中国城市体系等级结构及其空间格夜间灯光数据的实证

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1、第69卷第6期地理学报Vol.69,No.62014年6月ACTAGEOGRAPHICASINICAJune,2014中国城市体系等级结构及其空间格局——基于DMSP/OLS夜间灯光数据的实证1121,2吴健生,刘浩,彭建,马琳(1.北京大学城市人居环境科学与技术重点实验室,深圳518055;2.北京大学城市与环境学院,北京100871)摘要：完善的城市体系可以不断优化各个城市的时空资源并强化区域城市的集聚效应，切实推动区域可持续发展与城市综合效益最大化。受惠于城市因素流与城市作用潜力的显著相关关系，节点体系研究可以准确测度城市体系内部各个城市之间的相互作用关系，又避免了功能体系研究所需矢量数

2、据的难以获取与测算庞杂，而DMSP/OLS夜间灯光遥感数据可以综合地定量测度城市地区人类活动的广度与强度。基于夜间灯光指数的引力模型定量测度中国341个城市之间的相互作用关系，并通过二阶段聚类法综合分析其城市体系等级结构与空间格局。中国节点城市被划分为7大国家节点城市(包括北京、天津、上海、广州、重庆、哈尔滨与沈阳)、26个区域节点城市与107个省域节点城市，而中国城市体系则被划分为2个国家城市体系(北方城市体系与南方城市体系)、8个区域城市体系(华北城市体系、东北城市体系、西北城市体系、黄河中游城市体系与华东城市体系、华南城市体系、西南城市体系、长江中游城市体系)与31个省域城市体系。城市体

3、系的地域范围是相对的、局部的，没有明确的识别界线，不过通过对基于DMSP/OLS夜间灯光数据的中国城市体系等级结构与空间格局与顾朝林实证研究的分析结果进行进一步的综合比对评估，总体而言，基于DMSP/OLS夜间灯光数据对城市体系的等级结构与空间格局进行实证研究是可信的和可行的。关键词：城市体系；等级结构；空间格局；引力模型；DMSP/OLS；中国DOI:10.11821/dlxb2014060041前言城市体系的形成与发展是区域经济社会发展达到一定阶段的必然产物，是特定区域内相对独立的有机整体。完善的城市体系具有地域连接与开放属性的城市时空动态网络结构，其构成城市则有吸引集聚与辐射扩散的复合效

4、应。城市体系的完善不仅可以高效优化城市时空资源并有效推动城市集聚效益(或扩散效益)，也有助于推动建设适合我国国情发展的新型工业化与城市化道路，并切实推动区域可持续发展战略。城市体系研究范式已从单纯的定性分析过渡到定量分析，并趋于定性—定量综合分析。不过受困于研究数据的获取性与时效性，城市体系实证研究多基于传统的部门统计数[1-3]据(如人口规模、行政级别、生产总值与通勤交通)。作为城市体系的核心概念，城市规模是综合分析城市体系等级结构及其空间格局的基本要素，其定量测度主要基于单一统计指标及部分综合指标体系。单一统计指标却受制于部门统计数据的低可信度与难获取度[4-6](城市O-D网络数据尤甚)

5、，又难以全面表征城市规模。综合指标体系虽克服单一统计指标的片面性，却也陷入指标选取与权重测定等困境。当前国内城市体系研究面临日益严重的发展瓶颈，亟需拓展新方法论与新数据源，尤需形式简洁却内涵丰富的评估方式。收稿日期：2013-08-15;修订日期：2014-04-12基金项目：国家自然科学基金项目(41330747)[Foundation:NationalNaturalScienceFoundationofChina,No.41330747]作者简介：吴健生(1965-),男,博士,教授,主要从事遥感与GIS、景观生态学与土地利用规划研究。E-mail:wujs@szpku.edu.cn通讯作

6、者：刘浩(1987-),男,硕士,主要从事城市与区域规划、区域经济研究。E-mail：liuhao4680@126.com759-770页760地理学报69卷得益于遥感技术的突飞猛进，遥感数据以其特有的时效性与可获性成为重要数据源。DMSP/OLS夜间灯光数据可综合表征人类活动的广度与强度，又与各类城市规模评估指[7-12]标(生产总值、扩展面积、人口规模、地表覆被、能源消费、城市化水平等)存在显著相关关系，藉此夜间灯光指数是形式简洁却内涵丰富的评估指标，实现了单一统计指标与综合指标体系的有机融合。虽然夜间灯光指数理论上可高效评估城市规模并分析城市体系，却受困于引入时间短、研究人员少等客观因素

7、，其实证研究仍处于分析其与各类城市规模评估指标的相关关系层次，基于DMSP/OLS夜间灯光数据的城市体系等级结构及其空间格局的实证研究鲜有进行，其可行性与可信度亟需实践论证。本文基于DMSP/OLS夜间灯光数据对中国城市体系的等级结构及其空间格局进行综合分析，研究对象选取中国地级以上城市，首先基于夜间灯光数据测度城市规模，再采用引力模型估测城市相互作用程度，进而通过二阶段聚类分析评估我国城市体系的