重力模型参数空间差异研究——以中国城市间铁路客流为例

重力模型是重要的空间相互作用模型,已经在相关研究和实践中得到了广泛应用.在重力模型应用中,结果对参数的敏感性较高,不同的参数设置就可能导致结果体系的巨大差异,故精确的参数是重力模型应用的基础.许多研究关注了重力模型参数的提取,但限于数据等因素,参数在空间上的差异性尚未得到充分的重视.本文采用2010年城市间铁路客运量作为城市间相互作用强度的反映,以城市市辖区居民总可支配收入作为城市的“质量”,刻画城市本身的吸引力,进而通过回归分析考察重力模型的参数结果;并结合地理信息系统的空间插值工具,分析重力模型中各个参数的空间差异并得到可视化结果.相比于既有研究,本文在变量选取中增加了城市间列车交流频次这一变量,与平均运行时间结合共同反映城市之间的“距离”,使模型拟合结果得到较大改进.结果表明,重力模型参数取值在空间上存在显著差异,对不同区域使用统一的重力模型参数可能使结果出现较大偏差,因此将重力模型应用到具体实践中时,不能忽略参数的空间异质性.     

空间相互作用模型中的目的地竞争效应 ——基于中国城市间铁路客流数据的实证研究

目的地竞争模型是空间相互作用领域的重要进展之一,但其有效性尚未得到一致认可,且缺乏基于中国的实证依据。基于中国2010年城市间铁路客流数据,采用目的地竞争模型进行实证分析,并与传统空间相互作用模型相比较,以检验目的地竞争模型在实际应用中的有效性。结果表明：① 空间结构对中国城市间铁路客流存在显著影响,目的地之间存在较强的竞争效应;② 目的地竞争模型的引入显著地减弱了距离衰减参数的空间自相关程度,较大程度上改善了传统空间相互作用模型的距离衰减参数标定偏误问题;③ 既有研究中在区域尺度下对传统空间相互作用模型（即重力模型）参数的标定及实证分析可能会存在偏误,目的地竞争模型这一改进模型具备应用价值。     

中国交通流的衰减函数模拟及特征

交通流具有随距离延伸而不断衰减的空间属性,距离衰减规律是交通地理学的重要议题.基于空间"流"距离衰减研究进展的评述,本文构筑了交通流距离衰减规律的主要可能函数模型.包括指数模型、Pareto模型、常对数模型、平方指数模型、开方指数模型,采用中国城际交通流包括公路客流、铁路客流、铁路货流和航空客流,分别对5种距离衰减模型进行了模拟并对比分析,从中识别出最佳的距离衰减函数是Pareto模型.然后,重点分析了各种交通流距离衰减函数的参数差异和地理内涵,并采用时间序列的交通流进行模拟,考察距离衰减函数的主要参数变化,并解释其地理内涵,同时绘制了交通流累计率曲线和分配率曲线,对各种交通方式的距离衰减函数模型、主要函数参数和距离衰减规律进行论证和解释.     

空间相互作用与城市关联网络演进 ——以我国20世纪90年代城际铁路客流为例

我国城市群在铁路客流空间相互作用的层次上所体现的空间分布和网络结构演化体现了城市群的重要方面。通过对1991和2000年我国200多个地级以上城市间铁路客流的经验性研究发现，城际铁路客流不但存在明显的距离衰减规律，而且各个主要城市群的铁路客流衰减变化规律及其网络结构有所不同，应用重力模型等方法不能较好地刻画这一变化。本研究借助“轴-辐”理念进一步从网络关联的角度考察了我国1990年代铁路客流变化，发现存在明显的区域重组、中心极化和空间关联升级现象，并分析这些现象所体现的城市群结构变化及其背后的原因。     

城市夜间灯光强度空间衰减规律及应用

夜间灯光强度是城市社会经济活动强弱的直观表征,通常随到城市中心距离增加而逐渐降低。但其空间衰减过程是否可以定量化、模型化,以及空间衰减规律关于城市形态的指示意义仍不明确。论文获取32个中国主要城市2012年和2020年NPP-VIIRS夜间灯光年度合成数据,以城市中心为圆心,计算同心圆圈层内平均夜光强度;受建设用地密度空间衰减函数启发,采用反S函数拟合城市夜间灯光强度空间衰减特征。结果表明：反S函数可以很好地拟合夜间灯光强度空间衰减特征,模型参数D和α的变化分别反映了城市扩张过程和形态变化。2012—2020年间,各城市半径(参数D)增长到1.1～3.6倍;城市规模较小的长春、银川和西宁经历的夜光亮度增长幅度最大,而东部沿海城市增长幅度较小。参数α的变化说明中国主要城市由夜间灯光反映的空间形态趋于紧凑。反S函数为刻画夜间灯光强度空间衰减提供了新工具,为测度城市扩张和形态变化提供了新指标。     

