上海人口郊区化的分形研究

1、第39卷第1期华东师范大学学报(哲学社会科学版) 2 0 0 7年1月Vol39, No1 Journal of East China Normal University (Philosophy and Social Sciences) January , 2 0 0 7上海人口郊区化的分形研究尹占娥1,2许世远1贾宁2(1.华东师范大学资环学院地理系,上海200062;2.上海师范大学旅游学院地理系,上海200234)摘要:运用分形理论,以上海为研究区域,结合统计分析、GIS分析技术,测算上海人口分形分维数,依据分形理论对上海区域进行人口分布和郊区化的分维刻画,探讨上海人口郊区化空间推进的规

2、律,可以得出以下结论:人口分布分形维数的测算表明,上海人口郊区化以来,全市及中心城区的人口分布的集聚程度有所缓和,人口分形性态呈现优化,但是上海人口郊区化目前还只是近郊郊区化,还没有发展到远郊郊区化。关键词:上海;郊区化;分形中图分类号: C92文章标识码: A文章编号: 1000-5579 (2007) 01-0084-04一、前言人口郊区化研究及分形研究均是当前学术研究的热点。1-8由于城市人口分布具有分形特征,分形几何学为人口分布演变研究提供了新思路。311但是,目前国内人口郊区化研究集中在横向时间断面和中观尺度的描述上,纵向时间断面和微观尺度的研究则较少,研究方法常用传统的人口数量对比

3、,缺少数学方法的定量量测。11而分形理论主要研究和揭示复杂的自然现象和社会现象中所隐藏的规律性、层次性和标度不变性,为人们通过部分认识整体,从有限中认识无限提供了一种新的工具,对整个自然科学的发展,有着重大的影响。3国外以及国内研究表明,社会经济现象中最为明显的城市人口分布存在无标度性,具有分形特征,3411因此,利用此方法来研究城市人口分布的空间图式是非常有意义的,而目前从非线性科学角度对上海城市人口分布变动与郊区化进行的研究尚不多见。本文应用分形方法量测人口分布分形的盒子维数和相关维数,对上海市人口郊区化进行分形测度,探讨上海人口分布变动与郊区化的分形特征。本研究从不同空间尺度研究城市人口

4、分形与郊区化,所用方法及其成果可以为我国大城市人口分布变动及郊区化的测度研究提供借鉴和参考,并为上海制定城市发展规划、工业布局、住宅建设、交通运输和郊区城镇发展等决策提供依据。二、数据源和方法(一)数据源本研究的基础底图及数据源分别来自于1982、1990、2000年上海行政区划图;上海第一次至第五次人口普查资料;街道(镇)的人口统计资料。(二)研究方法通过分形广义熵的测算和人口分形的标度不变性检验,用回归分析计算人口分形维数,分析上海人口的分形特征和郊区化发展特征。上海人口分形维数的计算过程如下:1.选取上海区域几何中心为测算人口分形的原点,以区域几何中心为中心做一定尺寸的正方形网格,以包含

5、上海区域,将研究区分成大小相同的84收稿日期: 2006-09-06基金项目:国家自然科学基金项目(40571006);上海市教委科研项目(04DB18)作者简介:尹占娥(1963),女,宁夏银川人,上海师范大学旅游学院地理系副教授;许世远(1938),男,浙江萧山人,华东师范大学资环学院地理系教授,博士生导师;贾宁(1976),女,宁夏银川人,上海师范大学旅游学院地理系研究生。网格单元(R),确定网格R1, R2, R3的尺度。2.对每种尺度,分别计算广义熵。3.做出相关维数(q=2时)网格尺度和广义熵的双对数坐标散点图。其检验结果表明,上海及各区县的人口分形(多重分形)存在标度不变性,可以

6、应用分形理论对上海的人口分布进行研究。4.进行回归分析,拟合得到人口分形维数。本研究将应用MapInfo和SPSS软件实现相关维数的测算。三、研究结果(一)上海人口分形维数本研究表明,从1982年开始,上海人口郊区化启动,从此郊区人口增长超过市区人口,并进入人口分布相对分散的郊区化阶段,910因此本研究测算q=2时,上海1982年以来历年人口分形的相关维数(见表1),以测度上海自人口郊区化以来的分形特征。研究主要选取相关维数和盒子维数进行测算。相关维数(D2)是q=2时的维数,表征人口分布的区域差异,值越小说明人口分布差异越大;盒子维数(D0)是q=0时的维数,表征人口在一定区域内的分布状态(

