中國(guó)城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展與關(guān)聯(lián)研究基于整合DMSP/OLS和NPP/VIIRS夜間燈光遙感數(shù)據(jù)

孫 赫，李雪銘，劉 賀

(遼寧師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 大連 116021)

城市作為人口的主要聚居地，城市人居活動(dòng)對(duì)城市空間擴(kuò)展及空間關(guān)聯(lián)具有重要意義。隨著城市化水平逐漸提高，城市人居活動(dòng)變化強(qiáng)度大，人居活動(dòng)空間不斷擴(kuò)展，但空間擴(kuò)展的無(wú)序化導(dǎo)致人地關(guān)系緊張等一系列城市問題。區(qū)域空間關(guān)聯(lián)實(shí)際上是城市間相互聯(lián)系、相互作用，在人流、物流、資金流等人居活動(dòng)流的影響下，空間上相互獨(dú)立的城市不斷變成有機(jī)整體。居民作為城市的主體，其人居活動(dòng)在一定程度上克服了空間和距離的障礙，將城市逐漸連成一個(gè)整體，進(jìn)而形成了不同的空間關(guān)聯(lián)形式。探究城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展及關(guān)聯(lián)的時(shí)空特征，對(duì)理解城市間相互影響和制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略具有重要的借鑒意義。

人居活動(dòng)作為城市人居環(huán)境系統(tǒng)的主體，主要是指城市人口在日常生活中的一系列活動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于人居活動(dòng)的研究主要涉及俄羅斯人居活動(dòng)空間與定居模式之間相關(guān)特征研究[1]，加納地區(qū)人居活動(dòng)空間擴(kuò)展對(duì)海岸線的影響[2]，基于智能數(shù)據(jù)探究人居活動(dòng)與環(huán)境之間的相互作用[3]，通過問卷調(diào)查數(shù)據(jù)分析南京市人居活動(dòng)多樣性特征及影響因素[4]，以長(zhǎng)沙市為例基于人居活動(dòng)空間擴(kuò)展并結(jié)合生態(tài)約束確定城市邊界[5]。人居活動(dòng)通過多種形式將城市逐漸關(guān)聯(lián)成一個(gè)有機(jī)整體，學(xué)術(shù)界出現(xiàn)了大量關(guān)于城市關(guān)聯(lián)的研究，主要集中于空間關(guān)聯(lián)模型的建立及實(shí)證分析[6-9]，至此城市空間關(guān)聯(lián)研究出現(xiàn)了新的切入點(diǎn)。

縱觀國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究，其在人居活動(dòng)城市關(guān)聯(lián)方面的研究均存在著不足。首先，研究所用數(shù)據(jù)雖然具有一定的代表性，但是涵蓋范圍有限?；顒?dòng)日志等數(shù)據(jù)多帶有主觀意味，會(huì)對(duì)研究結(jié)果的客觀性產(chǎn)生不同程度的影響。其次，現(xiàn)有研究很難凸顯出人口在其中的作用。本文采用夜間燈光數(shù)據(jù)表征城市人居活動(dòng)，并以此研究城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展與空間關(guān)聯(lián)的時(shí)空演變。該研究方法優(yōu)點(diǎn)在于年平均穩(wěn)定燈光影像能夠探測(cè)出城市甚至小規(guī)模區(qū)域的燈光，使其能夠分辨城市地區(qū)與鄉(xiāng)村地區(qū)，主要應(yīng)用于城市化過程[10,11]、城鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)展[12]、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展[13,14]、碳排放[15]等方面。近年來，隨著夜間燈光數(shù)據(jù)開發(fā)程度的不斷加深，應(yīng)用于人居活動(dòng)及城市空間關(guān)聯(lián)的研究中取得了顯著的成果[16-18]。目前，由DMSP/OLS與NPP/VIIRS兩套衛(wèi)星傳感器提取的夜間燈光數(shù)據(jù)應(yīng)用較廣，但由于二者本質(zhì)上的區(qū)別和不可兼容性，現(xiàn)有研究多是根據(jù)其中某一套數(shù)據(jù)單獨(dú)進(jìn)行分析。夜間燈光數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期變化特征可以表示城市人居活動(dòng)強(qiáng)度的時(shí)間變化，能夠更加精確地表示城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展及空間關(guān)聯(lián)時(shí)空演化特征，并研究城市之間的空間效應(yīng)，因此眾多學(xué)者在將兩類燈光數(shù)據(jù)整合對(duì)比研究中進(jìn)行了嘗試性的探索。

