甘肅城鎮(zhèn)人口布局的時(shí)空演變_甘肅省第六次全國(guó)人口普查研究成果匯編

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，人口流動(dòng)明顯加速，城鎮(zhèn)化建設(shè)也明顯加快，由此加速了城鄉(xiāng)人口布局的演變。本文根據(jù)2000年和2010年兩次人口普查數(shù)據(jù)，采用ESDA分析方法，利用ArcGis 10.0 和OpenGeoDa分析軟件，試圖從中觀層面探討甘肅城鎮(zhèn)人口布局的時(shí)空演變特征。

一、數(shù)據(jù)來(lái)源和分析方法

（一）數(shù)據(jù)整理

數(shù)據(jù)整理包括空間數(shù)據(jù)的集成和屬性數(shù)據(jù)的整理兩部分。

空間數(shù)據(jù)的集成來(lái)源于第六次人口普查使用的遙感影像資料，并利用ArcGis10.0軟件，在對(duì)坐標(biāo)系統(tǒng)一轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)上，生成了甘肅省鄉(xiāng)級(jí)圖形數(shù)據(jù)文件。

屬性數(shù)據(jù)的整理來(lái)自于2000年第五次人口普查和2010年第六次人口普查快速匯總的結(jié)果。由于兩次普查間鄉(xiāng)、鎮(zhèn)、街道行政區(qū)劃變動(dòng)較大，因此對(duì)2000年人口普查數(shù)據(jù)按現(xiàn)行區(qū)劃進(jìn)行了重新整理和調(diào)整。

（二）分析方法

本文主要采用地統(tǒng)計(jì)學(xué)（Geostatistics）的探索性空間數(shù)據(jù)分析（exploratory spatial data analysis, ESDA）法。地統(tǒng)計(jì)學(xué)是以具有空間分布特點(diǎn)的區(qū)域化變量為基礎(chǔ)，研究自然現(xiàn)象的空間變異與空間結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科。其理論基礎(chǔ)是地理學(xué)第一定律（Tobler,1970）。

1.地統(tǒng)計(jì)分析的基本原理

（1）隨機(jī)過(guò)程的相關(guān)性。地統(tǒng)計(jì)假設(shè)研究區(qū)域的所有值都是由隨機(jī)過(guò)程確定的，而隨機(jī)過(guò)程中的所有事件都不是獨(dú)立的。在一個(gè)空間或時(shí)間的范疇中，這樣的相關(guān)性稱為自相關(guān)。

（2）相關(guān)性隨機(jī)過(guò)程的預(yù)測(cè)。地統(tǒng)計(jì)分析中有兩個(gè)關(guān)鍵任務(wù)：一是揭示其依賴規(guī)則；二是作出預(yù)報(bào)。

（3）平穩(wěn)性。對(duì)于大多數(shù)空間數(shù)據(jù)，通常平穩(wěn)性的假設(shè)是合理的。平穩(wěn)性有兩種類型：一是均值平穩(wěn)性。它假設(shè)均值是不變的，并且與位置無(wú)關(guān)；二是與協(xié)方差有關(guān)的二階平穩(wěn)性和與半變異函數(shù)有關(guān)的內(nèi)蘊(yùn)平穩(wěn)性。二階平穩(wěn)性假設(shè)具有相同距離和方向的任意兩點(diǎn)的協(xié)方差是相同的，協(xié)方差只與這兩點(diǎn)的值有關(guān)；對(duì)于半變異分析，內(nèi)蘊(yùn)平穩(wěn)性假設(shè)具有相同距離和方向的任意兩點(diǎn)的方差是相同的。

2.地統(tǒng)計(jì)分析的基本方法

其基本方法是探索性空間數(shù)據(jù)分析（exploratory spatial data analysis, ESDA）法。這種方法以空間關(guān)聯(lián)測(cè)度（spatial association measures, SAMs）為核心，旨在描述空間分布，發(fā)現(xiàn)空間離群值/異常值（spatial outliers）或空間集聚模式，揭示空間聯(lián)系的結(jié)構(gòu)，給出空間異質(zhì)／非平穩(wěn)性的不同形式，以引導(dǎo)模型的建立和評(píng)價(jià)。除常用的統(tǒng)計(jì)方法（如均值、方差等）外，還有半變異函數(shù)、空間自相關(guān)統(tǒng)計(jì)量（Moran’s I,Geary’s C, LISA,G等）、Moran散點(diǎn)圖及其派生圖等等一系列專門處理空間數(shù)據(jù)的依賴性和異質(zhì)性特點(diǎn)的各種技術(shù)和方法。

