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...     

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。     

山东省城市人口-城区面积的异速生长特征探讨

基于不同的城市定义标准,对山东省城市体系的城市人口和城区面积进行分析,发现只有地级市明确地服从异速生长定律,而县级市的关系则不够明朗。研究表明,山东省城市人口-城区面积异速生长的标度因子均小于1,而且定义的城区越小则标度因子越大。由此可见,山东省城市体系的城区扩展速度整体上比较合理,不过在中小城市郊区地带的土地利用比大城市郊区地带要浪费一些。山东城市人口-城区面积异速生长关系的状态不是很好,这暗示城市体系的发展存在许多不协调的因素,借助数学模型变换揭示了其中结构退化的实质所在。文章指出,只有通过自组织方式在城市之间形成一种自下而上式竞争-合作关系,才能进一步完善城市体系的时空结构。     

京津冀城市用地形态的双分形特征及其演化

区域城乡一体化的标志之一是城镇体系结构的一体化,这个过程可以从标度的角度进行描述和评价。分形是标度分析的重要方法,地理空间无尺度分布特征的典型参数是分维。论文以京津冀城镇体系为例,利用遥感图像的解译数据和人口普查数据开展分形分析、位序-规模分布分析和异速标度分析,用以解释1995—2013年间京津冀城镇体系演化的过程。结果表明,京津冀城镇体系及其演化的特征有：①京津冀空间结构和位序-规模分布都表现为自仿射双分形结构;②京津冀区域的城市人口-城区面积异速标度退化为假线性关系;③随着城镇体系的演化,自仿射的双分形结构逐步向自相似分形结构演化。由此得出结论：其一,京津冀城镇体系存在结构性的不协调因素。其空间结构和等级结构具有二元化特征,但演化方向却呈现内在结构一体化的显著趋势。其二,大城市用地不够集约。城市边缘区的无序扩张导致土地利用铺张浪费。地方政府和规划专家可以有意识地利用城镇体系演化的这种特征和趋势制定管理措施和优化规划方案。     

河南省城市体系规模结构演变分析

利用1988—2012年城市非农人口数据,运用城市首位度指数、位序-规模法则、城市基尼指数等方法分析了河南省城市体系规模结构的演变。研究结果表明:河南省城市体系规模结构合理;城市规模结构符合位序-规模法则,各等级城市规模稳步增长,呈现竞争激烈的发展态势;城市体系规模结构属首位分布和位序-规模分布的过渡类型,首位城市郑州有相当大的发展空间,第二、第三位城市(洛阳、商丘)实际规模与理论规模也有差距。今后应加快交通网络建设,分类指导,重点促进首位城市郑州的产业升级和现代服务业发展,完善县城基础设施建设,形成城市体系发展的拉力和推力,进一步促进河南省城市体系规模结构优化。     

新疆城市规模分布与自然地理相关性分析

如何实现人口、城市规模和自然地理系统的协调及可持续发展,是城市化中人地关系面临的难题。以新疆91个县域单元为研究对象,基于研究区全域、六大地貌类型和七大水系分区3个空间维度,运用位序-规模法和人口Lorenz曲线法,对城市规模体系和人口分布格局量化分析,探究了新疆城市规模分布与地貌、水系空间分布的相关性。结果表明：（1） 地貌类型区系统规模分布相关系数为0.897,水系分区系统规模分布相关系数为0.951,表明城镇规模格局与水系地理因子关系更紧密。（2） 准噶尔盆地与天山北麓诸河区是2个突出的人口分布聚集单元,同时是地理类型高度叠加区,呈现出城市规模与自然地理结合的空间极化区。（3） 新疆各自然地理单元城市人口分布的异质性表现突出,地貌类型单元内人口集疏格局鲜明,水系分区单元内人口分布相对均衡,其中天山北麓诸河区人口集聚程度较高。总体来看,新疆城市人口规模区域差异特征显著,城市规模等级结构存在断层现象,城市体系发育不成熟,建议加强中等城市规模的发展,完善新疆全域的城市格局。     

城市用地与人口的异速增长和相关经验研究

由于城市土地利用变化涉及的因素多，使获取动态研究研究所需的资料十分困难，所以，用少数几个主要因素定量地表达其变化就显得十分重要。从前人的成果，即以人口表示的城市位序-规模法则和建成区面积表示的位序-规模法则出发，绽绎出城市的用地规模和人口数量呈异速增长。这意味着，如果把整个城市看成是一个生命有机体，那么作为反映城市特征的城市用地规模和城市人口这两个重要变量，就是城市这个有机体的两个器官，他们的增长率是成比例的。还通过这个关系建立了城市建成区面积与市场人口和经济发展水平的数学模式。对我国部分城市的经验研究在一定程度上分别证明了这两经验关系。     