基于空间自相关的中国省际人口迁移模式与机制分析

人口迁移具有空间指向性,表现为迁入地和迁出地在地域上呈现一定的空间集聚特征。然而,大部分针对我国人口迁移进行分析和建模的研究忽视了这一空间指向性及其影响。该文利用全国第五次人口普查省际人口迁移数据和相关资料,以空间自相关分析为基础,对1995-2000年我国省际人口迁移的空间模式与动力机制进行了初步分析。首先,运用全局空间自相关统计量(Moran′s I)对人口迁移流中的空间自相关程度进行了测度,发现研究期间我国省际人口迁移的空间指向性明显:从一个区域出发(或抵达一个区域)的人口迁移流均受到周边地区人口迁移的影响。为了进一步研究这种空间指向性对人口迁移规模的影响,分别采用重力模型(仅用距离变量捕捉人口迁移过程中的距离衰减效应)和空间OD模型(采用因变量空间滞后的不同形式对迁移流的空间指向性加以考虑)研究中国省际人口迁移的动力机制,对比两种模型的估计结果发现:1)空间OD模型在参数估计和模型拟合等方面均优于传统的重力模型;在选取相同解释变量的情况下,空间OD模型的残差平方和仅为传统重力模型的47%,模型拟合指标AIC值也大大缩小。2)在对中国人口迁移动力机制的定量分析中,如果不考虑人口迁移流之间的空间自相关(空间指向性)现象,会导致对社会、经济等变量作用和距离衰减效应的过高估计。     

1990年代以来基于重力法的中国城市网络结构复杂性分析

以城市非农业人口作为城市质量,以空间直线距离分别在距离衰减参数b=1和b=2情况下作为空间联系的衰减方式,采用重力引力模型对全国地级城市进行了城市网络的构建,选取最大城市联系强度网络结构进行复杂性分析,借鉴复杂网络分析中的度、网络结构熵及网络标准结构熵等概念研究城市体系空间组织,这样将地理空间约束机制的概念引入到统计物理所忽略的复杂网络研究中,也为城市体系研究带来了新视角。分析得出了1990年代以来"大集中、逐步小分散"的城市网络组织的基本结论,最后对全国城市体系进行了空间等级划分。     

中国城际联系距离衰减的非线性规律——基于人口流动大数据

以人口流动为表征的空间相互作用是热点议题,然而关于其影响因素的非线性机制尚未被充分揭示。论文利用2018年腾讯迁徙大数据,以梯度提升决策树模型改进重力模型,分析距离衰减系数的非线性特征。研究发现：(1)城际联系的距离衰减系数呈非线性,偏依赖图曲线存在2个“平台区”(距离衰减系数接近于0)和2个“衰减区”(距离衰减系数约为2.8),将直线距离替换为路网距离,2018年数据替换为其他年份数据后,结果仍然稳健;(2)与基准模型相比,航空、铁路及公路交通下的距离衰减系数非线性特征存在显著差异,春运期间的距离衰减系数基本保持一致。建议根据城际联系距离衰减规律布局都市圈和城市群,优化国土空间发展格局。     

基于logistic回归模型的农牧交错区土地利用变化驱动力分析——以内蒙古翁牛特旗为例

本文以农牧交错带的典型区域——内蒙古翁牛特旗为例,考虑土地利用变化过程的空间变量,建立了不同土地利用变化过程的logistic回归模型。结果表明:模型中转为耕地的主要解释变量是到农村居民点的距离和农业气候区;转为草地的主要解释变量是到农村居民点的距离、土壤表层有机质含量和到乡镇中心的距离;转为林地的主要解释变量是到农村居民点的距离和海拔;空间异质性和土地利用变化过程的时间变量共同影响着使用logistic回归模型来解释土地利用变化驱动力的能力;通过对草地logistic回归模型的检验,得出空间统计模型能较好地揭示不同土地利用变化过程的主要驱动力及其作用机理。     

