武汉城市圈人口密度的时空分布分析

2014-08-20肖翠翠汪权方

湖北大学学报(自然科学版) 2014年6期

肖翠翠，汪权方

（湖北大学资源环境学院，湖北武汉430062）

0 引言

人口空间分布研究主要出现在二战后五六十年代的西方国家.1953年研究人口发展过程和人口现象的空间表现以及其地域差异的学科—人口地理学，成为地理学中一门独立的分支学科.20世纪50年代初，西方学者对城市人口密度分布进行一系列的理论探索和模型研究，其中Clark模型成为人口密度空间分布的经典模型.

人口空间分布通常反映了一个地区的经济状况、政治环境及文化等.人口密度通常指单位面积的居住人口数量，常用每平方千米的常住人口数量表示.人口密度的研究，可以反映人口分布地区之间的差异，也能够代表区域经济活动的发展程度［1］.人口密度成为人口分布的主要形式，并且是重要的衡量指标，同时也是社会学、地理学等学科研究的重要内容之一［2］.

本文中利用武汉城市圈（1＋8城市圈）1991—2011年21年的人口数据进行统计，分析武汉城市圈的人口密度的空间分布演变，并选取市区的国内生产总值、人口总数及距离作为指标，将武汉对黄石、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、仙桃、天门和潜江的吸引能力作出划分，有助于更深入地分析武汉城市圈人口密度空间演变规律.

1 数据准备

1.1 研究区概况武汉城市圈（1＋8城市圈）以武汉市为中心城市，包括周边8个城市组成城市圈，8个城市分别为黄石、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、仙桃、天门和潜江，其中有1个副省级城市、5个地级市、3个省直管市、7个县级市和15个县.武汉城市圈是湖北省城市人口最为密集的经济中心，武汉市作为中心城市也是我国中部地区人口密度最大的区域之一.武汉城市圈土地面积约57 941.32km2，占湖北省土地面积的31.17%，2010年武汉城市圈人口为3 024.3万人，占湖北省总人口的比重为52.8%。

1.2 数据的来源本文中的人口信息主要来源于1991—2011年湖北统计年鉴及第六次人口普查数据，并利用地理信息系统的空间分析功能，对人口密度时间空间演变进行分析，揭示武汉城市圈人口分布的特征.

2 武汉城市圈分层

2.1 城市引力模型城市引力模型把一个城市视为一个巨大的磁场，其中包括了人口、经济、科技和信息等.在统一地区内，不同规模、不同类型的城市间存在不同的相互作用［3］，计算公式如下：

上式为城市引力模型的一般形式，当α＝β时，式（1）可以转变为：

式（2）是城市引力模型的表达公式.其中，Fij是i城市与j城市之间的相互吸引力，Mi，Mj分别代表i城市和j城市的城市质量，dij代表i城市与j城市之间的距离，b是距离摩擦系数，G是引力常数.通常取G＝1，b＝2.本文中以武汉市城区的GDP和人口规模作为i城市的城市质量，j城市为武汉城市圈内各县区.各县区的GDP、人口规模与城市引力成正相关，而随着d距离值的增加，城市引力相应减小.

2.2 武汉城市圈城市引力计算城市质量一般采用城市经济综合实力、发展水平、基础设施及城市规模等指标进行研究.本文中采用城市某一年的国内生产总值与人口规模作为指标确定武汉城市圈的城市质量.武汉城市圈各城市与武汉的距离，采用两城市之间最快的时间距离，2010年武汉城市圈武汉市区对各市县州地区的引力如图1所示.

图1 2010年武汉城市圈武汉市区对各市县州地区的引力

从图1中可以看出，武汉城市圈以武汉市区为中心城市，形成了较大范围的影响腹地.根据城市引力大小，对武汉主城区影响的武汉城市圈内其他地区进行等层划分.第一圈层主要为武汉市的大部分远城区和距离武汉市辖区较近的地区，如黄陂区、江夏区、蔡甸区和鄂州市.第二圈层包括新洲区、黄石市辖区、大冶市、孝南区、汉川市、仙桃市和天门市.第三圈层包括汉南区、阳新县、大悟县、孝昌县、安陆市、云梦县、应城市、黄州区、红安县、麻城市、团风县、罗田县、英山县、黄梅县、武穴市、阳新县、咸安区、赤壁市、嘉鱼县、通城县、崇阳县和通山县.武汉远城区汉南区，距离武汉市区的距离约50km，其经济规模和人口规模相对较小，武汉主城区对汉南区的引力相对较小.县级市及各区城市规模、人口规模以及距武汉主城区的远近直接影响武汉主城区对其引力的大小.武汉市辖区对武汉城市圈各个市县吸引力主要围绕武汉市辖区向四周分布，呈明显递减趋势.武汉市辖区对周边市县的引力较大城市主要集中于交通便捷地区.

