近25 年西南地区民用机场规模分布演化特征*

文 军 王 睿 李 瑶 胡海坤 薛天伟

（中国民用航空飞行学院机场学院 广汉 618307）

1 引言

民航运输作为交通运输的基础产业，对国民经济和社会发展具有基础性、战略性、引领性等作用。改革开放以来，我国民航运输发展迅速，航空网络规模不断扩大，航线布局和结构得到改善，设施装备水平较大提高，运输能力显著增强，而机场作为航空运输活动的起讫点，是航空运输网络结构和功能的关键载体，随着经济全球化进程的不断加快，国内、国际的人口流动更加频繁，我国航空运输业获得了持续高速发展，大量民用机场新建、改建和扩建，西南地区由于长期受地理区位和地形条件的限制，地面运输基础设施落后，而西部大开发战略实施20 年来，航空运输业在西南地区快速发展［1］，各地区均加快机场建设，各地区经济、人口、地域等因素不同，促使西南地区民用机场规模体系发生复杂差异的变化，在此背景下，针对我国西南地区民用机场规模体系研究分析具有可行性和必要性。

自20 世纪90 年代，就有学者开始对航空运输进行研究，大致划分为两类，第一类为从非空间视角研究航空运输系统，张国华［2］从航空运输网络结构角度出发分析航空运输系统的演变；贾鹏［3］从空间可达性角度分析航空运输系统的竞争行为，保证机场选址和运营管理方案的科学有效性；杨省贵［4］从枢纽空港、支线空港角度出发研究区域航空市场，研究了影响我国区域航空市场旅客运量分布差异的关键因素；李德芬［5］从空港吞吐量预测角度反映航空需求的变化特征，通过客流分布、方式划分等技术手段，确定各集疏运方式的客流需求规模，为相应设施规模的预测提供依据。第二类为从空间角度对机场进行深入分析，如苗毅［6］探究中国民航机场结构的时空演变特征，发现形成以北京、上海、广州为多中心的多层级民航机场体系；贾鹏［7］将标准差椭圆和GIS 空间分析方法相结合推演空港客货运系统空间格局的演化趋势，发现全国航空旅客和货邮运输的空间格局总体呈现向西移动趋势，货运比客运格局的移动速度更快；王姣娥［8］从空间布局、服务范围以及航空客流分布等方面来研究中国的机场体系及其服务水平。王法辉［9］利用GIS 方法及相关理论揭示区域多机场系统的地域非均衡性，为优化机场空间布局提出建设性建议。管驰明［10］采用空间分析和数理统计相结合的方法，分析中国机场空间发展演变的规律，表明过去50多年中国机场分布密度增大，呈分散趋势，航空网通达性越来越高，但依然存在明显的区域差异。

由此可见，已有的研究多以全国民用机场的规模分布的角度出发，而专门对西南地区民用机场规模的研究寥寥可数。本文借用位序-规模法则，有助于研究和分析西南地区民用机场客运规模分布变化。其位序-规模法则是齐普夫在1949 年提出，是研究城市体系等级规模特征的重要方法，国内外研究学者在此基础对法则进一步研究，郭建科［11］等利用位序-规模法则从规模结构、航运网络两方面刻画1985 年以来中国大陆沿海集装箱港口体系的区域化特征，环渤海地区港口体系具有一定位序-规模分布特征，但不同阶段、不同规模的港口在位序分布上出现明显分化，港口区域化特征愈发明显；宋向群［12］提出基于位序-规模法则的港口群发展演化规律研究方法，以吞吐量为衡量港口规模的指标，定量分析区域港口群发展演化规律；孙世达［13］以我国规模以上港口为研究对象，运用指数分析与齐夫定律对近年来我国港口规模的区域差异、等级规模变化进行分析。这些研究均证实了位序-规模法则的科学性与合理性，但通过区域民用机场的客运吞吐量详细的研究机场体系规模分布特征研究却很少。