黄河下游水沙关系模型参数随河段距离变化规律

对于多沙河流或河段,水沙关系模型多表示为考虑来水含沙量的幂律函数形式：Q_s=KS_u^aQ^b,本质反映了河道的不平衡输沙规律,模型参数变化主要受到河道边界条件的影响。河段距离作为反映沿程空间尺度的一个重要指标,对模型系数K与指数a、b具有重要的影响。以黄河下游河道为研究对象,分析研究了模型系数K与指数a、b随河段距离的变化规律与计算方法,并用于黄河下游河道输沙沿程变化模拟。模型参数变化规律分析表明：指数a随河段距离的增大而减小,两者呈指数负相关关系;系数K随河段距离的增大而减小,且与指数a呈指数正相关关系;指数b随河段距离的增大而增大,且与指数a呈线性负相关关系,两者之和约为2.0。通过建立模型系数K与指数a、b随河段距离变化的计算表达式,构成了考虑来水含沙量的水沙关系模型的参数条件补充方程。对黄河下游河道输沙沿程变化模拟结果表明,黄河下游河道沿程含沙量的计算值与实测值变化趋势基本符合,确定性系数R²值可以达到0.96,Nash-Sutcliffe效率系数NSE值在0.93以上,模拟效果良好。研究结果有助于深入认识考虑来水含沙量的水沙关系模型参数的物理意义与探索模型参数的确定方法。     

商圈惠顾行为的空间衰减：幂律模式还是指数模式

以上海市商业中心为例,基于匿名手机信令数据,运用引力模型对商圈惠顾行为的衰减模式及其系数进行了验证与对比。结果表明,① 对于商圈惠顾行为,最常用的2种距离衰减函数均具有较高的拟合优度,幂律函数稍优于指数函数;② 总体来看,距离仍是影响城市居民商圈惠顾行为的关键因素,距离衰减效应呈现出随商业中心等级增大而减弱的梯度特征,幂律型衰减系数取值1~3不等,采用既定系数1或2会过高/低估计商圈辐射能力;③ 不可忽视闲暇时间对商圈惠顾行为的约束作用,与周末相比,工作日的距离衰减系数较大,且商业中心等级越低,商圈惠顾行为的衰减性越显著。     

高速公路流的距离衰减模式与空间分异特征——基于福建省高速公路收费站数据的实证研究

交通流是社会经济空间联系的直观反映,其距离衰减规律对空间秩序的形成与演化意义重大。利用2016年10月份的福建省高速公路收费站数据,以县区为基本单位,识别高速公路流O-D矩阵;在此基础上,利用空模型法模拟省和县区2个尺度上高速公路流的距离衰减规律,并结合空间分析和相关分析法,探讨高速公路流距离衰减规律的空间分异特征与规律。结果显示,①高速公路流主要集中在0~200 km与0~200 min区段,较好地契合了公路运输的经济半径与交通流的时空断裂特征;②省域层面上,高速公路流随距离的增加有显著的衰减趋势,当采用路网距离、幂律型衰减函数时,距离衰减系数为2.674,显著高于常规所选数值2;③不同县区高速公路流的距离衰减速度在空间上呈显著的圈层模式,与高速公路流的空间分布形成较好的耦合关系;④距离衰减规律内生于社会经济空间联系格局,不仅影响空间秩序的形成与演化,也会受空间秩序演化的影响,一定条件下,节点的对外社会经济空间联系强度会随节点规模、人口与经济密度的提高以及区位条件的优化形成自我加速的反馈过程,形成循环累积效应。     

Complexity, self-organisation and variation in behaviour in meandering rivers

River meanders are natural features on the surface of Earth that present some degree of regularity of form. They range from being highly dynamic to being stable under present conditions. Conventional theory is that meanders develop to an equilibrium form which is related to discharge and sediment load. Other research has demonstrated that many highly active meanders exhibit a continuous evolution over time and a non-linearity in rate of development. Ideas of autogenesis and of self-organised criticality as being an explanation of some meander changes have been proposed. In this paper data from rivers around the world are examined for further evidence of autogenic, self-organised or non-linear behaviour through analysis of change in sinuosity over time for reaches and change in individual bend form, particularly bend curvature and bend elongation. Some examples do exhibit trends of increasing sinuosity over time and a few show limits from which large decreases occur. Several case studies show non-linearity of behaviour and increasing complexity of form. Other case studies, however, do not exhibit such trends. Phase space plots are used to help uncover emergent behaviour but show a variety of patterns. The example of a reach in which multiple cut-offs occurred is analysed for mechanisms of self-organisation of the planform and in the pool-riffle pattern. Riffles are more closely spaced and also more transient in the more rapidly changing and higher sinuosity parts of the channel. Hypothetical trajectories of different meander behaviour, including for bedrock meanders, are plotted but the challenge remains to uncover the conditions for occurrence and for divergence of tendencies to stability and instability. Identification of attractors and phase space of behaviour of different meandering systems offer the potential for application to sustainable channel management.     