3 武汉城市圈人口密度时空分析

3.1 武汉城市圈人口密度的时间变化分析 1990—2000年武汉城市圈常住人口由约2 788万人增长到3 069万人，这11年属于人口增长阶段，而2000—2010年武汉城市圈常住人口减少至3 024万人.其中作为武汉城市圈的中心城市，武汉市人口1990—2000年由670万人增加至831万人，2000—2010年增加至979万人，人口数量处于稳步增长阶段.武汉城市圈平均人口密度由1990年的481人／km2增加至2010年的522人／km2，武汉城市圈平均人口密度总体呈逐渐增长趋势，但也有几个年份出现人口密度波动，见图2，这主要与圈内人口规模变动有关.

1990 年武汉城市圈平均人口密度较高的5个城市由高到低排序为，武汉市、鄂州市、孝感市、天门市和仙桃市.2000年排序为，武汉市、鄂州市、天门市、仙桃市和孝感市.2010年排序为，武汉市、鄂州市、天门市、孝感市和黄石市.

图2 武汉城市圈1990—2010年平均人口密度变化散点图

1990—2000 年，武汉城市圈各城市平均人口密度均稳步增加，但孝感市平均人口密度有所降低，分析孝感市平均人口密度可以看出孝感市区人口总量稳步增长，市区人口密度增加，但县级市人口规模逐年缩减，因此平均人口密度有所降低.孝感市管辖下的县级市有孝昌县、大悟县、云梦县、应城市、安陆市、汉川县，均在武汉城区经济腹地的第二圈层，对武汉市的经济依赖性较大.2000—2010年11年间武汉城市圈各城市人口密度变化中，只有武汉市人口密度呈增长趋势，其他8个城市的人口密度呈下降趋势，见表1.虽然武汉城市圈的城市化水平在不断提高，但是其城市化水平仍处于集聚阶段［4］.

表1 1990年、2000年、2010年武汉城市圈人口密度人／km2

将1991—2010年武汉城市圈人口密度划分为4份连续5年的平均人口密度.1996—2000年武汉城市圈各城市的平均人口密度相较于1991—1995年平均人口密度有所提高；2001—2005年相对于1996—2000年，除武汉市人口密度继续稳步增加，鄂州市5年平均人口密度总体小幅上升、1997—1998年人口密度小幅下降外，其他城市这5年平均人口密度基本处于下降阶段；2006—2010年的平均人口密度，武汉市、鄂州市人口密度继续处于上升阶段，其他城市人口密度均有所下降.

图3 1990—2010年武汉城市圈各城市三年平均人口密度变化趋势图

如图3所示，武汉城市圈中，武汉市1990—2010年21年的平均人口密度均领先于其他城市，涨幅较大，其他城市平均人口密度均为稳步下降趋势，其中咸宁市和黄石市1993—1998年均出现平均人口密度大幅度下降趋势，这主要与行政区划分变更有关，原属于咸宁市管辖的人口大县及面积广阔的阳新县划入黄石市的管辖范围.武汉城市圈中鄂州市21年的平均人口密度稳步上升，2002年以后，天门市、仙桃市人口密度下降趋势较为明显.

3.2 武汉城市圈人口密度空间分析

1）人口集中指数.人口集中指数是一个主要用于分析城市密集区人口分布的集中程度与分散程度的重要指标［5］，公式如下：

上式中，C为武汉城市圈各城市的人口集中指数；Pi，Ai分别代表各城市各个区域的人口数量和土地面积，P和A代表整个城市的人口总数和土地面积.C值在0和1之间，C值越大，代表此地区人口向某些区域集中程度越大、人口分布不均匀；C值越小，说明人口分布较分散.将武汉城市圈2000年、2010年9个城市各个区的人口数量和土地面积带入式（3）中计算，其结果见表2.

