武漢市人口分布時空演變特征分析

丁逸塵 伍雄昌 黃美玲 楊子鈺

摘? 要：本文在GIS技術支撐下，基于武漢市2009—2017年人口數據和武漢市行政區劃邊界數據，采用人口密度、空間自相關分析、人口重心與人口不均衡指數等方法，研究武漢市2009—2017年人口分布時空演變特點。結果表明：2009—2017年，武漢市人口密度呈現出明顯的地域差異特點，中間高，四周低;武漢市各區人口分布存在顯著的空間正相關性，人口的空間集聚趨勢逐漸減慢;武漢市人口分布呈不均衡態勢，且逐漸減弱;武漢市人口重心總體上先向西南方遷移，再向東北方遷移。

關鍵詞：人口重心? 人口不均衡指數? 空間自相關? 武漢市

中圖分類號：C922? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）09（c）-0244-09

Abstract： Based on GIS technology， the data of population and administrative divisions is utilized to study the temporal-spatial evolution characteristics of population of Wuhan City from 2009 to 2017. Some results are obtained by the methods of population density， spatial autocorrelation analysis， gravity central of population and population unbalanced index. The results show that some obvious regional differences of population density becoming higher in the middle and lower in the periphery were discovered. The spatial distribution of population had a significant positive spatial correlation. In addition， the spatial agglomeration of the population gradually slowed down. The population distribution was unbalanced and such situation gradually decreased. The population gravity center moved to the southwest first and then to the northeast.

Key Words： Gravity center of population; Population unbalanced index; Spatial autocorrelation analysis; Wuhan City

人口分布是城市空間結構的重要組成部分，其空間分布格局及變動與城市經濟的擴散和集聚、空間結構的擴張與重組有非常密切的關系，從一定程度上能夠反映城市形態的演變特征[1]。國外學者在20世紀50年代到60年代開始采用數量方法研究人口空間分布和演變規律，如 Clark[2]采用數量方法提出關于城市人口密度的克拉克模型;20世紀80年代后側重于對城市郊區化進行探究，如Gordon等[3]研究城市由單中心向多中心結構轉變的進程;20世紀90年代后借助新研究方法對人口進行探討，如Harris等[4]對社會與人口的關系進行新定義，強調社會是人口變動的根本驅動力。目前，國內學者多采用空間相關分析、人口分布結構指數、人口重心等方法，基于GIS技術研究不同區域人口分布變化特點。劉燕華等[5]基于中國人口分布現狀與水資源、海拔高度、地表起伏指數和多種社會經濟因素之間的關系，建立了綜合的適宜人口分布模型;付瀟等[6]運用不均衡指數、集中指數以及地統計的方法，探討嘉陵江流域人口分布時空演變的特征;陳偉等[7]利用手機信令數據，借助Python語言編程和GIS對天津市小白樓CBD片區的人員規模變化趨勢、分地塊人數極值時空分布等進行了分析。

當前我國關于人口分布的研究區域多為東部發達的省市或城市群，較少涉及中西部地區城市。武漢市為我國中部的中心城市，地理位置十分重要，關于其近幾年人口分布研究的論文較少，且隨著武漢市人口快速增長、城市擴展急劇加速，城市出現土地利用結構不合理、生態污染、環境破壞等問題，因此研究武漢市人口分布能為土地利用合理開發、生態環境建設提供一定的參考依據。

1? 研究區概況與數據來源

本文研究區域為武漢市（113°41′-115°05′E，29°58′-31°22′N），武漢市為湖北省省會，地處長江中下游平原、江漢平原東部，是武漢城市圈的中心城市，全國重要的工業基地、科教基地和綜合交通樞紐。武漢市下轄區行政單元13個，其中包括7個中心城區（江岸區、江漢區、硚口區、漢陽區、武昌區、青山區、洪山區）和6個遠郊區（東西湖區、漢南區、蔡甸區、江夏區、黃陂區、新洲區）。

本文數據源為2009年、2012年、2015年和2017年武漢市統計年鑒，主要用于獲取四個時期武漢市常住人口數據。另外，本文還使用武漢市行政區劃數據作為輔助，主要用于分析武漢市的人口空間分布特點。

