武漢城市圈人口空間分布格局及演變分析

李勝坤，張 毅*，閆 欣，汪洋洋，曹 娟

(1.華中師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，中國(guó)武漢 430079;2.南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，中國(guó)南京 210023)

人口分布一般指人口過(guò)程在空間上的表現(xiàn)形式［1］，歷來(lái)是地理學(xué)者研究的熱點(diǎn)［2］.生產(chǎn)力的發(fā)展往往伴隨著人口地域分布的變化.進(jìn)行人口時(shí)空動(dòng)態(tài)變化方面的研究，對(duì)認(rèn)識(shí)一定社會(huì)階段區(qū)域人口增長(zhǎng)規(guī)律、引導(dǎo)人口的合理布局、制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略具有重要作用［3］.中國(guó)學(xué)者從不同的尺度對(duì)不同地區(qū)、不同時(shí)期的人口空間分布進(jìn)行了探索［4-13］.梳理文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)人口分布的研究具有以下特點(diǎn):(1)研究對(duì)象既有大尺度的國(guó)家、經(jīng)濟(jì)地帶、省域，也有中觀尺度的市域，市域的研究多集中于特大城市，較少關(guān)注中小城市;(2)人口分布受空間位置影響，單元空間關(guān)聯(lián)的探索性空間數(shù)據(jù)分析方法(ESDA)逐漸受到學(xué)者的青睞;(3)多定性分析人口空間結(jié)構(gòu)演化的影響因素，定量確定影響因子的方法開始引起學(xué)者的關(guān)注.

武漢城市圈是武漢和黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、天門、潛江等城市組成的區(qū)域經(jīng)濟(jì)聯(lián)合體.2012年，它以約占湖北省1/3 的土地面積和一半的人口，貢獻(xiàn)了全省近2/3 的生產(chǎn)總值;從所在的長(zhǎng)江中游城市群看，圈域地區(qū)生產(chǎn)總值、規(guī)模以上工業(yè)增加值、社會(huì)消費(fèi)品零售總額等多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居城市群之首.在經(jīng)濟(jì)取得巨大成就的同時(shí)，還應(yīng)看到圈域人口不斷增長(zhǎng)，人口對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力越來(lái)越大，按現(xiàn)有發(fā)展模式，城市圈將進(jìn)入不可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)［14-15］.在借鑒相關(guān)研究方法的基礎(chǔ)上，本文對(duì)1990年以來(lái)武漢城市圈人口分布格局的演化作簡(jiǎn)要分析，以期發(fā)現(xiàn)人口分布及演化規(guī)律，并為城市圈可持續(xù)發(fā)展研究提供研究基礎(chǔ).

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 空間自相關(guān)

選用全局Moran 指數(shù)從整體上描述人口在空間上的集聚狀態(tài)，表達(dá)式為［16］

式中，I 為全局Moran 指數(shù)，n 為空間單元數(shù)，xi和xj是區(qū)域i 和j 的觀測(cè)值，wij是空間權(quán)重.基于鄰接關(guān)系建立空間權(quán)重矩陣，并對(duì)Moran 指數(shù)進(jìn)行z 檢驗(yàn):

式中，E(I)為數(shù)學(xué)期望，var(I)為理論方差，若Moran 指數(shù)的正態(tài)統(tǒng)計(jì)量z 值大于0.05 水平下的臨界值1.96，則說(shuō)明空間上存在顯著的空間自相關(guān).

借助GS+軟件，將城市圈4 個(gè)年份的縣域人口密度值賦到縣域單元幾何中心點(diǎn)上，經(jīng)Log 變換后，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，滿足半變異函數(shù)分析的前提條件.定義采樣步長(zhǎng)為10 268.65 m，使步長(zhǎng)值乘以步長(zhǎng)數(shù)約等于樣點(diǎn)間最大距離的1/2，以確保半方差圖有意義［20］.用球狀模型、高斯模型、線性模型、指數(shù)模型分別對(duì)樣點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，選取擬合效果最好的模型.同時(shí)計(jì)算4 個(gè)年份不同方向上的分維數(shù)，并進(jìn)行克里格三維空間插值.變差函數(shù)擬合參數(shù)和分維數(shù)見表2、表3，空間插值圖見圖2.

