關中平原城市群城市規模分布特征研究

0關中平原城市群邊界與空間數據2018年2月2日，國家發展和改革委員會住房和城鎮建設部發布了《關中平原城市群發展規劃》，明確強調要科學界定關中平原城市群的邊界和空間結構。2035年，關中平原城市群建設將成為經濟高效、生活質量優良、生態環境優美、文化特色和國際影響力的國家級城市群。目前,國內外學者利用城市引力模型夜間燈光數據可探測地表微光,能直觀地反映人類的社會經濟活動1研究領域、數據和方法1.1大陸橋節點分析關中平原城市群地處中國內陸中心,是亞歐大陸橋的重要支點及西部地區面向東中部地區的重要門戶。包含陜西大部分城市以及山西、甘肅部分城市,國土面積10.71萬km1.2研究數據1.2.1夜間燈光數據從NOAA/NGDC網站上下載2017年1月至2017年12月共12景夜間燈光圖像,對圖像進行裁剪、重采樣、重投影、負值替換、極高值與不穩定光源消除,最后求取12個月的年平均夜間燈光值作為2017年的年度夜間燈光數據。1.2.2交通網絡數據從OSM(OpenStreetMap)網站獲得關中平原城市群的高鐵、火車、高速公路、一級公路等矢量交通圖層,并對下載后的數據進行裁剪、重投影等處理,建立關中平原城市群的交通網絡數據集。1.3學習方法1.3.1以城市為單位。平均光強度用作衡量城市規模的指標。具體算法如下式中:ANLI為平均燈光指數;DN1.3.2建立od成本分析機制OD成本矩陣可以進行多個起始點與多個目的地點之間連通成本的分析。構建關中平原城市群的高鐵、鐵路、高速公路、一級公路交通網絡數據集,以不同交通方式的最高、最低時速平均值作為通行速度,利用OD成本分析確定城市間的最優路徑與最短通行時間。1.3.3城市聯系的強度利用城市引力模型測算城市間的聯系強度,公式如下:式中:F1.3.4城市影響范圍界定加權Voronoi圖是以計算幾何理論為基礎的區域中心城市輻射范圍研究中的一種。與常規Voronoi圖相比,加權Voronoi圖根據城市人口等因素賦予城市大小不等的權重,考慮到了不同城市之間的差異,是比較常用的劃分城市影響范圍的方法。加權Voronoi圖定義為:式中:P斷裂點理論的計算公式為:式中:d一般情況下,兩座城市之間的最短通行時間是一樣的,則有2結果與分析2.1城市規模密度的測度采取自然斷點法將城市規模等級劃分為核心城市(39.82～112.63)、次核心城市(20.26～39.81)、節點城市(6.68～20.25)與邊緣城市(0.24～6.67)4個級別(圖1)。關中平原城市群的城市等級在數量上呈現出“1+2+11+64”的“金字塔型”結構,其中,邊緣城市占絕大多數。另外,關中平原城市群的總體規模為461.54,核心城市的總體規模為112.63,占整個城市群的24.40%,次核心城市的總體規模為74.75,占16.20%,節點城市的總體規模為128.54,占27.85%,邊緣城市的總體規模為145.62,占31.55%。而城市群的平均城市規模為5.92,高于城市群平均規模的城市只有17個,78%的城市低于城市群平均城市規模。說明在關中平原城市群內部邊緣城市不僅數量多而且規模小,盡管有像西安這樣的國家中心城市,但整體上仍以中小型城市為主,大城市數量不足,從而導致城市群平均規模較小。為進一步分析城市規模在空間上的集聚、擴散特征,采取自然斷點法將城市群城市規模的核密度值劃分為高級(0.025～0.334)、中級(0.016～0.024)、一般(0.008～0.015)與低級(0.000～0.007)4個級別(圖2)。關中平原城市群城市規模密度呈現出明顯的梯度特征,即以西安市為中心,城市規模密度呈環狀降低,當向北擴散到富平、向東擴散到渭南、向南擴散到長安區、向西擴散到興平時,剩余城市都位于低密度區內。說明規模較大的城市多集中在城市群的中部,并以西安市為中心形成了城市規模高密度區,在東部與西部盡管有節點城市的分布,但由于數量少、相距較遠,無法聚集成片,城市規模密度表現出單核心多層級的形態。