2? 研究方法

研究人口空間分布的方法和測度指標有很多，主要有空間分布特征分析方法和空間演變分析方法，本文選取人口密度和空間自相關模型分析武漢市人口空間分布特征及其在空間上的關聯性，選取不均衡模型、人口重心模型分析人口空間分布的聚散性與變化趨勢。

2.1 空間分布特征分析方法

2.1.1 人口密度

人口密度是衡量一個國家或地區人口空間分布狀況的重要指標，其計算公式如下[8]：

2.1.2 空間自相關分析

（1）全局空間自相關。

全局Morans I指數是研究空間自相關的全局指標，可反映各研究單元和它相鄰研究單元空間差異的平均程度，其計算公式如下[9]：

全局Morans I指數在歸一化計算后的取值范圍為-1到1。指數大于0時表示正相關的空間關系，且數值越接近1表示空間相似屬性越聚集;指數小于0表示空間區域關系呈負相關，并且數值越接近-1，表示空間相異屬性越聚集。分別可以在近似正態分布和隨機分布兩種假設條件下進行驗證，即假設該現象不存在空間自相關性來進行顯著性實驗[10]。本文采用標準化統計量對全局Morans I指數顯著性檢驗，其計算公式如下[8]：

（2）局部空間自相關。

局部Morans I指數用來衡量每個空間要素或屬性在局部的相關特征，反映整個大區域中局部小區域單元上的人口分布特征與相鄰區域單元上人口分布的相似程度，能夠有效揭示局部的空間差異[11]，其計算公式如下[12]：

式中，S2為的離散方差。若為正，表示該研究單元周圍高值與高值或者低值與低值空間聚集，為負代表非相似值的空間聚集。

2.2 空間演變分析方法

重心指數與不均衡指數。

（1）人口重心指數。

人口重心是指研究區域內某時刻人口分布在空間平面上力矩達到平衡的點，可以通過人口重心的變動來研究人口分布的變化趨勢，其計算公式如下[13]：

式中，表示人口分布的重心坐標;為區域的人口數;一般取區域幾何中心坐標或政府駐地坐標[14]，本文取武漢市各區政府駐地坐標。

（2） 人口不均衡指數。

在考察人口分布在某個地域上是否均衡和集中時，可以采用不均衡指數來表示，其計算公式如下[13]：

式中，n表示地區數目;為某地區人口占總人口的比重;y為某地區土地面積占總面積的比重。

3? 結果分析

3.1 人口空間分布特征

3.1.1 人口密度分析

本文基于武漢市2009年和2017年人口數據，根據公式（1），計算武漢市2009年和2017年人口密度（如表1所示）。從表1發現，2009—2017年武漢市人口密度總體呈上升趨勢，2009年武漢市人口密度為984人/km2，2017年武漢市人口密度為1271人/km2。位于武漢市中心的江漢區、硚口區、武昌區和江岸區在2009年和2017年人口密度均超過11000人/km2，而離武漢市中心較遠的江夏區、蔡甸區、黃陂區、漢南區、新洲區在2009年和2017年人口密度均不足1000人/km2，體現出武漢市人口密度呈現中間高、四周低的區域分布特點，這主要是因為武漢主城區位于武漢市中心且有長江貫穿，地理位置優越，水陸交通發達;制造型單位分布密集，經濟發展較快，吸引大量人口前往就業;武昌區建有34所大學、硚口區有14所大學、江岸區有12所大學，教育水平較高，大學生人口數量眾多。

3.1.2 空間自相關分析

（1）全局空間自相關分析。

空間自相關是衡量研究對象之間空間關聯性的重要研究方法，本文將武漢市2009—2017年人口數據與武漢市行政區劃圖層進行屬性聯接，得到武漢市人口分布圖層，將其輸入GeoDa軟件得到武漢市2009年、2012年、2015年和2017年13個行政區單元的人口密度分布的全局Morans I 指數（如表2所示）。