1.2 空間變差函數(shù)

(1)圈域人口高度集中于武漢中心城區(qū)和黃石市轄區(qū)使4 個(gè)年份的變差函數(shù)塊金值都比較小，也說(shuō)明人口分布的隨機(jī)變異程度較小;塊金值呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，表明人口分布受不確定性因素的影響逐漸減小;1990—2012年基臺(tái)值不斷增大，最大值(1.829)是最小值(1.447)的1.26 倍，說(shuō)明人口分布格局總的空間變異不斷增大;塊金系數(shù)值均小于0.25，表明人口分布具有強(qiáng)烈的空間自相關(guān)性［18］.

式中，g(h)表示半方差函數(shù)，Z(xi)和Z(xi+h)是隨機(jī)變量Z 在xi和(xi+h)上的取值.一般用空間變異曲線表示半方差的分析結(jié)果，曲線縱坐標(biāo)為半方差g(h)，橫坐標(biāo)為分離距離h，它有以下重要參數(shù):塊金值(C0)用于反映變量受不確定性因素影響的程度;基臺(tái)值(C+C0)用于反映系統(tǒng)總的變異程度;變程(A)用于表示變量空間自相關(guān)的尺度或作用范圍;塊金值與基臺(tái)值之比C0/(C+C0)用于反映變量的空間自相關(guān)程度;分維數(shù)(D)由半方差函數(shù)和分離距離確定:2g(h)=h4－2D，它可以對(duì)不同變量間空間自相關(guān)的強(qiáng)度進(jìn)行比較，值越接近2，空間分布越均衡［18］.

河南現(xiàn)代戲植根于中原文化，源自河南的現(xiàn)實(shí)生活，沐浴時(shí)代的風(fēng)雨。改革開放以來(lái)的河南現(xiàn)代戲創(chuàng)作必然會(huì)呈現(xiàn)出自身的特點(diǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)來(lái)源

在居民點(diǎn)人口規(guī)模相差不大的前提下，居民點(diǎn)密度大的地方，人口密度也大［19］.經(jīng)測(cè)算，2012年武漢城市圈48 個(gè)縣域中有42 個(gè)平均鎮(zhèn)級(jí)人口規(guī)模為3 萬(wàn)～6.6 萬(wàn)人.借助閆慶武等［19］提出的人口密度空間化方法，得到2012年武漢城市圈人口密度圖(圖1).由縣域尺度上的人口密度值并結(jié)合圖1 可知:2012年，武漢城市圈人口密度的空間差異非常顯著，江漢區(qū)和通山縣是人口密度最高和最低的縣域，密度值分別為20 811 人/km2和150 人/km2，二者相差138 倍;人口分布總體呈現(xiàn)“西高東低，中間高、南北低”的格局，地形對(duì)城市圈人口分布的影響顯著，圈域中部鄂東沿江平原和西部漢江平原上人口密度值較高，面積廣大的北部、東北和南部低山丘陵區(qū)人口密度值普遍偏低;武漢中心城區(qū)占城市圈總面積的1.62%，集中了20.53%的人口，是名副其實(shí)的人口分布中心，黃石市轄區(qū)為人口密度的高值區(qū)域，是城市圈人口分布的副中心，黃岡、鄂州和孝感等地級(jí)市駐地附近人口密度也較高，總之，人口向城市集中的現(xiàn)象明顯;人口呈交通干線(高速公路、鐵路)沿線集中分布的特征，東西方向的滬渝高速和東北—西南方向的漢丹、武九鐵路沿線人口集聚現(xiàn)象尤為明顯;以縣域?yàn)閱挝唬司鵊DP 與人口密度的Pearson 相關(guān)系數(shù)為0.579(0.01 水平上顯著相關(guān))，表明經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的地區(qū)人口密度值也較高，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低的地區(qū)人口密度值偏低，人口密度與地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在比較強(qiáng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系.

