关中平原城市群城市规模分布特征研究

关中平原城市群城市规模分布特征研究

0关中平原城市群边界与空间数据2018年2月2日，国家发展和改革委员会住房和城镇建设部发布了《关中平原城市群发展规划》，明确强调要科学界定关中平原城市群的边界和空间结构。2035年，关中平原城市群建设将成为经济高效、生活质量优良、生态环境优美、文化特色和国际影响力的国家级城市群。目前,国内外学者利用城市引力模型夜间灯光数据可探测地表微光,能直观地反映人类的社会经济活动1研究领域、数据和方法1.1大陆桥节点分析关中平原城市群地处中国内陆中心,是亚欧大陆桥的重要支点及西部地区面向东中部地区的重要门户。包含陕西大部分城市以及山西、甘肃部分城市,国土面积10.71万km1.2研究数据1.2.1夜间灯光数据从NOAA/NGDC网站上下载2017年1月至2017年12月共12景夜间灯光图像,对图像进行裁剪、重采样、重投影、负值替换、极高值与不稳定光源消除,最后求取12个月的年平均夜间灯光值作为2017年的年度夜间灯光数据。1.2.2交通网络数据从OSM(OpenStreetMap)网站获得关中平原城市群的高铁、火车、高速公路、一级公路等矢量交通图层,并对下载后的数据进行裁剪、重投影等处理,建立关中平原城市群的交通网络数据集。1.3学习方法1.3.1以城市为单位。平均光强度用作衡量城市规模的指标。具体算法如下式中:ANLI为平均灯光指数;DN1.3.2建立od成本分析机制OD成本矩阵可以进行多个起始点与多个目的地点之间连通成本的分析。构建关中平原城市群的高铁、铁路、高速公路、一级公路交通网络数据集,以不同交通方式的最高、最低时速平均值作为通行速度,利用OD成本分析确定城市间的最优路径与最短通行时间。1.3.3城市联系的强度利用城市引力模型测算城市间的联系强度,公式如下:式中:F1.3.4城市影响范围界定加权Voronoi图是以计算几何理论为基础的区域中心城市辐射范围研究中的一种。与常规Voronoi图相比,加权Voronoi图根据城市人口等因素赋予城市大小不等的权重,考虑到了不同城市之间的差异,是比较常用的划分城市影响范围的方法。加权Voronoi图定义为:式中:P断裂点理论的计算公式为:式中:d一般情况下,两座城市之间的最短通行时间是一样的,则有2结果与分析2.1城市规模密度的测度采取自然断点法将城市规模等级划分为核心城市(39.82～112.63)、次核心城市(20.26～39.81)、节点城市(6.68～20.25)与边缘城市(0.24～6.67)4个级别(图1)。关中平原城市群的城市等级在数量上呈现出“1+2+11+64”的“金字塔型”结构,其中,边缘城市占绝大多数。另外,关中平原城市群的总体规模为461.54,核心城市的总体规模为112.63,占整个城市群的24.40%,次核心城市的总体规模为74.75,占16.20%,节点城市的总体规模为128.54,占27.85%,边缘城市的总体规模为145.62,占31.55%。而城市群的平均城市规模为5.92,高于城市群平均规模的城市只有17个,78%的城市低于城市群平均城市规模。说明在关中平原城市群内部边缘城市不仅数量多而且规模小,尽管有像西安这样的国家中心城市,但整体上仍以中小型城市为主,大城市数量不足,从而导致城市群平均规模较小。为进一步分析城市规模在空间上的集聚、扩散特征,采取自然断点法将城市群城市规模的核密度值划分为高级(0.025～0.334)、中级(0.016～0.024)、一般(0.008～0.015)与低级(0.000～0.007)4个级别(图2)。关中平原城市群城市规模密度呈现出明显的梯度特征,即以西安市为中心,城市规模密度呈环状降低,当向北扩散到富平、向东扩散到渭南、向南扩散到长安区、向西扩散到兴平时,剩余城市都位于低密度区内。说明规模较大的城市多集中在城市群的中部,并以西安市为中心形成了城市规模高密度区,在东部与西部尽管有节点城市的分布,但由于数量少、相距较远,无法聚集成片,城市规模密度表现出单核心多层级的形态。