從表2發現，武漢市2009年、2012年、2015年和2017年全局Morans I 估計值均為正數，表明在這四個時期武漢市13個行政單元的人口密度在空間上呈正相關關系，即武漢市人口空間分布呈現出人口相似值之間的空間集聚情況。本文在GeoDa軟件中采用蒙特卡羅模擬方法檢驗Morans I 顯著與否，當P值為0.01時表明在99%置信度下，空間自相關是較顯著的，其表現的空間關聯特征為人口密度較高的地區與人口密度較高的地區相鄰、人口密度較低的地區與人口密度較低的地區相鄰。表2中2009—2017年武漢市全局Morans I指數和Z值減小，P值增大，說明人口的空間集聚趨勢逐漸減慢，武漢市各區域空間正相關程度逐漸減小，導致這一現象的原因有：其一，局部的調整。武漢中心城區的絕大部分工業企業被遷移出中心城區，人口隨著工業布局調整，由中心區遷往附近郊區，這起到了疏散和嚴格控制中心城區人口的作用。其二，郊區建設。近幾年，武漢郊區住宅建設火爆，住宅產品景觀優美、價格低廉，且周圍交通便利，使得中心城區人口逐漸向郊區擴散。從表2發現，2012—2015年武漢市全局Morans I指數和Z值緩慢增長，P值減小，說明人口正向某個區域集聚，空間相關的顯著性水平提高，其原因為武漢市城區逐步推進產業轉型，不斷改善城區環境質量，使得人口緩慢地向中心城區聚集。

（2）局部空間自相關分析。

全局Morans I指數是一種總體統計指標，只能反映各研究單元和它相鄰研究單元空間差異的平均程度，不能全面反映區域經濟的內部發展特征及其空間關系。由此，本文結合Moran散點圖以及LISA集聚圖進一步分析武漢市某行政單元與其相鄰行政單元在人口分布特征上的相似程度。

本文利用武漢市2009年、2012年、2015年和2017年各區域的人口密度，在GeoDa中經過計算獲得Moran散點圖（如圖1所示）。Moran散點圖有四個象限分別代表高高聚集（H-H）、低高聚集（L-H）、低低聚集（L-L）、高低聚集（H-L）的空間關系。從圖1發現，2009年位于第一象限的漢陽區在2012年、2015年和2017年均位于第二象限，這表明漢陽區的人口密度由“高-高”集聚轉變為“低-高”集聚;多數研究單元位于一、三象限，表示區域自身和相鄰地區人口密度呈正的空間關系;4個圖中均沒有點位于第四象限，說明武漢市沒有人口密度為“高-低”集聚的區域。圖像中位于“高-高”集聚象限的研究單元主要處于武漢中心城區，而位于“低-低”集聚象限的研究單元主要是遠離武漢中心的郊區，這主要是因為經濟發展水平較高的中心城區對人口具有極大的吸引力。

為了進一步研究武漢市各行政單元人口密度的空間集聚情況，本文利用GeoDa軟件計算武漢市各行政單元在四個時期人口密度的LISA值，在Z檢測的基礎上（P<0.02）繪制四個時期的LISA集聚圖（如圖2所示）。圖2中，High-High表示高-高聚集，Low-Low表示低-低聚集，Low-High表示低-高聚集，High-Low表示高-低聚集。

從圖2發現，江漢區為High-High聚集，表明江漢區的人口密度與其周邊地區，如硚口區、武昌區的人口密度都較高;蔡甸區為Low-Low聚集，表明蔡甸區和其周邊區域，如東西湖區、漢南區的人口密度關聯程度較低;Low-High聚集和High-Low聚集在人口密度集聚圖中表現不明顯;Not Significant為無關聯研究單元。導致該人口密度分布LISA集聚分布的主要原因是武漢中心城區與遠郊區的經濟發展水平存在差異，地處武漢中心的區域自然環境條件良好且經濟水平發展迅速，對遠郊區產生強大的輻射作用，從而吸引人口向城市中心聚集，最終形成人口高密度區域。

