武漢城市圈人口密度的時(shí)空分布分析

肖翠翠，汪權(quán)方

（湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430062）

0 引言

人口空間分布研究主要出現(xiàn)在二戰(zhàn)后五六十年代的西方國(guó)家.1953年研究人口發(fā)展過(guò)程和人口現(xiàn)象的空間表現(xiàn)以及其地域差異的學(xué)科—人口地理學(xué)，成為地理學(xué)中一門(mén)獨(dú)立的分支學(xué)科.20世紀(jì)50年代初，西方學(xué)者對(duì)城市人口密度分布進(jìn)行一系列的理論探索和模型研究，其中Clark模型成為人口密度空間分布的經(jīng)典模型.

人口空間分布通常反映了一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)狀況、政治環(huán)境及文化等.人口密度通常指單位面積的居住人口數(shù)量，常用每平方千米的常住人口數(shù)量表示.人口密度的研究，可以反映人口分布地區(qū)之間的差異，也能夠代表區(qū)域經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的發(fā)展程度［1］.人口密度成為人口分布的主要形式，并且是重要的衡量指標(biāo)，同時(shí)也是社會(huì)學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科研究的重要內(nèi)容之一［2］.

本文中利用武漢城市圈（1＋8城市圈）1991—2011年21年的人口數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分析武漢城市圈的人口密度的空間分布演變，并選取市區(qū)的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值、人口總數(shù)及距離作為指標(biāo)，將武漢對(duì)黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、天門(mén)和潛江的吸引能力作出劃分，有助于更深入地分析武漢城市圈人口密度空間演變規(guī)律.

1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

1.1 研究區(qū)概況 武漢城市圈（1＋8城市圈）以武漢市為中心城市，包括周邊8個(gè)城市組成城市圈，8個(gè)城市分別為黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、天門(mén)和潛江，其中有1個(gè)副省級(jí)城市、5個(gè)地級(jí)市、3個(gè)省直管市、7個(gè)縣級(jí)市和15個(gè)縣.武漢城市圈是湖北省城市人口最為密集的經(jīng)濟(jì)中心，武漢市作為中心城市也是我國(guó)中部地區(qū)人口密度最大的區(qū)域之一.武漢城市圈土地面積約57 941.32km2，占湖北省土地面積的31.17%，2010年武漢城市圈人口為3 024.3萬(wàn)人，占湖北省總?cè)丝诘谋戎貫?2.8%。

1.2 數(shù)據(jù)的來(lái)源 本文中的人口信息主要來(lái)源于1991—2011年湖北統(tǒng)計(jì)年鑒及第六次人口普查數(shù)據(jù)，并利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，對(duì)人口密度時(shí)間空間演變進(jìn)行分析，揭示武漢城市圈人口分布的特征.

2 武漢城市圈分層

2.1 城市引力模型 城市引力模型把一個(gè)城市視為一個(gè)巨大的磁場(chǎng)，其中包括了人口、經(jīng)濟(jì)、科技和信息等.在統(tǒng)一地區(qū)內(nèi)，不同規(guī)模、不同類(lèi)型的城市間存在不同的相互作用［3］，計(jì)算公式如下：

上式為城市引力模型的一般形式，當(dāng)α＝β時(shí)，式（1）可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

式（2）是城市引力模型的表達(dá)公式.其中，F(xiàn)ij是i城市與j城市之間的相互吸引力，Mi，Mj分別代表i城市和j城市的城市質(zhì)量，dij代表i城市與j城市之間的距離，b是距離摩擦系數(shù)，G是引力常數(shù).通常取G＝1，b＝2.本文中以武漢市城區(qū)的GDP和人口規(guī)模作為i城市的城市質(zhì)量，j城市為武漢城市圈內(nèi)各縣區(qū).各縣區(qū)的GDP、人口規(guī)模與城市引力成正相關(guān)，而隨著d距離值的增加，城市引力相應(yīng)減小.

