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【 【研究】基于城市夜间灯光数据的中美两国城市位序规模分布对比 】

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【研究】基于城市夜间灯光数据的中美两国城市位序规模分布对比

【研究】基于城市夜间灯光数据的中美两国城市位序规模分布对比
许伟攀 李郇 等 SYSU城市化研究院

许伟攀  中山大学地理科学与规划学院硕士研究生

李郇  中山大学城市化研究院院长,中山大学地理科学与规划学院教授,博导

陈浩辉  澳大利亚联邦科学与工业研究组织研究员


原文刊载:许伟攀,李郇,陈浩辉.基于城市夜间灯光数据的中美两国城市位序规模分布对比[J/OL]. 地理科学进展,2018(03):385-396 [2018-04-04]. http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3858.P.20180330.1609.018.html.

版权说明:本文为简写版,感谢作者授权发布,如有转载等事宜,请联系原作者。


摘要:

  工业革命以来,人类开启了大规模的城市化进程。城市随着交通和通讯技术的发展不断突破原有的规模限制,城市规模不断变大。以人口为指标的城市规模分布服从齐普夫法则。不同城市化发展阶段,其城市位序规模分布存在差异。城市夜间灯光数据一般可用来衡量城市的经济活动、建成区面积、人口密度、发展水平等。本文以同源的城市夜间灯光数据代表城市规模,在国家尺度和省州尺度研究中美两国城市规模位序分布,并比较其异同。研究表明,在国家尺度,2013-2016 年间,中美两国城市规模均变得集聚,而中国城市规模分布比美国更为分散,齐普夫指数相差约0.1。在省州尺度,不同省州的城市规模分布存在差异,中国和美国分别有44%和84%的省份或州的齐普夫指数大于1,中国城市规模分布分散型省份占一半以上,而美国的集中型的州则占有84%,总体而言,中国城市的规模分布更为分散。中美两国高位序城市实际值远低于拟合值,理论上仍然具备很大的发展潜力。中国高位序城市需要进一步提高城市经济活动的聚集程度,使得城市规模体系更趋完善与成熟。


关键词:位序规模分布;齐普夫法则;夜间灯光;中美



引言

  1978 年改革开放,拉开了中国城市化的序幕,大量农村人口往城市流动,尤其是大城市集聚了大量的人口。2016 年,中国城市化率达到57.37%,正处于快速城市化阶段。城市化是人口、资本、信息和技术等快速向城市流动的过程,城市因为外部要素的流入而获得增长的动力,但城市并未同等规模的发展,而是以一种“最省力原则”规模不一的并行发展(Zipf, 1949)。城市规模越大,其相应的城市数量越少(Batty, 2008)。城市发展往往遵循位序—规模定律,又称齐普夫定律:城市的位序和该市与最大城市的人口比值成负相关(Batty,2008)。位序—规模法则是衡量区域内城市规模体系是否均衡的重要标准,当齐普夫指数约等于1 时,城市规模分布均衡;小于1 则分散;大于1则集中(周一星等, 1995)。


  诸多文献研究表明,城市夜间灯光数据与GDP,人口、建成区面积等具有高度的相关性(Levin, 2017 ; Zhou et al, 2015)。因此,本文拟采夜间灯光数据(NPP-VIIRS)作为城市规模的工具变量,基于位序规模法则,对中美两国城市规模分布体系的横纵向比较,从而揭示快速城市化国家与已完成城市化国家的城市规模分布的异同,探讨中国未来城市规模分布可能的趋势。


夜间灯光图



结果

2.1 国家尺度下中美城市规模分布比较

  本文选取中国657个城市和美国929个城市为统计样本,通过最小二乘法(OLS)估计中美两国城市的齐普夫指数q。2013至2016年,中美两国的拟合优度R2均在93%以上(表1),说明两国城市灯光规模分布均服从位序规模法则。无论中国,还是美国,齐普夫指数均在不断变大,反映出高位序城市的社会经济发展比中低位序城市的更为快速。但是,中国的的齐普夫指数小于1,而美国的大于1,说明中国城市规模分布比美国城市规模分布更为分散。


