浙江工商大学统计与数学学院，浙江杭州310018
中图分类号: K902
文献标识码: A
文章编号: 1000-0690(2013)12-1421-07
版权声明: 2013 《地理科学》编辑部 本文是开放获取期刊文献，在以下情况下可以自由使用：学术研究、学术交流、科研教学等，但不允许用于商业目的.
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作者简介:
：程开明(1975-)，男，湖北广水人，博士，教授，主要从事城市与区域经济、空间统计方面的研究。E-mail: chengkaim@163.com
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摘要
摘要：采用首位度指数、城市规模基尼系数及马尔可夫转移矩阵描述中部地区城市体系规模分布特征与变动规律解析城市体系演进的自组织与他组织机制。结果显示：①1985~2010年中部地区城市首位度经历先上升后下降的趋势武汉市的首位城市地位未变但呈弱化趋势;②中部地区城市规模基尼系数呈现出先上升后下降、再上升的变动过程城市体系规模分布相对均衡但近年来差距呈微弱的扩大趋势。③中部地区城市体系发展总体处于上升期不同类型城市之间转换较为平稳重点城市的地位持续强化。④中部地区城市体系的演进受到以要素集聚、结构调整和科技创新等为代表的自组织机制和以政府调控为代表的他组织机制的共同作用。
关键词：
Abstract
In order to optimize the location and structure of regional cities, it is important to realize the city size distribution and the evolution mechanism of urban system. According to primacy index, Gini coefficient of city size and Markov transfer matrix, this article describes the size distribution of 81 prefectural-level cities in China′s middle area over the period 1985-2010. Then self-organization and organization mechanism of urban system′s evolution are analyzed. Results show that the largest city grew more quickly than the others, leading to a increasing primacy index from 1985 to 2000. But the primacy index has continued to fall since 2000 because of the fast growth of Zhengzhou. With the change of urban population in middle area of China, Gini coefficient of city size decreased after increasing, and increased again. The gap between city-size indicated the weak trend of widening since 2002. The Markov Chains analysis shows a low interclass mobility, the large cities display higher persistence than the medium and small-sized cities. Transformations between different classes of cities are stable and the importance of major cities is strengthened. The evolution of urban system in middle area is affected by the