都市聚落系统的形成规律——递增报酬与幂次法则的计算机与数理仿真

幂次法则是一个普遍存在于自然科学与社会科学界的现象,在都市体系中亦可观察到此一现象。过去的文献仅仅对于幂次法则现象进行了观察和解释,并未能完整地解释其形成的机制。本研究尝试由复杂理论中“递增报酬”的观念来探讨幂次现象的成因,采用计算机程序来仿真都市聚落体系形成的过程,并观察递增报酬与幂次现象之关系。该仿真包含了3 种不同的区位发展吸引模式,分别为相邻关系、规模吸引以及同时考虑规模与相邻的混合模式。计算机仿真显示：① 规模吸引与混合两种模式比相邻吸引模式能够更好地解释都市聚落的成长;② 依照递增报酬法则而仿真形成的都市聚落,与幂次现象呈高度相关。随后的数理仿真演算显示,幂次法则为一统计上的普遍现象,但在递增报酬等经济因素驱动下的都市聚落体系结构与真实的状况较为吻合。因此我们推测,递增报酬极可能是形成真实世界幂次现象的机制之一。     

WARPED SPACE: A GEOGRAPHY OF DISTANCE DECAY*

Distance decay is one of geography's core concepts, yet its own spatial properties have been largely neglected. We illustrate the use of the expansion method in assessing the spatial variation of distance-decay parameters within the general context of gravity models. The approach enables the portrayal of “space warping,” said to occur when equivalent distances have spatially uneven effects on interaction. The concepts are examined empirically through the estimation of a competing destination model for out-migration from five State Economic Areas over the 1965–70 period. Four of the five origins are found to have spatially unstable frictions of distance. We conclude by suggesting that distance decay is a contextual, rather than a universal, effect.     

规模报酬递增与京津冀都市区经济增长

借助Verdoorn法则,并将其拓展至区域经济研究框架,以京津冀都市区为研究区域,将其经济增长过程分为1995～2000年、2000～2007年及1995～2007年3个时段,采用Spa-tial Durbin Model和空间贝叶斯异方差回归模型将空间自相关和空间异质性纳入传统Ver-doorn法则的经验估计中,得到...     

都市圈经济发展的主要原理及对兰州都市圈建设的启示

都市圈是经济发展到一定阶段的产物,发展经济是都市圈建立并不断完善的重要内容。以此为出发点,分析了距离衰减规律、万有引力原理、中心地理论、地域生产综合体理论、绝对优势与比较优势原理及网络结构理论等对都市圈建设的指导作用。以兰州都市圈为例,阐释了部分原理在实际建设中的应用:兰州都市圈的空间界定、经济发展功能分区及网络经济构建。     

Entropy Analysis of Multiple Scale Causality and Qualitative Causal Shifts in Spatial Systems*

Spatial systems are typically characterized by multiple controlling factors and processes operating at different spatial and temporal scales (multiple scale causality [MSC]). An entropy decomposition‐based approach to MSC is presented here in two contexts. First, given maps or distributions of an observed phenomenon at two or more scales, the contribution at more local or global (relative to the primary scale of observation) controls to the observed entropy can be estimated. Second, a theoretical treatment of the entropy decomposition equations shows that as the range of scale is increased by broadening or narrowing resolutions or by incorporating more controls, the influence of larger or smaller‐scale influences not only changes, but may change qualitatively, e.g., in terms of having positive (entropy‐increasing) or negative (information‐increasing) effects. Such qualitative causal shifts have implications for efforts to use any single causal explanation across the molecular to planetary spatial and instantaneous to geological range of scales relevant to physical geography. The entropy decomposition method is illustrated with an application to soil landscapes in the Ouachita Mountains, Arkansas.