（1）半變異函數(shù)：區(qū)域化變量Z（x）在點(diǎn)x和x＋h處的值Z（x）與Z（x＋h）差的方差的一半，稱為區(qū)域化變量Z（x）的半變異函數(shù)。它是地統(tǒng)計(jì)分析的特有函數(shù)。

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其函數(shù)曲線圖為：

塊金值（Nugget）：由于測(cè)量誤差或空間變異引起的誤差。

基臺(tái)值（Sill）：當(dāng)樣本間的距離h增大時(shí)，半變異函數(shù)r（h）從初始的塊金值達(dá)到一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的常數(shù)時(shí)，該常數(shù)值稱為基臺(tái)值。

偏基臺(tái)值（Partial Sill）：基臺(tái)值與塊金值的差值。

變程（Range）：當(dāng)半變異函數(shù)的取值由初始的塊金值達(dá)到基臺(tái)值時(shí)，樣本點(diǎn)的間隔距離稱為變程。變程代表了空間相關(guān)性的作用范圍。

空間相關(guān)性的強(qiáng)弱由Partial／Sill來(lái)反映，比值越大，空間相關(guān)性越強(qiáng)。相反，Nugget／Sill的比值稱為基底效應(yīng)，反映樣本間的變異特征。

（2）克里格插值（Kriging）：又稱局部插值法，是以變異函數(shù)理論和結(jié)構(gòu)分析為基礎(chǔ)，在有限區(qū)域內(nèi)對(duì)區(qū)域化變量進(jìn)行無(wú)偏最優(yōu)估計(jì)的一種方法。

其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中，Z（x0）為未知樣本點(diǎn)的值，Z（xi）為未知樣本點(diǎn)周圍已知樣本點(diǎn)的值，λi為第i個(gè)已知樣本點(diǎn)對(duì)未知樣本點(diǎn)的權(quán)重，n為已知樣本點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

（3）空間自相關(guān)統(tǒng)計(jì)量

①全局空間自相關(guān)統(tǒng)計(jì)量：用于描述整個(gè)研究區(qū)域中所有空間對(duì)象之間的平均關(guān)聯(lián)程度、空間分布模式及其顯著性等。常用的有：

Ⅰ. Gamma（г）統(tǒng)計(jì)量

式中，W是空間矩陣，Y是屬性矩陣。

Ⅱ.Moran’s I統(tǒng)計(jì)量

Moran’s I的取值在－1到1之間。其中，－1表示極強(qiáng)的負(fù)空間自相關(guān)，1表示極強(qiáng)的正空間自相關(guān)。

對(duì)Moran’s I的檢驗(yàn)采用z檢驗(yàn)

在給定顯著性水平下，當(dāng)Moran’s I顯著為正時(shí)，表示觀測(cè)值之間存在顯著的正相關(guān)，高的觀測(cè)值傾向于和高的觀測(cè)值積聚在一起，低的觀測(cè)值傾向于和低的觀測(cè)值積聚在一起，呈現(xiàn)高高積聚或低低積聚分布格局；當(dāng)Moran’s I顯著為負(fù)時(shí)，表示觀測(cè)值之間存在顯著的負(fù)相關(guān)，高的觀測(cè)值傾向于和低的觀測(cè)值積聚在一起，高低相異，呈現(xiàn)空間分散格局。當(dāng)Moran’s I接近期望值時(shí)，表明不存在空間相關(guān)，觀測(cè)值在空間上隨機(jī)排列。

Ⅲ.General G統(tǒng)計(jì)量

式中，d為空間單元之間的臨界距離，w_ij(d)是根據(jù)距離規(guī)則定義的空間權(quán)重。若單元i和單元j之間的距離位于d之內(nèi)，則權(quán)重為1，否則為0。G（d）用于識(shí)別空間聚集模式，即是否存在高值聚集（熱點(diǎn)）或低值聚集（冷點(diǎn)）。