3.2 人口演變特征

3.2.1 人口重心移動分析

人口重心的遷移方向，能直觀地體現人口分布的動態變化特征[15]。本文根據武漢市2009—2017年武漢市人口數據，利用公式（5）和（6），計算武漢市2009—2017年人口重心坐標，利用ArcGIS繪制出人口重心遷移圖（如圖3所示），并與武漢市幾何中心比較偏移距離。武漢市幾何中心經度為114 °34′28.12″E，緯度為30°62′35.73″N，位于武昌區內西北部，而從圖3發現，武漢市人口重心分布在漢口區域內的沿江地帶，處于武漢市幾何中心的西南部，二者位置偏離不大，最小偏移距離為1.6km，最大偏移距離達到3.0km。武漢市2009—2017年人口重心整體由東北向西南方向移動，這主要是由于區域間經濟發展不均衡引起的，位于武漢市東北部的新洲區和黃陂區城市化率低于其它區域，經濟發展水平相對落后且發展速度較慢，對就業人口的吸引力較小。

從圖3發現，2009—2015年人口重心由東北向西南方向移動，該變化發生的原因主要有：其一，位于武漢市西南部的漢南區積極開展“十二五”規劃，推進城鄉一體化改革實驗和新型工業化戰略的實施，加快了漢南區的發展。西南部的蔡甸區堅定綠色崛起，不斷加強國際化交流合作，建有中法武漢生態示范城，經濟水平不斷提高，因此人口不斷向西南方向流入。其二，位于東北部的新洲區經濟發展相對落后，產業結構不優，城市化率較低，交通存在瓶頸，因而加速了此區域人口的流失。上述兩個原因促使武漢市經濟發展不均衡，導致人口重心向經濟發展更快的區域移動。2015—2017年人口重心則由西南向東北方向移動，移動距離64.8m，這主要是由于武漢市中心城區人口過度密集，部分企業外遷郊區，以分散人流;東北部區域大力鼓勵企業入駐、住宅景觀優美且價格低廉，因而部分人口向東北方向移動。

3.2.2 人口分布不均衡指數

本文根據武漢市2009—2017年人口數據，結合公式（7）計算武漢市四個時期人口分布不均衡指數（如表3所示）。從表3發現，武漢市人口分布不均衡指數U較高，但數值不斷減小，表明武漢市人口分布不均衡但態勢逐漸減弱，人口有分散的趨勢，從整體看，武漢市是一個人口較為集中的城市。《武漢市城市總體規劃（2010-2020）》中提出，城市將形成“以主城區為核、多軸多心”開放式的空間布局結構，以“雙快一軌”的交通走廊為支撐，布局6大新城組群，建設3個城市副中心及6個新城組群中心。由此可見，武漢市政府積極為郊區發展創造條件并提供保障，這也是武漢市人口逐漸由中心城區向郊區遷移的重要原因。

4? 結語

本文主要研究武漢市2009—2017年人口分布時空演變特征并分析其演變的原因。由于武漢市獨特的自然條件和經濟條件，武漢市2009—2017年人口分布和演變趨勢呈現出不同的地域特征，具體表現如下：武漢市人口密度呈現出明顯的地域差異，表現為中間高、四周低的特征，城市中心城區與郊區人口密度差異很大;人口空間分布在全局上具有較強的正相關性，人口的空間集聚趨勢逐漸減慢;2009—2017年，武漢市人口重心均位于漢口區域內的沿江地帶，偏離幾何中心，并且整體由東北向西南方向移動;近年來武漢市人口分布不均衡現象顯著，但趨勢逐漸減弱;武漢市的人口分布特點及演變趨勢主要受自然環境條件、經濟發展水平、政府的政策支持等因素綜合作用的結果。

本文獲得武漢市人口空間分布和演變特點的同時，也存在不足之處。首先，本文未能搜集到武漢市2018年和2019年的人口數據。其次，本文僅通過政策、交通、住房價格、產業發展等方面對武漢市人口分布和演變的原因做出分析，沒有對各個導向因素進行全面地探討。在以后的研究中，會搜集武漢市最新的人口數據，并從更多角度深入分析武漢市人口分布和演變的原因。

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