mechanism of self-organization and organization. Self-organization is mainly represented by agglomeration of production factors, industrial adjustment, and technological innovation. Organization is reflected in the role of government. Based on the above analysis, some recommendations are put forward. The orientation of city function should be appropriate to size distribution of cities. Both the mechanism of self-organization and organization should be considered to facilitate the harmonious development of urban system.
Keywords：
城市之间由于密切的经济联系逐渐形成一种相互依赖、职能各有分工、规模呈等级分布的城市体系。城市体系规模分布合理与否,直接关系到其功能发挥与竞争力提升,因而认清城市体系规模分布特征及变动状况,解析其演进的内在机制与规律性,对于合理谋划区域城市布局、优化城市规模结构具有现实意义。
测度城市体系规模分布特征及演变规律的常用模型是位序-规模法则、城市首位度指数和城市规模基尼系数。位序-规模法则反映了不同规模城市与其位序之间的关系,能够评估一个国家或区域城市体系的整体发展水平。城市首位度为首位城市与第二位城市的人口规模之比,杰弗逊通过对51个国家的城市规模分布状况进行分析,发现各国首位城市相对于其他城市普遍具有压倒性的人口数量,符合首位分布律[1]。基尼系数最早用于分析社会财富分配状况,后经马歇尔教授引入城市体系规模分布的研究中来[2],以弥补位序-规模法则在城市规模差距较大时拟合不足的欠缺,逐渐受到研究者的重视。
随着研究的深入,学者试图从理论上全面解释城市体系规模分布模式形成的原因、机理,包括以经济模型为基础的解释和随机性的解释[3]。克里斯塔勒的中心地理论探索城市数量、规模和分布的规律性[4],随后勒施从经济学的角度进行了发展[5]。亨德森对城市体系模型的要素、城市空间分布的决定因素进行了详细阐述[6]。中心地理论虽然指出了不同规模城市的存在性,却未能解释何种机制使然,因此在随后的研究中逐渐走向衰弱;随机模型则认为城市体系规模分布是自然发生的事件,克鲁格曼证明城市规模等级的形成是一个自组织过程[7]。Córdoba指出如果对各种商品的偏好是随机的、商品间的替代弹性为1,那么城市规模体系将服从帕累托分布[8]。
国内有关城市体系规模分布方面的研究始于严重敏1964年发表的克里斯泰勒“城市的系统”译作[9],20世纪80年代后随着相关理论和模型的引入,掀起研究城市体系规模分布的热潮,并取得一系列研究成果。严重敏和宁越敏[10]、许学强[11]先后运用全国城镇的详细人口资料对位序-规模法则做出验证。刘继生、陈彦光和周一星、谈明洪等学者紧跟国际最新研究动态,探究城市体系规模分布的分形本质,加深了对城市规模结构的认识[12~15]。近年来国内学者开始关注城市体系规模分布的原因
以及规模分布的演变问题,从资本投入、科技水平、产业结构、土地成本和交通运输等多个方面探讨城市体系规模分布的影响因素[16~18]。还有一些学者运用地理学和空间计量经济学分析方法对城市体系规模结构及演变特征进行描述分析[19~22],拓宽了相关研究的视野。
综观国内外学者的研究,多从总体角度对城市体系规模分布特征进行描述分析,而对城市体系内不同类型城市随时间变化的特征及内在演进机制探讨不多。因此,本文在综合运用首位度指数、城市规模基尼系数分析中部地区城市体系规模分布特征的基础上,结合马尔可夫状态空间转移矩阵创新性地考察不同城市类型的时空演变特征,并对城市体系规模分布演化的自组织及他组织机制进行深入解析,以得到若干有益启示。