②局部空間自相關(guān)統(tǒng)計(jì)量：用于反映空間自相關(guān)的空間變異性。

Ⅰ.局部空間關(guān)聯(lián)指標(biāo)（local indicators of spatial association, LISA）

區(qū)域單元i的局部Moran統(tǒng)計(jì)量為：

zi和zj是相應(yīng)的x值與均值的離差，即：

較高的局部Moran值意味著相似值（高值或低值）的聚集，較低的局部Moran值意味著相異值的聚集。

Ⅱ.局部G統(tǒng)計(jì)量

上式表示單元i的周圍鄰居位置上的觀測(cè)值之和與所有空間位置上的觀測(cè)值之和的比值，用于識(shí)別在某一給定距離范圍（d）內(nèi)，單元i和周圍鄰居之間是高值的空間積聚還是低值的空間積聚。

二、甘肅城鎮(zhèn)人口布局的時(shí)空演變特征

（一）城鎮(zhèn)人口布局的時(shí)空變化

比較2000年和2010年甘肅城鎮(zhèn)人口布局的變化，能夠清晰地看出城鎮(zhèn)人口布局具有向中部、南部和東部積聚的趨勢(shì)（圖1、圖2）。

圖1　2000年甘肅城鎮(zhèn)人口鄉(xiāng)域布局

圖2　2010年甘肅城鎮(zhèn)人口鄉(xiāng)域布局

從大區(qū)比較，蘭（州）—白（銀）中心區(qū)和河西地區(qū)是全省城鎮(zhèn)化率最高的區(qū)域，但其城鎮(zhèn)人口占全省的比重卻呈下降趨勢(shì)，分別下降了4.80和5.10個(gè)百分點(diǎn)；中部地區(qū)（定西、臨夏）、南部地區(qū)（天水、隴南、甘南）和東部地區(qū)（平?jīng)觥c陽(yáng)）城鎮(zhèn)人口占全省的比重呈上升趨勢(shì)，分別提高了4.85、3.16和1.89個(gè)百分點(diǎn)。

城鎮(zhèn)人口布局的變化，主要是人口流動(dòng)的結(jié)果。比較圖3、圖4和圖5可以看出，人口流入?yún)^(qū)集中在甘肅中部、東部及南部，而外出人口的區(qū)域布局則相對(duì)均衡，因此中部、東部及南部成為人口流動(dòng)的凈流入?yún)^(qū)。同時(shí)，由于外出人口主要來(lái)自鄉(xiāng)村，流入人口主要面向城鎮(zhèn)，由此帶動(dòng)城鎮(zhèn)人口布局的變化。

圖3　2010年甘肅流入人口鄉(xiāng)域布局

圖4　2010年甘肅外出人口鄉(xiāng)域布局

圖5　2010年甘肅凈流入人口鄉(xiāng)域布局

（二）城鎮(zhèn)化水平的時(shí)空變異

從鄉(xiāng)域?qū)用娴内厔?shì)面分析發(fā)現(xiàn)，甘肅城鎮(zhèn)化率無(wú)論在2000年或2010年都呈現(xiàn)明顯的西高東低、北高南低的態(tài)勢(shì)。其變化在于，東西趨勢(shì)線的中部在升高，而南北趨勢(shì)線的中部在隆起，趨勢(shì)面的中南部出現(xiàn)了明顯的積聚趨勢(shì)（圖6、圖7）。這種變化與城鎮(zhèn)人口布局的變化相一致。自2000—2010年，甘肅全省城鎮(zhèn)化率提高了12.10個(gè)百分點(diǎn)，其中蘭—白中心區(qū)城鎮(zhèn)化率提高了12.41個(gè)百分點(diǎn)，河西地區(qū)僅提高了6.94個(gè)百分點(diǎn)，而中部地區(qū)提高了14.55個(gè)百分點(diǎn)，東部地區(qū)提高了12.48個(gè)百分點(diǎn)，南部地區(qū)提高了11.28個(gè)百分點(diǎn)。

