅游流的分形结构没有出现双分形退化,其空间分布形态也基本保持不变,仍呈帕雷托分布模式。两种旅游流规模分布不同步变化的主要原因可能是交通条件改善和新旅游景区(点)开发对国内旅游者和入境旅游者的目的地选择行为的影响不一致造成的。     

基于灯光数据的京津冀城市多标度异速分析

城镇体系的时空演化是一个复杂的动力学过程,具有无尺度性,其特征可以采用异速标度指数定量描述。论文以京津冀为例,基于1992—2013年夜间灯光数据的校正结果,提取城镇夜间灯光信息,采用多标度异速分析方法,分析京津冀城镇体系的相对发展特征及其空间分异格局。研究发现：①京津冀大城市的增长空间局限日益显著。虽然大城市如京津唐的绝对发展水平高,但接近环境承载量的极限,22 a间增长快速的是大城市交接地带的小城市(如三河、迁安、廊坊等)。②相对增长速度快的城市从东北到西南呈现带状分布——政府选择发展的“雄安新区”就在这个轴带上。由此可以得出两个结论：其一,京津冀城市演化的趋势相对均衡化,空间结构异质性逐步减弱,整个城镇体系的发展趋于相对平衡状态;其二,大、小城市“两极”贯通或许是增强城镇体系功能的有效途径。京津冀的空间格局优化不能仅仅考虑主要的、规模大的中心城市,而应该基于等级结构协调整个城镇网络体系。     

基于分形理论的江苏省城市规模分布与异速生长特征

以江苏省1996～2008年城市非农业人口和建成区土地面积为主要数据,借助分形地理学中的城市位序一规模分布法则和异速生长定律及其广义分形性质,对全省城市规模分布演化规律、结构容量和城市人口-面积异速生长标度指数、退化关系进行探讨。结果表明：全省城市体系发育较为健全,规模序列结构正处于集中向分散过渡的时期,大中城市成为城...     

河南省城镇体系空间结构的多分形特征及其与水系分布的关系探讨

基于河南省城镇体系空间结构的多分形性质及其与水系的分维关系的实证探讨发现如下地理规律:①在较大标度范围内,河南省城市体系的空间结构为简单分形,但在较小标度范围内,系统已经具有明确的多重分形特征;②多分维谱在参数q≈-4处出现标度间断,从而城市体系的空间结构发生对称破缺。③城市体系空间结构的分维小于水系空间结构的分维。由此证明:第一,多分形是由单分形演化而来,城镇体系的多分形结构是基于地球表面的分形支体由测度集中区向测度疏散区渐近发育的。第二,城市体系的分形发育与水系的分维结构具有一定的数理关系,城市体系的分维理当小于水系维数。     

中国生产性服务业外向功能空间格局及分形特征

从城市经济基础理论出发,采用Zipf法则和差异度指数,分析2003-2011年中国省域尺度和城市尺度下的生产性服务业外向功能空间格局、等级体系及分形演化特征。结论表明：中国生产性服务业外向功能空间差异明显,不同尺度上均呈极化趋势,外向功能差距扩大;省域尺度上,对外服务流高度集中于北京、上海,空间演化形成新疆、山东、河南、湖北、重庆、贵州、云南、江西和福建9个省份外向功能较弱;城市尺度上形成若干个外向功能密集区,集中分布在东部沿海及东北地区,呈现出不同的空间结构特征并且特征变化明显。省域尺度和城市尺度生产性服务业对外服务流的位序规模分布均符合Zipf定律,省域尺度呈单分形特征,城市尺度呈双分形特征;第一无标度区对外服务流等级规模均衡性略优于省域尺度的均衡性。城市尺度第二无标度区和无效标度区城市均为本地服务中心城市,内部结构体系变化显著并且城市间外向功能差距扩大。外向功能城市可以划分为五级,高等级服务中心外向功能提升较快,不同规模等级服务中心之间差距在扩大。     

基于分形理论的新疆城市规模分布及异速生长特征研究

采用2005-2014年新疆非农业人口和城区建成面积数据,运用城市位序-规模法则、人口-面积异速生长等相关的分形理论,分析新疆城市体系规模结构的演化和异速生长规律。结论表明：新疆城市体系首位分布明显,新疆城市规模分布的集中力量高于分散力量,中间位序城市快速发展,使城市规模分布逐渐趋向合理;新疆城市人口-面积异速生长关系整体上呈现退化迹象,城市等级结构较为松散。     

