辽中城市群范围界定与规模结构分形研究_黄建毅
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收稿日期:2008-02-18;修订日期:2008-08-16基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-321-04、KZCX2-YW-342-01)、国家自然科学基金项目(40635030,40471038)和中国科学院东北地理与农业生态研究所学科前沿领域项目(KZCX3-SW-NA3-04)资助。作者简介:黄建毅(1984-),男,河南许昌人,硕士研究生。主要从事城市与区域发展研究。通讯作者:张平宇,研究员,Emai:lzhangpy@neigae.ac.cn
辽中城市群范围界定与规模结构分形研究黄建毅1,2,张平宇1(1.中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林,长春130012;2.中国科学院研究生院,北京100049)摘要:辽中城市群作为东北老工业基地的核心地域,目前正处于经济转型的关键阶段。基于引力模型,结合城市群的城市交通流分析,首先对辽中城市群范围进行了界定。在此基础上,采用分形理论与方法对辽中城市群的人口、经济规模结构的分维值进行了测算,结果表明辽中城市群的人口规模分维值大于1,而经济规模分维值小于1,人口经济空间分布不均衡、分布错位,地区间经济发展水平差距较大,这与该地区的产业结构特点和开发历史有着密切关系。运用灰色关联度分析方法进一步研究了辽中城市群的分维值影响因素,发现科学支出与固定资产投资完成总额的影响显著。关 键 词:辽中城市群;引力模型;分形;灰色关联度分析中图分类号:TU984.2 文献标识码:A 文章编号:1000-0690(2009)02-0181-07
法国地理学家戈特曼曾提出,在巨型的城市化地域内,支配空间经济形式的已不再是单一的大都市区而是集聚了若干都市区,并在人口和经济活动等方面密切联系而形成的一个都市区集群[1]。在中国,由于城乡隔离制度,都市区的发展受到严重限制,大都市区发育尚未成熟。因此,国内学者更多采用城市群的概念来进行描述。姚士谋认为城市群是指在特定的地域范围内具有相当数量的不同性质、类型和等级规模的城市,依托一定的自然环境条件,以一个或者两个超大或特大城市作为地区的经济核心,借助现代化的交通工具和综合运输网络的通达性,以及高度发达的信息网络,发生与发展着城市个体之间的内在联系,共同构成一个相对完整的城市/集合体0[2]。自从城市群概念提出以来,我国学者做了大量研究工作[3~10]。从研究内容上看,集中于城市群的发展机制、经济结构、空间组织结构、城市联系和城市群体系结构等方面;从研究地域范围来看,全国城市群的研究较多整体,区域范围的城市群研究主要集中于长江三角洲和珠江三角洲地区,辽中城市群的相关研究较少。自从国家实施/振兴东北老工业基地0战略以来,辽中城市群作为东北老工业基地的核心区域,受到越来越多的关注。一些学者从城市群空间结构、城市群规模结构演变、城市群的空间格局规划与空间协调等方面进行了有益的探索[11~15]。然而在对辽中城市群的研究中,一方面对辽中城市群地域范围的界定缺乏科学深入的探讨,另一方面结合人口、经济规模分布对辽中城市群空间结构进行分析的研究不多。本文试图在对辽中城市群范围界定的基础上,对其人口经济规模结构空间分布特征进行分析,为辽中城市群的健康发展提供依据。
1 辽中城市群地域范围的界定1.1 城市群区域范围界定方法城市群范围的界定,一直是一个难题。城市群的发展是一个动态的过程,因而城市群范围具有阶段性。姚士谋对城市群区域范围界定提出了三个导向性原则,并对目前城市群区域范围的界定方法进行了总结[2]。对于城市群范围的界定有的学者借用引力模型进行划定,也有人在定量分析的基础上,建立统计指标进行界定[16]。目前对于辽中城市群地域范围的界定争论较多,一部分人认为是指沈阳、抚顺、鞍山、本溪、辽阳5个地级市的行政辖区组成,也有人认为还应当包括铁岭和营口[12,13]。本文基于引力模型[17],并结合城市交通流对辽中城市群的地域范围进行定量分析。
第29卷第2期2009年04月 地 理 科 学SCIENTIAGEOGRAPHICASINICA Vol.29 No.2Apr.,2009 式(1)中:Iij为i和j两个城市间的相互作用量;Wi,Wj为经验确定的权数;Pi,Pj为i和j两个城市的人口规模;Dij为i和j两个城市的距离;b为测量距离摩擦作用的指数。Iij=(WiPi)(WjPj)Dbij(1) 上述引力模型中的W、P相当于万有引力公式中的物体的质量要素,但在以往相关文献中,大多采用城市人口和GDP规模的简单复合来对城市的/质量0进行描述。与物理学中质量的不变属性相比,城市的单要素中很难找出一个不变的/质量0要素。本文构建城市综合实力得分,从城市经济实力、城市科技实力、城市开放程度和城市人民生活水平四个方面建立指标体系,选取了14项指标(GDP规模、第三产业增加值、全部工业总产值、地方财政收入、科学支出、教育支出、专业技术人员数、实际利用外资总额、邮电业务总量、铁路客运量、年末总人口、就业人数、城乡居民储蓄年末余额、社会消费品消费总额),对城市引力模型中的/质量0因素进行模拟。对于Dij和b值,反映了两城市间的交易成本,因此不能僵硬地把Dij作为城市i和城市j的空间距离,而采用城市间的时间距离,在城市群内部,公路交通是一个重要的方式,尤其是城市间的高速路网的建设,加速了城市间人流、物流、信息流的流动。本文采用城市间公路里程的时间距离进行计算。而距离的摩擦作用指数,由于交通通讯工具的快速发展,城市间的路网建设加速,城市间的交易成本有下降的趋势,克鲁格曼曾指出尽管对它有很多争议,但它可能接近/10[18]。因此本文中选取