趨勢(shì)分析（T）

圖6　2000年甘肅城鎮(zhèn)化率趨勢(shì)分析

數(shù)據(jù)源：鄉(xiāng)面　屬性：數(shù)字格式$.城鎮(zhèn)比2000

趨勢(shì)分析（T）

圖7　2010年甘肅城鎮(zhèn)化率趨勢(shì)分析

數(shù)據(jù)源：鄉(xiāng)面　屬性：數(shù)字格式$.城鎮(zhèn)比2010

三、甘肅城鎮(zhèn)化水平空間關(guān)聯(lián)分析

（一）局空間自相關(guān)分析

1.空間關(guān)聯(lián)度分析

利用Arcgis10.0分析軟件計(jì)算的鄉(xiāng)域?qū)用娉擎?zhèn)化率的空間關(guān)聯(lián)度結(jié)果如圖8和圖9。2000年和2010年的空間關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.5530和0.4589，Z值分別為33.24和27.58，P值都為0.0000，均具有很高的顯著性，說(shuō)明在鄉(xiāng)域?qū)用娉擎?zhèn)化率具有明顯的空間依賴性。但變化在于，空間關(guān)聯(lián)度呈下降趨勢(shì)，Z值也明顯下降，這說(shuō)明離散度在提高，或異化趨勢(shì)在加強(qiáng)。

圖8　2000年甘肅鄉(xiāng)域全局空間自相關(guān)分析

圖9　2010年甘肅鄉(xiāng)域全局空間自相關(guān)分析

利用OpenGeoDa軟件繪制的Moran’s散點(diǎn)圖（圖10，由于空間權(quán)重計(jì)算方法不同，空間關(guān)聯(lián)系數(shù)略有差別）可以看出，與2000年比較，2010年位于第三象限的鄉(xiāng)鎮(zhèn)數(shù)量明顯增多，其次是第二、四象限，驗(yàn)證了城鎮(zhèn)化布局的異化現(xiàn)象。

圖10　甘肅鄉(xiāng)域?qū)用娉擎?zhèn)化率Moran散點(diǎn)圖

2. G統(tǒng)計(jì)量分析

從General G統(tǒng)計(jì)量分析可以判斷，甘肅鄉(xiāng)域?qū)用娴某擎?zhèn)化水平確實(shí)存在著高值—高值積聚（熱點(diǎn)）或低值—低值積聚（冷點(diǎn)）的特征，但同時(shí)又存在著異化現(xiàn)象（圖11、圖12）。2000年，其General G觀測(cè)值為0.0025，Z值為31.34；到2010年，其General G觀測(cè)值為0.0015，Z值為24.

42。雖然兩個(gè)普查年份的P值都為0.0000，但G值和Z值都呈下降趨勢(shì)。

圖11　2000年甘肅鄉(xiāng)域城鎮(zhèn)化率General G統(tǒng)計(jì)量

圖12　2010年甘肅鄉(xiāng)域城鎮(zhèn)化率General G統(tǒng)計(jì)量

（二）局部空間自相關(guān)分析

局部空間自相關(guān)分析（LISA）主要包括空間聚類分析和熱點(diǎn)分析。

1.聚類分析

根據(jù)2000年和2010年甘肅鄉(xiāng)域?qū)用娉擎?zhèn)化水平的局部空間自相關(guān)聚類結(jié)果（圖13，圖14），發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化模式有明顯的空間分異現(xiàn)象。除蘭—白中心區(qū)（因蘭州鄉(xiāng)面密集，地圖縮小后被遮蓋）、金川區(qū)、嘉峪關(guān)市等幾個(gè)中心城市一直保持著高值—高值（HH）聚集模式外，其他地區(qū)都有明顯變化。一是在敦煌周圍形成了連片集中的高值聚集區(qū)（HH模式）；二是在玉門市周圍出現(xiàn)了低值聚集區(qū)（LL模式）；三是在甘肅南部和東部形成了連片集中的低值聚集區(qū)（LL模式）；四是在東部地區(qū)形成了很多呈星狀分布的高值聚集區(qū)（即HH模式—紅色斑點(diǎn)和HL聚集模式—黃色斑點(diǎn)），即呈離散分布的小型中心—外圍區(qū)。同時(shí)，在縣域?qū)用嫔?，敦煌—阿克塞區(qū)域形成了連片分布的高值（HH模式）聚集區(qū)，而在中南部的天水、定西、隴南交界區(qū)域則形成了連片分布的低值（LL模式）聚集區(qū)（圖15）。