丘陵山区城镇体系的分形特征——以江西省赣州市为例

运用分形理论,对赣州市城镇体系的规模分布和空间结构的分形特征进行了实证分析,得到以下结论:(1)在城镇规模分布方面,中等位序的城市较多,人口分布比较均衡,认为是一种较低水平的均衡;(2)在城镇空间结构方面,城镇空间分布呈现出集聚性特征,城镇的空间关联程度不够紧密,空间相互作用强度不大。在上述结论的基础上对赣州市城镇体系建设提出了建议。     

我国石油资源流流量位序-规模分布特征变化

以我国石油(特指原油)资源流动为研究对象,以我国省级行政单元作为石油资源空间流动的节点,从1985～2007年中选取5个特征时点.借助齐夫定律,研究了我国石油资源输出量和输入量的位序-规模分布特征.结果表明:(1)各特征时点石油输出量和输入量的位序-规模分布均满足齐夫法则.(2)从无标度区范围来看.石油输出量的无标度区范围变化不大,而输入量的无标度区范围呈现出先缩小后又逐年扩大的趋势.(3)从空间分形结构来看.石油输出量的无标度区没有分段,始终呈现为单分形,而输入量则经历了由双分形向单分形的演化.(4)从空间分布形态来看,各特征时点石油输出量均呈帕累托分布模式,而输入量的空间分布形态变动较大,经历了对数正态模式-帕累托模式-对数正态模式-帕累托模式的演变.我国石油输出量和输入量位序-规模分布的不同步变化,与大油田分布、石化产业布局以及石油流通体制等有着密切联系.     

城镇体系结构及与城市化的耦合机制——以西陇海兰新经济带甘肃段为例

城镇体系结构是城市化格局及演化的基本框架.以西陇海兰新经济带甘肃段为例,利用甘肃段41个县及以上城镇统计资料,结合相关分析模型、分形理论和GIS空间分析方法,从城镇体系等级规模结构、空间结构及与城市化的定量关系入手,探讨了城镇体系结构基本特征以及与城市化的时空耦合机制,得到以下结论:[1]甘肃段城镇体系结构以2002年为转折点,进入第二阶段的倾斜发展,其特征表现为:等级规模不服从位序-规模法则,属典型首位分布;等级规模结构具有分形特征,单核心增长格局发生分异;空间结构具有分形特征,呈点轴空间分布格局.[2]城市化水平的高低不仅取决于城市规模的大小(与城市规模呈对数关系),还取决于等级规模结构的均衡性(其对数与不均衡指数成线性关系),同时,城镇体系的空间结构影响其发展的进程.并藉此探讨了甘肃段城镇体系及城市化未来发展方向与策略.     

京津冀城镇体系与水系结构的时空关系研究

京津冀地区人水关系矛盾突出,分形可以有效描述城镇体系和水系时空演化特征,从而揭示两者演化关系,为城市问题的解决提供一些理论和经验依据。论文采用分形理论中的网格维数和多分维谱,首先分别刻画了两者的时空演化特征,其次探讨了城镇体系和水系结构之间的时空关系,最后探究了水系结构退化的影响因素。主要结论有：① 1990—2010年,京津冀地区建设用地的网格维数升高、自相似性增强、从集聚向分散转变,意味着建设用地朝着空间填充程度增强、有序、分散的方向发展,而水系反之,证明两者具有不同的时空演化方向;② 21世纪10年代,京津冀的人水关系十分紧张,南水北调虽然缓和了京津冀用水问题,改善了大尺度上的水系结构,但在小尺度上改善有限;③ 越靠近城市中心,建设用地分形形态发育越成熟,结构越有序,越靠近外围越混乱无序;④ 京津冀地区水系退化,由自然和人为两方面因素造成,21世纪以后人为因素的影响较为显著。针对京津冀地区水系退化,提出如下政策建议：在城市建设过程中,一方面科学规划城市水系,重视低等级水系的保护;另一方面节约集约利用水资源,完善水资源管理机制。未来,需要进一步探索城市发展和水系的非线性关系,为城市可持续发展提供依据。     