本文借鑒已有研究成果進(jìn)行數(shù)據(jù)整合以表征長(zhǎng)時(shí)序的人居活動(dòng)強(qiáng)度，探究1992—2020年我國(guó)286個(gè)地級(jí)及以上城市(因數(shù)據(jù)收集不便，故未包含香港特別行政區(qū)、澳門特別行政區(qū)和臺(tái)灣地區(qū))人居活動(dòng)的空間擴(kuò)展及空間關(guān)聯(lián)的時(shí)空演變特征。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本文研究區(qū)域?yàn)槲覈?guó)286個(gè)地級(jí)及以上城市，由于在此期間內(nèi)行政區(qū)劃發(fā)生變革，為統(tǒng)一研究標(biāo)準(zhǔn)，參照全國(guó)行政區(qū)劃最新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。夜間燈光研究數(shù)據(jù)主要來源于美國(guó)國(guó)家地理物理數(shù)據(jù)中心(http://ngdc.noaa.gov/eog/)，為保證研究時(shí)序長(zhǎng)，根據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)的原則，選取1992年、2002年、2012年和2013年的DMSP /OLS年平均數(shù)據(jù)和2012年、2013年、2020年的NPP /VIIRS無(wú)云合成月數(shù)據(jù)。

DMSP /OLS和NPP /VIIRS兩種數(shù)據(jù)不同年份間傳感器參數(shù)、空間分辨率和光譜響應(yīng)方式等具有顯著差異，不能直接用來對(duì)比分析，需要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)整合[19,20]。①DMSP年度數(shù)據(jù)校正。剔除光、云層、短暫火光和背景噪聲等的干擾，將其轉(zhuǎn)化為Asia-Lambert-Conformal-Conic投影坐標(biāo)系，空間分辨率設(shè)定為1000m，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行三步校正，分別為相互校正、年內(nèi)融合和年際間校正。②VIIRS年度數(shù)據(jù)預(yù)處理。根據(jù)VIIRS月度數(shù)據(jù)合成年度燈光數(shù)據(jù)集，過濾生物質(zhì)燃燒，極光和背景噪聲等無(wú)關(guān)特征，設(shè)定相同投影坐標(biāo)系與空間分辨率，選取全國(guó)單元格像元輻射閾值為472.86，并去除像元值為負(fù)值的單元格。③VIIRS生成擬合DMSP。提取兩套數(shù)據(jù)重合的年份2012年、2013年進(jìn)行敏感度分析，選取最優(yōu)擬合參數(shù)，將VIIRS2020年度數(shù)據(jù)計(jì)算成擬合DMSP 2020數(shù)據(jù)。

1.2 城市建成區(qū)提取

城市建成區(qū)是指行政區(qū)范圍內(nèi)集中連片的部分，以及在近郊區(qū)附近與城市有著密不可分的聯(lián)系的區(qū)域。目前基于燈光數(shù)據(jù)提取城市用地信息的方法主要閾值法和圖像分類法兩種方法，本文采取閾值法，將DN值劃為40作為城市建成區(qū)的范圍閾值[21]。

1.3 研究方法

空間擴(kuò)展測(cè)度：城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展變化主要使用擴(kuò)展速度、擴(kuò)展強(qiáng)度表征[22]。計(jì)算公式如下：

V=(Ai+n-Ai)/n

(1)

S=[(Ai+n-Ai)/n]/Ai×100%

(2)

式中，V、S分別表示空間擴(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度；Ai+n、Ai表示研究時(shí)段內(nèi)始末期的建成區(qū)面積；n為時(shí)間跨度。

引力模型：起源于牛頓經(jīng)典力學(xué)中的萬(wàn)有引力模型經(jīng)過眾多學(xué)者對(duì)其不斷拓展，逐漸形成較為完善的理論體系，可以用來表征空間相互關(guān)聯(lián)、影響程度[17,18]。計(jì)算公式如下：