基于异速生长方程与C-D函数的实证分析——以乌鲁木齐市为例

运用乌鲁木齐市1978 ～2010年城市建成区面积、非农业人口、地区生产总值和人口密度的数据,引入了城市地理学中的城市人口-城区面积异速生长模型,对城市人口-面积异速生长关系的标度指数、线性因子等关系进行分析讨论.然后运用C-D函数理论,分析城市化过程中人口-土地-产值结构之间的关系.结果表明:(1) 1978 ～2010年不同时间序列城市人口-面积都是异速正生长关系,标度因子系数明显较高并呈下降趋势,说明土地城市化过程快于人口城市化过程,但它们之间的差距在逐渐缩小.(2)通过建立城市投入-产出模型得出:1978 ～2010年,人口和面积弹性系数均呈下降趋势,而人口弹性系数比面积弹性系数下降幅度小,表明乌鲁木齐市城市化进程在进一步加快.     

改革开放以来珠三角城市规模结构及其分形特征

利用珠三角改革开放以来的人口规模数据,运用位序-规模法则分析城市人口规模变化规律,同时运用分形理论阐释了珠三角的位序规模曲线及其特征。结果表明,80年代以来,城市人口规模已从首位分布向位序-规模分布转变,次级城市发育快于首位城市,人口空间分布由集中趋于分散;2000年后广州中心城市功能得到强化,区域人口分布分维值降低,人口重趋集中;随着行政区划的调整和户籍制度的改革,城市规模结构已从传统“金字塔形”向“纺锤形”转变;未来城市规模结构的“集中”和“分散”趋势将长期并存,呈现“大分散,小集中”的局面。     

以建成区面积表征的中国城市规模分布

选择1990~2000年中国城市用地面积位于前200位的地级及地级以上的城市用地资料,把运用在城市人口规模上的位序-规模法则移植到城市用地上,分析了城市土地利用规模的变化规律。然后运用分形理论,阐释了城市用地的位序-规模曲线。结果显示：(1)以建成区面积作为衡量城市规模的指标,中国城市规模分布符合位序-规模法则,拟合曲线的判定系数都在0.95以上;(2)根据位序-规模曲线的形态,中国城市按建成区面积可分为3类：用地面积>200 km²的大城市,50~200 km²的中等城市和<50 km²的小城市;(3)城市建成区用地的位序-规模曲线有平行向前推进的特点,这为预测我国未来城市建成区用地规模提供很好的基础;(4)中国位于前200位的城市用地规模分布的均衡度不断增强,城市建成区用地规模总量持续增加。     

辽中南城市群城市规模分布演变特征

运用城市首位指数、城市规模分布的基尼系数和分形等理论与方法,对改革开放以来辽中南城市群城市规模分布的现状及演变特征进行分析。结果表明,2007年,辽中南城市群城市等级规模结构呈位序-规模分布;城市体系中大城市规模偏大,中等城市偏小,小城市规模较小;城市规模空间分布不均衡,区域分异明显。改革开放以来,辽中南城市群城市规模分布发生显著变化,城市规模与数量均呈快速扩张态势;城市首位指数均不断降低,城市规模结构由首位分布向位序-规模分布转变;城市规模分布的分维数不断增加,城市规模差异逐渐减小,不断向均衡方向发展。在此基础上提出了加快沿海城市带的发展、加强交通基础设施的建设和重视矿业城市转型等建议。     

Zipf维数和城市规模分布的分维值的关系探讨

城市位序 规模理论和分形理论是研究城市系统的重要基础。前者可以较好地刻画城市的规模分布 ,后者可用来深入地解释城市规模的分布规律。其中 ,城市规模分布的分维值和Zipf维数是这两个基础理论中的重要参数。在研究我国城市规模的分布规律时 ,理论上可认为分维值和Zipf维数的乘积等于 1。但本文认为这种理论上的关系并不能直接套用到统计分析中去 ,如果城市规模分布的分维值和Zipf维数是利用对于样本的OLS (最小二乘法 )估计所得 ,两者的乘积应等于判定系数 (R2 )。最后我们对此结果进行了推导和证明 ,并对其所具有的理论意义和实践价值进行了简要阐述。     

广东省城市规模Zipf法则检验及其影响因素分析

利用广东省1990年～2007年各城市市区非农业人口数据计算广东省城市规模分布的Zipf指数,得出广东省城市规模分布由分散分布向均衡的位序——规模分布过渡的结论。同时,选取5个解释变量,建立多元回归模型对影响广东省城市规模分布的zipf指数变化的因素进行分析。研究发现,1990年以来,5个解释变量对广东省城市规模分布的影响作用有所变化。1990年～2000年,促使城市规模分布趋于集中的力量强于分散力量。进入2000年以后,集中力量逐渐减弱,与分散力量趋于平衡。     