鉴于此，本文利用位序-规模法则对西南地区民用机场体系客运规模分布特征进行了时间跨度的深入研究，并结合ArcGIS 软件使用核密度分析和标准差椭圆方法从空间角度揭示了近25 年西南地区民用机场客运区域化的现状特征和客运规模的演化轨迹，为西南地区各民用机场科学定位、民航资源合理分配以及机场交通发展的科学制定等提供一定的理论参考和决策支持。

2 研究方法和数据来源

2.1 研究方法

2.1.1 位序-规模法则

位序-规模法则是最早被城市地理学家用来测度城镇聚落的规模分布情况，把位序-规模法则用于在机场规模分布的研究中，将中国西南地区民用机场的旅客吞吐量和其位序数据在双对数坐标上的投影形成客运量位序-规模分布特征。对位序-规模法则关系进行民用机场的旅客吞吐量做对数结构转换，得到如下计算公式：

Pk=P1×k-q

lnP1=lnP1-qlnk

其中：P1表示西南地区位于首位机场的旅客吞吐量；Pk代表西南地区位于第k位机场的旅客吞吐量；q表示Zipf 指数。当q＞1 时，表示民用机场规模体系空间分布呈现帕集中化状态；当q=1时，表示民用机场规模体系空间分布自然状态的呈现最优分布状态；当q＜1时，表示民用机场规模体系规模空间分布呈现均衡化发展状态。

2.1.2 核密度估计理论

核密度估计理论是一种非参数估计方法，它可以规避诸多参数估计法的不足。基于核密度分析理论研究了机场规模分布特征，刻画和分析西南地区机场规模空间及演变轨迹。当和密度曲线形态不变，而位置向左、向右移动分别代表西南地区机场整体规模的缩小、扩大。

每一个栅格的核密度fn(x)计算公式如下：

2.1.3 标准差椭圆分析

本文利用AreGIS 10.4 软件的空间统计模块加权标准差椭圆方法，基于51 个西南地区民用机场的空间经纬度，用民用机场的旅客吞吐量和货邮吞吐量指标表示相应的权重，描述研究对象的空间分布态势和演化特征。

计算公式如下：

其中，n表示西南地区民用机场个数，（xi，yi）表示民用机场的中心地理位置的经纬度，ωi表示每一个民用机场对应的吞吐量要素（旅客吞吐量）的值，表示加权平均中心，θ为椭圆方位角，表示正北方向顺时针旋转到椭圆长轴所形成的夹角，分别表示各机场到平均中心的坐标偏差；σx，σy分别表示沿椭圆x轴和y轴的标准差。

2.2 数据来源

本文以西南地区为研究地区，选取三省一市一区（四川省、云南省、贵州省、重庆市及西藏自治区）的51 个民用机场作为研究对象，以旅客吞吐量和民用机场POI数据为基础信息，综合考虑西南地区民用机场发展情况与数据的可得性，确定研究的时间跨度为1995-2020 年，其数据主要来源中国民用航空局发布的《民用机场生产统计公报（1995-2020）》和《中国交通年鉴（1995-2020）》。此外注意，因为个别机场搬迁、修建、军民性质变更等情况，如安顺黄果树机场、广元盘龙机场、九寨黄龙机场等存在部分年份缺失的情况。

3 西南地区民用机场位序规模分布差异

3.1 位序-规模分布特征变化

3.1.1 基于旅客吞吐量的西南地区民用机场位序-规模分布变化

根据公式，对1995-2020 年西南地区民用机场旅客吞吐量位序-规模分布无标度区进行识别和拟合。西南地区民用机场旅客吞吐量位序-规模分布的标度区参数（表1）如下。

