關(guān)中平原城市群城市規(guī)模分布特征研究

關(guān)中平原城市群城市規(guī)模分布特征研究

0關(guān)中平原城市群邊界與空間數(shù)據(jù)2018年2月2日，國家發(fā)展和改革委員會住房和城鎮(zhèn)建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)中平原城市群發(fā)展規(guī)劃》，明確強調(diào)要科學(xué)界定關(guān)中平原城市群的邊界和空間結(jié)構(gòu)。2035年，關(guān)中平原城市群建設(shè)將成為經(jīng)濟高效、生活質(zhì)量優(yōu)良、生態(tài)環(huán)境優(yōu)美、文化特色和國際影響力的國家級城市群。目前,國內(nèi)外學(xué)者利用城市引力模型夜間燈光數(shù)據(jù)可探測地表微光,能直觀地反映人類的社會經(jīng)濟活動1研究領(lǐng)域、數(shù)據(jù)和方法1.1大陸橋節(jié)點分析關(guān)中平原城市群地處中國內(nèi)陸中心,是亞歐大陸橋的重要支點及西部地區(qū)面向東中部地區(qū)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(shù)據(jù)1.2.1夜間燈光數(shù)據(jù)從NOAA/NGDC網(wǎng)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(wěn)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(shù)據(jù)。1.2.2交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)從OSM(OpenStreetMap)網(wǎng)站獲得關(guān)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(shù)據(jù)進行裁剪、重投影等處理,建立關(guān)中平原城市群的交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。1.3學(xué)習(xí)方法1.3.1以城市為單位。平均光強度用作衡量城市規(guī)模的指標(biāo)。具體算法如下式中:ANLI為平均燈光指數(shù);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(gòu)建關(guān)中平原城市群的高鐵、鐵路、高速公路、一級公路交通網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)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(yōu)路徑與最短通行時間。1.3.3城市聯(lián)系的強度利用城市引力模型測算城市間的聯(lián)系強度,公式如下:式中:F1.3.4城市影響范圍界定加權(quán)Voronoi圖是以計算幾何理論為基礎(chǔ)的區(qū)域中心城市輻射范圍研究中的一種。與常規(guī)Voronoi圖相比,加權(quán)Voronoi圖根據(jù)城市人口等因素賦予城市大小不等的權(quán)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(quán)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(jié)果與分析2.1城市規(guī)模密度的測度采取自然斷點法將城市規(guī)模等級劃分為核心城市(39.82～112.63)、次核心城市(20.26～39.81)、節(jié)點城市(6.68～20.25)與邊緣城市(0.24～6.67)4個級別(圖1)。關(guān)中平原城市群的城市等級在數(shù)量上呈現(xiàn)出“1+2+11+64”的“金字塔型”結(jié)構(gòu),其中,邊緣城市占絕大多數(shù)。另外,關(guān)中平原城市群的總體規(guī)模為461.54,核心城市的總體規(guī)模為112.63,占整個城市群的24.40%,次核心城市的總體規(guī)模為74.75,占16.20%,節(jié)點城市的總體規(guī)模為128.54,占27.85%,邊緣城市的總體規(guī)模為145.62,占31.55%。而城市群的平均城市規(guī)模為5.92,高于城市群平均規(guī)模的城市只有17個,78%的城市低于城市群平均城市規(guī)模。說明在關(guān)中平原城市群內(nèi)部邊緣城市不僅數(shù)量多而且規(guī)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(shù)量不足,從而導(dǎo)致城市群平均規(guī)模較小。為進一步分析城市規(guī)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(guī)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(guān)中平原城市群城市規(guī)模密度呈現(xiàn)出明顯的梯度特征,即以西安市為中心,城市規(guī)模密度呈環(huán)狀降低,當(dāng)向北擴散到富平、向東擴散到渭南、向南擴散到長安區(qū)、向西擴散到興平時,剩余城市都位于低密度區(qū)內(nèi)。說明規(guī)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(guī)模高密度區(qū),在東部與西部盡管有節(jié)點城市的分布,但由于數(shù)量少、相距較遠,無法聚集成片,城市規(guī)模密度表現(xiàn)出單核心多層級的形態(tài)。且城市規(guī)模低密度區(qū)在面積與數(shù)量上占據(jù)了城市群絕大部分,再次證明了關(guān)中平原城市群中小型城市較為發(fā)育、大城市數(shù)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(lián)系強度采用自然斷點法將城市群的城市引力劃分為強聯(lián)系(2115～9008)、一般聯(lián)系(394～2114)、弱聯(lián)系(0.25～393)3個等級,據(jù)此分析關(guān)中平原城市群內(nèi)的城市聯(lián)系強度(圖3)。2.2.1極化現(xiàn)象明顯通過測算出的引力值發(fā)現(xiàn),城市聯(lián)系強度最高達到9008,最低只有0.25,相差懸殊,極化現(xiàn)象明顯;同時,城市引力線共有3003條,但強聯(lián)系的城市只有3對,不足整個城市群的1‰。,一般聯(lián)系的城市為29對,不足1%,而弱聯(lián)系的城市超過了98%,占據(jù)整個城市群的絕大多數(shù),說明關(guān)中平原城市群的城市聯(lián)系強度整體較弱,表現(xiàn)出普遍弱聯(lián)系、個別強聯(lián)系的特點。2.2.2城市間的聯(lián)系有限核心城市西安市與其他城市的平均聯(lián)系強度為471,而整個城市群城市之間的平均聯(lián)系強度僅為27.17,說明西安市擁有較強的經(jīng)濟投射能力,但是與西安市保持強聯(lián)系的只有咸陽市、長安區(qū)兩座城市,與剩余75座城市只保持著一般聯(lián)系或弱聯(lián)系,且保持弱聯(lián)系的城市的數(shù)量遠超保持一般聯(lián)系的城市數(shù)量。