武汉城圈城镇体系空间分形研究-中国区域发展网.doc

武汉城市圈城镇体系空间分形研究 摘要：基于统计学和分形理论，对武汉城市圈城镇体系的城镇规模级别分布维数、空间关联维数、空间集聚维数等分形维进行计算与分析。3项指标的相关系数都较高，武汉城市圈城镇体系空间自组织现象明显，存在空间分形结构和分形特征；武汉城市圈城镇体系具有规模分布较均衡、城市分布交通指向性明显、城市空间关联较弱、城镇体系内各城市向中心城市高度集聚等基本规律与特征。针对所存在的主要问题，最后提出武汉城市圈城镇体系相关的优化调控措施。 关键词：分形；城镇体系；武汉城市圈 0 引言 分形通常是指由与整体以某种方式相似的各个部分所组成的几何形态[1]，如曲折的海岸线、连绵起伏的地表形态、复杂多变的气候过程等非线性的复杂形态，是分形几何学的研究对象。分形概念的提出源自1967年B. B. Mandelbrot在美国《科学》杂志上发表的论文“英国的海岸线有多长?统计自相似性与分数维数”[2]，由此发展起来的分形理论为揭示复杂现象的内在规律性、从部分认识整体、从有限认识无限提供了新的工具[3]。分形理论的核心是自相似性，描述分形体自相似性的特征量是分维。20世纪90年代，分形理论在地理学领域的应用活跃起来，并被广泛用于城市地理研究[4-5]。陈彦光等，刘继生等讨论了城镇规模级别分布的Zipf模型，提出了城镇体系的空间相关性的分形模型和城市引力模型的一般形式，在基础理论研究方面取得了重要成果[6-11]；王益谦等对城市人口分布的标度不变性进行了分析[12]；不少学者对全国及各省市空间结构进行了基于分形理论的实证分析[13-14]。目前，城镇体系分形研究已成为城市地理学理论研究的前沿领域[15]，分形维数已被视为刻画城镇体系结构的有效参数这[16]。 城镇体系也称为城市体系或城市系统，是指在一个相对完整的地域范围内以中心城市为核心由不同规模级别、不同职能分工且联系密切、互相依存的城市组成的有机整体[17]。城市的发展是自组织的过程，具有自组织系统的演化特征[18]，在此过程下演化而来的城市有复杂的、非线性的空间形态，这种空间形态具有分形特征。城镇体系各要素通过物质流、能量流和信息流的传输和交换，相互作用、协同发育，使得城镇的空间分布显示出一定的规律，这便是分形结构[19]。许多学者对国内各地的城镇体系作了分形研究，邬文艳对呼包鄂城市群空间结构进行了分形测算[20]；汤放华等运用等级规模结构分形理论和方法对长株潭城市群进行了实证研究[21]；孙在宏等借助位序—规模法则和异速生长理论研究了江苏省城市体系规模分布及异速生长规律[22]；黄建毅等运用引力模型和分形理论对辽中城市群范围进行了科学界定并分析了城市群人口、经济规模分布特征[23]；钱宏胜等对中部六省城市体系规模序列进行了研究和预测[24]；刘效龙等运用分形理论、马尔科夫转移矩阵等多种方法研究了中原城市群规模级别的时空演变规律[25]。 城镇体系的空间结构合理与否直接关系到城镇能否正常发展以及城市体系中心城市与周围腹地的生产布局、交通联系是否协调合理，因而在科学分析城镇体系空间结构的基础上制定出适宜的区域发展策略对城镇体系未来向着正常乃至优化方向发展至关重要。 武汉城市圈是指以武汉为中心，包括周边黄石、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、仙桃、天门、潜江8个城市所组成的城市圈。从城市间经济联系强度、隶属度以及距离、交通通达性的角度，武汉、鄂州、黄石、孝感组成核心圈，黄冈、咸宁、仙桃、天门、潜江构成外围圈。该圈域占湖北省33％的土地和51.6％的人口，城市密集度较高，经济基础较好，环境及自然条件优越，是湖北省乃至长江中游最大的城市圈域，也是湖北经济实力最强的核心区域。余瑞林等运用GIS与分形理论相结合的方法研究了武汉城市圈的空间形态特征[26]，而从等级规模、空间关联、空间集聚等角度的全面分析还尚未涉及。 1 城镇体系的规模级别结构 城市规模级别结构是指一定区域内城镇规模的层次分布，它能揭示一个地区内城镇规模的分布规律[18]。 1.1 城市首位指数 将城市区域内由非农业人口数量确定的城市人口规模作为特征量，将城市规模分为超大城市（市区非农业人口＞200万）、特大城市（市区非农业人口100万～200万）、大城市（市区非农业人口50万～100万）、中等城市（市区非农业人口20万～50万）、小城市（市区非农业人口＜20万）5个等级。从武汉城市圈所包含的9个城市非农业人口统计数据来看，有超大城市3个、特大城市2个、大城市3个、中等城市1个（表1）。 根据马克·杰斐逊（M. Jefferson）的城市首位律，城市首位指数应包括两城市指数S2、四城市指数S4。根据表1的数据可得，武汉城市圈城市首位律为：