基于空间插值分析的福建省城市流时空演变特征

谭景柏，张杜鹃

（山西师范大学 地理科学学院，山西 临汾 041000）

区域空间联系是区域在自然、经济、文化等各方面的相互关系，是区域发挥功能优势的关键。研究区域内城市之间的空间联系，揭示其空间相互关系强度，是优化区域联系的客观需要[1]。区域空间联系研究中最常用的引力模型最早由Reilly为测度中心城市对周边区域的吸引力而提出[2]，之后Zipf等对引力模型作出了进一步解释推广[3-6]。城市群作为区域发展、经济联系的产物，近年来成为区域空间联系研究的热点之一，如戴学珍等从不同交通方式角度对京津冀地区空间相互作用贡献率进行分析，发现公路贡献率最大，铁路影响效果最大[7]；郑蔚等通过引力模型、社会网络分析法对海峡西岸城市群与长三角、珠三角城市群经济网络的动态演化进行了分析[8]；邵璇璇等在"流空间"视角下，基于引力模型，以长江中游城市群28个地级市为研究对象，采用SNA方法计算了当前城市群经济联系网络的整体密度、中心性指标，并划分凝聚子群，进行稳健性分析[9]；阴俊运用帕累托指数、首位度、回归分析模型分析了辽中城市群空间结构的总体发展趋势[10]；张珣等以京津冀城市群156 个区县为研究对象，从经济中心性、交通中心性、信息中心性、人口中心性4 个角度，利用4种空间聚类方法进行了5个等级的聚类分析，并基于克氏中心地理论对京津冀城市群等级划分结果进行了空间结构分析[11]；谢波基于地缘经济关系模型，对北部湾城市群进行研究，发现昆明市与城市群内其他城市之间的产业互补关系具有较大的不确定性[12]；张建营以珠三角城市群为例，通过引力模型对其经济空间联系进行了实证分析[13]；关伟等研究了辽中南城市群空间相互作用的时空演变特征[14]；刘承良基于武汉都市圈，研究了经济联系强度的空间表现形式[15]。国内学者对城市群内各城市空间联系的研究多数为单一时间节点的研究。

产业作为区域发展的基础，是区域内部资源配置最直接的表现形式，是衡量区域间空间联系的重要指标。基于产业区位熵构建城市流强度模型，探究城市间“流”的强度以及时空演变特征，是当前区域发展研究的热点之一。王彬燕等依据城市流强度模型，发现哈长城市群城市流强度在各时期均低于辽中南城市群，且差异较大，两城市群缺乏区域间的互动机制[16]；曾鹏等基于人流、资金流、物流和信息流研究了中国10大城市群等级规模结构水平的时空变化特征[17]；周秀等以城市流中的交通流为视角，利用公路和铁路客运交通流数据，对长江中游城市群内各城市的空间相互关系进行了测度分析[18]；王少剑等借助珠三角城市群9个城市的人流、物流、资金流和信息流数据，对珠三角城市群空间结构的现状和发展趋势进行综合性判断[19]；李元等基于城市流模型对福建海丝核心区制鞋业经济的影响力现状进行分析比较，发现其影响力国内领先，但各地市发展不平衡[20]。

综上，当前区域空间联系研究的理论与方法相对较为成熟，城市流模型的研究多集中于跨行政区的城市群内的城市成员之间，而对于传统行政区——省这个层面则涉及相对较少，多数研究为同一时段城市流之间的强度比较，较少从长时间尺度对城市流强度进行动态分析与研究。基于此，本研究对福建省地级市2007、2012、2017年的外向型服务部门从业人数数据进行动态分析，以期揭示福建省城市流强度的时空演变特征，为福建省城市发展、区域协调提供参考。

1 研究区概况

福建省位于中国东南沿海，北接浙江省，南邻广东省，西部与江西省接壤，东部通过台湾海峡与中国台湾省隔海相望。截止2018年末，福建省人口3941 万人，地区生产总值（GDP）高达3.58 万亿元，国土面积为12.4万km2，以不到中国2%的国土面积和2.8%的人口创造出4%的GDP总量，是中国经济较发达的省份，民富指数仅次于浙江省位居中国第二。