圖1 2012年武漢城市圈人口密度分布Fig.1 Distribution of population density in Wuhan Metropolitan Area in 2012

2 人口分布格局

人口和經(jīng)濟(jì)社會(huì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)自于全國(guó)第四、五次人口普查資料以及《湖北統(tǒng)計(jì)年鑒》、《湖北年鑒》.研究采用常住人口數(shù)據(jù)，時(shí)間序列為1990—2012年.

3 人口分布演變

3.1 空間自相關(guān)分析

(3)4 個(gè)年份通過(guò)加權(quán)最小二乘法選擇的均為球狀模型，表明圈域人口分布格局具有較好的連續(xù)性和穩(wěn)定性;擬合模型的決定系數(shù)逐漸增大，表明城市圈人口分布的空間自組織性不斷增強(qiáng).

表1 1990—2012年武漢城市圈縣域人口密度全局Moran 指數(shù)Tab.1 Estimation of Moran's I for population density in Wuhan Metropolitan Area during 1990—2012

3.2 空間格局演變

最后，產(chǎn)業(yè)升級(jí)動(dòng)力方面因素。從需求層面看，消費(fèi)者對(duì)中藥健康產(chǎn)品的需求前景廣闊，有利于拉動(dòng)中藥產(chǎn)業(yè)升級(jí)。從供給看，由于中藥產(chǎn)品的質(zhì)量控制和評(píng)價(jià)難、產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)缺失或不完善，使得“劣幣驅(qū)逐良幣”的信息不對(duì)稱問(wèn)題存在，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新動(dòng)力不足，升級(jí)的技術(shù)推動(dòng)乏力成為當(dāng)前制約中藥產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵問(wèn)題。

表2 武漢城市圈人口密度變差函數(shù)擬合參數(shù)Tab.2 The parameters of variogram model of population density in Wuhan Metropolitan Area

表3 武漢城市圈人口密度變差函數(shù)分維數(shù)Tab.3 The fractal of variogram model of population density in Wuhan Metropolitan Area

圖2 1990—2012年武漢城市圈人口密度變差函數(shù)演化圖Fig.2 Evolvement of the variogram for population density in Wuhan Metropolitan Area during 1990—2012

空間變差函數(shù)又稱半方差函數(shù)，本文運(yùn)用空間變差函數(shù)描述引起人口空間格局變化的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性變化，公式為［17-18］

(4)空間變差函數(shù)分維數(shù)在全方向上的擬合決定系數(shù)不斷增大，擬合效果越來(lái)越好;全方向的分維數(shù)數(shù)值不斷降低，越來(lái)越遠(yuǎn)離均質(zhì)分布理想值2，表明城市圈人口分布的空間差異程度不斷加劇;對(duì)比4 個(gè)方向上的分維數(shù)，南—北方向上的分維數(shù)數(shù)值始終是最小的，且擬合程度較好，表明南—北方向上人口分布的空間差異度始終最大;除東南—西北方向外，人口的空間均質(zhì)性在另外3 個(gè)方向都出現(xiàn)不同程度的下滑，2012年，南—北、東北—西南和東—西方向上分維數(shù)數(shù)值相對(duì)于1990年分別下滑6.80%、0.50%和8.15%，其中，東—西方向上分維數(shù)數(shù)值變化較大，表明該方向上人口分布的差異程度增加得最為強(qiáng)烈.

