珠三角城市群內部空間相互作用研究

◎ 吳康敏 劉艷艷

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珠三角城市群內部空間相互作用研究

◎ 吳康敏 劉艷艷

摘 要：城市群的概念近來引起熱議，對城市群內部空間結構的探尋對于科學制定城市群發展戰略具有重要意義。本文以珠三角城市群作為研究案例，基于主成分模型，選用指標體系對珠三角城市群的城市綜合規模進行定量測定，同時結合場強模型劃分了珠三角內九大城市腹地范圍。結果顯示珠三角城市群當前仍舊存在區域內城市發展不平衡的狀況，廣州深圳雙城獨大的狀況仍舊在未來較長一段時間內持續下去。同時結合腹地面積與行政區面積的分析認為，腹地面積更多取決于城市的發展實力與城市的區位，城市決策者在制定城市發展策略時應該從區域視角出發而非止步于行政區的限制。

關鍵詞：城市群 腹地 珠三角 場強

一、引言

當前，隨著城市化與區域一體化趨勢的不斷推進，城市群作為一個發展概念被普遍運用到大都市區的構建中。城市群是社會經濟高度集聚，城市間發生緊密聯系的一種城市化現象[1]。當前，城市群還尚未形成一個統一的學術概念，城市群這一名詞普遍意指在特定的區域內，以一個或多個城市為核心，以三個以上為構成單元，依托發達的基礎設施網絡所構成的，空間組織緊湊、經濟聯系密切、高度一體化的城市群體。在經濟全球化的大背景下，城市群地位不斷提升，已經成為國家參與全球化競爭的新地域單元[2]。城市群構成的主要特征是地域范圍內有著相當數量不同性質、等級的城市，依托一個或兩個核心與現代交通網絡而緊密形成一個城市集合體[3]。城市群的劃分與城市群的影響范圍和城市群內部城市的腹地劃分密切相關，對城市腹地范圍的確定具有重要的現實意義。城市群腹地的測定可以讓政策制定者以超出行政區劃的目光來更好地制定城市發展計劃，讓城市的發展策略更加合理化。因此，城市群內部腹地劃分是當前城市群發展研究的一個熱點方向。現有的城市群研究內容比較分散，包括基本概念內涵、發育動力機制、范圍識別、緊湊程度等，研究內容涵蓋了城市群發展的方方面面[4]，而對城市群輻射力的相關研究也更關注宏觀層面[5-7]，對單個城市群內部空間結構劃分的研究偏少。

對腹地的探索歷來是學術研究的熱點，早期的研究從中心地理論，中心-外圍理論，集聚擴散效應，增長極理論等開始探討城市的影響區，正是這些經典的理論構成了腹地研究的理論基石[8]。目前國內也有許多關于城市腹地、港口腹地的研究成果。研究方法主要包括引力模型、加權Voronoi圖、斷裂點模型、勢能模型以及分形理論[9-10]。研究尺度覆蓋了全國性研究到區域性研究及對單個城市腹地范圍的研究，包括了基于場強模型的對全國地級市的城市腹地分析，對中部地區城市影響范圍演變的分析，對中國海西區地級以上城市的腹地空間格局的分析[11-14]，基于斷裂點理論的單城市腹地研究等等[15-16]。

鑒于此，本文以珠三角城市群為研究對象，以該城市群內九大城市年鑒統計數據為基本研究數據，利用主成分模型、場強模型等方法，探索城市群內部的城市規模差異與空間結構形態，這對進一步深入理解城市群結構組織與形成機制具有重要的學術意義。

二、數據及研究方法

（一）研究區域與數據來源

本文以珠三角城市群為研究區域，包括廣州、深圳、東莞、珠海、惠州、佛山、江門、肇慶、中山九市，占地面積5.6萬平方公里。珠三角憑借其位于中國南部沿海，毗鄰港澳的獨特地理區位，在改革開放之后迅速發展起來，成為當前我國區域發展中一個極具影響力的發展區域。2014年，珠江三角洲實現地區生產總值5.78萬億元，人均國民生產總值突破10萬元[17-18]。

（二）城市綜合實力評價指標建立

城市綜合實力是一個綜合性的概念，城市人口或城市經濟總量指標都能在一定程度上反映出城市的綜合實力，但單類指標反映總體過于片面[19]。鑒于此，本文采用了多指標模型來刻畫綜合實力。考慮到指標選取的科學性、代表性、全面性與可操作性等，通過比較、篩選，選取了涵蓋珠三角九市經濟發展水平、城市規模、社會發展水平、基礎設施建設水平、科教發展水平、環境狀況等六大方面共18項指標進行考察。所采用的數據來自《廣東省統計年鑒2014》，部分來自《中國城市統計年鑒》。其中“高等學校在校學生人數”指標數據缺失，用2013年年鑒數據代替。指標體系如表1所示。