說明盡管西安市當(dāng)之無愧地處于關(guān)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(lián)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(guī)模的同時,還需要不斷改善各區(qū)域的交通,加強西安與其他城市之間的聯(lián)系,提升西安的經(jīng)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(qū)三座城市之間的最低聯(lián)系強度為4346,最高聯(lián)系強度達9008,遠超其他城市,構(gòu)成了三角形的城市聯(lián)系帶。同時,咸陽市、長安區(qū)與其他城市之間的聯(lián)系程度也較強,僅次于西安與其他城市之間的聯(lián)系程度,因此,咸陽市、長安區(qū)在城市群內(nèi)處于十分重要的地位。西安市、咸陽市、長安區(qū)三座城市強強聯(lián)合,構(gòu)成了整個關(guān)中平原城市群城市規(guī)模最大、聯(lián)系最緊密的三角形城市聯(lián)系帶,有利于西安市、咸陽市、長安區(qū)三座城市的全面對接與優(yōu)勢互補,促進自身實力進一步提升,發(fā)揮三座城市的規(guī)模效應(yīng),帶動周邊城市的發(fā)展。但三座城市緊鄰,且咸陽市、長安區(qū)與大部分城市的聯(lián)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(jié)點城市,發(fā)揮節(jié)點城市的經(jīng)濟輻射作用,帶動整個城市群的發(fā)展。2.2.4城市規(guī)模較大,聯(lián)系較少。在關(guān)中城市的設(shè)在20座具有較強聯(lián)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(nèi)(圖4),表現(xiàn)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(guān)中平原城市群內(nèi)規(guī)模最大的城市,距它越近的城市越受其影響,聯(lián)系也越緊密。另外,在這20座城市中,有2座城市為區(qū)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(guān)中平原城市群的城市聯(lián)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(yōu)勢獲得更多的資源,營造良好的經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境,城市發(fā)展較好,城市規(guī)模較大。另外,所有與西安保持較強經(jīng)濟聯(lián)系的城市都擁有高速公路,絕大部分擁有鐵路,超過半數(shù)城市分布在高鐵兩側(cè),說明城市聯(lián)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(lián)系的重要因素,但根本上是由城市的規(guī)模與距離兩者決定的。2.3城市群內(nèi)最大城市影響范圍根據(jù)關(guān)中平原城市群的加權(quán)Voronoi圖(圖5)發(fā)現(xiàn),關(guān)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(qū),以及在西南部、東部形成以平?jīng)觥鞣?、韓城—河津、運城、臨汾為引力中心的城市影響范圍區(qū)。每個區(qū)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(qū)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(qū)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(cè)),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(guī)模較大的城市,因此,當(dāng)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(fēng)—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(qū)縣形成了較大面積吸引范圍,替代了西安在西南方向?qū)ζ渌鞘械奈?。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(qū)縣的內(nèi)部,在東西方向由于東西狹長的行政區(qū)劃以及兩側(cè)部分區(qū)縣的城市規(guī)模較大,因此,天水,寶雞兩座城市的影響范圍呈現(xiàn)出南北走向。但當(dāng)兩座城市的吸引力向北深入至華亭—崇信時,便被平?jīng)觥鞣鍍勺鞘兴娲?向東深入至靈臺—麟游—扶風(fēng)—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(nèi),且弧段略向?qū)氹u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(qū)域的引領(lǐng)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(chǎn)生吸引力,且影響區(qū)域只能延伸到臨近城市轄區(qū)內(nèi)的部分,因此,東部與西北部缺乏如天水、寶雞、西安這種對區(qū)域有較強引領(lǐng)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(jù)加權(quán)Voronoi圖斷裂弧的最大朝向確定城市的影響范圍,即根據(jù)A城市的最大斷裂弧朝向決定其影響歸屬,當(dāng)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(jīng)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(qū),不利于城市群的發(fā)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(qū)域統(tǒng)一合并為東部影響區(qū),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(qū)。最終,將關(guān)中平原城市群劃分為東部、中部、西南、西北四大城市影響區(qū)(圖6)。3結(jié)論和討論3.1城市聯(lián)系強度表現(xiàn)出較強的集聚性、景觀性特征從城市規(guī)模來看,關(guān)中平原城市群城市規(guī)模呈現(xiàn)出“1+2+11+64”的“金字塔型”結(jié)構(gòu),平均規(guī)模不大,中小型城市發(fā)育,大城市少且主要集聚在城市群中部西安市周圍。城市規(guī)模密度變化具有梯度特征,呈現(xiàn)出以西安為中心的單核心多層級空間分布形態(tài),大面積的低城市規(guī)模密度區(qū)與單核心多層級的空間分布形態(tài)再次反映出關(guān)中平原城市群中小型城市發(fā)育、大城市少且具有空間集聚性的特點。從城市聯(lián)系強度來看,城市群城市聯(lián)系極化現(xiàn)象明顯,具有普遍弱聯(lián)系、個別強聯(lián)系的特點,雖然西安市、咸陽市、長安區(qū)形成了強聯(lián)系三角形城市帶,但與大部分城市聯(lián)系較弱且空間位置集中導(dǎo)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(lián)系影響因素分析后發(fā)現(xiàn),關(guān)中平原城市群內(nèi)的城市聯(lián)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(jù)此可將城市群劃分為東