(3)

式中，Gij為城市i與城市j之間的人居活動(dòng)聯(lián)系程度大?。籏為引力常數(shù)，一般取值為1；Qi、Qj為城市i、城市j的質(zhì)量，使用各個(gè)城市建成區(qū)內(nèi)夜間燈光值總量表征城市質(zhì)量；Dij為城市i與城市j之間的空間距離，本文使用空間直線距離；r為摩擦系數(shù)，本文摩擦系數(shù)值為1，用以揭示國(guó)家或省級(jí)的城市空間聯(lián)系狀態(tài)。

空間自相關(guān)分析：使用Moran′s I指數(shù)衡量我國(guó)地級(jí)以上城市人居活動(dòng)的空間聯(lián)系程度[23,24]。計(jì)算公式如下：

(4)

(5)

Moran′s I數(shù)值范圍一般在[-1，1]之間，當(dāng)數(shù)值為負(fù)數(shù)時(shí)，表明空間分布上呈負(fù)相關(guān)，絕對(duì)值越大，空間差異越大；當(dāng)數(shù)值為正數(shù)時(shí)，表明空間分布上呈正相關(guān)，數(shù)值越大，空間集聚性越強(qiáng)；當(dāng)數(shù)值為0時(shí)，說明其空間分布不相關(guān)。n為研究區(qū)域數(shù)量；xi、xj分別表示城市i、j建成區(qū)夜間燈光總量即建成區(qū)人居活動(dòng)總量；S2為方差；wij表示空間權(quán)重矩陣，利用Rook方式進(jìn)行創(chuàng)建[25]。

全局自相關(guān)僅能對(duì)整體狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，不能表征各區(qū)域與其周邊鄰近區(qū)域的關(guān)聯(lián)程度，因此必須利用局部自相關(guān)進(jìn)行分析[26]。計(jì)算公式為：

(6)

當(dāng)Ii值為正值時(shí)，表明其局部區(qū)域呈現(xiàn)集聚分布狀態(tài)；當(dāng)Ii值為負(fù)值時(shí)，表明其局部區(qū)域呈現(xiàn)分散分布狀態(tài)。在此基礎(chǔ)上生成LISA聚類圖，便于直觀觀察其在局部區(qū)域的集聚狀態(tài)。

2 結(jié)果及分析

2.1 城市空間擴(kuò)展特征

1992—2020年我國(guó)城市人居活動(dòng)空間面積增加到原來的8.75倍，其擴(kuò)展速度、擴(kuò)展強(qiáng)度波動(dòng)明顯(表1)。為保證研究時(shí)序長(zhǎng)且數(shù)據(jù)時(shí)效性強(qiáng)的原則，將我國(guó)城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展時(shí)序變化分為3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行研究，分別是1992—2002年、2002—2012年、2012年—2020年。從擴(kuò)展速度來看，東部地區(qū)長(zhǎng)時(shí)間為全國(guó)增長(zhǎng)最多的地區(qū)，全國(guó)人居活動(dòng)空間面積逐年上升，擴(kuò)展強(qiáng)度一直保持在11%，各地區(qū)間空間擴(kuò)展特征差異較大。1992—2002年?yáng)|部地區(qū)的擴(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度均高于其他地區(qū)，主要受到改革開放政策的影響，越來越多的人流、信息流等人居活動(dòng)流從中西部地區(qū)涌向東部地區(qū)，從農(nóng)村涌向城市，在一定程度上擴(kuò)大了東部地區(qū)城市人居活動(dòng)的空間范圍。2002—2012年內(nèi)全國(guó)各地區(qū)均有明顯擴(kuò)張，擴(kuò)展強(qiáng)度均在10%以上，體現(xiàn)出該時(shí)段是我國(guó)城市空間擴(kuò)張的主要階段，此時(shí)經(jīng)濟(jì)發(fā)展全面向好，西部擴(kuò)張態(tài)勢(shì)尤為明顯，主要受到西部大開發(fā)和中部崛起戰(zhàn)略的影響，使中西部地區(qū)城市經(jīng)濟(jì)水平得到提高，人居活動(dòng)空間得到擴(kuò)大。2012—2020年，我國(guó)中西部的擴(kuò)張強(qiáng)度仍未減退，說明西部城市可發(fā)展空間較大、資源豐富、城市蓄力足，同時(shí)東部地區(qū)的擴(kuò)展強(qiáng)度降低主要是由于東部地區(qū)城市人居活動(dòng)空間的發(fā)展模型由外部延伸轉(zhuǎn)向?yàn)閮?nèi)部填充，而東北地區(qū)則由于經(jīng)濟(jì)動(dòng)力不足、人口外流等原因，未有顯著擴(kuò)張。