（三）研究方法

1. 基于主成分分析模型的城市規模測定

研究總體的指標過多一般會存在著指標數據過多而導致的數據冗余問題，加之指標與指標間的相關性也未確定，因此本文采用主成分分析模型來對指標進行降維處理，提取主成分來計算城市綜合規模值。

主成分分析用于多指標的綜合評價較為普遍，其優點在于能消除指標間的相關影響，能更加客觀描述總體的特性[20]。主成分分析方法是通過數學變化，使得新變量為原有變量的線性組合，并選取少數幾個在變差總信息量中占比較大的主成分來分析總體特征[21]。

主成分分析的一般步驟包括：原始數據的標準化；對無量綱數據進行求取相關系矩陣R；求相關系數矩陣的特征值與貢獻率；確定主成分個數提取主成分因子并計算主成分得分[22]。

表1 城市綜合實力指標體系

為排除數據量級和量綱不一致所帶來的影響，本文在計算前對指標數據進行標準化，為避免指標出現負值，本文采用極值標準化的方式。

公式（1）中Mij為第i個城市第j個指標標準化后的新值，Xij為第i個城市第j個指標標準化后的原始值，Aj為第j個指標的極小值，Bj為第j個指標的極大值

以SPSS軟件的描述統計功能對指標數據進行標準化，利用主成分分析對各變量進行分析。分析得出前四個主成分包含了系統總信息量的96.098%。認為前四個主成分可以基本概括指標狀況。

城市的綜合規模值的計算式為：

公式（2）中Ak是第K個主成分的貢獻率，m是特征值大于1的主成分的個數，此處m=4，K是主成分的編號，Ckj是第K個主成分在第j個變量上的載荷。根據此公式來求得2013年珠三角9個城市的城市發展綜合規模值。

2. 基于場強模型的城市腹地劃分

“場”是物理學概念，指的是物理量在空間上的分布，區域中的城市借助區域的網絡通道聯系帶動外圍地區的發展，由此產生的勢能差即抽象表達為“場”概念[23]。城市作為一定區域空間結構的節點，通過集聚與擴散功能影響周圍區域。借助物理學概念，將城市勢力圈等同為城市影響的力場，影響力大小稱為“場強”。顯然，場能的強弱與中心城市的影響力呈正相關，區域中心城市的綜合實力越大，則區域受到的城市輻射也大，中心城市的潛在腹地范圍面積也更大，其在區域中的發展帶動力也更大[24]。

以城市的綜合規模作為評價城市地理場強的綜合變量，則某一城市（吸引中心）與其外任意一點建立場強模型，計算公式如下：

（3）式中：Fik為i城市在K點上的場強，Zi為i城市的綜合規模，為i城市到K點的距離，a為距離摩擦系數，本文取標準值為2。

地域內任意一點都受到區域內不同城市不同強度的輻射，根據“場強取大”原則來確定點的城市腹地歸屬，以此來劃分不同的點到不同的區域腹地。通過GIS進行地圖可視化可以直觀地反映出研究區內各城市的腹地大小[25]。

在ArcGIS中利用fishnet工具對研究區生成230m×230m的格網，同時提取格網的質心，生成label點文件，計算質心點與9個城市質心的距離。與上文計算得到的城市規模值一并代入公式（3）中得到每個質心點受到的9個城市的輻射值。提取每個質心點所受的最大場強，將提取的質心與場強最大值的對應文件與格網面文件進行關聯，通過研究區行政區文件對格網文件進行裁剪。把裁剪得到的格網文件進行分層設色做出專題地圖，珠三角區域內各城市的腹地范圍實現可視化。（本文所采用的230m×230m格網是在模型結果不斷反推的基礎上得到的一個數量級，模型的目的是得到一個基本數量級，從而將得到專題地圖的可視化效果達到最佳。）