本文以中部地区6省地级以上81个城市为研究对象,具体包括山西省11个,河南省17个,湖北省12个,安徽省17个,湖南省13个和江西省的11个,时间跨度为1985~2010年。城市体系是一定空间中由一系列城市所组成的复合系统,中部6省地理空间的连接度高,在黄河和长江两大黄金水道的依托下,以京广铁路、京九铁路、京珠高速、京广澳高速等重要铁道、公路干线为连接线,以武汉、郑州、长沙等中心城市为结点,初步形成六大城市群[23]。在“中部崛起”战略的实施带动下,域内城市通过四通八达的沟通网络促进了人员、货物、信息和资金的交互流动,城市之间的要素、产业及技术等联系日益密切,构筑起各城市群子系统间广泛的社会、经济联系,中部地区作为一个区域性城市体系的基础条件已然具备。
由于测度城市规模的统计口径与指标较多,包括城市户籍人口、城市非农业人口、市区人口等。而根据周一星、于海波的分析,自第四次全国人口普查以来由于城市化发展加快、农村人口大量涌入城市,造成城市户籍人口、城市户籍非农业人口并不能够真实反映城市所容纳的人口规模,通过对第五次人口普查的数据分析,他们认为“市区人口”是更接近于城市的实际规模而有别于城市行政辖区户籍人口的概念,而且数据易于获取、连续性强[24]。因此,本文也选取城市“市辖区年末总人口”作为衡量城市规模的统计指标,数据来源于《中国城市统计年鉴》(1986~2011年)[25],而相应城市的选取及其行政区划变更资料参考民政部区划地名司主办的中国行政区划网(http://www.xzqh.cn/)和行政区划(http://www.xzqh.org/)网站。考虑到研究时期内因行政区划调整等因素造成统计口径不一致的问题,对前后差别较大的地级市人口规模数据根据城市的实际情况并结合该城市统计年鉴数据进行了调整①。
城市首位度最早由杰弗逊提出[1],用以反映一个国家或地区城市体系中人口在首位城市的集聚程度。公式为：
S2=P1/P2 (1)
由于城市首位度计算简单,反映的问题有限,四城市指数和十一城市指数又相继被提出[26],即S4=P1/(P2+P3+P4),S11=2P1/(P2+P3+…+P11),其中P1,P2,…,P11分别代表第1~11位城市的人口规模。
利用上述公式,对中部地区城市体系各年份的城市首位度指数进行测算,结果见表1。从中可以看出,1985~2010年中部地区城市首位度经历了先上升后下降的趋势。2000年之前中部地区的龙头城市武汉市与第二位城市太原市的人口规模差距一直在拉大;而2000年之后情况有所改变,武汉市的人口规模增长放缓,首位度指数不断下降。2000年后中部地区城市体系的首位度指数依然明显大于1,说明区域首位城市的集聚度较高,武汉市仍为中部最大的中心城市。需要特别指出的是,近年来郑州市的发展迅猛,人口增长较快,再加上行政区划的调整,逐步超过太原市而成为中部地区第二位城市。4城市指数和11城市指数经历了与首位度指数基本一致的变动过程,四城市指数从1985年的0.714上升到2000年的1.192后不断下降,11城市指数上升到2000年0.836后呈缓慢下降趋势,说明2000年后第2~11位城市的发展较快且相对均衡。
图1 中部地区城市规模基尼系数(1985~2010年)
Fig.1 Gini index of city size in middle area of China(1985-2010)
表1 中部地区城市体系规模分布描述性 指数(1985~2010年)
Table 1 Descriptive index about size distribution of cities in middle area of China(1985-2010)
| 年 份 （年） | 城市总数 (个) | 首位度 | 四城市 指数 | 十一城市 指数 | 城市规模 基尼系数 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1985 | 42 | 1.805 | 0.714 | 0.557 | 0.346 |
| 1990 | 49 | 1.909 | 0.740 | 0.555 | 0.360 |
| 1995 | 56 | 2.400 | 0.913 | 0.666 | 0.347 |
| 1997 | 59 | 2.363 | 0.884 | 0.638 | 0.335 |
| 2000 | 80 | 3.213 | 1.192 | 0.836 | 0.364 |
| 2002 | 80 | 3.127 | 1.097 | 0.803 | 0.364 |
