近25 年西南地區民用機場規模分布演化特征*

文 軍 王 睿 李 瑤 胡海坤 薛天偉

（中國民用航空飛行學院機場學院 廣漢 618307）

1 引言

民航運輸作為交通運輸的基礎產業，對國民經濟和社會發展具有基礎性、戰略性、引領性等作用。改革開放以來，我國民航運輸發展迅速，航空網絡規模不斷擴大，航線布局和結構得到改善，設施裝備水平較大提高，運輸能力顯著增強，而機場作為航空運輸活動的起訖點，是航空運輸網絡結構和功能的關鍵載體，隨著經濟全球化進程的不斷加快，國內、國際的人口流動更加頻繁，我國航空運輸業獲得了持續高速發展，大量民用機場新建、改建和擴建，西南地區由于長期受地理區位和地形條件的限制，地面運輸基礎設施落后，而西部大開發戰略實施20 年來，航空運輸業在西南地區快速發展［1］，各地區均加快機場建設，各地區經濟、人口、地域等因素不同，促使西南地區民用機場規模體系發生復雜差異的變化，在此背景下，針對我國西南地區民用機場規模體系研究分析具有可行性和必要性。

自20 世紀90 年代，就有學者開始對航空運輸進行研究，大致劃分為兩類，第一類為從非空間視角研究航空運輸系統，張國華［2］從航空運輸網絡結構角度出發分析航空運輸系統的演變；賈鵬［3］從空間可達性角度分析航空運輸系統的競爭行為，保證機場選址和運營管理方案的科學有效性；楊省貴［4］從樞紐空港、支線空港角度出發研究區域航空市場，研究了影響我國區域航空市場旅客運量分布差異的關鍵因素；李德芬［5］從空港吞吐量預測角度反映航空需求的變化特征，通過客流分布、方式劃分等技術手段，確定各集疏運方式的客流需求規模，為相應設施規模的預測提供依據。第二類為從空間角度對機場進行深入分析，如苗毅［6］探究中國民航機場結構的時空演變特征，發現形成以北京、上海、廣州為多中心的多層級民航機場體系；賈鵬［7］將標準差橢圓和GIS 空間分析方法相結合推演空港客貨運系統空間格局的演化趨勢，發現全國航空旅客和貨郵運輸的空間格局總體呈現向西移動趨勢，貨運比客運格局的移動速度更快；王姣娥［8］從空間布局、服務范圍以及航空客流分布等方面來研究中國的機場體系及其服務水平。王法輝［9］利用GIS 方法及相關理論揭示區域多機場系統的地域非均衡性，為優化機場空間布局提出建設性建議。管馳明［10］采用空間分析和數理統計相結合的方法，分析中國機場空間發展演變的規律，表明過去50多年中國機場分布密度增大，呈分散趨勢，航空網通達性越來越高，但依然存在明顯的區域差異。

由此可見，已有的研究多以全國民用機場的規模分布的角度出發，而專門對西南地區民用機場規模的研究寥寥可數。本文借用位序-規模法則，有助于研究和分析西南地區民用機場客運規模分布變化。其位序-規模法則是齊普夫在1949 年提出，是研究城市體系等級規模特征的重要方法，國內外研究學者在此基礎對法則進一步研究，郭建科［11］等利用位序-規模法則從規模結構、航運網絡兩方面刻畫1985 年以來中國大陸沿海集裝箱港口體系的區域化特征，環渤海地區港口體系具有一定位序-規模分布特征，但不同階段、不同規模的港口在位序分布上出現明顯分化，港口區域化特征愈發明顯；宋向群［12］提出基于位序-規模法則的港口群發展演化規律研究方法，以吞吐量為衡量港口規模的指標，定量分析區域港口群發展演化規律；孫世達［13］以我國規模以上港口為研究對象，運用指數分析與齊夫定律對近年來我國港口規模的區域差異、等級規模變化進行分析。這些研究均證實了位序-規模法則的科學性與合理性，但通過區域民用機場的客運吞吐量詳細的研究機場體系規模分布特征研究卻很少。