且城市規模低密度區在面積與數量上占據了城市群絕大部分,再次證明了關中平原城市群中小型城市較為發育、大城市數量少且較為集中的特點,存在明顯的空間集聚性。2.2城市聯系強度采用自然斷點法將城市群的城市引力劃分為強聯系(2115～9008)、一般聯系(394～2114)、弱聯系(0.25～393)3個等級,據此分析關中平原城市群內的城市聯系強度(圖3)。2.2.1極化現象明顯通過測算出的引力值發現,城市聯系強度最高達到9008,最低只有0.25,相差懸殊,極化現象明顯;同時,城市引力線共有3003條,但強聯系的城市只有3對,不足整個城市群的1‰。,一般聯系的城市為29對,不足1%,而弱聯系的城市超過了98%,占據整個城市群的絕大多數,說明關中平原城市群的城市聯系強度整體較弱,表現出普遍弱聯系、個別強聯系的特點。2.2.2城市間的聯系有限核心城市西安市與其他城市的平均聯系強度為471,而整個城市群城市之間的平均聯系強度僅為27.17,說明西安市擁有較強的經濟投射能力,但是與西安市保持強聯系的只有咸陽市、長安區兩座城市,與剩余75座城市只保持著一般聯系或弱聯系,且保持弱聯系的城市的數量遠超保持一般聯系的城市數量。說明盡管西安市當之無愧地處于關中平原城市群的龍頭地位,但除個別城市外,西安市與其他城市之間的聯系并不緊密,這將制約西安市將輻射作用投射到整個城市群。因此,在做大城市規模的同時,還需要不斷改善各區域的交通,加強西安與其他城市之間的聯系,提升西安的經濟投射能力。2.2.3城市輻射帶動作用有限西安、咸陽、長安區三座城市之間的最低聯系強度為4346,最高聯系強度達9008,遠超其他城市,構成了三角形的城市聯系帶。同時,咸陽市、長安區與其他城市之間的聯系程度也較強,僅次于西安與其他城市之間的聯系程度,因此,咸陽市、長安區在城市群內處于十分重要的地位。西安市、咸陽市、長安區三座城市強強聯合,構成了整個關中平原城市群城市規模最大、聯系最緊密的三角形城市聯系帶,有利于西安市、咸陽市、長安區三座城市的全面對接與優勢互補,促進自身實力進一步提升,發揮三座城市的規模效應,帶動周邊城市的發展。但三座城市緊鄰,且咸陽市、長安區與大部分城市的聯系較弱,因此,對全域的輻射帶動作用有限且城市輻射范圍易重疊。需要積極培育節點城市,發揮節點城市的經濟輻射作用,帶動整個城市群的發展。2.2.4城市規模較大,聯系較少。在關中城市的設在20座具有較強聯系的城市中,只有天水、寶雞、韓城、運城、臨猗5座城市不在西安市100km緩沖范圍內(圖4),表現出明顯的空間聚集性。這是因為西安市作為國家級中心城市,是關中平原城市群內規模最大的城市,距它越近的城市越受其影響,聯系也越緊密。另外,在這20座城市中,有2座城市為區級行政中心、7座城市為地級市行政中心、1座城市為省級行政中心。說明關中平原城市群的城市聯系強度受城市的行政級別影響,因為較高行政級別的城市可以憑借自身的政治優勢獲得更多的資源,營造良好的經濟發展環境,城市發展較好,城市規模較大。另外,所有與西安保持較強經濟聯系的城市都擁有高速公路,絕大部分擁有鐵路,超過半數城市分布在高鐵兩側,說明城市聯系強度對交通有較強的依賴性。即距離中心城市距離、行政級別以及交通條件是影響城市聯系的重要因素,但根本上是由城市的規模與距離兩者決定的。2.3城市群內最大城市影響范圍根據關中平原城市群的加權Voronoi圖(圖5)發現,關中平原城市群在中部、西南部形成了以西安、寶雞、天水3座城市為引力中心的城市影響范圍區,以及在西南部、東部形成以平涼—西峰、韓城—河津、運城、臨汾為引力中心的城市影響范圍區。每個區域的城市影響范圍都有獨特的特征。2.3.1輻射范圍向西滲透,斷裂弧向6.西安市在北、東、南3個方向有較大的輻射范圍,其中東南方向輻射范圍面積最大,西邊輻射范圍面積最小,這是因為西邊存在咸陽市、長安區兩座次核心城市,分散了西安市的輻射能力,阻擋了西安市的輻射范圍向西滲透。