| 2005 | 81 | 3.047 | 1.089 | 0.782 | 0.365 |
| 2007 | 81 | 2.992 | 1.075 | 0.772 | 0.366 |
| 2010 | 81 | 1.953 | 0.876 | 0.705 | 0.374 |
基尼系数最早用于测度收入不平等程度,马歇尔教授用以研究不同规模城市的发育状况,提出城市规模基尼系数的概念[2]。假设一个城市体系中有n个城市,将其按城市规模大小顺序从低到高依次排列,记Pi为第i位城市的人口规模,S为n个城市的规模总和,T代表各城市规模之差的绝对值总和,那么反映该城市体系中城市人口极化或均衡程度的基尼系数可由下式求得[27]：
根据式(2)计算发现中部地区城市规模基尼系数总体上维持在0.33~0.38之间(图1),表明中部地区城市规模分布没有出现明显的极化效应,大中小规模城市的人口分布相对均衡。
从图1可清晰看出,中部地区城市规模基尼系数经历了先上升后下降、再上升的变动过程。1990~2000年中部地区城市规模基尼系数呈现出弱“V”型曲线,1990~1997年在城市数量稳中有升的前提下,城市规模分布趋向均衡使城市规模基尼系数保持下降趋势,而1997~2000年短短3 a内城市数量由59个迅速增加到80个,由于新增地级市的人口规模普遍较小,使得城市规模之间的差距变大,人口分布不均衡性增强,城市规模基尼系数上升。2000年之后城市规模基尼系数稳定中略有上升,说明这一阶段中部地区各个城市的人口增长基本均衡,城市规模之间的差距呈微弱扩大趋势。为验证这一结论,考察同期中部地区地级以上城市规模的标准差系数,发现呈现出类似的先上升后下降、再上升的变动过程,标准差系数由1985年的0.762逐步上升到2000年的0.964,然后下降为2005年的0.929,之后又缓慢地上升到2010年的0.942。
以上城市体系规模分布总体特征分析没有考虑到城市体系中各个城市在整体分布中的具体变动,进一步利用时间离散的马尔可夫链,将系统内城市按一定标准划分类型,通过马尔可夫状态空间转移矩阵来探究不同类型城市之间的动态转换过程。
首先,以当年城市体系中每个城市的平均人口规模为标准划分出不同城市类型：①人口规模小于平均城市规模50%的城市定义为Ⅰ型;②人口规模为平均规模50%~100%的城市为Ⅱ型;③人口规模处于平均规模100%~200%之间的城市是Ⅲ型;④ Ⅳ型城市的规模要求在平均规模的200%以上;⑤研究期初(1986年)还不是地级市,后来晋升为地级市的称之为0型。然后以5 a为一个转换期,根据划分的城市类型计算得到5×5的马尔可夫转移概率矩阵P(表2右栏)①,其中pij采用极大似然估计的形式加以确定[28]：
式(3)中,nij即表2中第3~7列数据,表示5次转换中从i状态转换到j状态的总转移次数;而ni表示研究期内曾处于i状态的城市总数,也即表2中第2列数据。状态转移矩阵P的对角线元素表示初始状态类型在下一个观测期内保持不同的概率,而非对角线元素表示城市在不同状态类型之间的转移概率。
由表2知：① 转移概率矩阵P的主对角线元素比非对角线元素大得多,说明各种规模类型的城市在下一次观测中仍属于相同类型的概率较高,即城市规模整体扩大的同时,不同类型之间的变动较为平稳;② 比较城市规模类型Ⅰ→Ⅱ、Ⅱ→Ⅰ以及Ⅱ→Ⅲ、Ⅲ→Ⅱ的转移概率发现,Ⅰ、Ⅲ型城市具有向Ⅱ型城市集中的倾向。结合城市类型的划分标准知,Ⅱ型城市人口规模多处于45~100万人之间,说明中部地区的地级城市有朝着中等偏大城市发展的趋势;③ 中部地区地级以上城市的整体发展仍处于上升期,因为城市从Ⅱ、Ⅲ型转化为Ⅳ型后持续性较强,很少又重新回到Ⅱ、Ⅲ型,说明城市规模总体上不断扩大;④ 0型城市可以转化为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型城市,但该过程不可逆,中国城市的行政等级制度决定着一个城市晋升为地级城市后通常不会返回到较低的行政等级,除非进行较大规模的区划调整;⑤ 超大型城市(Ⅳ型城市)表现为吸收态,表明一座城市一旦成长为超大型城市,通常受到聚集经济、政府政策的有力支撑,发展惯性保证其核心城市地位,短期内其他城市往往难以超越,规模变动呈现较强的稳定性,武汉、太原和郑州等区域中心城市规模的变动便是明证。