鑒于此，本文利用位序-規模法則對西南地區民用機場體系客運規模分布特征進行了時間跨度的深入研究，并結合ArcGIS 軟件使用核密度分析和標準差橢圓方法從空間角度揭示了近25 年西南地區民用機場客運區域化的現狀特征和客運規模的演化軌跡，為西南地區各民用機場科學定位、民航資源合理分配以及機場交通發展的科學制定等提供一定的理論參考和決策支持。

2 研究方法和數據來源

2.1 研究方法

2.1.1 位序-規模法則

位序-規模法則是最早被城市地理學家用來測度城鎮聚落的規模分布情況，把位序-規模法則用于在機場規模分布的研究中，將中國西南地區民用機場的旅客吞吐量和其位序數據在雙對數坐標上的投影形成客運量位序-規模分布特征。對位序-規模法則關系進行民用機場的旅客吞吐量做對數結構轉換，得到如下計算公式：

Pk=P1×k-q

lnP1=lnP1-qlnk

其中：P1表示西南地區位于首位機場的旅客吞吐量；Pk代表西南地區位于第k位機場的旅客吞吐量；q表示Zipf 指數。當q＞1 時，表示民用機場規模體系空間分布呈現帕集中化狀態；當q=1時，表示民用機場規模體系空間分布自然狀態的呈現最優分布狀態；當q＜1時，表示民用機場規模體系規模空間分布呈現均衡化發展狀態。

2.1.2 核密度估計理論

核密度估計理論是一種非參數估計方法，它可以規避諸多參數估計法的不足。基于核密度分析理論研究了機場規模分布特征，刻畫和分析西南地區機場規模空間及演變軌跡。當和密度曲線形態不變，而位置向左、向右移動分別代表西南地區機場整體規模的縮小、擴大。

每一個柵格的核密度fn(x)計算公式如下：

2.1.3 標準差橢圓分析

本文利用AreGIS 10.4 軟件的空間統計模塊加權標準差橢圓方法，基于51 個西南地區民用機場的空間經緯度，用民用機場的旅客吞吐量和貨郵吞吐量指標表示相應的權重，描述研究對象的空間分布態勢和演化特征。

計算公式如下：

其中，n表示西南地區民用機場個數，（xi，yi）表示民用機場的中心地理位置的經緯度，ωi表示每一個民用機場對應的吞吐量要素（旅客吞吐量）的值，表示加權平均中心，θ為橢圓方位角，表示正北方向順時針旋轉到橢圓長軸所形成的夾角，分別表示各機場到平均中心的坐標偏差；σx，σy分別表示沿橢圓x軸和y軸的標準差。

2.2 數據來源

本文以西南地區為研究地區，選取三省一市一區（四川省、云南省、貴州省、重慶市及西藏自治區）的51 個民用機場作為研究對象，以旅客吞吐量和民用機場POI數據為基礎信息，綜合考慮西南地區民用機場發展情況與數據的可得性，確定研究的時間跨度為1995-2020 年，其數據主要來源中國民用航空局發布的《民用機場生產統計公報（1995-2020）》和《中國交通年鑒（1995-2020）》。此外注意，因為個別機場搬遷、修建、軍民性質變更等情況，如安順黃果樹機場、廣元盤龍機場、九寨黃龍機場等存在部分年份缺失的情況。

3 西南地區民用機場位序規模分布差異

3.1 位序-規模分布特征變化

3.1.1 基于旅客吞吐量的西南地區民用機場位序-規模分布變化

根據公式，對1995-2020 年西南地區民用機場旅客吞吐量位序-規模分布無標度區進行識別和擬合。西南地區民用機場旅客吞吐量位序-規模分布的標度區參數（表1）如下。