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。     

信阳城市人口—城区用地异速生长分析

城市人口规模和用地面积随着时间的改变过程理论上服从异速生长定律,即在一定时空范围内表现为幂指数关系,并且标度指数小于1。但由于种种原因,中国的统计数据大多不满足纵向异速标度关系,或者标度指数严重异常。为深入研究这一问题,借助最小二乘法和对数线性回归分析技术,基于信阳的人口普查数据和城市用地现状图资料,开展城市人口和城市用地面积的标度分析,发现城市生长长期服从纵向异速生长定律,可用幂函数描绘,并且标度指数(约为0.86)接近于理论预期值(0.85)。然而,由于近年的“造城运动”,这种标度关系遭到破坏,城市人—地关系出现混乱。因此,揭示城市演化规律的前提是数据质量的保证,而人文系统的规律也会因为人为的因素而暂时破坏。本文提供了一个城市纵向异速生长及其标度破坏的简明案例,并给出了估计和预测信阳城市人口和用地的数学模型,其计算结果可以作为了解同类城市人—地关系的演化进程和未来趋势的重要参考。     

中国城镇化与基本公共服务时空交互耦合关系及其驱动力分析

基本公共服务是实现城镇化高质量发展的关键支撑。该文通过构建评价指标体系,运用熵值法、耦合协调模型、面板数据模型对2005-2018年我国285个地级以上城市的城镇化与基本公共服务协调发展的时空演变规律及驱动力进行分析。结果表明:1)城镇化与基本公共服务协调发展水平总体呈波动上升趋势,二者协调度指数均值由0.296升至0.319,年均增长率为0.577%。2005-2010年、2011-2014年、2015-2018年二者协调度分别表现为“倒V形”“V形”“N形”演变趋势,3个阶段协调度高低值差异进一步收敛,城镇化与基本公共服务协调发展的韧性增强。2)各地市的协调度极差由0.557降至0.523,全国尺度的空间均衡趋势明显,高水平协调向西、向南转移;东部三大城市群中心城市溢出效应明显,边缘城市及中、西部主要城市群中心城市表现为虹吸效应。3)城镇化与基本公共服务的交互响应均呈现“正向—负向—正向—稳定”的特征,与“N形”演变规律吻合;经济实力、政策支持、城市层级共同作用于城镇化与基本公共服务的协调发展。     

长江三角洲地区城市规模分布的时空演变特征

从不同的角度对改革开放以来长江三角洲地区城市规模分布的演变进行了较为系统的研究.结果表明:(1)长三角城市体系经历了首位型一位次型一首位型分布模式,城市首位度降低,并不能排除城市规模呈现首位型分布;(2)就整个研究期间而言,长三角城市体系呈现较弱的收敛增长态势;(3)规模相对较大的城市,其维持自身状态的可能性较大.从长期发展趋势来看,长江三角洲地区将有高达78%的城市的人口规模低于同期平均水平,人口规模超过平均水平2倍以上的大城市数量将有所减少;(4)长三角城市体系在总体上并没有呈现均匀的空间分布格局,空间极化现象一直比较明显.随着改革进程的加快,在苏南、环杭州湾一带地区出现的空间集聚现象不断加强,这与苏北、浙南地区空间分布格局的相对平静形成了鲜明对比.     

20 世纪美国城市体系的演变及其对中国的启示

在快速城市化过程中,在规模不等的城市中城市人口将如何分布？这是制订中国社会经济发展战略必须考虑的一个重大基础问题。美国是世界上最大的发达经济体,城市体系成熟,100 年前的城市化水平和中国现在相当。研究20 世纪美国城市体系的演化特征,对中国会有所启发。采用美国人口普查数据,运用位序-规模法则等方法,分析了美国城市系统的演变过程。结果显示：在20 世纪前70 年美国城市化处于加速发展的中期阶段,大城市的人口增长明显快于中小城市,城市体系向非均衡化方向发展;20 世纪后30 年,美国城市化进入了稳定发展的后期阶段。与美国不同的是,处于城市化加速发展中期阶段的中国(1985-2000 年),小城市人口增长较快,城市体系趋于均衡。研究认为：未来我国大城市的人口集聚有较大潜力。     

城市化:相变与自组织临界性

城市化的本质是一种自组织临界相变过程 ,在时间和空间上分别联系着自组织临界性(SOC)和空间复杂性。城市化过程作为SOC有 3个方面的标志 :时间方向的 1/ f涨落、空间方面的分形结构和等级方式的Zipf定律 ,其共性是无标度性。分形中心地景观和位序 -规模分布分别是城市化自组织临界过程在空间和等级两个领域的实证判据。在城市化的临界相变过程中 ,城市体系通常演化为无标度网络 ,而位序 -规模法则乃是空间领域的无标度性在等级领域的结构性“投影”。基于SOC思想研究城市化过程有助于理解自组织城市网络的复杂空间动力学 ,从而为发展城市演化的模拟实验方法提供理论思路