且城市规模低密度区在面积与数量上占据了城市群绝大部分,再次证明了关中平原城市群中小型城市较为发育、大城市数量少且较为集中的特点,存在明显的空间集聚性。2.2城市联系强度采用自然断点法将城市群的城市引力划分为强联系(2115～9008)、一般联系(394～2114)、弱联系(0.25～393)3个等级,据此分析关中平原城市群内的城市联系强度(图3)。2.2.1极化现象明显通过测算出的引力值发现,城市联系强度最高达到9008,最低只有0.25,相差悬殊,极化现象明显;同时,城市引力线共有3003条,但强联系的城市只有3对,不足整个城市群的1‰。,一般联系的城市为29对,不足1%,而弱联系的城市超过了98%,占据整个城市群的绝大多数,说明关中平原城市群的城市联系强度整体较弱,表现出普遍弱联系、个别强联系的特点。2.2.2城市间的联系有限核心城市西安市与其他城市的平均联系强度为471,而整个城市群城市之间的平均联系强度仅为27.17,说明西安市拥有较强的经济投射能力,但是与西安市保持强联系的只有咸阳市、长安区两座城市,与剩余75座城市只保持着一般联系或弱联系,且保持弱联系的城市的数量远超保持一般联系的城市数量。说明尽管西安市当之无愧地处于关中平原城市群的龙头地位,但除个别城市外,西安市与其他城市之间的联系并不紧密,这将制约西安市将辐射作用投射到整个城市群。因此,在做大城市规模的同时,还需要不断改善各区域的交通,加强西安与其他城市之间的联系,提升西安的经济投射能力。2.2.3城市辐射带动作用有限西安、咸阳、长安区三座城市之间的最低联系强度为4346,最高联系强度达9008,远超其他城市,构成了三角形的城市联系带。同时,咸阳市、长安区与其他城市之间的联系程度也较强,仅次于西安与其他城市之间的联系程度,因此,咸阳市、长安区在城市群内处于十分重要的地位。西安市、咸阳市、长安区三座城市强强联合,构成了整个关中平原城市群城市规模最大、联系最紧密的三角形城市联系带,有利于西安市、咸阳市、长安区三座城市的全面对接与优势互补,促进自身实力进一步提升,发挥三座城市的规模效应,带动周边城市的发展。但三座城市紧邻,且咸阳市、长安区与大部分城市的联系较弱,因此,对全域的辐射带动作用有限且城市辐射范围易重叠。需要积极培育节点城市,发挥节点城市的经济辐射作用,带动整个城市群的发展。2.2.4城市规模较大,联系较少。在关中城市的设在20座具有较强联系的城市中,只有天水、宝鸡、韩城、运城、临猗5座城市不在西安市100km缓冲范围内(图4),表现出明显的空间聚集性。这是因为西安市作为国家级中心城市,是关中平原城市群内规模最大的城市,距它越近的城市越受其影响,联系也越紧密。另外,在这20座城市中,有2座城市为区级行政中心、7座城市为地级市行政中心、1座城市为省级行政中心。说明关中平原城市群的城市联系强度受城市的行政级别影响,因为较高行政级别的城市可以凭借自身的政治优势获得更多的资源,营造良好的经济发展环境,城市发展较好,城市规模较大。另外,所有与西安保持较强经济联系的城市都拥有高速公路,绝大部分拥有铁路,超过半数城市分布在高铁两侧,说明城市联系强度对交通有较强的依赖性。即距离中心城市距离、行政级别以及交通条件是影响城市联系的重要因素,但根本上是由城市的规模与距离两者决定的。2.3城市群内最大城市影响范围根据关中平原城市群的加权Voronoi图(图5)发现,关中平原城市群在中部、西南部形成了以西安、宝鸡、天水3座城市为引力中心的城市影响范围区,以及在西南部、东部形成以平凉—西峰、韩城—河津、运城、临汾为引力中心的城市影响范围区。每个区域的城市影响范围都有独特的特征。2.3.1辐射范围向西渗透,断裂弧向6.西安市在北、东、南3个方向有较大的辐射范围,其中东南方向辐射范围面积最大,西边辐射范围面积最小,这是因为西边存在咸阳市、长安区两座次核心城市,分散了西安市的辐射能力,阻挡了西安市的辐射范围向西渗透。