表1 西南地區民用機場旅客吞吐量位序-規模分布的標度區參數

對西南地區民用機場旅客吞吐量的位序-規模分布特征進行分析可知：

1）通過比較各年份無標度區的個數及其變化，不難看出，研究時段內西南地區民用機場旅客吞吐量和其位序之間都存在一條擬合直線，亦存在一個無標度區，擬合優度系數均大于0.9，表明西南地區機場旅客吞吐量規模的分布符合Zipf 法則。2）由西南地區民用機場的客運量位序規模分布擬合圖結果表1 可以看出，中國西南地區1995-2020 年Zipf指數q均大于1且都在1.8以上，表明西南地區各機場旅客運輸規模差異性較大，規模等級結構呈現帕累托分布（高度集中分布），民用機場旅客吞吐量集中分布在高位序機場。3）Zipf 指數總體呈下降態勢，從1995 年Zipf 指數2.5499 降至2020 年1.8641，說明西南地區客運運輸集中程度逐漸降低。1995 年機場旅客吞吐量主要集中成都雙流機場、昆明長水機場、重慶江北機場和貴陽龍洞堡機場，四個機場總旅客量占總西南地區旅客量的89.27%，此時大型機場占絕對的支配地位，小型機場規模小，周邊的南充高坪機場、宜賓五糧液、麗江三義等僅幾萬人次，大理機場客運吞吐量不到一萬人次，機場位序分布明顯。經過25 年的發展，Zipf指數逐漸降低，2017 年Zipf 指數首次低于2，2020年Zipf 指數為1.8641。機場數量從1995 年18 個快速增長到2020 年51 個，中間位序機場數量增多，Zipf 指數下降，客運運輸空間格局集中程度下降。4）成都雙流、昆明長水、重慶江北機場等大型機場進入21 世紀后在先后完成機場擴建工作同時開通國際航線，但近幾年客運量趨于飽和，增長速度明顯下降，同時隨著西南地區的交通運輸體系的完善，高鐵路網建設對航空客運造成巨大的沖擊，使得部分民用航空客運流選擇更加實惠的鐵路運輸。另一方面，西南地區經濟水平以及人均收入的不斷提升，中小型機場大力推進“旅游+航空”差異化發展手段，分散了大型機場的旅客壓力，推動客運運輸發展，使中小型機場的界限被打破。

3.1.2 基于旅客吞吐量的西南地區民用機場核密度分析

為了更好分析西南地區民用機場規模分布的演化規律，選取1995-2020 年其中6 年的數據進行縱向對比，間隔年份為5 年。利用核密度估計方法對西南地區民用機場旅客吞吐量進行研究，得到旅客吞吐量核密度（圖2）。

圖1 西南地區民用機場旅客吞吐量的核密度變化

圖2 1995年-2020年中國西南地區客運規模標準差橢圓及其空間重心變化

圖3 1995-2020年空間橢圓長半軸變化

圖4 1995-2020年空間分布旋轉角變化

圖5 1995-2020年空間分布形狀變化

圖6 中國西南地區民用機場旅客吞吐量的核密度估計

1）旅客吞吐量核密度曲線經歷了由“多峰”到“雙峰”結構的變化。1995、2000 年密度曲線均為“多峰”，此時西南地區民用機場客運量較少，很多機場才新建或處于建設初期，客運量主要集中在成都雙流機場、昆明長水機場、重慶江北機場，中小型機場旅客吞吐量總占西南地區民用機場旅客吞吐量不足10%，整個機場體系整體協調較差，客運運輸分布較為集中。2005、2010、2015 和2020 年核密度密度曲線均為“雙峰”，隨著機場之間的分工合作有進一步明確，使得原來密度曲線由“多峰”變成“雙峰”，西南地區民用機場體系整體性協調程度提高。2）核密度的曲線和主峰位置隨著年份不斷向右移動，反映西南地區民用機場客運規模不斷擴大。2020年旅客吞吐量的雙峰峰值在13左右的分布概率為0.23、在17 左右的分布概率為0.04，說明此時西南地區民用機場規模分布更多是中型和大型機場，且中型機場占比更大，而大型機場的客運規模與中小型機場差異明顯。3）從形狀來看，1995-2010 年，核密度密度曲線跨度增加且峰值上升，此時不斷有機場新建但是與現有的大型機場和中型機場差異明顯，2010-2020 年，密度曲線跨度縮小峰值繼續變高，表明機場之間差異不斷減少。這與前文以旅客吞吐量為基礎得到的Zipf 指數不斷縮小是一致的，驗證了位序-規模法則研究的合理性。