表1 1992—2020年我國(guó)城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展情況

2.2 城市空間集聚特征

全局自相關(guān)分析：為了分析我國(guó)地級(jí)以上城市人居活動(dòng)強(qiáng)度的空間分布的整體集聚特征，本文使用GeoDA軟件分別計(jì)算了1992年、2002年、2012年、2020年我國(guó)地級(jí)以上城市人居活動(dòng)的夜間燈光總量的Moran′s I值及其相關(guān)數(shù)值(表2)。從表2可見，1992—2020年的全局Moran′s I值均為正值，且通過99.9%置信度的檢驗(yàn)，說明我國(guó)286個(gè)地級(jí)以上城市的人居活動(dòng)空間分布呈現(xiàn)出顯著的城市集群特征，城市之間的相互依賴性較強(qiáng)，具有較為明顯的“馬太效應(yīng)”。即表現(xiàn)為人居活動(dòng)強(qiáng)度較高的城市之間相鄰近，強(qiáng)度較低的城市之間相鄰近的空間結(jié)構(gòu)。從時(shí)序變化角度看，Moran′s I值在1992—2012年呈逐年增加的趨勢(shì)，而2012—2020年數(shù)值卻有明顯的回落，說明城市之間的人居活動(dòng)強(qiáng)度空間集聚性呈逐漸增強(qiáng)又弱化的趨勢(shì)，近29年間我國(guó)城市發(fā)展經(jīng)歷了先大范圍集聚擴(kuò)張后差距逐漸縮小，發(fā)展趨于平衡的過程。

表2 1992—2020年我國(guó)城市人居活動(dòng)空間Moran′s I值

局部自相關(guān)分析：為了進(jìn)一步測(cè)度城市人居活動(dòng)強(qiáng)度的局部空間特征及其變動(dòng)，本文采用局部Moran′s I指數(shù)進(jìn)行了分析。利用GeoDa軟件計(jì)算得出局部Moran′s I指數(shù)數(shù)值，并將其劃分成4種空間關(guān)系(HH、LL、LH、HL)，利用ArcGIS軟件進(jìn)行可視化顯示(圖1)。4種空間關(guān)系的區(qū)域特征依次為：①高高區(qū)域特征。區(qū)域差異性較小，整體區(qū)域的人居活動(dòng)總量較高。1992年，HH區(qū)域主要分布在廣東、江蘇、河北、山西、黑龍江等省份，直轄市在該年份未體現(xiàn)明顯的輻射作用，仍以各省原有的資源、產(chǎn)業(yè)、交通優(yōu)勢(shì)，其人居活動(dòng)強(qiáng)度呈高值集聚分布。隨著時(shí)間推移，該特征城市數(shù)量不斷增加，河北、江蘇保持高值集聚，山東由強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)支撐與環(huán)渤海的交通條件優(yōu)勢(shì)發(fā)展加快，廣東在2020年較周邊地區(qū)高值集聚的特征不再顯著。同時(shí)，城市人居活力強(qiáng)度的改變已不再以省份為單位發(fā)展，而逐漸受到重點(diǎn)型城市和核心型城市的輻射作用，按京津冀城市群、長(zhǎng)三角經(jīng)濟(jì)帶等區(qū)域組團(tuán)，沿東部和東南部沿海連綿分布。②低低區(qū)域特征。區(qū)域差異性較小，整體區(qū)域的人居活動(dòng)總量較低。LL區(qū)域主要分布在四川、甘肅、貴州、江西、云南、西藏、廣西等中西部省份。這類地區(qū)由于處于邊遠(yuǎn)地區(qū)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面，鮮少受到大城市的輻射帶動(dòng)作用；自然地理方面，地形復(fù)雜，大多位于我國(guó)第一、二階梯，導(dǎo)致其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，因此該區(qū)域的人居活動(dòng)總量也相對(duì)較低。經(jīng)過近29年的發(fā)展，LL低值集聚城市數(shù)量減少，中部地區(qū)不再具有顯著的低值特征，與周邊城市人居活力逐漸形成均衡發(fā)展模式。③低高區(qū)域特征。區(qū)域差異性較大，城市本身的人居活動(dòng)總量較低，但周邊城市人居活動(dòng)總量較高。主要位于河北、廣東等HH區(qū)附近分布，該類型的城市數(shù)量相對(duì)較少，城市周圍大多分布著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的城市。相對(duì)于周邊城市而言，這類城市的發(fā)展優(yōu)勢(shì)并不明顯，在一定程度上限制了該類地區(qū)的人居活動(dòng)總量。如河北承德4個(gè)年份均表現(xiàn)為L(zhǎng)H特征，原因在于其城市定位為避暑旅游城市，夏季外來人口較多，但本地發(fā)展未有明顯進(jìn)步，又由于位于河北邊緣，與內(nèi)蒙古、遼寧相鄰，經(jīng)濟(jì)未得到長(zhǎng)足發(fā)展。④高低區(qū)域特征。區(qū)域差異性較大，城市本身的人居活動(dòng)總量較高，但周邊城市人居活動(dòng)總量較低，大多分布在重慶、武漢、蘭州、長(zhǎng)沙這類作為直轄市或省會(huì)城市等經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的中西部地區(qū)。這類城市在所在區(qū)域的一定范圍內(nèi)占據(jù)較大的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，市區(qū)輻射帶動(dòng)能力較強(qiáng)，人居活動(dòng)總量相對(duì)較高，說明在一些城市人居活動(dòng)欠發(fā)達(dá)地區(qū)，省會(huì)的首位帶動(dòng)作用愈見明顯。