城市演化过程可归为自下而上和自上而下2种生成发展模式[29],中部地区城市体系规模分布的演进机制概莫能外。“自下而上”是典型的自组织过程,从聚落到村镇、城镇,进一步发展为城市、城市群,系统依靠自身聚集和辐射能力的不断增强,自行发展为一个有机整体[30];“自上而下”则体现出他组织机制,反映人们依据对城市体系演化规律的认知,通过规划、管理、控制等显性手段作用于城市体系的发展[31]。处于体制转型期的中部地区,城市体系演化过程中2种作用机制通过以下途径共同发挥作用(图2)。
表2 中部地区城市规模类型变动的马尔科夫转换矩阵(1985~2010年)
Table 2 Markov transfer matrix of cities′ classes in middle area of China(1985-2010)
| 转移次数 | 转移概率 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ni | 0型 | Ⅰ型 | Ⅱ型 | Ⅲ型 | Ⅳ型 | 0型 | Ⅰ型 | Ⅱ型 | Ⅲ型 | Ⅳ型 | ||
| 0型 | 97 | 58 | 9 | 17 | 13 | 0 | 0.5979 | 0.093 | 0.175 | 0.134 | 0 | |
| Ⅰ型 | 54 | 0 | 46 | 6 | 2 | 0 | 0 | 0.852 | 0.111 | 0.037 | 0 | |
| Ⅱ型 | 159 | 0 | 9 | 146 | 3 | 1 | 0 | 0.057 | 0.918 | 0.019 | 0.006 | |
| Ⅲ型 | 77 | 0 | 1 | 7 | 67 | 2 | 0 | 0.013 | 0.091 | 0.870 | 0.026 | |
| Ⅳ型 | 18 | 0 | 0 | 0 | 0 | 18 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | |
注：根据历年《中国城市统计年鉴》[25]数据整理、计算而得。
图2 中部地区城市体系规模分布的演进机制及路径
Fig.2 Evolution mechanism and path of size distribution of cities in middle area of China
自组织是城市体系发展的核心机制,主要通过市场经济的组织设计来实现。城市的形成和发展及城市化进程是市场条件下企业和个人追求自身利益或效用最大化的结果,是市场经济主体相互作用的自我组织过程[32]。中部地区城市体系演进自组织机制的实现从根本上是市场经济发挥作用,通过要素集聚、产业结构调整和科技创新等途径实现由低级到高级、由简单到复杂的演变过程。
3.1.1 要素集聚是中部城市体系发展的基本动力
在市场经济体制下,劳动力、资本和技术等要素的集聚是城市体系形成、发展和演变的基本动力。
正是要素集聚效应使得中部地区城市规模不断变动,城市类型发生前文所述的转换。一些初期禀赋较好的城市,譬如武汉市、郑州市、平顶山市,太原市、大同市、长沙市、郴州市等工业基础较好,借助先天优势,内部逐渐形成完整产业链,吸引大量企业和劳动力进入,要素集聚效应明显,城市规模不断扩大。而同时,中部地区一些原本基础较好的资源型城市由于对自然资源的过度依赖及消耗,导致要素集聚能力不足,城市规模停滞甚至缩小。
3.1.2 结构调整是中部城市体系变动的直接动力
产业结构的升级、调整是区域空间结构地域扩展在社会经济系统运动中的外在表现,带来劳动力在城市之间的流动,影响城市规模的变动。中部城市借助产业结构调整升级这一抓手,城市发展驶入快车道,推动城市首位分布发生变动,规模类型不断转换。
中部地区某些资源接近枯竭的城市,未能有效地进行产业调整、升级,结果是日益衰落。可喜的是一些资源型城市已经走出一条适合自身发展的新道路,如安徽省淮北市依托自己煤炭资源优势,通过实施一业为主、多元发展的战略,短短几年内纺织业形成了针织、纺织、印染、服装产业的齐头并进,推动了城市的新发展。河南省焦作市面临资源的逐渐枯竭形势下,摸索出做大做强铝工业,改造提升传统产业,大力发展高新技术产业,开发绿色产业的新路子[33],城市焕发新活力。
3.1.3 科技创新是中部城市体系演化的内在动力
科技创新是经济发展的不竭动力,也是城市体系演进的内在动力。随着经济全球化、信息化、网络化的不断深入,科技创新在城市体系发展中的作用越来越突出。