3.2 空間差異分析

運用標準差橢圓對西南地區機場旅客吞吐量進行空間分布（圖2），空間演化特征主要包括：

1）西南地區民用機場旅客吞吐量的中心先向西南方向再向東北方向移動，且有移動速度減緩的趨勢。各年度的民用機場旅客吞吐量的中心均位于云南省東北部。1995-2000年中心由（103.88°E，28.01°N）移動到（103.62°E，27.68°N），這段時間內中心向西南總位移量44.72km，2000-2020 年中心整體向東北方向移動，2010 年中心坐標變為（103.98°E，28.06°N），向東北方向移動69.68km，2010-2015 年又向南移動17.81km 到（103.97°E，28.06°N），2015-2020 年中心向東北方向移動5.03km，變為（104.02°E，28.07°N）。在南北方向上，1995-2020 年吞吐量中心先向南再向北移動，年均移動2.59km 左右。在東西方向，1995-2020 年吞吐量中心先向西再向東移動，年均移動4.73km 左右。機場旅客吞吐量中心向東北方向移動，且向東移動速度更快，表明西南地區東部機場客運運輸發展速度加快。

2）長軸標準差可以反映客運運輸空間分布的范圍。西南地區客運運輸聚集范圍呈現發散-集中-發散的趨勢（長半軸波動范圍為4.18～4.68）。1995 年長半軸值為4.39，2020 年長半軸值為4.68，總體來看，2020 年較1995 年長半軸增長0.29，客運運輸規模分布呈現向東北擴張趨勢。

3）西南地區民用機場客運規模空間聚集方向穩定，但主要、次要方向方趨勢不同，軸線始終為東北-西南指向，旋轉角經歷波動再成呈現穩定增大的趨勢（旋轉角范圍為40.67～68.78°）。1995 年旋轉角度為47.26°，2008 年旋轉角為38.78°，2020 年旋轉角為68.78°，1995-2008 年旋轉角變化顯著整體呈下降趨勢，2008-2020 年呈現穩定增長趨勢，其空間分布表現為順時針旋轉。短軸和長軸的標準差比值可以反映客運運輸空間分布的形狀，1995-2020 年短軸穩定而長軸增加，1995 年短軸與長軸的標準差比值為0.73，2020 年為0.69，表明空間分布在東北-西南方向擴張，西北-東南方向不明顯。

4）為了更好地反映空間變動，選取1995、2000、2005、2010、2015、2020 年5 個時間截面，借助核密度估計進行表達。1995 年西南地區旅客吞吐量核密度估計最大值為47.79 個/km2，最高等級核密度只在四川省和云南省聚集。此后西南地區東部整體提升，多處聚集點逐步在中部地區依托省會城市或是旅游景點等形成。2020 年西南地區旅客吞吐量核密度估計最大值為457.2 個/km2，相比于1995 年核密度最大值增長近10 倍，此時最高級別密度分布從四川成都和云南昆明轉變為成渝地區中。