表1 西南地区民用机场旅客吞吐量位序-规模分布的标度区参数

对西南地区民用机场旅客吞吐量的位序-规模分布特征进行分析可知：

1）通过比较各年份无标度区的个数及其变化，不难看出，研究时段内西南地区民用机场旅客吞吐量和其位序之间都存在一条拟合直线，亦存在一个无标度区，拟合优度系数均大于0.9，表明西南地区机场旅客吞吐量规模的分布符合Zipf 法则。2）由西南地区民用机场的客运量位序规模分布拟合图结果表1 可以看出，中国西南地区1995-2020 年Zipf指数q均大于1且都在1.8以上，表明西南地区各机场旅客运输规模差异性较大，规模等级结构呈现帕累托分布（高度集中分布），民用机场旅客吞吐量集中分布在高位序机场。3）Zipf 指数总体呈下降态势，从1995 年Zipf 指数2.5499 降至2020 年1.8641，说明西南地区客运运输集中程度逐渐降低。1995 年机场旅客吞吐量主要集中成都双流机场、昆明长水机场、重庆江北机场和贵阳龙洞堡机场，四个机场总旅客量占总西南地区旅客量的89.27%，此时大型机场占绝对的支配地位，小型机场规模小，周边的南充高坪机场、宜宾五粮液、丽江三义等仅几万人次，大理机场客运吞吐量不到一万人次，机场位序分布明显。经过25 年的发展，Zipf指数逐渐降低，2017 年Zipf 指数首次低于2，2020年Zipf 指数为1.8641。机场数量从1995 年18 个快速增长到2020 年51 个，中间位序机场数量增多，Zipf 指数下降，客运运输空间格局集中程度下降。4）成都双流、昆明长水、重庆江北机场等大型机场进入21 世纪后在先后完成机场扩建工作同时开通国际航线，但近几年客运量趋于饱和，增长速度明显下降，同时随着西南地区的交通运输体系的完善，高铁路网建设对航空客运造成巨大的冲击，使得部分民用航空客运流选择更加实惠的铁路运输。另一方面，西南地区经济水平以及人均收入的不断提升，中小型机场大力推进“旅游+航空”差异化发展手段，分散了大型机场的旅客压力，推动客运运输发展，使中小型机场的界限被打破。

3.1.2 基于旅客吞吐量的西南地区民用机场核密度分析

为了更好分析西南地区民用机场规模分布的演化规律，选取1995-2020 年其中6 年的数据进行纵向对比，间隔年份为5 年。利用核密度估计方法对西南地区民用机场旅客吞吐量进行研究，得到旅客吞吐量核密度（图2）。

图1 西南地区民用机场旅客吞吐量的核密度变化

图2 1995年-2020年中国西南地区客运规模标准差椭圆及其空间重心变化

图3 1995-2020年空间椭圆长半轴变化

图4 1995-2020年空间分布旋转角变化

图5 1995-2020年空间分布形状变化

图6 中国西南地区民用机场旅客吞吐量的核密度估计

1）旅客吞吐量核密度曲线经历了由“多峰”到“双峰”结构的变化。1995、2000 年密度曲线均为“多峰”，此时西南地区民用机场客运量较少，很多机场才新建或处于建设初期，客运量主要集中在成都双流机场、昆明长水机场、重庆江北机场，中小型机场旅客吞吐量总占西南地区民用机场旅客吞吐量不足10%，整个机场体系整体协调较差，客运运输分布较为集中。2005、2010、2015 和2020 年核密度密度曲线均为“双峰”，随着机场之间的分工合作有进一步明确，使得原来密度曲线由“多峰”变成“双峰”，西南地区民用机场体系整体性协调程度提高。2）核密度的曲线和主峰位置随着年份不断向右移动，反映西南地区民用机场客运规模不断扩大。2020年旅客吞吐量的双峰峰值在13左右的分布概率为0.23、在17 左右的分布概率为0.04，说明此时西南地区民用机场规模分布更多是中型和大型机场，且中型机场占比更大，而大型机场的客运规模与中小型机场差异明显。3）从形状来看，1995-2010 年，核密度密度曲线跨度增加且峰值上升，此时不断有机场新建但是与现有的大型机场和中型机场差异明显，2010-2020 年，密度曲线跨度缩小峰值继续变高，表明机场之间差异不断减少。这与前文以旅客吞吐量为基础得到的Zipf 指数不断缩小是一致的，验证了位序-规模法则研究的合理性。