2.2 武漢城市圈城市引力計(jì)算 城市質(zhì)量一般采用城市經(jīng)濟(jì)綜合實(shí)力、發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施及城市規(guī)模等指標(biāo)進(jìn)行研究.本文中采用城市某一年的國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值與人口規(guī)模作為指標(biāo)確定武漢城市圈的城市質(zhì)量.武漢城市圈各城市與武漢的距離，采用兩城市之間最快的時(shí)間距離，2010年武漢城市圈武漢市區(qū)對(duì)各市縣州地區(qū)的引力如圖1所示.

圖1 2010年武漢城市圈武漢市區(qū)對(duì)各市縣州地區(qū)的引力

從圖1中可以看出，武漢城市圈以武漢市區(qū)為中心城市，形成了較大范圍的影響腹地.根據(jù)城市引力大小，對(duì)武漢主城區(qū)影響的武漢城市圈內(nèi)其他地區(qū)進(jìn)行等層劃分.第一圈層主要為武漢市的大部分遠(yuǎn)城區(qū)和距離武漢市轄區(qū)較近的地區(qū)，如黃陂區(qū)、江夏區(qū)、蔡甸區(qū)和鄂州市.第二圈層包括新洲區(qū)、黃石市轄區(qū)、大冶市、孝南區(qū)、漢川市、仙桃市和天門(mén)市.第三圈層包括漢南區(qū)、陽(yáng)新縣、大悟縣、孝昌縣、安陸市、云夢(mèng)縣、應(yīng)城市、黃州區(qū)、紅安縣、麻城市、團(tuán)風(fēng)縣、羅田縣、英山縣、黃梅縣、武穴市、陽(yáng)新縣、咸安區(qū)、赤壁市、嘉魚(yú)縣、通城縣、崇陽(yáng)縣和通山縣.武漢遠(yuǎn)城區(qū)漢南區(qū)，距離武漢市區(qū)的距離約50km，其經(jīng)濟(jì)規(guī)模和人口規(guī)模相對(duì)較小，武漢主城區(qū)對(duì)漢南區(qū)的引力相對(duì)較小.縣級(jí)市及各區(qū)城市規(guī)模、人口規(guī)模以及距武漢主城區(qū)的遠(yuǎn)近直接影響武漢主城區(qū)對(duì)其引力的大小.武漢市轄區(qū)對(duì)武漢城市圈各個(gè)市縣吸引力主要圍繞武漢市轄區(qū)向四周分布，呈明顯遞減趨勢(shì).武漢市轄區(qū)對(duì)周邊市縣的引力較大城市主要集中于交通便捷地區(qū).

3 武漢城市圈人口密度時(shí)空分析

3.1 武漢城市圈人口密度的時(shí)間變化分析 1990—2000年武漢城市圈常住人口由約2 788萬(wàn)人增長(zhǎng)到3 069萬(wàn)人，這11年屬于人口增長(zhǎng)階段，而2000—2010年武漢城市圈常住人口減少至3 024萬(wàn)人.其中作為武漢城市圈的中心城市，武漢市人口1990—2000年由670萬(wàn)人增加至831萬(wàn)人，2000—2010年增加至979萬(wàn)人，人口數(shù)量處于穩(wěn)步增長(zhǎng)階段.武漢城市圈平均人口密度由1990年的481人／km2增加至2010年的522人／km2，武漢城市圈平均人口密度總體呈逐漸增長(zhǎng)趨勢(shì)，但也有幾個(gè)年份出現(xiàn)人口密度波動(dòng)，見(jiàn)圖2，這主要與圈內(nèi)人口規(guī)模變動(dòng)有關(guān).

1990 年武漢城市圈平均人口密度較高的5個(gè)城市由高到低排序?yàn)?，武漢市、鄂州市、孝感市、天門(mén)市和仙桃市.2000年排序?yàn)?，武漢市、鄂州市、天門(mén)市、仙桃市和孝感市.2010年排序?yàn)?，武漢市、鄂州市、天門(mén)市、孝感市和黃石市.