三、研究結果分析

（一）城市綜合實力分析

由主成分模型所求得珠三角九個城市在各個主成分上的得分及總的規模得分如表2、圖1所示。

通過主成分模型計算得到珠三角九大城市的規模值可視化如圖2，為數據顯示與比較的方便，將計算得到的規模值集體放大100萬倍并取整。

由計算結果可以看出，珠三角目前仍舊呈現廣州與深圳兩市獨大的城市層級分布，計算所得的廣州與深圳的綜合規模值分別為2759370和2274762，比排名第三的佛山市的1063822均高出1倍以上。由此可見，廣州與深圳是珠三角區域的絕對核心，是區域的發展極。另一方面，區域內城市的規模分布也呈現出兩極化傾向。城市規模值排名為8、9的江門與肇慶規模值分別為288429、180695，與廣深的規模值相差將近10倍。排名為5、6、7的惠州，中山，珠海的城市規模值相較規模值排名前四的廣州、深圳、佛山、東莞的規模值相差3倍以上。

由城市綜合實力的分布，可將珠三角城市群的城市分為三級。第一級城市包括廣州、深圳，為區域的核心發展極，是區域的主要對外窗口，起到輻射帶動整個區域發展的作用；第二級城市包括佛山、東莞，為城市發展的次發展極，城市本身具備一定的產業基礎，佛山緊鄰廣州，承接著廣州的工業發展，東莞則是靠其地理區位大量承接外來制造業；第三級城市包括惠州、中山、珠海、江門、肇慶，這些城市在城市群中各自具備自己的功能特色，成為城市群發展的重要功能部分。由圖2可以看出，珠三角城市群的第一二級發展城市均位于珠江水系沿線與珠江出海口處，呈現明顯的大城市集聚分布。

表2 9個城市在各個主成分的得分及總得分

圖1 珠三角城市群城市綜合實力分布

由規模值的分析可知，珠三角區域內城市群的發展存在較大差距，城市的綜合實力上呈現著極化分布現象，廣深兩市獨大的現象在未來較長時間內仍舊在區域發展過程中存在。

（二）城市腹地分析

基于場強模型計算所得的珠三角城市群九大城市的腹地可視化結果如圖4所示，從圖中可以看出，腹地面積與城市綜合實力呈正相關，城市綜合實力越高，相應腹地面積也會越大，但是這種相關關系也并不絕對。作為區域核心城市的廣州，其城市輻射的腹地覆蓋廣州、惠州、佛山與肇慶，而作為區域另一極的深圳，其腹地面積覆蓋顯然較小，原因是除了廣深二者在城市綜合實力上的差距外，還有相鄰城市的影響，相鄰城市的相對綜合實力越大，則侵占的腹地也會越多。因而從圖中可以直接觀察到，盡管城市綜合實力高的城市的腹地面積不一定越大，如東莞與惠州相較于江門與肇慶，其城市的發展實力都更強，但由于地處廣深之間，其城市的腹地面積反而相對較小。

將城市的腹地面積與行政區的疊合如圖4所示。通過計算可得到每個城市的腹地面積數據如圖3。由圖3可以得知珠三角區域內的城市腹地面積相差較大，其中廣州市的腹地面積最大，達到18578.47平方公里，占整個珠三角區域總面積的32.43%，而腹地面積最小的東莞的腹地面積僅為1577.61平方公里，占整個珠三角比例僅為2.75%，與占比最大的廣州面積差超過11倍。處于區域第二極的深圳腹地面積也達到了7578.11平方公里，占比13.23%。結合行政區域面積來看，腹地面積與行政區面積呈現極大的不對稱，廣佛深三市輻射了區域的62%，而其實際的行政面積僅占整個珠三角的33.25%。而占到整個珠三角面積57.2%的肇慶、江門和惠州，其腹地面積僅占27.3%。可見腹地面積更多取決于城市的綜合發展實力，而城市的輻射力也遠遠超出了行政區范圍的限制。

圖2 珠三角九大城市的城市綜合實力對比（2013年）

圖3 珠三角城市群腹地面積與行政面積占比

圖4 珠三角城市群城市腹地

值得注意的是，并非綜合實力越高其腹地面積就越大，腹地的大小同時也取決于城市的區位，即除了城市本身的實力外也取決于其周邊城市的綜合實力。從圖3中可以看出，廣州深圳這兩極的腹地面積比例都遠高于其行政面積比，而城市群中第二梯隊的佛山、東莞與惠州，這三座城市的腹地面積占比則小于其行政面積占比，原因是佛山、東莞與惠州三城緊鄰廣深，廣深憑借其強大的綜合實力侵占了周邊城市的發展輻射地，這也從側面印證了區域極化理論，當區域中存在著強的極化點時，這些極化點傾向于剝奪區域內其他城市的發展機會。相對來說，離廣深較遠的珠三角城市群第三梯隊的肇慶，其腹地與行政面積的占比都比第二梯隊城市高出不少。