同样地,由于紧邻西安市,阻隔了咸阳市、长安区的辐射范围向东渗透。另外,中部所有城市的断裂弧都始终朝向西安市(断裂弧总是凸向更具城市吸引力的一侧),说明西安市对中部城市具有吸引力。西安市的吸引力向南北两个方向辐射到城市群的边界,但在东西方向,由于距离的增加以及存在规模较大的城市,因此,当西安市的吸引力向东辐射到合阳—永济—芮城以及向西辐射到灵台—麟游—扶风—眉县—太白时便被其他城市替代。整体而言,中部城市影响范围的特点是“一超”,即存在西安这一超级引力中心,所有城市都受其影响。2.3.2价格之间的变化宝鸡、天水两座城市对周围的区县形成了较大面积吸引范围,替代了西安在西南方向对其他城市的吸引力。尤其在南北两个方向,两座城市的吸引范围打破了行政界限的划分,深入到了相邻区县的内部,在东西方向由于东西狭长的行政区划以及两侧部分区县的城市规模较大,因此,天水,宝鸡两座城市的影响范围呈现出南北走向。但当两座城市的吸引力向北深入至华亭—崇信时,便被平凉—西峰两座城市所替代,向东深入至灵台—麟游—扶风—眉县—太白时便被西安所替代,所以,天水、宝鸡的影响范围只局限于城市群的西南方向。另外,两座城市的断裂弧落在天水境内,且弧段略向宝鸡方向突出,因此,宝鸡市的城市吸引力略大于天水市。整体而言,在城市群的西南方向城市影响范围的特点是“两极”,即存在天水、宝鸡两座大型的引力中心。2.3.3引力中心城市主要集中于东部,缺乏对区域的引领作用城市群西北部的华亭、崇信、泾川、长武四座城市受崆峒、西峰的影响,但影响较为有限;在东部,以合阳—永济—芮城为界,大部分城市受韩城、运城、侯马、临汾四座城市的影响,但同西北部的崆峒、西峰两座引力中心城市一样,东部的引力中心城市只能对自身周围的城市产生吸引力,且影响区域只能延伸到临近城市辖区内的部分,因此,东部与西北部缺乏如天水、宝鸡、西安这种对区域有较强引领作用的城市。城市群西北部与东部的城市影响范围的特点可概括为“多强”。2.3.4c城市影响范围的定位问题首先,根据加权Voronoi图断裂弧的最大朝向确定城市的影响范围,即根据A城市的最大断裂弧朝向决定其影响归属,当遇到A城市的最大断裂弧朝向B城市,而B城市的最大断裂弧朝向C城市或者A城市的最大断裂弧朝向B城市,但C城市的影响范围却已经覆盖到A城市这两种特殊情况时,就认为A城市受C城市的影响。其次,考虑到随着距离的增加,引力中心对边缘城市的吸引力逐渐下降,这部分城市中有的对周边城市具有较大的影响力,将其划入原有引力中心并不合理。因此,本研究将这部分城市划入到与其临近的引力中心吸引范围中。然后,在城市群东部存在4个小型的引力中心,若完全按断裂弧朝向划分,在东部则会形成多个面积较小的影响区,不利于城市群的发展。因此,本研究将在东边受韩城、运城、侯马、临汾4座城市影响的区域统一合并为东部影响区,将彬县以及受彬县影响的长武、灵台、麟游、旬邑划分到西北影响区。最终,将关中平原城市群划分为东部、中部、西南、西北四大城市影响区(图6)。3结论和讨论3.1城市联系强度表现出较强的集聚性、景观性特征从城市规模来看,关中平原城市群城市规模呈现出“1+2+11+64”的“金字塔型”结构,平均规模不大,中小型城市发育,大城市少且主要集聚在城市群中部西安市周围。城市规模密度变化具有梯度特征,呈现出以西安为中心的单核心多层级空间分布形态,大面积的低城市规模密度区与单核心多层级的空间分布形态再次反映出关中平原城市群中小型城市发育、大城市少且具有空间集聚性的特点。从城市联系强度来看,城市群城市联系极化现象明显,具有普遍弱联系、个别强联系的特点,虽然西安市、咸阳市、长安区形成了强联系三角形城市带,但与大部分城市联系较弱且空间位置集中导致辐射范围重叠,一定程度上限制了三者的辐射作用。在对城市联系影响因素分析后发现,关中平原城市群内的城市联系强度受空间位置、行政级别、交通体系三者的影响。从影响范围看,城市群形成了“一超、两极、多强”的引力中心格局以及“两大五小”的城市影响范围,并据此可将城市群划分为东