圖2 武漢城市圈1990—2010年平均人口密度變化散點(diǎn)圖

1990—2000 年，武漢城市圈各城市平均人口密度均穩(wěn)步增加，但孝感市平均人口密度有所降低，分析孝感市平均人口密度可以看出孝感市區(qū)人口總量穩(wěn)步增長(zhǎng)，市區(qū)人口密度增加，但縣級(jí)市人口規(guī)模逐年縮減，因此平均人口密度有所降低.孝感市管轄下的縣級(jí)市有孝昌縣、大悟縣、云夢(mèng)縣、應(yīng)城市、安陸市、漢川縣，均在武漢城區(qū)經(jīng)濟(jì)腹地的第二圈層，對(duì)武漢市的經(jīng)濟(jì)依賴性較大.2000—2010年11年間武漢城市圈各城市人口密度變化中，只有武漢市人口密度呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，其他8個(gè)城市的人口密度呈下降趨勢(shì)，見(jiàn)表1.雖然武漢城市圈的城市化水平在不斷提高，但是其城市化水平仍處于集聚階段［4］.

表1 1990年、2000年、2010年武漢城市圈人口密度 人／km2

將1991—2010年武漢城市圈人口密度劃分為4份連續(xù)5年的平均人口密度.1996—2000年武漢城市圈各城市的平均人口密度相較于1991—1995年平均人口密度有所提高；2001—2005年相對(duì)于1996—2000年，除武漢市人口密度繼續(xù)穩(wěn)步增加，鄂州市5年平均人口密度總體小幅上升、1997—1998年人口密度小幅下降外，其他城市這5年平均人口密度基本處于下降階段；2006—2010年的平均人口密度，武漢市、鄂州市人口密度繼續(xù)處于上升階段，其他城市人口密度均有所下降.

圖3 1990—2010年武漢城市圈各城市三年平均人口密度變化趨勢(shì)圖

如圖3所示，武漢城市圈中，武漢市1990—2010年21年的平均人口密度均領(lǐng)先于其他城市，漲幅較大，其他城市平均人口密度均為穩(wěn)步下降趨勢(shì)，其中咸寧市和黃石市1993—1998年均出現(xiàn)平均人口密度大幅度下降趨勢(shì)，這主要與行政區(qū)劃分變更有關(guān)，原屬于咸寧市管轄的人口大縣及面積廣闊的陽(yáng)新縣劃入黃石市的管轄范圍.武漢城市圈中鄂州市21年的平均人口密度穩(wěn)步上升，2002年以后，天門(mén)市、仙桃市人口密度下降趨勢(shì)較為明顯.

3.2 武漢城市圈人口密度空間分析

1）人口集中指數(shù).人口集中指數(shù)是一個(gè)主要用于分析城市密集區(qū)人口分布的集中程度與分散程度的重要指標(biāo)［5］，公式如下：

上式中，C為武漢城市圈各城市的人口集中指數(shù)；Pi，Ai分別代表各城市各個(gè)區(qū)域的人口數(shù)量和土地面積，P和A代表整個(gè)城市的人口總數(shù)和土地面積.C值在0和1之間，C值越大，代表此地區(qū)人口向某些區(qū)域集中程度越大、人口分布不均勻；C值越小，說(shuō)明人口分布較分散.將武漢城市圈2000年、2010年9個(gè)城市各個(gè)區(qū)的人口數(shù)量和土地面積帶入式（3）中計(jì)算，其結(jié)果見(jiàn)表2.

表2 2000年、2010年武漢城市圈人口集中指數(shù)表

從表2可看出，武漢城市圈各個(gè)城市的人口集中指數(shù)均大于0.4，各城市的人口向城市中心集中程度均較大，其中武漢市、仙桃市、潛江市、天門(mén)市的人口集中指數(shù)較大，說(shuō)明人口向城市中心集中程度較大，咸寧市集中指數(shù)最低，人口分布較為均勻，2000—2010年的人口集中趨勢(shì)并沒(méi)有發(fā)生較大變動(dòng).2000—2010年這11年武漢市城市人口集中指數(shù)有明顯的降低趨勢(shì).