福建省是海上丝绸之路的起点，依托靠近中国台湾的区位优势，以厦门市、福州市共同组建“海西经济圈”，境内通过厦门、福州两市辐射周边地级市，共同组成海峡西岸城市群。中国东部沿海高速铁路、渝长厦铁路、京港台高速铁路通道合福线交汇组成福建省的内外铁路交通网；2010年福建省实现县县通高速，公路网较为发达；福州、厦门等主要城市的国际机场也将福建省与海内外相连，福建省的交通区位条件不断优化。福建省产业结构相对完善健全，泉州、晋江等市是重要的加工制造业基地，全国近1/10的服装类商品出产于此，贸易往来十分活跃。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

福建省9 个地级市的外向服务部门从业人数来源于《中国城市统计年鉴》《福建省统计年鉴》的2007、2012、2017年数据。

考虑到城市外向服务部门主要集中于第三产业，结合福建省的实际情况以及数据的可获得性，本研究选取批发和零售业（以下简称批发零售），交通运输、仓储和邮政业（以下简称交通仓储邮政），住宿、餐饮业（以下简称住宿餐饮），信息传输、计算机服务和软件业（以下简称信息技术），金融业，房地产业，租赁和商业服务业（以下简称租赁商服），科学研究、技术服务和地质勘査业（以下简称科研技术），水利、环境和公共设施管理业（以下简称公共设施），居民服务、修理和其他服务业（以下简称居民服务），教育，卫生、社会保障和社会福利业（以下简称卫生保障），文化、体育、娱乐，公共管理和社会组织（以下简称公共管理）等14个产业对城市的外向功能进行研究。

2.2 研究方法

城市流是指城市间的人流、物流、信息流、资金流、技术流等“空间流”发生双向或多向流动的过程［21］。城市流强度表示城市空间要素集聚、辐射以及扩散的外向功能大小，是城市对外服务部门集聚和辐射力的强弱表征。参考姜博等对城市流强度模型的相关研究［22］，城市流强度的数学模型为

式中，F为城市流强度，城市流强度F值越大，与区域内其他城市的空间联系越密切，反之则越松散；P为城市功能效益，采用人均地区生产总值（GDP）表征；E为城市外向功能量，采用区域外向服务部门从业人员的区位熵加总求和表示。

区位熵是由Hagatte提出的概念，其反映某一产业部门的专业化程度，以及某一区域在高层次区域的地位和作用。具体计算过程为：首先，计算各城市外向服务部门从业人员的区位熵，见式（2）；其次，计算各产业部门的外向功能量，见式（3）；最后，加总求和得到城市总的外向功能量，见式（4）。

式中，Lij为第i城市第j部门的区位熵，Gij为第i城市第j部门的从业人数，Gi为第i城市的总从业人数，Gj为区域内第j 部门的总从业人数，G 为区域内总的从业人数，Eij为第i 城市第j 部门的外向功能量（若Lij≤1，则Eij= 0），Ei为第i城市总的外向功能量。

反距离权重插值法以插值点与样本点间的距离权重进行加权平均，离插值点越近的样本赋予的权重越大，简单易行，直观并且效率高，在已知点分布均匀的情况下插值效果较好。本研究利用Arcgis 10.3软件基于反距离权重法对福建省9个地级市2007—2017年城市流强度作空间插值分析。

3 结果与分析

3.1 城市外向服务部门区位熵分析

按式（2），利用福建省城市外向服务部门从业人数计算福建省城市2017年外向服务部门从业人员区位熵，结果见表1。区位熵Lij≤1的产业部门较多，金融业、教育、卫生保障、公共管理、信息技术5个产业区位熵小于1的城市数量相对其他产业较少，为2～3个，说明上述5个产业的外向程度较高；交通仓储邮政、住宿餐饮、科研技术、居民服务4个产业外向程度相对较低，其中除厦门外，所有城市的交通仓储邮政产业区位熵均小于1，说明这些产业在对外服务和辐射能力上应该加强。分城市来看，各城市的外向优势产业差别较大，如福州市科研技术产业相对较好（Lij=2.12），厦门市居民服务产业区位熵相对较高（Lij=2.27），泉州市侧重发展教育产业（Lij=1.38），漳州市侧重发展金融业（Lij=1.46），龙岩市侧重发展租赁商服产业（Lij=2.53），说明福建省各城市外向服务产业部门分工相对合理，具有一定的可协调性。

表1 福建省城市2017年外向服务部门从业人员区位熵Table 1 Location quotient of outward service departments of cities in Fujian province in 2017