7、或城市化水平),该值越大说明人口分布呈现向农村散布状态,该值越小说明人口向城镇集中、城市化水平越高。12表1上海19822003年人口分形的相关维数年份相关维数从表1中的相关系数R2来看,相关性很高,说明回归方程具有很好的拟合优度,显著性水平较高,回归分析模拟的结果可信。研究结果表明,上海人口相关维数呈上升态势(见表1),相关维数的值由1982年的0610 9增加到2003年的0692 1,说明上海城市人口的空间分布差异在减小,城市中心区人口集聚的程度在降低,郊区人口在增加,中心城区的人口自1982年以来逐步向郊区分散。因此,从分形研究的结果看,上海20余年间人口分布的集聚程度有所缓和,表现为

8、人口集聚程度、空间差异程度在降低,上海的人口分形形态日趋加强,人口郊区化正逐步发展。这是由于制度变迁、城市规划、房地产市场繁荣、交通建设、旧区改造等驱动下的上海人口郊区化迁移,使得城区人口向郊区迁移,市中心城区人口密度下降。测算q=0时上海人口分布的盒子维数D0,由于计算量的关系,研究中只测算了上海2000年人口分形的盒子维数D0,得其值为1699 5,相关系数为0953 1。将上海2000年人口分布测算的盒子维数与国际上主要发达国家比较(见表2),可以发现,它比法国(161)、美国(163)和英国(161)这一数据都要高,说明上海2000年的城市化水平与这些国家相比有一定差距。尽管上海在国内

9、属于经济发达地区,但人口郊区化的发展水平相对还不是很高。从相关维数D2看, 2000年上海与澳大利亚比较接近(澳大利亚的D2=067),澳大利亚人口高度集聚在沿海区域,广阔的内地却几乎无人居住,人口集聚程度超常。而上海的人口主要集中在面积很小的区域内,如2000年占全市面积456%的中心区(28944平方公里),集中了全市6208%的人口(80035万),导致了相关维数D2的低值形态。总之,从测算的维数值看, 2000年上海的人口郊区化水平还比较低。表22000年上海地区人口分布盒子维数与其他国家比较(二)各区县的人口分形特征依据行政区划界线,将上海区域划分为中心区(核心区与亚核心区)、近郊区

10、、远郊区3个地域层次。核心区为上海城市中心城市化水平最高的4个区,即黄浦、虹口、卢湾和静安区;亚核心区是与核心区在地理位置上紧相邻接的5个区,即徐汇、长宁、普陀、闸北和杨浦区;近郊区是与中心区相邻的4个区,即浦东新区及闵行、宝山、嘉定区;远郊区是在地理位置上与中心区完全分开而不相邻的剩余6个区县,即金山、松江、青浦、南汇、奉贤和崇明。非常重要！为简便起见,本研究分别选择核心区的静安区,亚核心区的徐汇区,近郊区的浦东新区、闵行区和嘉定区,以及远郊区的金山区为典型区县;为了保证研究结果的一致性与可比性,测算人口分形维数时均85以各区、县、街道、乡、镇的几何中心为测算基准,测算方法与上海人口分布分形

11、测算相同。测算得各典型区县2000年盒子维数D0和19942002年相关维数(D2)见表3。表3上海典型区县的人口分形维数1.盒子维数反映了区域城市化水平分形分维数作为人口分布特征的一种新的测度指标,能反映城市化水平的空间演变规律。上海中心城区向外,以街道(乡、镇)为单元测算的典型区县2000年的人口分形盒子维数D0由市中心城区静安区的1617 5、徐汇区的1638 5,到近郊区浦东新区的1650 1、闵行区的1697 9、嘉定区的1758 2,再到远郊区金山区的1790 2,这一变化趋势与以城市化率(非农业人口占总人口的比重)测度的城市化水平的演化关系完全正相关,即城市化率越高,其人口分形盒