2）武漢城市圈人口重心.人口重心又稱為人口中心，主要研究某區(qū)域內(nèi)某時(shí)刻人口分布在空間平面上的表現(xiàn)，常常用來(lái)測(cè)定某地區(qū)人口分布變化狀況［6］.本文中以1990年和2010年人口數(shù)據(jù)對(duì)武漢城市圈的人口分布進(jìn)行分析，研究其人口重心變化狀況，人口重心模型的公式如下：

（ˉX，ˉY）為所求地區(qū)人口重心的地理坐標(biāo)（經(jīng)度，緯度），Pi代表各個(gè)地區(qū)的人口數(shù)，（Xi，Yi）是地理坐標(biāo)（經(jīng)度，緯度）.根據(jù)上式，分別以1990年和2010年武漢城市圈總?cè)丝跀?shù)、城鎮(zhèn)人口數(shù)及鄉(xiāng)村人口數(shù)計(jì)算武漢城市圈人口重心地理坐標(biāo)，其結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 武漢城市圈1990年、2010年人口重心地理坐標(biāo)

1990 年和2010年武漢城市圈人口重心總體分布均在武漢市轄區(qū)，21年來(lái)人口重心分布位置發(fā)生變化，總?cè)丝谥匦拿黠@向西移動(dòng)，移動(dòng)了約1km，城鎮(zhèn)人口也向西移動(dòng)，移動(dòng)了約0.1km，鄉(xiāng)村人口重心也向西移動(dòng)，移動(dòng)了約0.6km.武漢城市圈總體人口重心與城鎮(zhèn)人口重心均出現(xiàn)了明顯了向西北移動(dòng)現(xiàn)象，而鄉(xiāng)村人口重心具有明顯的向西南移動(dòng)趨勢(shì)，人口重心的明顯移動(dòng)與鄉(xiāng)村人口向城鎮(zhèn)遷移以及城市擴(kuò)張建設(shè)密切相關(guān).

圖4 1990年、2010年武漢城市圈人口重心變化

3）武漢城市圈人口密度空間分析.通過(guò)Arcgis對(duì)武漢城市圈人口密度分布的處理，使武漢城市圈人口密度空間分析顯示出可視化的特點(diǎn)，見(jiàn)圖5、圖6.從圖中可以看出，圈內(nèi)人口密度總體呈現(xiàn)中部密集兩側(cè)稀疏；圈內(nèi)人口密度東稀西密；城區(qū)人口密度逐漸升高，縣級(jí)市人口密度出現(xiàn)兩個(gè)階段的發(fā)展.

武漢城市圈中部城市中，武漢市、黃石市轄區(qū)和鄂州市人口密度1990—2010年均屬于人口密度較高的區(qū)域.2010年，鄂州市城區(qū)人口密度達(dá)1 248人／km2，黃石市黃石港區(qū)人口密度達(dá)11 403人／km2，武漢市江漢區(qū)高達(dá)20 511人／km2，江岸區(qū)、武昌區(qū)、硚口區(qū)人口密度均超過(guò)10 000人／km2.結(jié)合圖1不難看出，武漢城市圈中受到武漢內(nèi)城區(qū)引力較大的第一圈層和第二圈層區(qū)縣，人口密度相對(duì)較高.

由于武漢城市圈內(nèi)中部為圈內(nèi)最大城市—武漢市，其人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)實(shí)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先于圈內(nèi)其他城市，并對(duì)周邊影響較大，出現(xiàn)了武漢市人口密度獨(dú)大的現(xiàn)象.圈內(nèi)東北部東南部多山地，其人口密度相對(duì)較小，受武漢市中心引力較小.圈內(nèi)中西部多平原，自然條件優(yōu)越，人口密度較大.社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展使城市需要更多的人力資源，人口分布又開(kāi)始聚集于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地域［7-8］.縣級(jí)地區(qū)人口密度大多處在150～400人／km2的較低水平，城市中心的人口密度大多為600人／km2以上.1990—2000年武漢遠(yuǎn)郊區(qū)及縣級(jí)地區(qū)人口密度呈現(xiàn)較快的增長(zhǎng)趨勢(shì)，而2001—2010年的人口密度表現(xiàn)出小幅下降的階段，見(jiàn)圖3.鄰近武漢市轄區(qū)的孝南區(qū)、云夢(mèng)縣、鄂州市和黃石市轄區(qū)人口密度呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，圈內(nèi)主要城市中心人口密度均增長(zhǎng)迅速，縣級(jí)地區(qū)增速較緩.

