2007年第4期人口与经济No．4，2007(总第163期)POPULATION＆ECONOMICS(Tot．No．163)长江流域城市人口分布及空IhT术H关性研究邓祖涛1，陆玉麒2(1．湖北经济学院旅游学院，湖北武汉；2．南京师范大学地理科学学院，江苏南京)摘要：本文选取长江流域104个城市人口样本作为研究对象，采用人口分布的结构指数和空间自相关分析方法．以及借用GIS技术来研究长江流域城市人口分布的空间动态特征和城市人口之间的功能联系。结果表明，长江流域城市人口空间结构呈均衡发展态势；人口密度分布呈现趋同趋势；城市人口与邻近城市人口之间的空间正相关要多于空间负相关；长江流域城市人口之间的空间关联性被分为八种类型。关键词：长江流域；人口分布；空间相关性中图分类号：C922文献标识码：A文章编号：1000—4149(2007)04—0007—06AStudy onUrbanPopulationDistribution andSpatialAuto·-correlation inYangtzeBasinDENGZu·tao，LUYU—qi(Department ofTourism，HubeiUniversity ofEconomics，Wuhan，HubeiProvince，China，；School ofGeographicalScience，NanjingNormalUniversity，Nanjing，JiangsuProvince，China，)Abstract：With；data collected in104 cities alongYangtzeRiverBasin，by using population structure indexes，spatial auto—correlation analysis andGIS technology，一this paper looks at the special features of urban population distribution inYangtzeRiverBasin and the relationship among urban population in different cities．The results show that(1)urban population spatial structure inYangtzeRiverBasin presents the equilibrium development situation；(2)the population density distribution presents converging trend；(3)There are more spatial positive correlation than negative correlation between them，and urban population spatial correlation inYangtzeRiverBasin is divided in8 types．Keywords：YangtzeRiverBasin；population distribution；spatial auto—correlation一、引言城市人口在一定的地域环境下，并不是随机分布的，而是呈现一定的空间分布形态。衡量人E1分布的传统方法有很多，如人口重心、人El密度等，但这些方法均不能有效地揭示城市人口分布的空间态势和城市人口之间的空间关联性及关联程度。为此，笔者采用人口分布的结构指数和空问自相关分析方法，以及GIS技术来研究，其目的是便于及时地捕捉流域城市人口分布的动态收稿日期：2006—05—12基金项目：本文系国家自然科学基金项目《长江流域空间结构演化规律研究》(批准号：)的阶段性成果。作者简介：邓祖涛(1972一)，男，湖北沙市人，湖北经济学院旅游学院讲师，博士，主要从事城市和区域规划研究、旅游经济研究。·7·特征和城市人口之间的功能联系，为长江流域城市人口结构优化举措的制定和城市人口分布可持续发展的实现提供一定的指导作用和科学依据。二、研究范围和数据来源长江是中国第一大水系，流经十多个省市自治区，流域面积达180多万平方千米。为了研究需要，笔者仅选取了四川、重庆、湖北、湖南、江西、安徽、江苏、浙江、上海等七省二市作为研究范围。研究对象主要是指地级以上的城市。为兼顾研究区域的连续性，还包括了四川的凉山州、湖北的恩施自治州、神农架林区、天门、潜江、仙桃以及湖南的湘西自治州，共计104个研究样本。数据来源于中国城市统计年鉴(1996年、2001年和2004年)。三、研究方法(一)人口分布的结构指数为考察长江流域城市人口空间结构在区域上是相对集中还是相对均衡，可以采用不均衡指数(U)和集中指数(C)，其计算公式…为：U=公式(1)中：n为城市个数，z，为i城市人口占总人口的比重；土地面积的比重；U的数值越小，表明城市人口的空间结构越均衡。(1)Y。为i城市土地面积占总C=百1∑l石i—Y。I(2)。·：i公式(2)中n、戈。