審圖號(hào)：GS(2020)4622號(hào)，國(guó)家自然資源部監(jiān)制。

2.3 城市空間關(guān)聯(lián)特征

城市等級(jí)結(jié)構(gòu)：城市節(jié)點(diǎn)等級(jí)作為區(qū)分城市空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的基本要素之一，根據(jù)城市位序—規(guī)模法則可知，在空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的重要性差距較大。因此，將各個(gè)城市建成區(qū)的夜間燈光總量即人居活動(dòng)強(qiáng)度作為衡量城市在空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中等級(jí)差異的標(biāo)準(zhǔn)，利用ArcGIS中的自然斷點(diǎn)法，對(duì)其進(jìn)行等級(jí)劃分(表3)。

表3 1992—2020年我國(guó)城市節(jié)點(diǎn)等級(jí)分類

表3中，Ⅰ-Ⅴ級(jí)表示人居活動(dòng)總強(qiáng)度從強(qiáng)到弱，將其分為核心型城市、重點(diǎn)型城市、重要型城市、普遍型城市和一般型城市。從各城市等級(jí)數(shù)量來看，各等級(jí)城市數(shù)量逐漸均衡，各等級(jí)間差異減小，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)城市占整體城市比例呈增長(zhǎng)又下降趨勢(shì)。這說明，1992—2012年各城市均有不同程度的城市人居活力提升，空間差異縮小，而2012—2020年隨著城市功能逐漸穩(wěn)定，部分城市優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯，發(fā)展較快，人居活力強(qiáng)度顯著。從不同等級(jí)城市空間分布看，各年間不同等級(jí)城市分布呈現(xiàn)先聚集后分散再集中的特征，且城市等級(jí)與行政等級(jí)相關(guān)性較強(qiáng)，等級(jí)高的核心城市多為直轄市或各省省會(huì)及副中心城市。1992年，核心型城市較少，只有北京、天津、上海、廣州、東莞等，重點(diǎn)型城市主要為部分省份的省會(huì)，如哈爾濱、沈陽(yáng)、南京、太原等，人居活力強(qiáng)度較大城市以東北、華北為主，強(qiáng)度較小城市則廣泛分布于我國(guó)腹部地區(qū)。隨著城市發(fā)展有序進(jìn)行，核心型城市人居活動(dòng)強(qiáng)度依舊顯著領(lǐng)先于其他城市，數(shù)量有所增加，以直轄市及其周圍為主，重點(diǎn)型城市則普遍分布于東部沿海地區(qū)的現(xiàn)象。河北、山西、江蘇等省份由于自然資源與交通運(yùn)輸?shù)葍?yōu)勢(shì)，發(fā)展迅速，華北、東部、東南沿海地區(qū)城市等級(jí)大幅提升，而東北城市人居活力卻有明顯減弱，西北地區(qū)沒有明顯變化。