同樣地,由于緊鄰西安市,阻隔了咸陽市、長安區的輻射范圍向東滲透。另外,中部所有城市的斷裂弧都始終朝向西安市(斷裂弧總是凸向更具城市吸引力的一側),說明西安市對中部城市具有吸引力。西安市的吸引力向南北兩個方向輻射到城市群的邊界,但在東西方向,由于距離的增加以及存在規模較大的城市,因此,當西安市的吸引力向東輻射到合陽—永濟—芮城以及向西輻射到靈臺—麟游—扶風—眉縣—太白時便被其他城市替代。整體而言,中部城市影響范圍的特點是“一超”,即存在西安這一超級引力中心,所有城市都受其影響。2.3.2價格之間的變化寶雞、天水兩座城市對周圍的區縣形成了較大面積吸引范圍,替代了西安在西南方向對其他城市的吸引力。尤其在南北兩個方向,兩座城市的吸引范圍打破了行政界限的劃分,深入到了相鄰區縣的內部,在東西方向由于東西狹長的行政區劃以及兩側部分區縣的城市規模較大,因此,天水,寶雞兩座城市的影響范圍呈現出南北走向。但當兩座城市的吸引力向北深入至華亭—崇信時,便被平涼—西峰兩座城市所替代,向東深入至靈臺—麟游—扶風—眉縣—太白時便被西安所替代,所以,天水、寶雞的影響范圍只局限于城市群的西南方向。另外,兩座城市的斷裂弧落在天水境內,且弧段略向寶雞方向突出,因此,寶雞市的城市吸引力略大于天水市。整體而言,在城市群的西南方向城市影響范圍的特點是“兩極”,即存在天水、寶雞兩座大型的引力中心。2.3.3引力中心城市主要集中于東部,缺乏對區域的引領作用城市群西北部的華亭、崇信、涇川、長武四座城市受崆峒、西峰的影響,但影響較為有限;在東部,以合陽—永濟—芮城為界,大部分城市受韓城、運城、侯馬、臨汾四座城市的影響,但同西北部的崆峒、西峰兩座引力中心城市一樣,東部的引力中心城市只能對自身周圍的城市產生吸引力,且影響區域只能延伸到臨近城市轄區內的部分,因此,東部與西北部缺乏如天水、寶雞、西安這種對區域有較強引領作用的城市。城市群西北部與東部的城市影響范圍的特點可概括為“多強”。2.3.4c城市影響范圍的定位問題首先,根據加權Voronoi圖斷裂弧的最大朝向確定城市的影響范圍,即根據A城市的最大斷裂弧朝向決定其影響歸屬,當遇到A城市的最大斷裂弧朝向B城市,而B城市的最大斷裂弧朝向C城市或者A城市的最大斷裂弧朝向B城市,但C城市的影響范圍卻已經覆蓋到A城市這兩種特殊情況時,就認為A城市受C城市的影響。其次,考慮到隨著距離的增加,引力中心對邊緣城市的吸引力逐漸下降,這部分城市中有的對周邊城市具有較大的影響力,將其劃入原有引力中心并不合理。因此,本研究將這部分城市劃入到與其臨近的引力中心吸引范圍中。然后,在城市群東部存在4個小型的引力中心,若完全按斷裂弧朝向劃分,在東部則會形成多個面積較小的影響區,不利于城市群的發展。因此,本研究將在東邊受韓城、運城、侯馬、臨汾4座城市影響的區域統一合并為東部影響區,將彬縣以及受彬縣影響的長武、靈臺、麟游、旬邑劃分到西北影響區。最終,將關中平原城市群劃分為東部、中部、西南、西北四大城市影響區(圖6)。3結論和討論3.1城市聯系強度表現出較強的集聚性、景觀性特征從城市規模來看,關中平原城市群城市規模呈現出“1+2+11+64”的“金字塔型”結構,平均規模不大,中小型城市發育,大城市少且主要集聚在城市群中部西安市周圍。城市規模密度變化具有梯度特征,呈現出以西安為中心的單核心多層級空間分布形態,大面積的低城市規模密度區與單核心多層級的空間分布形態再次反映出關中平原城市群中小型城市發育、大城市少且具有空間集聚性的特點。從城市聯系強度來看,城市群城市聯系極化現象明顯,具有普遍弱聯系、個別強聯系的特點,雖然西安市、咸陽市、長安區形成了強聯系三角形城市帶,但與大部分城市聯系較弱且空間位置集中導致輻射范圍重疊,一定程度上限制了三者的輻射作用。在對城市聯系影響因素分析后發現,關中平原城市群內的城市聯系強度受空間位置、行政級別、交通體系三者的影響。從影響范圍看,城市群形成了“一超、兩極、多強”的引力中心格局以及“兩大五小”的城市影響范圍,并據此可將城市群劃分為東