借助OpenGeoDa 軟件計(jì)算武漢城市圈人口在1990、2000、2006 和2012年4 個(gè)時(shí)間斷面上的全局Moran指數(shù)值和相關(guān)參數(shù)(表1)，并繪制人口密度散點(diǎn)圖(圖略).4 個(gè)年份的Moran 指數(shù)均為正值，z 值均大于0.05水平下的臨界值1.96，檢驗(yàn)結(jié)果顯著，說(shuō)明城市圈中人口密度大的地區(qū)在空間上相鄰(高高集聚)，人口密度小的地區(qū)也在空間上相鄰(低低集聚).1990年以來(lái)，城市圈中部始終是人口密度高高集聚區(qū)，而邊緣地區(qū)始終是人口密度的低低集聚區(qū)，這與區(qū)域地形和經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān).近20年，隨著改革開放的不斷深入，城市圈中部經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快，產(chǎn)生大量的工作崗位，邊緣地區(qū)的剩余勞動(dòng)力向中部大量轉(zhuǎn)移.隨著時(shí)間推移，Moran 指數(shù)值不斷增大，人口分布的空間自相關(guān)特征更加明顯.

(2)步長(zhǎng)值一定的條件下，4 個(gè)年份的變程值逐漸增大，由47 700 m 增長(zhǎng)為54 800 m.表明隨著時(shí)間推移，圈域人口分布的空間自相關(guān)作用范圍逐漸增大.

針對(duì)媒體報(bào)道的錘子將放棄手機(jī)業(yè)務(wù)的消息，錘子科技CEO羅永浩11月8日在微博回應(yīng)稱，手機(jī)業(yè)務(wù)會(huì)繼續(xù)做下去。而某些對(duì)于其個(gè)人身體情況的揣測(cè)，則引發(fā)羅永浩的強(qiáng)烈反對(duì)，其稱將起訴，甚至表示要針對(duì)抑郁癥的說(shuō)法親赴醫(yī)院出具檢查報(bào)告。

我站起來(lái)，望向雷聲的來(lái)處，發(fā)現(xiàn)天空那頭的烏云好似聽到了召集令，同時(shí)向山頭的頂端飛馳去集合，密密層層地疊成一堆。雷聲繼續(xù)響著，仿佛戰(zhàn)鼓頻催，一陣急過(guò)一陣，忽然，將軍喊了一聲：“沖呀！”

(5)由克里格三維空間插值圖，1990年以來(lái)武漢城市圈人口空間分布結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出高度的相似性，人口空間分布始終存在兩個(gè)“高峰”，即武漢中心城區(qū)和黃石市轄區(qū)，除此之外的廣大區(qū)域，形成人口空間分布的“低谷”.隨著時(shí)間的推移，“高峰”峰值不斷升高，坡面變得更加陡峭，表明城市圈人口空間分布差異程度不斷增大，人口向以武漢中心城區(qū)、黃石市轄區(qū)集中的趨勢(shì)明顯.

通過(guò)上述研究我們可以得出在這種情況下把第1個(gè)電梯停在1層，把第2個(gè)電梯停在第12層時(shí)可以使得一天當(dāng)中人們出行等待電梯所消耗的時(shí)間最少，可以達(dá)到方便出行的目的。

4 結(jié)論

(1)2012年，武漢城市圈人口密度的空間分異顯著，總體表現(xiàn)出“西高東低，中間高、南北低”的特征，地形對(duì)城市圈人口分布的影響十分顯著，人口與所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平存在比較強(qiáng)的空間對(duì)應(yīng)關(guān)系，另外，城市圈人口向城市集中的現(xiàn)象明顯，并表現(xiàn)出交通廊道指向性.Moran 指數(shù)顯示，人口密度相似的地區(qū)在空間集聚分布，且集聚趨勢(shì)不斷增強(qiáng);(2)1990年至今，縣域尺度上，人口分布受不確定性因素的影響逐漸減小，由空間相關(guān)引起的結(jié)構(gòu)化分異越發(fā)顯著;南—北方向上人口分布的空間差異度最大;除東南—西北方向外，人口分布的空間均質(zhì)性在另外3 個(gè)方向上，都出現(xiàn)不同程度的“下滑”，東—西方向上人口空間分布的差異程度逐漸擴(kuò)大;(3)城市圈中、西部位于鄂東沿江平原和漢江平原上，地勢(shì)平坦，長(zhǎng)江及漢江自西向東穿行而過(guò)，隨著經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的不斷發(fā)展，人口逐漸增多，武漢中心城區(qū)和黃石市轄區(qū)已逐漸成為城市圈人口分布的中心和副中心.