圖5 1990年武漢城市圈人口密度分布圖

圖6 2000年武漢城市圈人口密度分布圖

圖7 2010年武漢城市圈人口密度分布方位圖

4）武漢城市圈人口方向性分析.2010年武漢城市圈人口密度分布具有方向性特征，見(jiàn)圖7.以武漢市轄區(qū)為中心，劃分為正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西、西北等8個(gè)方向.圈內(nèi)人口密度分布在方向上呈現(xiàn)與距武漢市距離成反比的有正北、東北、東南、正南、西南、正西、西北等7個(gè)方向.正北方向人口密度大小與距武漢市距離成反比，武漢市轄區(qū)、黃陂區(qū)、紅安縣、大悟縣的人口密度分別為4 924、387、335、310人／km2.正東與東南之間人口密度變化趨勢(shì)不明顯，除武漢市轄區(qū)人口密度出現(xiàn)峰值外，還出現(xiàn)鄂州市和黃石市轄區(qū)人口密度較高的區(qū)域，圈內(nèi)正東與東南方向出現(xiàn)了多個(gè)人口聚集區(qū)域.

武漢城市圈人口密度方位分布基本符合Clark模型［9］，又稱為負(fù)指數(shù)函數(shù)，公式如下：

式中，dx為距離武漢市中心某地的人口密度，d0為武漢市中心的人口密度，其中b為常數(shù).b值越大，說(shuō)明人口越集中于市中心，即人口集中程度較高；b值越小，說(shuō)明隨著距武漢市中心距離的增加，人口密度降低較快，人口密度分布差異縮小，人口分布較均勻.

4 結(jié)論

綜上所述，武漢城市圈人口密度分布特征如下：

1）1990 —2000年，武漢城市圈隨時(shí)間的進(jìn)展人口規(guī)模逐年增長(zhǎng)，相應(yīng)的人口密度逐年增加.2001—2010年，圈內(nèi)人口規(guī)模出現(xiàn)地區(qū)性差異，只有武漢市人口密度穩(wěn)定增長(zhǎng).分析各縣市的人口密度發(fā)現(xiàn)，圈內(nèi)其他8個(gè)市的城市中心的人口密度逐年增加，縣級(jí)地區(qū)人口密度呈現(xiàn)降低趨勢(shì).

2）圈內(nèi)人口密度總體呈現(xiàn)中部密集兩側(cè)稀疏的特征.人口越來(lái)越集中于基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)實(shí)力較好的城市中心，出現(xiàn)了武漢市中心人口聚集的現(xiàn)象.從人口集中指數(shù)可以看出，武漢市的人口分布趨向于向市區(qū)集中的趨勢(shì)，但圈內(nèi)東南方向的咸寧市，人口集中指數(shù)最小，人口分布較為均勻.

3）圈內(nèi)人口密度東稀西密.武漢城市圈東部主要有山地地形，此類(lèi)地形致使這些地區(qū)交通不便利，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較慢，進(jìn)而引起人口分布較為稀疏.西部中部地區(qū)多為沿江平原，地勢(shì)平坦，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速，且從開(kāi)發(fā)歷史上看，西部中部沿江平原開(kāi)發(fā)較早.

4）圈內(nèi)人口密度出現(xiàn)多個(gè)人口聚集中心，中心城市人口密度逐年增長(zhǎng)，外圍人口密度均衡發(fā)展，東西方向人口密度增長(zhǎng)速度較快，出現(xiàn)多個(gè)人口集中區(qū).

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