京津冀城市生长和形态的径向维数分析

城市生长与形态是地理学规模与形状研究的重要内容,分维则是刻画城市形态、反映城市生长的标度指数。论文以城市建设用地为研究对象,采用2000、2005、2010年3个年份的遥感数据,利用分形理论的径向维数和相应的标度区概念分析京津冀城市和城镇体系的空间格局及其演变特征。结果表明：其一,北京市第一标度区的范围最大,10 a间增长幅度也最大,对周边城市产生阴影效应;其二,以北京为中心,距离越远,第一标度区范围有越小的趋势;其三,几乎所有研究区内城市的第一标度区空间都被建设用地过度填充,外围则各有特色;其四,经济水平对京津冀整体城市建设用地扩张的影响最大,但北京的城市建设用地扩张已经由经济因素主导转变为人口因素主导;其五,随时间推移,第一标度区拟合径向维数效果提高,第二标度区拟合效果降低。由此得出结论：①北京在京津冀体现了城市首位效应和阴影效应的双重效应。一方面,京津冀地区城镇化区域体现出了以北京为核心的中央集聚特征,另一方面,北京市的巨大吸引力抑制了毗邻城市的生长。②城市中心和外围都出现二元化格局。地区内各个城市的中心部分过于紧凑,而外围则相对凌乱,中心-边缘缺乏一体化过程。③人口可能成为未来京津冀城市发展的第一动力。人口集聚的规模效应未来可能替代经济报酬递增效应。这些结果和结论有助于学术界和管理部门从新的角度认识京津冀城市化现状和未来的发展趋势,以便制定更为合理的城市发展政策和方针。     

城市地理研究中的单分形、多分形和自仿射分形

分形几何学在城市地理研究中具有广泛的应用,然而很多基本概念却让初学者感到迷惑。如何区分单分形、自仿射分形与多分形,是一个基本而重要的问题。简单分形容易理解,而真实的地理现象很少是单分形的。城市生长过程具有自仿射特征,而城市空间格局却具有多分形性质。作者发现,各种分形的共性在于三个方面：标度律、分数维和熵守恒。论文基于标度、分维和熵守恒公式,借助隐喻城市生长的规则分形来区分单分形、多分形和自仿射分形,讨论分形系统演化的机理、分形与空间自相关和空间异质性的联系,同时澄清一些在地理分形研究中的常见错误概念。最后以城市位序-规模分布为例,说明并对比单分形和多分形在城市地理研究中的建模与应用思路。     

基于空间分形特征的城市群实体空间识别方法

城市群是城市地理学的重要研究领域,对城市群的实体空间进行界定识别是研究城市群的前提和基础。城市群作为众多城镇的集群,前人对城市群的空间识别主要是以城市为单元进行的,缺少对识别单元空间形态的考虑。城市群实体空间的形态具有自相似性,空间分形特征可作为自相似性的表征工具,通过对空间分形特征的分析、识别及提取,可以实现对空间对象基于形态的客观测度。本文借鉴单个城市其边界的相关识别方法,从不同尺度的空间最小可识别单元出发,测度城市群城镇空间形态的分形特征,并据此提出了城市群城镇的客观识别方法。该方法利用城镇的空间分形特征识别归属于城市群的城镇,通过空间最小可识别单元的变化得到不同的城镇规模并获取城市群城镇的空间分形特征,再以此为基础对空间分形特征的存在范围进行识别,将其映射于空间最终实现对城市群城镇的识别,进而得到城市群在空间上的分布状况。本文将该方法应用于京津冀城市群,基于2016年Landsat卫星遥感影像,实现了对京津冀城市群构成城镇的识别,为界定城市群的实体空间提供了一次有益尝试。     

中国三大城市群服务业规模结构及演化特征

选择京津冀都市区、长三角城市群及珠三角城市群地区地级及以上城市2000-2010 年服务业增加值数据, 运用位序-规模法则和分形理论, 分析并阐释了区域内服务业规模结构的演化特征。结果表明:①以服务业增加值数据构建的京津冀都市区服务业规模分布符合位序-规模法则, 判定系数显示拟合效果较好;②根据分维值比较发现, 长三角城市群服务业规模结构接近理想状态并且比较稳定, 首位城市上海在区域服务业发展中发挥良好的辐射作用。珠三角城市群、京津冀都市区服务业规模结构体系并不均衡, 由于高位序城市服务业的规模效应和惯性优势, 目前的结构现状短期内难以改观;③北京和上海分别作为服务业的区域中心性城市的理论地位与实际较为接近, 并且北京显示出明显的集聚作用, 而广州的区域服务业中心性地位面临弱化的威胁。     