圖13　2000年甘肅鄉(xiāng)域城鎮(zhèn)化水平局部空間自相關(guān)聚類

圖14　2010年甘肅鄉(xiāng)域城鎮(zhèn)化水平局部空間自相關(guān)聚類

圖15　2010年甘肅縣域城鎮(zhèn)化水平局部空間自相關(guān)聚類

除了玉門低值區(qū)與其主城區(qū)的搬遷、尤其是玉門油田生活區(qū)搬遷到嘉峪關(guān)有關(guān)（2000—2010年，玉門市常住人口減少29186人，城鎮(zhèn)人口減少43369人，城鎮(zhèn)化率下降15.32個(gè)百分點(diǎn)）以外，其他聚集模式的演變應(yīng)當(dāng)是近10年來(lái)甘肅城鎮(zhèn)化模式的新變化：即區(qū)域城鎮(zhèn)化的空間分異趨勢(shì)在增強(qiáng)，城鎮(zhèn)化的動(dòng)力機(jī)制由傳統(tǒng)的少數(shù)中心城市帶動(dòng)演變?yōu)橹行某鞘信c中心小城鎮(zhèn)互動(dòng)。尤其是城鎮(zhèn)化動(dòng)力機(jī)制的變化，為促進(jìn)城鄉(xiāng)融合、實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)一體化提供了新的載體。

2.熱點(diǎn)分析

熱點(diǎn)分析的主要目的在于發(fā)現(xiàn)城鎮(zhèn)化的發(fā)展帶動(dòng)區(qū)域（熱點(diǎn)）和發(fā)展滯后區(qū)域（冷點(diǎn)）。比較2000年和2010年甘肅鄉(xiāng)域?qū)用娉擎?zhèn)化熱點(diǎn)/冷點(diǎn)分布圖（圖16、圖17），發(fā)現(xiàn)其變化依然明顯。一是敦煌—阿克塞—肅北熱點(diǎn)區(qū)域收縮到敦煌一帶。這種變化一方面是城鄉(xiāng)劃分標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整的影響，導(dǎo)致敦煌市2010年城鎮(zhèn)化率比2000年下降了15.63個(gè)百分點(diǎn)；另一方面是阿克塞人口向城區(qū)積聚的原因，其主城區(qū)紅柳灣鎮(zhèn)的人口2000年占全縣的82.66%，到2010年上升為95. 58%，而其他兩個(gè)牧區(qū)鄉(xiāng)的人口由2000年的1542人減少為2010年的466人。二是在中南部地區(qū)出現(xiàn)了斑狀分布的冷點(diǎn)區(qū)域（淡綠色斑塊），即城鎮(zhèn)化的塌陷區(qū)域。這說(shuō)明，甘肅中南部地區(qū)在鄉(xiāng)域?qū)用娉擎?zhèn)化的內(nèi)在動(dòng)力依然很弱。

圖16　2000年甘肅城鎮(zhèn)化水平鄉(xiāng)域?qū)用鏌狳c(diǎn)分布

圖17　2010年甘肅城鎮(zhèn)化水平鄉(xiāng)域?qū)用鏌狳c(diǎn)分布

在縣域?qū)用娴淖兓饕袃蓚€(gè)方面，一是敦煌—阿克塞—肅北組成的三角地帶城鎮(zhèn)化的熱點(diǎn)效應(yīng)明顯增強(qiáng)；二是城鎮(zhèn)化的冷點(diǎn)區(qū)域由西南部向中南部轉(zhuǎn)移，但強(qiáng)度在減弱，范圍在收縮（圖18、圖19）。這說(shuō)明縣域?qū)用娉擎?zhèn)化的動(dòng)力在不斷增強(qiáng)。

圖18　2000年甘肅城鎮(zhèn)化水平縣域?qū)用鏌狳c(diǎn)分布

圖19　2010年甘肅城鎮(zhèn)化水平縣域?qū)用鏌狳c(diǎn)分布

四、結(jié)論

綜合上述分析，甘肅城鎮(zhèn)人口布局的時(shí)空演變呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：第一，城鎮(zhèn)人口的布局呈現(xiàn)向中部、南部和東部積聚的趨勢(shì)；第二，區(qū)域城鎮(zhèn)化布局呈現(xiàn)空間分異趨勢(shì)；第三，城鎮(zhèn)化模式正在由中心城市帶動(dòng)模式向中心城市與中心小城鎮(zhèn)互動(dòng)模式轉(zhuǎn)變；第四，中南部貧困地區(qū)城鎮(zhèn)化的動(dòng)力在不斷增強(qiáng)，但基礎(chǔ)依然薄弱。

本課題承擔(dān)單位：甘肅省統(tǒng)計(jì)局

課題負(fù)責(zé)人：陳波　省統(tǒng)計(jì)局副局長(zhǎng)

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