關(guān)聯(lián)層級(jí)結(jié)構(gòu)：由引力模型得出城市與城市之間的空間關(guān)聯(lián)(表4)。由于部分區(qū)域未達(dá)到建成區(qū)提取條件(DN≥40)，因此4年的空間關(guān)聯(lián)數(shù)量并不相同。其網(wǎng)絡(luò)空間關(guān)聯(lián)數(shù)量由1992年的75349對(duì)聯(lián)系增加至2020年的81509對(duì)聯(lián)系，說明人居活動(dòng)空間關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)由稀疏且相對(duì)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)逐漸成長(zhǎng)為稠密且相對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。本文利用ArcGIS中的自然斷點(diǎn)法對(duì)其進(jìn)行分類，其中空間關(guān)聯(lián)共可分為5類，即Ⅰ-Ⅴ級(jí)聯(lián)系，關(guān)聯(lián)程度由最強(qiáng)至最弱。除了Ⅴ級(jí)聯(lián)系之外其他4類聯(lián)系的數(shù)量均呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)，這也在一定程度上說明我國(guó)城市空間關(guān)聯(lián)的程度正在逐漸加強(qiáng)。

表4 1992—2020年我國(guó)城市空間關(guān)聯(lián)分類

宏觀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：“流空間”理論下的城市網(wǎng)絡(luò)是由城市節(jié)點(diǎn)和城市關(guān)聯(lián)軸線兩個(gè)部分所構(gòu)成，并在一定的地理空間上映射而成的。在此基礎(chǔ)上，本文為了直觀地反映出我國(guó)地級(jí)以上城市人居活動(dòng)空間關(guān)聯(lián)的分布格局，根據(jù)城市節(jié)點(diǎn)等級(jí)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)層級(jí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算結(jié)果計(jì)算出城市最大引力連接線，繪制了我國(guó)城市空間關(guān)聯(lián)程度時(shí)空演變，具體如圖2所示。

審圖號(hào)：GS(2020)4622號(hào)，國(guó)家自然資源部監(jiān)制

由最大引力線變化看，1992年我國(guó)整體人居活動(dòng)呈顯著的北京、上海、廣州三極核分布特征，分別帶動(dòng)北部、西北部、東部、南部地區(qū)城市人居活力發(fā)展。隨著時(shí)序的變化，各極核的空間引力輻射范圍逐漸減小，地區(qū)間形成自己的輻射單元。東北地區(qū)的黑龍江、吉林和內(nèi)蒙古北部一直有自己穩(wěn)定的組團(tuán)結(jié)構(gòu)，遼寧則受京津冀整體的影響較大，這既與城市人居活動(dòng)水平有關(guān)，更有城市的地理位置相關(guān)；重慶帶動(dòng)周邊中西部城市人居活力的能力逐漸凸顯；東部沿海和東南部沿海城市不再完全依靠上海帶動(dòng)作用，而憑借自身優(yōu)勢(shì)與周邊城市建立引力結(jié)構(gòu)，沿海岸線呈條帶狀分布。至2020年，我國(guó)人居活動(dòng)空間格局形成多核心組團(tuán)的關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