12、子维数越低;农村地区以农业人口为主体,城市化率低下,盒子维数越高(见表4)。因此,上海城市化水平由城市中心区向远郊区逐渐递减。表42000年上海典型区县城市化率与盒子分维数2.相关维数反映了区域人口集聚的程度区县人口分形的相关维数D2测度了人口在作为测度单元的街道、乡、镇地域内的集聚程度。而上海全域的相关维数D2测度的是人口在其所辖区县内分布的集聚程度,其时间演化轨迹凸现了上海人口分布密度的演变形态与空间差异特征。由表3可知,相关维数D2呈现递增趋势的区域有中心区的静安、徐汇,说明这些区域的人口空间分布差异在减小,人口呈现分散的特征;相关维数D2呈现递减趋势的区域有近郊区的浦东新区、闵行区及嘉

13、定区和远郊的金山区,说明这些区县人口空间分布差异大、人口呈集聚特征。近郊人口集聚特征主要是由于中心城人口导入所致,而远郊人口集聚特征主要是由于城市化面积相对集中,城市化水平低所致,所以上海的人口郊区化还是近郊郊区化,并不是远郊郊区化,近郊区是中心城人口主要导入区。这一点同高向东等人对上海以及冯健等人对北京的人口分布郊区化的研究结论一致。893.相关维数与盒子维数差值(D2-D0)反映了区域人口密度差异人口分形的相关维数与盒子维数差值能测度区域人口密度差异的强度。上海典型区县2000年的这一测算差值(见表5),按从小到大的排列次序为:静安金山嘉定闵行徐汇2)的广义维数测度指标和维数连续谱才能深入

14、讨论,因此,对人口的分形研究有待于进一步深入。(责任编辑施有文)参考文献:1 Clark, C., Urban-statistical Society,Journal of the Royal ,1951, 114: 490-496.2 Clark, C., Urban Population Densities,Bulletin ofInternationalStatistical Institution,1958, 36: 60-90.3 Batty M., Longley P. A .,Fractal Cities, A Geometry ofFormand Function,London

15、 Press, 1994, pp. 1123-1154.4 Appleby S., Multi-fractal Characterization of the Distribution Pat-tern of theHuman Population ,Geographical analysis,1996, 28 (2): 765-788.5周一星、孟延春.中国大城市的郊区化趋势J,城市规划汇刊, 1998, (3): 22-28.6冯健、周一星.近20年来北京都市区人口增长与分布J,地理学报, 2003, (11): 903-916.7冯健、周一星. 1990年代北京市人口空间分布的最新变化J

16、.城市规划, 2003, (5): 55-62.8冯健、周一星、王晓光、陈扬. 1990年代北京郊区化的最新发展趋势及其对策J.城市规划, 2004, (3): 13-29.9高向东、江取珍.对上海城市人口分布变动与郊区化的探讨J.城市规划, 2002, (1): 66-69.10高向东. 20世纪90年代上海人口分布变动及模拟J.地理学报, 2005, (4): 637-644.11陈彦光.异速生长定律与城市郊区化的分维刻画J.华中师范大学学报(自然科学版), 2004, (3): 370-373.12刘妙龙.上海人口分形的时空演化与区域差异研究J.中国人口科学, 2005, (3): 51

17、-60.13刘继生、陈彦光.城市密度分布与异速生长定律的空间复杂性探讨J.东北师大学报(自然科学版), 2004, (4): 139-149.A Fractal Study on Population Suburbanization in ShanghaiYIN Zhan-e1,2, XUShi-yuan1, JIANing2(1. Department ofGeography, East ChinaNormal University, Shanghai200062, China2.Department of Geography, Shanghai Normal University, Sha

18、nghai 200234, China)Abstract:Adopting analyses of relevant statistics and GIS and based on the fractional theory, this paper attemptsto explore a general role of population suburbanizing in Shanghai by using Shanghai s censuses from 1982 to 2003. Thefractal dimensions (box fractal dimension and correlation fractal dimension) of population distribution in Shanghai arecalculated and the relationship between fractal characteristics and changes of population distribution is discussed here.The resea