3.2 空间差异分析

运用标准差椭圆对西南地区机场旅客吞吐量进行空间分布（图2），空间演化特征主要包括：

1）西南地区民用机场旅客吞吐量的中心先向西南方向再向东北方向移动，且有移动速度减缓的趋势。各年度的民用机场旅客吞吐量的中心均位于云南省东北部。1995-2000年中心由（103.88°E，28.01°N）移动到（103.62°E，27.68°N），这段时间内中心向西南总位移量44.72km，2000-2020 年中心整体向东北方向移动，2010 年中心坐标变为（103.98°E，28.06°N），向东北方向移动69.68km，2010-2015 年又向南移动17.81km 到（103.97°E，28.06°N），2015-2020 年中心向东北方向移动5.03km，变为（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动，年均移动2.59km 左右。在东西方向，1995-2020 年吞吐量中心先向西再向东移动，年均移动4.73km 左右。机场旅客吞吐量中心向东北方向移动，且向东移动速度更快，表明西南地区东部机场客运运输发展速度加快。

2）长轴标准差可以反映客运运输空间分布的范围。西南地区客运运输聚集范围呈现发散-集中-发散的趋势（长半轴波动范围为4.18～4.68）。1995 年长半轴值为4.39，2020 年长半轴值为4.68，总体来看，2020 年较1995 年长半轴增长0.29，客运运输规模分布呈现向东北扩张趋势。

3）西南地区民用机场客运规模空间聚集方向稳定，但主要、次要方向方趋势不同，轴线始终为东北-西南指向，旋转角经历波动再成呈现稳定增大的趋势（旋转角范围为40.67～68.78°）。1995 年旋转角度为47.26°，2008 年旋转角为38.78°，2020 年旋转角为68.78°，1995-2008 年旋转角变化显著整体呈下降趋势，2008-2020 年呈现稳定增长趋势，其空间分布表现为顺时针旋转。短轴和长轴的标准差比值可以反映客运运输空间分布的形状，1995-2020 年短轴稳定而长轴增加，1995 年短轴与长轴的标准差比值为0.73，2020 年为0.69，表明空间分布在东北-西南方向扩张，西北-东南方向不明显。

4）为了更好地反映空间变动，选取1995、2000、2005、2010、2015、2020 年5 个时间截面，借助核密度估计进行表达。1995 年西南地区旅客吞吐量核密度估计最大值为47.79 个/km2，最高等级核密度只在四川省和云南省聚集。此后西南地区东部整体提升，多处聚集点逐步在中部地区依托省会城市或是旅游景点等形成。2020 年西南地区旅客吞吐量核密度估计最大值为457.2 个/km2，相比于1995 年核密度最大值增长近10 倍，此时最高级别密度分布从四川成都和云南昆明转变为成渝地区中。