由網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)層級(jí)結(jié)構(gòu)看，不同時(shí)段內(nèi)我國(guó)各等級(jí)城市空間關(guān)聯(lián)強(qiáng)連接對(duì)數(shù)(Ⅰ-Ⅳ級(jí))均有明顯增加，由1992年的1280對(duì)上升至2020年的11450對(duì)，最強(qiáng)聯(lián)系程度增大4倍，人居活動(dòng)聯(lián)系日漸密切，城市間發(fā)展差距縮小。我國(guó)整體空間關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)具有顯著的空間異質(zhì)性特征，城市人居活動(dòng)聯(lián)系非常密切的地區(qū)主要于長(zhǎng)三角、珠三角、京津冀3個(gè)城市群組團(tuán)分布，其次分布于沿海城市和東北部、中西部經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較好的區(qū)域，其他地區(qū)聯(lián)系較為松散。引力模型的大小，不僅與城市地理位置有關(guān)，還與城市自身實(shí)力相關(guān)。廣州、北京、上海3個(gè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高的城市共同構(gòu)成人居活動(dòng)關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的核心框架，空間上的關(guān)聯(lián)軸線較為短促。中心聯(lián)系逐漸擴(kuò)張，輻射能力逐漸增強(qiáng)；新增了蘇州、無(wú)錫、杭州、東莞、青島等一系列經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高城市，在一定程度上加固了原有聯(lián)系格局，推進(jìn)了城市群中小城市的快速崛起，同時(shí)帶動(dòng)了自身及周邊省份共同發(fā)展，如河北、山東、福建等，而成都、重慶的中心地位日益凸顯，使中西部地區(qū)城市得以發(fā)展。通過時(shí)序比較發(fā)現(xiàn)，我國(guó)人居活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)更加完善，空間分布增加了大量新的城市節(jié)點(diǎn)，城市聯(lián)系更加緊密，呈現(xiàn)較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。

3 結(jié)論與討論

本文嘗試?yán)靡归g燈光數(shù)據(jù)表征人居活動(dòng)強(qiáng)度，使用空間擴(kuò)展測(cè)度、引力模型和空間自相關(guān)分析探究了我國(guó)286個(gè)地級(jí)以上城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展與關(guān)聯(lián)，深入探討了我國(guó)城市網(wǎng)絡(luò)空間關(guān)聯(lián)和空間集聚特征，以期深化我國(guó)城市網(wǎng)絡(luò)研究，為制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略提供一定的依據(jù)。主要結(jié)論如下：①空間擴(kuò)展時(shí)空特征。我國(guó)城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展速度和擴(kuò)展強(qiáng)度均有所增強(qiáng)，1992—2020年我國(guó)城市人居活動(dòng)空間面積增長(zhǎng)至原來的8.75倍，擴(kuò)展速度、擴(kuò)展強(qiáng)度波動(dòng)明顯，東部地區(qū)擴(kuò)展速度一直處于領(lǐng)先地位，而中、西部擴(kuò)展強(qiáng)度則隨著年際間發(fā)展穩(wěn)步提升，東北地區(qū)擴(kuò)展能力相對(duì)落后。②空間關(guān)聯(lián)集聚特征。通過全局自相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，城市人居活動(dòng)強(qiáng)度空間差距逐漸減小，集聚性特征則先逐漸增強(qiáng)又呈弱化的態(tài)勢(shì)，全局Moran′s I指數(shù)先上升后下降.通過局部自相關(guān)分析可以將其劃分成4類空間關(guān)聯(lián)類型，人居活動(dòng)總量高值區(qū)集聚于東部沿海，低值區(qū)則集聚于中部和西北部。③空間關(guān)聯(lián)總體特征。城市節(jié)點(diǎn)等級(jí)共分為5種類型，除一般型城市之外，其他城市節(jié)點(diǎn)數(shù)量均處于不斷增加狀態(tài)，其中核心型城市和重點(diǎn)型城市主要分布于我國(guó)東部地區(qū)?？臻g關(guān)聯(lián)層級(jí)數(shù)量隨著時(shí)間的推移也處于不斷增加的狀態(tài)，城市空間關(guān)聯(lián)具有明顯的異質(zhì)性特征。

本文應(yīng)用建成區(qū)內(nèi)的夜間燈光總值表征人居活動(dòng)總強(qiáng)度，更能精確地反映出城市人居活動(dòng)空間擴(kuò)展及關(guān)聯(lián)特征。但由于夜間燈光數(shù)據(jù)僅能表示夜間狀況，具有一定的缺陷，因此在未來的研究中應(yīng)與其他數(shù)據(jù)相結(jié)合做進(jìn)一步研究。