［1］胡煥庸，張善余.中國(guó)人口地理［M］.上海:華東師范大學(xué)出版社，1984.

［2］張志斌，潘 晶，達(dá)福文.蘭州城市人口空間結(jié)構(gòu)演變格局及調(diào)控路徑［J］.地理研究，2012，31(11):2055-2068.

［3］張 巖，馬曉微，王理達(dá).GIS 支持下的20世紀(jì)黃河流域人口動(dòng)態(tài)變化研究［J］.人口研究，2003，27(6):65-70.

［4］劉睿文，封志明，楊艷昭，等.基于人口集聚度的中國(guó)人口集疏格局［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29(10):1171-1177.

［5］張 慧.建國(guó)以來(lái)山東省人口分布地域格局及集疏變化分析［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2012，32(10):28-35.

［6］馬穎憶，陸玉麒，張 莉.江蘇省人口空間格局演化特征［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2012，31(2):167-175.

［7］楊 劍，蒲英霞，秦賢宏，等.浙江省人口分布的空間格局及其時(shí)空演變［J］.中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2010，20(3):95-99.

［8］蘇 飛，張平宇.遼中南城市群人口分布的時(shí)空演變特征［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29(1):96-102.

［9］段學(xué)軍，王書國(guó)，陳 雯.長(zhǎng)江三角洲地區(qū)人口分布演化與偏移增長(zhǎng)［J］.地理科學(xué)，2008，28(2):139-144.

［10］高 超，金鳳君，傅 娟，等.1996—2011年南非人口空間分布格局與演變特征［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2013，32(7):1167-1176.

［11］余瑞林，劉承良，楊 振.武漢城市圈人口分布的時(shí)空格局［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2012，21(9):1087-1092.

［12］李 莎，劉衛(wèi)東.俄羅斯人口分布及其空間格局演化［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2014，34(2):42-49.

［13］牟宇峰，孫 偉，袁 豐.南京近30年人口空間格局演變與機(jī)制研究［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2013，22(8):979-988.

［14］胡鴻興，何 偉，沈 虹，等.湖北“兩圈”區(qū)域發(fā)展可持續(xù)性評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2010，19(4):351-357.

［15］張 可，王若洋，劉 超.武漢城市圈生態(tài)足跡分析［J］.經(jīng)濟(jì)與管理，2010，24(2):61-65.

［16］CLIFF A D，ORD J K.Spatial autocorrelation［M］.London:Pion，1973.

［17］靳 誠(chéng)，陸玉麒.基于縣域單元的江蘇省經(jīng)濟(jì)空間格局演化［J］.地理學(xué)報(bào)，2009，64(6):713-724.

［18］欒福明，張小雷，楊兆萍，等.1990—2011年山東省旅游節(jié)慶的時(shí)空變異特征及機(jī)理［J］.地理科學(xué)進(jìn)展，2013，32(6):940-949.

［19］閆慶武，卞正富，張 萍，等.基于居民點(diǎn)密度的人口密度空間化［J］.地理與地理信息科學(xué)，2011，27(5):95-98.

［20］ROSSI R E，MULLA D J，JOURNEL A G，et al.Geostatistical tools for modeling and interpreting ecological spatial dependence［J］.Ecol Monogr，1992，62(2):277-314.