1995 年，西南地区民用机场布局尚未充分展开，客运运输主要集中在云南省、四川省两省且集中分布在省会机场，两省的机场数要占西南地区民用机场总数的四分之三，而其他地区尤其是贵州全省仅有1 座机场（贵阳龙洞堡机场），地域辽阔的西藏也仅有2 座机场（拉萨贡嘎机场和昌都邦达机场），即使四川、云南两省机场数量相对较多，但布局也尚偏隅，其中广大的川西地区和滇东南地区还是民航运输的空白地带，经过25年的发展，2020年民用机场数量从18 个快速增至51 个，民航空间布局趋于合理。1995 年12 月底，国务院正式批准由云南省承办1999 年昆明世界园艺博览会，世界园艺博览会在“春城”昆明成功举办，吸引了全世界的旅客参观，推动整个云南省航空客运运输，1999 年云南省接待旅游者总人数近3800 万人次，旅游业总收入首次突破200 亿元，比1998 年增长49%，民航运输旅客吞吐量同比增长54.36%，促使客运运输格局向西南地区移动。进入21 世纪以后，随着各地区机场建设加快，大量机场新建和扩建，其空间上表现为由非均衡在逐渐趋于均衡的空间结构演化态势，但由于人口、经济等因素在空间差异性使得西南地区东部航空市场需求量更大，整体形成东密西疏的空间格局。一方面，旅游业带动民航客运运输，云南省独特的地理位置和适宜的自然气候，为旅游业的发展提供了良好的资源优势，如丽江、西双版纳、大理等地。另一方面，受供需关系影响的政策因素也施加重要的影响，从2011 年国家发展改革委印发《成渝经济区区域规划》等文件提出加快川渝合作进程以来，以成都、重庆为中心，一体化发展的趋势日益明显，川渝地区民航业加速发展，西南地区重心逐渐向成渝地区靠拢，客运运输增速更快，西南地区客运运输格局整体一直向东部移动。

4 结语

研究重点分析了西南地区民用机场1995-2020年客运量位序-规模分布的变化特征和核密度曲线，并对其空间分布和演变进行了深入研究，得到以下结论：

1）从西南地区民用机场客运规模分布的位序-规模西南地区民用机场客运体系分布符合齐夫法则，具有明显的位序-规模分布特征，空间形成帕累托分布模式，旅客吞吐量计算的zipf 指数总体呈现下降态势，说明机场客运运输一直处于较为稳定的分散化发展。新兴的小型机场的涌现初期打破了原来的机场体系，并随着大型枢纽机场的稳定发展和小型机场的自我突破，民用机场体系内部结构得到不断的优化。

2）从西南地区民用机场规模分布的核密度曲线来看：（1）从核密度曲线的位置来看，客运吞吐量核密度曲线均整体向右移动，表明西南地区民用机场整体规模在不断地扩大；（2）从核密度曲线的延伸状况看，客运吞吐量的核密度曲线从“矮胖”逐渐变为“瘦高”，表明西南地区民用机场的客运规模差异逐渐减小；（3）从核密度曲线的分布模式来看，旅客吞吐量的核密度曲线从“多峰”逐渐变为“双峰”过程。

3）从西南地区民用机场客运标准差椭圆来看：（1）1995-1999 年西南地区客运格局均出现向西南移动趋势，重心移动距离大，2000-2020 年客运运输标准差椭圆重心总体呈现向东北方向移动。（2）从标准差椭圆的长轴标准差，1995-2008 年客运运输格局在波动中有明显的收缩，说明椭圆内部的机场增长速度更快，效率更加突出，2008-2020 年，客运运输有明显的扩张，旅客吞吐量标准差椭圆长半轴增长0.503，相比1995长半轴增长0.29，表示位于椭圆外部的机场客运运输的增长速度大于椭圆内部机场的客运运输。（3）从标准差椭圆的旋转角和短轴/长轴比来看，西南地区民用机场客运运输空间聚集方向轴线始终为东北—西南指向，客运运输格局先逆时针再顺时针旋转，有明显的东北—西南方向扩张。

4）从西南地区民用机场客运核密度分析来看：1995 年只有四川省和云南省呈现低水平的聚集点，此后东部一带整体提升，多处聚集点逐渐依省会城市、旅游热点等形成。至2020 年，最高密度的密度堆积在成渝地区。

然而研究仍有不足之处，本研究重点分析了西南地区民用机场1995-2020 年客运量位序-规模分布的变化特征和核密度曲线，并对其空间分布和演变进行了深入研究，但并未对其影响因素进行讨论。因此进一步从区域经济发展水平、政府政策、交通基础设施、产业结构等方面对该地区客运量位序-规模和空间分布变化机理进行深入讨论，将是未来研究的重点。