b值为1。综上所述,改进的城市间引力模型如下:
Fij=QiQjTij(2) 式(2)中:Fij为两城市i、j间的引力值;Q为城
市的/质量0;Tij为两城市间的时间距离。由于改进模型中城市的质量因素采用城市的综合实力得分来表示,为了消除各指标因素间的量纲因素,因此对各项指标进行无量纲化处理,参考公式(3)。然后依照公式(4)对各项指标因素求取几何平均值得出各城市的质量因素得分。
Qni=ani
max(ani)@100(3)
Qi=nFnn=1Qni(4) 式(3)与(4)中ain
表示i城市的n项指标的
数值,Qin表示i城市的n项指标无量纲化后的数值,Qi表示城市i的质量值。1.2 辽中城市群范围的界定沈阳在辽中城市群经济空间联系中的核心作用毋庸置疑,因此城市群的界定主要考虑沈阳对周边城市的引力作用。城市群的范围具有动态阶段性的特点,为此采用了从2001到2005年的数据对辽中城市的引力值进行了测算(表1)。我们从中不难发现历年沈阳对鞍山、抚顺、本溪、辽阳、铁岭的引力都远大于对营口的引力。结合引力值的变化,沈阳对鞍山、抚顺、本溪、营口、辽阳、铁岭等7市的引力作用可以分为三类,强吸引城市:鞍山、抚顺;中吸引城市:本溪、辽阳、铁岭;弱吸引城市:营口。
表1 沈阳对周边城市引力值F2001~2005Table1 UrbangravitationbetweenShengyangandit.speripheralcityin2001-2005
城市鞍山抚顺本溪辽阳铁岭营口20012597.262922.501439.981312.301138.06567.3720022309.363038.971261.551269.631211.35579.3020032340.762863.791403.101315.131286.72580.3420042431.482705.471390.141192.031202.50589.7220052086.012563.291278.531293.461168.59527.88
在城市群内部,城市之间的经济社会文化交流是联系城市群重要纽带,为此对辽宁城市的铁路客货流进行了分析。铁路客流一定程度上是不同地区之间日常交往的表现,城市之间客流越频繁,社会经济联系就越密切。城市之间的铁路货流联系反映了地区之间的物质产品联系,是一种生产联系的反映,与不同地区城市的产业结构密切相关。如果地区之间的产业互补性较强,则区内的货流联系表密切。据2000年有关资料统计选取沈阳主要的省内联系城市(表2),不难发现沈阳的区内客货
182 地 理 科 学 29卷流的空间联系主要集中在辽中南地区,合计占到达货流的38%,发货流的39.58%,达客流的28.8%,发客流的23.86%[19]。其中鞍山、本溪、辽阳、抚顺、铁岭五市是沈阳在辽中地区的主要联系地,其客货流量占整个辽中南地区一半以上。 综上所述,对辽中城市群范围可划分为沈阳
表2 沈阳省内主要的铁路客货流联系城市Table2 ThemaincitieswithclosedrailwayforpassengerandfreighttraffictransportationwithShenyanginLiaoningProvince主要联系城市及其比重货流来源地铁岭(9.86)、抚顺(6.36)、阜新(6.01)、鞍山(4.25)、大连(2.69)、辽阳(2.58)、本溪(2.05)货流到达地鞍山(10.11)、本溪(3.75)、抚顺(2.07)、辽阳(1.83)、铁岭(2.27)、盘锦(1.45)、丹东(3.32)、大连(13.08)客流来源地铁岭(5.16)、辽阳(4.27)、鞍山(2.99)、本溪(2.45)、大连(3.79)、丹东(3.55)、锦州(2.35)客流到达地铁岭(5.23)、辽阳(4.38)、鞍山(3.03)、本溪(2.23)、抚顺(1.98)、大连(4.05)、丹东(2.58)、锦州(2.42)
注:根据参考文献[19]整理。
为辽中城市群的核心区域,鞍山、抚顺、本溪、辽阳、铁岭作为沈阳辐射影响区域(图1),而营口则为较弱的影响区域,目前不宜划入辽中城市群。但城市群的地域范围具有阶段性,随着地区社会经济联系的加强,未来营口很有可能融入辽中城市群地区。图1 辽中城市群范围界定Fig.1 CentralLiaoningurbanagglomeration2 辽中城市群人口、经济规模等级结构分析2.1 分形理论和方法在城市群研究中的应用分形理论最早是由曼德尔布罗特开创的,在我国城市地理学中应用开始于20世纪90年代,其中艾南山、李后强、刘继生、陈彦光等人在这些方面做过深入的探讨,取得了重要的成果[20~23]。城市群是城市地理学研究中的一个重要内容,城市群的空间分布具有明显的无标度特征,因此城市群空间分布具有分形性质[2]。分形的重要特征是自相似性,而描述分形数量特征主要参数是分形维数(fractaldimension),又可称为分维数。目前人们已经提出了分维值测算的多种方法,如豪斯道夫维数、相似维数、关联维数、容量维数、信息维数等。本文采用最常用的豪斯道夫维数对城市群的规模等级分形特征进行测算。陈彦光、刘继生等人的研究表明城市体系的分布具有分形特征,对于城市群的等级规模分布也具有自相似性。对于给定区域范围内,假设有n个城市组成,我们分别用人口和经济尺度r作为划分城市规模的标准,将这n个城市从小到大按序列排序,可以得到区域内城市数目N(r)与人口或经济尺度r的关系式满足豪斯道夫维数测算公式。对两边同时取对数可得:LnN(r)=A-DLnr(5) 公式(5)中r为测度尺度可以采用人口和经济