、Y；与公式(1)所表示的含义相同；C的数值越小，表明城市人口的空间结构越均衡。(二)人口分布的空间自相关空间自‘相关是一种空间统计的方法，用以显示某种地表现象是否存在某种特殊的空间形态怛1。近年来，许多社会和行为科学的研究开始借助于空间统计分析方法口。1，来探测社会现象的空间模式和非常态分布№]。由于侧重点不同，空间自相关可以从全局自相关和局部自相关两个角度进行考察n柚]。1．全局空间自相关全局空间自相关系数是用来验证整个研究区域的空间模式和度量属性值在整个区域空间的分布态势，表示全局空间自相关的指标和方法很多。主要包括连接统计，Moran’sI，Geary’C和Getis’G，其中常用的是Moran’SI。Moran’SI是用于衡量空间要素的相互关系。与一般统计学中相关系数类似，不同的系数值表示的含义不同。系数值大于零，表明各单元间存在空间正相关，单元内的观察值有趋同趋势，反之为负相关，单元内的观察值有不同的趋势，等于零则表明不存在空间相关性，属于独立随机分布。其计算公式：公式(3)中：s2为城市人口密度方差值，即，s2=去骞(戈。一孟)2；孟·8·(3)=去警石i。戈。和巧分别为i城市和J城市的人口密度，K为空间权重矩阵的元素。空间权重的确定一般采用邻接标准和距离标准。在这里采用邻接标准来计算流域城市的空间权重。具体规则为：如果i城市与f城市相邻，形i取1，反之，形i取0。2．局部空间自相关前述的全局指标仅仅使用一个单一的值来反映一定范围内的自相关，很难发现存在于不同位置区域的空间关联模式，而且当全局统计不能提供全局空间关联的证据时，更加需要采用局部指标来发现可能存在的局部显著性空间关联。格蒂斯(GetisA)和阿鲁德(OrdJK)从理论上对不同的局部指标进行了解释，并举例说明了它们在确定局部空间关联模式方面的有效性n¨11]。一般而言，局部空间自相关分析有两种方法，一是Moran散点图，另一是局部Moran’SI统计量。前者通过散点图的形式，定性地区分出各单元的相互关系。而后者除了具有Moran散点图的功能之外，还可以定量地得知各单元间关联的具体程度，并且通过MAPINFO的空间展示功能，显示它们在研究区域上的具体地理分布。(1)散点图(Scatter plots)Moran散点图是用来研究局域空间的异质性，即研究局域空间某种地理现象的空间关联性。其横坐标为各单元标准化处理后的人口密度，纵坐标为其空间连接矩阵所决定的相邻单元的人口密度的平均值。。Moran散点图有四个象限组成。落入第一象限(H—H)和第三象限(L—L)的观察值分别表示某城市与其相邻城市的人El密度皆较高(低)，因而与相邻地区的人口密度分布表现为空间正相关。位于第二象限(L—H)和第四象限(H—L)的观察值分别表示该研究区的人El密度较低(高)，其周边地区的人口密度却较高(低)i因而与相邻地区的人口密度分布表现为空间负相关。(2)局域空间自相关指标局域空间关联性指标LocalMoran’SI是用来揭示空间地域单元与其邻近的空间单元属性特征值之间的相似性或相关性，可用于识别“热点区域”以及数据的异质检验①。其计算公式：≯Z(，)=Zi>：耽izi(4)公式(4)中Z；和zi为观测值的标准差标准化形式，即Z。：_—兰竺三竺，z，：√去砉㈠刊2。_了—萼≥兰，其中，n为流域城市数，露：{(龙。+z：+…石。)，Xi和一分别为i城市和’，城市√去蕃㈠刊2“的人口密度；形i是按照邻接标准得出的i城市和．f城市的空间权重矩阵。四、结果与讨论(一，流域城市人口结构总体特征对照表1的分析结果可以发现，长江流域城市人口空间结构总体特征，从时序角度讲，城市人口空间结构相对于土地面积的不均衡指数和集中指数是在不断下降的，人口稠密区和人口稀疏区的密度差逐渐减小。表明长江流域城市人口空问结构呈均衡发展态势。(二)流域人口的全局自相关特征’利用全局自相关公式计算出长江流域城市人口密度分布的全局自相关系数(表2)。结果显①RogerBivand．AReview ofSpatialStatisticalTechniques forLocationStudies．http：／／www．nhh．no／geo／gib／giblib98—3／lund ht瑚．1998．·9·示1995～2003 if-M。ranI系数都为正值，说明长江流域城市人El密度之间可能存在正的相关关系，但还需要进一步检验。对不同时期的全局相关系数分别进行近似正态分布的相关性检验。零假设为长江流域104个城市单元的属性值之间不存在空间自相关。取显著性水平a=0．05，在此水平下检验的临界值为+Zo。；：I．96，由表2计算出来的统计量Z>1．96，故拒绝假设。即检验结果表明，长江流域城市人El密度分布呈现趋同趋势。具体而言，流域人口高密度区域与人I：1高密度区域相邻接，低密度区域和低密度区域相邻接。不过，这种趋势可细分为两个阶段：1995～2000年为趋同趋势加强阶段；2000～2003年为趋同趋势减弱阶段。表2长江流域城市人口密度MoranI系数及其Z值 j·，0．·：!竺：!