1995 年，西南地區民用機場布局尚未充分展開，客運運輸主要集中在云南省、四川省兩省且集中分布在省會機場，兩省的機場數要占西南地區民用機場總數的四分之三，而其他地區尤其是貴州全省僅有1 座機場（貴陽龍洞堡機場），地域遼闊的西藏也僅有2 座機場（拉薩貢嘎機場和昌都邦達機場），即使四川、云南兩省機場數量相對較多，但布局也尚偏隅，其中廣大的川西地區和滇東南地區還是民航運輸的空白地帶，經過25年的發展，2020年民用機場數量從18 個快速增至51 個，民航空間布局趨于合理。1995 年12 月底，國務院正式批準由云南省承辦1999 年昆明世界園藝博覽會，世界園藝博覽會在“春城”昆明成功舉辦，吸引了全世界的旅客參觀，推動整個云南省航空客運運輸，1999 年云南省接待旅游者總人數近3800 萬人次，旅游業總收入首次突破200 億元，比1998 年增長49%，民航運輸旅客吞吐量同比增長54.36%，促使客運運輸格局向西南地區移動。進入21 世紀以后，隨著各地區機場建設加快，大量機場新建和擴建，其空間上表現為由非均衡在逐漸趨于均衡的空間結構演化態勢，但由于人口、經濟等因素在空間差異性使得西南地區東部航空市場需求量更大，整體形成東密西疏的空間格局。一方面，旅游業帶動民航客運運輸，云南省獨特的地理位置和適宜的自然氣候，為旅游業的發展提供了良好的資源優勢，如麗江、西雙版納、大理等地。另一方面，受供需關系影響的政策因素也施加重要的影響，從2011 年國家發展改革委印發《成渝經濟區區域規劃》等文件提出加快川渝合作進程以來，以成都、重慶為中心，一體化發展的趨勢日益明顯，川渝地區民航業加速發展，西南地區重心逐漸向成渝地區靠攏，客運運輸增速更快，西南地區客運運輸格局整體一直向東部移動。

4 結語

研究重點分析了西南地區民用機場1995-2020年客運量位序-規模分布的變化特征和核密度曲線，并對其空間分布和演變進行了深入研究，得到以下結論：

1）從西南地區民用機場客運規模分布的位序-規模西南地區民用機場客運體系分布符合齊夫法則，具有明顯的位序-規模分布特征，空間形成帕累托分布模式，旅客吞吐量計算的zipf 指數總體呈現下降態勢，說明機場客運運輸一直處于較為穩定的分散化發展。新興的小型機場的涌現初期打破了原來的機場體系，并隨著大型樞紐機場的穩定發展和小型機場的自我突破，民用機場體系內部結構得到不斷的優化。

2）從西南地區民用機場規模分布的核密度曲線來看：（1）從核密度曲線的位置來看，客運吞吐量核密度曲線均整體向右移動，表明西南地區民用機場整體規模在不斷地擴大；（2）從核密度曲線的延伸狀況看，客運吞吐量的核密度曲線從“矮胖”逐漸變為“瘦高”，表明西南地區民用機場的客運規模差異逐漸減小；（3）從核密度曲線的分布模式來看，旅客吞吐量的核密度曲線從“多峰”逐漸變為“雙峰”過程。

3）從西南地區民用機場客運標準差橢圓來看：（1）1995-1999 年西南地區客運格局均出現向西南移動趨勢，重心移動距離大，2000-2020 年客運運輸標準差橢圓重心總體呈現向東北方向移動。（2）從標準差橢圓的長軸標準差，1995-2008 年客運運輸格局在波動中有明顯的收縮，說明橢圓內部的機場增長速度更快，效率更加突出，2008-2020 年，客運運輸有明顯的擴張，旅客吞吐量標準差橢圓長半軸增長0.503，相比1995長半軸增長0.29，表示位于橢圓外部的機場客運運輸的增長速度大于橢圓內部機場的客運運輸。（3）從標準差橢圓的旋轉角和短軸/長軸比來看，西南地區民用機場客運運輸空間聚集方向軸線始終為東北—西南指向，客運運輸格局先逆時針再順時針旋轉，有明顯的東北—西南方向擴張。

4）從西南地區民用機場客運核密度分析來看：1995 年只有四川省和云南省呈現低水平的聚集點，此后東部一帶整體提升，多處聚集點逐漸依省會城市、旅游熱點等形成。至2020 年，最高密度的密度堆積在成渝地區。

然而研究仍有不足之處，本研究重點分析了西南地區民用機場1995-2020 年客運量位序-規模分布的變化特征和核密度曲線，并對其空間分布和演變進行了深入研究，但并未對其影響因素進行討論。因此進一步從區域經濟發展水平、政府政策、交通基礎設施、產業結構等方面對該地區客運量位序-規模和空間分布變化機理進行深入討論，將是未來研究的重點。