中国近代城市体系的位序规模特征——基于1936年《中华民国邮政舆图》的分析

以往的中国历史时期城市体系的研究,受限于系统城市人口数据的缺失,无法进行定量化的城市体系位序规模分析。本文通过数字化1936年《中华民国邮政舆图》,在其13240个邮政网点和40余万km邮路的基础之上,分析得到了邮政网点和邮路核密度空间分布,利用泰森多边形和分区统计等GIS工具给近代中国城市的邮政能力T赋值。以T值作为城市规模的代用指标,进行城市体系的位序规模分析。结论显示：① 基于T值的近代中国城市位序规模分布符合齐普夫法则;② 1936年存在京津冀、长三角、珠三角、武汉和成都—巴县5个邮政聚集区;③ 1936年邮政网点和邮路空间分布存在“胡焕庸线”两侧的巨大空间分野,其西北半壁网点占比略少于人口占比,但高等级网点和邮路里程占比远高于人口占比;④ 本文将近代中国城市体系研究的样本量从以往的200左右（城市人口）提高到2360（T值）,第一次发现了1936年中国城市位序规模曲线独特的“中段凹陷”而导致的曲线整体“三段式”分布,迥异于同时期的美国和当下之中国,近代约50个左右城市的开埠通商是造成“头部”城市在城市规模上与中等规模城市拉开差距的关键因素;⑤ 邮政能力T值可视为近代中国城市规模的一个优秀代用指标。     

福建省城镇体系分形研究

应用分形理论对福建省城镇体系进行了规模和空间结构研究,验证了福建省城镇体系得规模分布和空间布局均符合局部的分形特征,同时得出以下结论:第一,福建省城镇体系规模分布还处于初级的首位型阶段,城镇体系规模等级发育不成熟;第二,福建省城镇体系在空间分布上存在区域、地方两个不协调的现象;第三,福建省地区城镇体系交通网络的通达性较高,城市间联系较为紧密,但也注意到区域城镇网络的均衡性还有待提高。最后,通过自然、社会及历史等原因对成因进行讨论,据此提出福建省城镇体系结构优化的建议。     

东亚地区城市体系研究

东亚地区作为一个整体崛起于20世纪后期,而其城市则是构建东亚生产网络的关键节点。本文利用现有的5种计量方法来分析东亚地区城市体系的城市人口规模等级结构特征,发现：东亚地区的城市体系基本符合二倍律法则,而东亚诸国内部的城市规模等级结构可以大致分成“正金字塔型”和“纺锤型”两种类型;城市体系的城市分形维度很低,基本上都属于首位型的位序一规模分布。     

京津冀城镇用地空间结构的多分维谱分析

城市形态和城镇体系都具有分形性质,但简单分形模型不能有效揭示城市系统的复杂结构特征及其背后的问题。多分形模型及分析方法是研究城市空间复杂性和描述城市异质性的有效手段。利用城镇建设用地和总建设用地的多分维谱分析,可以发现京津冀城镇体系及主要城市的空间演化问题。主要结果如下：①京津冀总建设用地的全局谱线不正常,代表中心区的谱线收敛过快,而代表边缘区和乡村地区的谱线收敛位置严重越界;②局部谱线单峰左偏,左(趋向中心区)高密、右(趋向边缘区)低疏,且右边数值越界;③多分维增长曲线服从二次logistic函数,但不同区域和城市的增长曲线的拐点位置不同。深入分析谱线特征及其异常根源,得出如下结论：①京津冀主要城市的中心区填充过密,没有太多缓冲空间,而边缘区无序扩展,需要通过规划进行优化;②京津冀城市生长以外延扩展模式为主,但河北省总建设用地有中心集聚迹象;③京津冀地区特别是主要城市用地接近饱和,土地扩展速度高峰已经过去,只有河北省部分区域例外。