：竺———一————————————————————————————————__—————————————————————————————————I————————————————一(三)流域人El的局部自相关特征1．散点图研究情况利用ex。e1软件绘制长江流域城市人口密度空间分异状态的散点图(图1)。从图1中可以看出，第一象限和第三象限分布的城市较多，占研究对象的77．9％，而分布第二象限和第四象限的城市较少，仅占22．1％。这表明长江流域城市人I：1与周边城市人I：1之间的空间正相关要多于空间负相关。进一步发现，位于同一象限不同位置的城市与其周边城市人El的空间关联性是不同的，即关联度是不同的。一般而言，位于同一象限中越远的点(城市)，与周边地区的城市的关联性越强，反之，越靠近原点的点(城市)，则与周边城市的关联性越弱。但要真正地弄清楚人1：1分布现象的内在联系的动因和形成机理，需要结合局部空间自相关指标对长江流域城市人口的空间相关性作进一步分析和分类，以便真正地弄清楚人E1分布现象的内在联系的动因和形成机理。·10·┏━━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━━┓┃上哇┃┃┃12┃◆┃┃10┃┃┃8┃┃┃┃●┃┃·6┃一◆┃┃·知┃●◆●●┃┃．．．。～垒．┃妊◆，．．．．◆．。┃┣━━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━━┫┃┃：y1◆ j┃┃┃●┃┃一…j帮┃┃┃●▲．1┃┃┗━━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━━┛图l长江流域城市局部自相关Moran散点图2．局部自相关指标研究情况以城市人Ill密度为观察值，利用局部自相关公式计算出长江流域城市人VI局部自相关系数(表3)。根据局部自相关系数，结合流域城市的实际情况，笔者把长江流域城市人口的空间关联性分为八种类型，并分别进行解释。为了更加直观地观察这八种类型在长江流域城市间的空间分布状况，借用MAPlNFO绘制成专题地图(图2)。表3长江流域城市人口分布的JoealMoran系数城市 z(I，)城市Z(I。)城市Z(Ij)城市Z(I。)城市 z(I．)城市Z(Ii)成都一0．5354凉山州5．4575神农架7．3231九江3．0867阜阳2．0467淮安0．1250自贡一0．3648重庆1．4571长沙一0．1536新余0．9079宿州0．8824宿迁0．7507攀枝花武汉1．0732株洲0．9644鹰潭1．0725巢湖一0．0360杭州0．6560泸州一0．4235黄石0．1062湘潭一0．1357赣州2．8975六安一1．3175宁波0．4048德阳0．9116十堰3．2630衡阳0．1724吉安2．7920毫州2．5710温州一0．4332绵阳一0．4585宜昌5．2704邵阳09227宜春2．5547池州3．7360嘉兴7．7149广元1．2538襄樊3．7851岳阳1．3017抚州3．7277宣城一2．6643湖州一0．3808遂宁0．7054鄂,kl、I1．1205常德2．7296上饶4．0476南京2．5078绍兴0．0120内江0．5073荆门1．5449张家界4．4395合肥0．4048徐州1．3996金华0．4784乐山1．3735孝感0．1855益阳0．8232芜湖一0．3915连云港0．9122衢州2．7496南充一0．4313荆州0．2088郴州3．0972蚌埠1．1316南通3．8744舟山0．2347眉山一00273黄冈一0．3074永州1．1724淮南2．5270苏州8．6099台州一0．1735宜宾0．6211咸宁一0．2453怀化3．9474马鞍山0．9420无锡3．4299丽水0．1692广安0．2636随州0．9670娄底一0．0659淮北1．1117常州5．4834上海11．6903达州一0．0076恩施6．7907湘西4．1803铜陵一0．3921盐城0．6987一一雅安1．3984潜江一0．0003南昌一I．4011安庆0．6768扬州2．1708一一巴中0．7850天门0．0062景德镇2．1297黄山5．3596泰州9．1859一一资阳1．4275仙桃1．1470萍乡0．1768滁州一3．0546镇江3．3055一一圈例E互叠高度扩救区 r---q中度扩散区E匹田低度扩艘区回掇低扩散区四高度集聚区E五盈低座集聚区6歪日高度离心区口低度离心区图2长江流域城市人口局域自相关分布图(1)高度扩散型。指局域相关系数I>2．9，且人12I密度大于平均值的城市。在一些城市，由于经济发达、’服务设施完善以及交通便利等因素的影响，使得该城市人lZl密度很高。在扩散效应的影响下，邻近城市的人口密度也很高。很显然，该城市人口与其周边城市人El的空间关联性很强。如上海、苏州、无锡等城市就属于此类。(2)中度扩散型。指局域相关系数0

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