表2 2000年、2010年武汉城市圈人口集中指数表

从表2可看出，武汉城市圈各个城市的人口集中指数均大于0.4，各城市的人口向城市中心集中程度均较大，其中武汉市、仙桃市、潜江市、天门市的人口集中指数较大，说明人口向城市中心集中程度较大，咸宁市集中指数最低，人口分布较为均匀，2000—2010年的人口集中趋势并没有发生较大变动.2000—2010年这11年武汉市城市人口集中指数有明显的降低趋势.

2）武汉城市圈人口重心.人口重心又称为人口中心，主要研究某区域内某时刻人口分布在空间平面上的表现，常常用来测定某地区人口分布变化状况［6］.本文中以1990年和2010年人口数据对武汉城市圈的人口分布进行分析，研究其人口重心变化状况，人口重心模型的公式如下：

（ˉX，ˉY）为所求地区人口重心的地理坐标（经度，纬度），Pi代表各个地区的人口数，（Xi，Yi）是地理坐标（经度，纬度）.根据上式，分别以1990年和2010年武汉城市圈总人口数、城镇人口数及乡村人口数计算武汉城市圈人口重心地理坐标，其结果见表3.

表3 武汉城市圈1990年、2010年人口重心地理坐标

1990 年和2010年武汉城市圈人口重心总体分布均在武汉市辖区，21年来人口重心分布位置发生变化，总人口重心明显向西移动，移动了约1km，城镇人口也向西移动，移动了约0.1km，乡村人口重心也向西移动，移动了约0.6km.武汉城市圈总体人口重心与城镇人口重心均出现了明显了向西北移动现象，而乡村人口重心具有明显的向西南移动趋势，人口重心的明显移动与乡村人口向城镇迁移以及城市扩张建设密切相关.

图4 1990年、2010年武汉城市圈人口重心变化

3）武汉城市圈人口密度空间分析.通过Arcgis对武汉城市圈人口密度分布的处理，使武汉城市圈人口密度空间分析显示出可视化的特点，见图5、图6.从图中可以看出，圈内人口密度总体呈现中部密集两侧稀疏；圈内人口密度东稀西密；城区人口密度逐渐升高，县级市人口密度出现两个阶段的发展.

武汉城市圈中部城市中，武汉市、黄石市辖区和鄂州市人口密度1990—2010年均属于人口密度较高的区域.2010年，鄂州市城区人口密度达1 248人／km2，黄石市黄石港区人口密度达11 403人／km2，武汉市江汉区高达20 511人／km2，江岸区、武昌区、硚口区人口密度均超过10 000人／km2.结合图1不难看出，武汉城市圈中受到武汉内城区引力较大的第一圈层和第二圈层区县，人口密度相对较高.

由于武汉城市圈内中部为圈内最大城市—武汉市，其人口规模、经济实力远远领先于圈内其他城市，并对周边影响较大，出现了武汉市人口密度独大的现象.圈内东北部东南部多山地，其人口密度相对较小，受武汉市中心引力较小.圈内中西部多平原，自然条件优越，人口密度较大.社会经济的发展使城市需要更多的人力资源，人口分布又开始聚集于社会经济发展水平较高的地域［7-8］.县级地区人口密度大多处在150～400人／km2的较低水平，城市中心的人口密度大多为600人／km2以上.1990—2000年武汉远郊区及县级地区人口密度呈现较快的增长趋势，而2001—2010年的人口密度表现出小幅下降的阶段，见图3.邻近武汉市辖区的孝南区、云梦县、鄂州市和黄石市辖区人口密度呈现增长趋势，圈内主要城市中心人口密度均增长迅速，县级地区增速较缓.

图5 1990年武汉城市圈人口密度分布图

图6 2000年武汉城市圈人口密度分布图

图7 2010年武汉城市圈人口密度分布方位图

4）武汉城市圈人口方向性分析.2010年武汉城市圈人口密度分布具有方向性特征，见图7.以武汉市辖区为中心，划分为正北、东北、正东、东南、正南、西南、正西、西北等8个方向.圈内人口密度分布在方向上呈现与距武汉市距离成反比的有正北、东北、东南、正南、西南、正西、西北等7个方向.正北方向人口密度大小与距武汉市距离成反比，武汉市辖区、黄陂区、红安县、大悟县的人口密度分别为4 924、387、335、310人／km2.正东与东南之间人口密度变化趋势不明显，除武汉市辖区人口密度出现峰值外，还出现鄂州市和黄石市辖区人口密度较高的区域，圈内正东与东南方向出现了多个人口聚集区域.

武汉城市圈人口密度方位分布基本符合Clark模型［9］，又称为负指数函数，公式如下：