場強模型屬于在理想空間上研究城市影響力的空間擴散，即上文在計算以及討論城市腹地與城市影響力范圍時都是基于整個珠三角區域都是均值空間的假設。而實際情況中城市管理者在進行城市腹地的劃分時將不得不考慮區域內的地形地貌因素，如是否有高山或大河的阻隔都在一定程度上影響了城市腹地的范圍。

本文的研究區域珠三角為平原地貌，地域內主要的水系是珠江水系。本文同時將腹地劃分圖與珠三角的高程數據進行疊合，并對高于500米的斑塊進行高亮顯示。從圖4中可以看出，研究區內海拔高于500米的區域主要集中于肇慶市的北部與惠州的東南部，且可以直觀看出海拔高于500米的地區對腹地的劃分基本不產生影響。珠三角地區主要是廣袤的平原，這種地形也是其經濟之所以騰飛的重要因素。

四、結論與討論

本文以珠三角為研究地，通過城市群內城市腹地的劃分來探尋當前城市群內部的空間結構排布情況，以期研究結果能使我們更科學地對待城市群的發展問題。

通過構建一套涵蓋了城市發展各個方面的指標體系，本文基于主成分分析模型計算了珠三角區域內9個城市的綜合城市規模。同時，基于ArcGIS對研究區進行了網格劃分，將研究區網格化之后提取質心點來計算每個質心點的場強歸屬，再將計算結果可視化。以此來對區域內城市腹地進行定量化劃分。

通過模型的運算與可視化操作，基于城市的規模分布與腹地劃分，研究結果顯示，珠三角區域內城市群發展目前存在著較為嚴重的極化現象。區域城市群發展基本呈現廣深兩市獨大的狀況，地域上與廣深緊密相連的佛山、東莞的發展態勢也良好，這四個城市瓜分了65%的珠三角區域。同時，腹地面的輻射面積也呈現出與行政面積不對稱的情況，腹地面積更多取決于城市的綜合發展實力。因而，占地面積較小的廣州、深圳、佛山的腹地輻射面積遠遠超出了其行政面積的占比。但這種正相關關系并不絕對，第二梯隊東莞、惠州的城市綜合實力也位居前列，但由于臨近廣州、深圳，其腹地面積反而相對行政面積的占比偏小。

進一步地，本文結合了地形地貌因素分析了區域地形對城市群內的城市勢力劃分產生的影響。

另一方面，這種腹地與行政區面積的對照分布也可以看出當前珠三角城市群存在的發展問題，兩極化的發展傾向嚴重。廣深兩市定位為全國性大都市，在區域內的發展上占絕對主導地位，但同時肇慶、江門與珠海這些城市也易在這種城市群的政策傾向博弈中處于弱勢地位。珠三角憑借改革開放的東風得到飛速的發展，如今已成為中國極具示范性的一個發展區。接下來如何調和區域內城市群的協同發展將是珠三角城市群發展規劃的一個重要問題。區域極化是區域發展較為早期的空間形態，如何由極化結構向點軸直至網絡化的空間結構發展，將城市群中的城市協調起來，將會是珠三角城市群接下來發展的主要目標。

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（責任編輯：陳丁力）

The Research of Spatial Interaction among Pearl River Delta Cities

Wu Kangmin, Liu Yanyan

Abstract:Urban agglomeration is a concept of heated debate. Exploring the spatial structure of the urban agglomeration is crucial for policy making. Taking Pearl River Delta as an example and based on the principal component analysis, the author calculates the comprehensive strength of nine cities. Also calculated is the cities’ hinterland range based on a field strength model. Results suggest unbalanced urban development in the Pearl River Delta, with Guangzhou and Shenzhen being the two super powers in the region for a long time to come. It is also found that a city’s hinterland range depends much on its comprehensive strength and location. Therefore, when making urban development strategies, policy makers should consider the whole region instead of being constrained by the administrative boundaries.

Keywords:urban agglomeration; Pearl River Delta; hinterland; field strength

【中圖分類號】P963

doi:10.3969/j.issn.1674-7178.2016.02.008

作者簡介：吳康敏，中科院南海海洋研究所碩士研究生。劉艷艷，通訊作者，廣東財經大學地理與旅游學院人文地理與城鄉規劃系講師，研究方向為區域發展與產業規劃。