  2013-2016 年期间,位序保持在前3名的城市分别为上海、北京、天津。2016 年,中国首位城市,上海的齐普夫指数仅是拟合值的25%,首位度从2013年的1.5下降到2016年的1.2,说明上海的龙头地位相对下降。对比中美两国,美国灯光—位序的拟合线居于中国的上方,斜率与截距均高于中国(图1)。就同一位序的城市而言,美国城市灯光高于中国城市灯光。同一位序的美国与中国的城市灯光值的比值在2.4~16.7 之间。2016 年,美国前3 名的城市灯光值分别是中国前3 名城市的3.2、2.7 和3.8 倍(图2)。因此,整体上美国城市相对中国城市更为发达。中美两国高位序城市的灯光值均远小于拟合值,说明无论中国还是美国,其大城市仍然有很高的发展潜力。




图2  2016年9月中美前三城市夜间灯光值对比

Fig. 2  Chinese and American top three cities’ nightlight value in September 2016.


2.2 省(区)州尺度的城市规模分布异同

  从共同点看来,中国80%的省区与美国78%的州的q 值均不断变大。可见,无论是中国还是美国,大部分省(区)州的城市规模分布都变得更为集中,高位序城市发展比中低位序城市的发展更快,以灯光为表征的社会经济活动进一步集中在高位序城市。因此,大多数省(区)州的社会经济活动向高位序城市集聚,城市规模分布集中化,是两国共同的趋势,这与国家尺度的规模分布变化趋势相一致。从不同点看来,以2016 年为例,中国56%的省区的q 值小于1,一半以上的省(区)的城市规模分布相对分散,高位序城市相对不够发达;而美国仅16%的州的q 值小于1,84%的州q 值大于1(图12、表2);而且,q 值在1.2 以上的占有州总数的55%,而中国仅有12%。可见,美国大多数州的经济活动集聚程度远比中国的省区的要高。


图 3  2016年中美各省(州)Zipf维数

Fig. 3  Zipf’s index distribution in provincial or state level in 2016




中美城市规模分布差异的原因

  理想城市齐普夫分布的表征为Zipf维数等于1,但不同国家或区域的政治、经济、文化、社会等要素综合影响Zipf 维数偏离1。中美两国城市规模分布差异与城市发展的方针政策、城市化阶段,乃至全球的城市等级等多种因素有关。


  中国作为社会主义国家,始终追求着地区均衡发展、共同富裕的目标。自建国初期到20 世纪60 年代,中国经济恢复和发展集中在基础较好的地区和城市,具有优越资源条件的大中城市率先发展,城市规模分布逐渐集中。60 年代-70 年代末,国家实行“三线建设”,东部沿海工业转移至中西部地区,并且提倡“大城市居民分散到农村去”,因而城市政策向发展小城市转变,城市规模分布也因此分散化。改革开放后,东部地区率先发展,大量人口流入东部地区,尤其是北上广深等大城市,城市规模分布重新开始趋于集中。但是,21 世纪以来,中国根据地区平衡发展和共同富裕的原则,实行“西部大开发”、“中部崛起”和“东北振兴”等地区平衡发展政策,强化了城市规模均衡化分布。因此,政策强化了城市规模分布均衡化的力量。


  美国实行资本主义经济体系,其城市空间发展受资本主义主导。不均衡发展是资本主义系统运行的基本原理,资本主义增长导致了空间的不均衡发展。放任自由的政策促使资本大规模集聚于大城市,利用大城市的规模报酬递增的优势,以求得最大的利润。大城市获得资本的青睐得以高速增长,而中小城市一定程度上则失去了某些发展机会。大城市相对于中小城市,拥有更多的工作机会与工资水平,促使劳动力源源不断地涌入大城市。美国人口规模的Zipf 维数高达1.23,足以证明美国大城市高度发达而中小城市则相对不发育。