中部地区借助交通与信息技术的创新发展,大大提高人流、物流和信息等的流通效率,极大地扩充了城市空间。依托长江、黄河两大水道,京广线、京九线和陇海线等铁路干线,京珠高速等多条省际高速公路,以及众多的国道交织成为连接六大城市群子系统的交通网络[23],增强区域增长极对周边城市的辐射带动作用,有力地推动着中部地区城市体系的发展。截至2010年,中部地区已形成六大城市群,区域交通、信息网络的改善使得区域城市体系的发展由多点极核型向结构扁平化的城市网络方向发展,导致首位度、四城市指数、十一城市指数呈下降趋势。
作为中部地区城市化的强力组织者和推动者,政府力量为区域城市发展创造基础条件和环境,成为推动城市体系演化的典型他组织机制。改革开放初期,城市发展以政府主导为主,他组织机制突出,政府的计划经济体制、城乡二元结构、严格控制大城市规模等因素,限制了劳动力、资本等要素流动,集聚效应不能得到有效发挥;特别是在东部地区率先发展的区域战略下,中部地区经济发展相对滞后,城市体系发展缓慢。1985~1990年中部地区地级以上城市的数量仅由42个增加到49个,仅有武汉、长沙、郑州、洛阳等少数工业基础较好的城市发展较快,拉大了城市之间的差距,城市体系规模分布首位度提高,城市规模基尼系数有所上升。
20世纪90年代实行市场经济体制以来,城市自组织力量逐渐增强,但政府主导的他组织机制依旧发挥着重要作用。国家对中部地区的政策倾斜、加大交通设施投入,以及人口流动管制的放松等,为中部城市的发展创造出更佳条件,武汉、郑州、太原等省会城市逐渐由区域核心城市向区域城市群发展。同时,政府不断进行行政区划调整,直接影响城市体系规模分布及演化,1990~2000年中部地区县域以上区划共有大约30次变动,平均每年多达3次,城市总数增加31个,地级以上城市人口规模从3 632万人激增至7 332万人,城市规模基尼系数经历了“V”型变动过程。
进入21世纪后,中部地区的城市发展引起广泛关注。国务院于2004年3月首次提出“促进中部地区崛起”战略,2007年12月国家发改委正式批准武汉城市群和长株潭城市群为全国资源节约型和环境友好型社会建设综合配套改革试验区,都是促进中部地区城市体系发展的典型他组织机制,显然会对中部地区的城市体系规模分布产生深远影响。
作为一个新兴的城市系统,中部城市体系具有明显的内聚力——各城市间既有网络化的经济联系,又有垂直等级特征的市场关联,通过市场经济机制与政府规划指导的作用把各个产业有效地链接在一起,推动城市体系有序发展。
采用首位度指数、城市规模基尼系数等指标描述中部地区城市体系规模分布特征,结合马尔可夫转移矩阵分析城市类型的变动情况,初步揭示中部地区城市规模成长以及城市体系演进的基本规律,进一步解析了中部城市体系演进的自组织与他组织机制。研究发现：① 1985~2010年中部地区城市首位度经历先升后降的趋势,武汉市的首位城市地位未发生变动但呈弱化趋势;② 中部地区城市规模基尼系数呈现出先上升后下降、再上升的变动过程,城市体系规模分布相对均衡,近年来差距略有上升。③ 中部地区城市体系总体处于发展上升期,不同类型城市之间转换较为平稳,Ⅰ、Ⅲ型城市有向Ⅱ型城市集中的趋势,Ⅳ型城市的持续性较强,重点城市的地位持续加强。④ 市场和政府2种力量共同影响中部地区城市体系的演进,其中自组织机制起决定性作用,他组织机制不容忽视。
上述结论不无以下启示意义：① 城市体系的发育具有阶段性,鉴于中部地区城市体系仍属首位型分布的现实,推动区域城市体系的发展一方面要充分利用首位城市的功能优势,发挥其辐射带动作用,促进区域协调发展,另一方面区域内其它城市要主动接受首位城市的辐射带动作用,错位发展,形成自身优势和特色。② 城市体系规模分布的优化发展仅靠自发的自组织机制来完成,演化时间往往较长,过程也较曲折,适当引入他组织机制,使之成为一个人工控制下的有序化过程,则更能保证城市体系向着结构健全、功能优化的目标发展。③ 中国正处于计划经济体制向市场经济体制的转型时期,政府干预的他组织力量还比较突出,政府部门作为城市的领导者和规划者,除了为城市经济发展提供良好的环境外,还应在遵循城市体系演进的自组织规律基础上,审慎、合理地运用他组织力量为城市建设添砖加瓦,推动区域城市体系不断发展、完善。
The authors have declared that no competing interests exist.
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