  中美两国城市规模分布差异的另一个重要原因在于其城市化阶段的不同。中国尚处于快速城市化阶段,2016年城市化率仅57%,离城市化完成尚有15%至25%。在快速城市化阶段,大量农村人口优先流入高位序城市,大城市人口增长大于中小城市的人口增长,促使规模分布趋于集中。城市化进程中的Zipf维数的增长是普遍规律(王法辉,1989),即城市化过程同时表征为城市规模分布从分散到集中的过程。在没有人为干预的情况下,中国城市规模分布则有可能走向美国高度不均衡的状态。


  另外,随着城市化推进,同城化,区域一体化也在同步进行。城市将从空间相互独立的个体逐渐走向建成区连绵的联合都市区,进而形成都市连绵区或城市群,形成联系密切,区域一体的功能网络。事实上,美国的大都市区包含了诸多城市,例如纽约大都市区实际是纽约、纽瓦克和泽西三个城市联合体,三者建成区高度邻接,俨然只是一个城市(图 2)。因此,联合统计区使得人口、用地和灯光等城市规模变大,在城市体系上表征为城市规模分布更加集中。中国同城化趋势初现弥端,但是其社会经济文化的融合程度尚不如美国的联合都市统计区,行政边界仍然阻隔这城市间的快速融合。


  总体而言,美国城市化已进入成熟阶段,城市空间形态依然发展出成熟的都市联合区与城市群,以城市群为主体的空间载体容纳了全国大部分人口,城市规模分布因而集中。中国尚处于快速城市化阶段,大城市对新增人口尚有容纳空间,仍然存在规模分布趋于集中的可能。



结论与讨论

  以城市夜间灯光值代表城市规模,中美城市均遵循位序-规模分布。无论中国还是美国,城市规模分布趋于集中,高位序城市发展快于中低位序城市的发展,经济活动趋于集中在高位序城市。但是,中国城市规模分布的集聚程度低于美国。对于同位序的城市,美国城市灯光值远高于中国的城市灯光值。


  在省州尺度,2016年,中国尚有56%的省和自治区属于分散型,而美国84%的州的规模分布属于集中型,且多数省州将进一步集聚。中国历年位序规模的变化可以得知,集聚,是城市规模分布的趋势。全国高位序城市规模的实际值远低于理论值,仍然具有很大的提升空间。另外,中国大多数省份或自治区的城市规模分布仍然相对分散。黑龙江、山东、云南、河南、江西、甘肃、四川、安徽等省份,其指数在0.9以下,高位序城市相对欠发达,集聚能力不足,难以组织和引领区域经济的发展。


  中美城市规模分布的差异根源于城市发展政策与城市化阶段的不同。中国作为社会主义国家,追求地区均衡发展,共同富裕是根本原则,因而均衡化的政策成为城市发展政策主流,约束着人口过快向大城市集中。而美国采用资本主义体系,城市不均衡发展成为必然。另外,中国尚处于快速城市化阶段,规模分布也将从原先的分散状态逐渐走向集中状态,而美国早已完成城市化,人口大量集聚在以城市群为主体的城市空间中,城市规模分布也因此十分集中。


  总体而言,在国家尺度,中国高位序城市仍具有发展潜力以及空间,需要进一步引导发展。对于大多数分散型省份,需要重点培育其高位序城市,以提高城市经济活动的聚集程度,引领区域经济的发展。中美共同的发展趋势表明,从分散到集聚,是城市规模分布的客观规律。未来的城镇化政策应该合理地引导人口与资本的流动与集聚,使其接近位序规模分布的理想状态,尤其对于中西部分散型省份,应该重点培育高位序城市,使其能够组织和引领区域发展,最终形成大中小城市相互促进和共同发展的成熟而均衡的城市规模体系。


城市群空间分布示意图(来源:“十三五”规划)


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    发布时间:2018-07-27 08:30:00

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