3.2 城市外向功能量分析

按式（3）、（4），利用福建省2007、2012、2017年城市外向服务部门从业人数计算福建省城市外向服务部门功能量，结果见表2和表3。2007—2017年，福建省各城市外向服务部门功能量增幅普遍较大，其中福州市从2007年的1.81增加到2017年的5.55，说明福建省城市外向功能量明显提高，城市间各种“流”的传导扩散作用有效发挥，城市空间联系更加密切；福建省城市外向功能量由2007年的厦门市单核独大（Ei=3.61）发展到2012、2017年的福州市（Ei=3.45、5.55）、厦门市（Ei=5.55、5.17）双核集聚，2017年福州市外向功能量超过厦门市，区域内城市外向功能量首位度迅速减小；福建省各城市外向服务产业数量呈下降趋势，如福州市减少1个，厦门市减少1个，莆田和三明均减少2个，但各城市外向功能量却在逐渐增加，说明近年来福建省各城市不断优化产业结构，采取了更加有效的产业协调方式，如莆田市2007年以发展教育（Ei=1.28）、卫生保障（Ei=0.16）以及公共管理产业（Ei=0.19）为主，到2017年则转变为了只集中发展教育产业，进行了产业集中发展，促进了区域经济的良性发展。

表2 福建省城市2007、2012和2017年总外向功能量比较Table 2 Comparisons of outward functional quantities in Fujian province from 2007,2012 and 2017

3.3 城市流强度分析

按式（1），利用福建省2007、2012、2017年城市外向服务部门从业人数计算福建省9个地级市的城市流强度，结果见表4。整体来看，2007—2017年福建省各市的城市流强度出现不同幅度的上升，表明福建省整体的产业竞争力以及对外服务的辐射和扩散作用都得到了长足的发展与进步。为便于直观地表达出福建省2007—2017年城市流强度特征，本研究对城市流强度进行分级，如图1所示。

2007年只有厦门市的城市流强度超过高强度阈值，为20.42，“一城独大”的现象较为明显，而福州市、泉州市、莆田市等同为中等强度；2012年，福州市的城市流强度上升明显，与厦门市的差距明显减小，龙岩、泉州以及莆田为中等强度，其余为弱强度，初步形成双核心聚集模式，整体表现为沿海轴向高等级、内陆并列中低等级；2017年，厦门-福州双核心进一步加强，形成齐头并进的趋势，但莆田市却退出前两个等级，处于较低强度等级；福建省整体形成厦门-福州“双星”系统，形成沿海轴向内陆阶梯式递减的城市流强度分布态势，西北部的南平等县市由于产业层次低，地形以山地为主，交通不便，人流、物流、信息流、资金流以及技术流等各种城市流的往来传导受阻，截止目前依旧处于中低强度城市流水平，是福建省未来进行产业优化布

局、提升城市流强度、促进区域协调发展的重点地区。

表3 福建省城市2017年外向服务部门功能量Table 3 Functional quantity of outward service departments of cities in Fujian province in 2017

表4 福建省9个地级市的城市流强度Table 4 Urban flow intensity values of nine prefecture-level cities in Fujian province

图1 福建省2007—2017年城市流强度结构图Figure 1 Urban flow intensity structural chart of Fujian province from 2007 to 2017

3.4 城市流强度时空演变趋势分析

福建省9个地级市2007—2017年城市流强度空间插值分析结果见图2。福建省城市流强度整体从以厦门市为单极核的高集聚、低扩散的发展模式逐渐发展为厦门-福州双核心协同发展的高级区域发展层级；以龙岩为代表的闽西南地区逐渐从城市流强度欠佳层级向中高层级发展；以厦门-福州为纵向双核心轴带、以龙岩-泉州为横向次中心轴带、以三明、南平为主要节点的阶梯网络状发展格局基本形成，具体特征表现如下。

（1）城市流强度的梯度差异较为明显且一直存在。厦门市是国家计划单列市，福州市是福建省省会，二者均处于沿海地区，海上贸易往来频繁，交通区位优势明显，省内乃至区域范围内的诸多要素均趋向流入其中，表现出强烈的资源要素集聚性特征，与省内其他城市的城市流梯度差异明显，如2007年厦门市城市流强度为20.42，与排名最末的宁德市相差30倍，到2017年厦门市城市流强度依然是宁德市的8倍，此梯度差异一直存在。

（2）城市流强度整体表现为沿海高内陆低的发展格局。2007—2017年，福建省9个地级市城市流强度的区域不平衡问题越来越明显，整体呈现出沿海高内陆低的格局。主要原因有两点：一是沿海城市商贸发达，交通区位条件优越，资金、劳动力、技术等城市流要素具有便捷趋向性；二是福建省地势整体呈西高东低的态势，西部山高且密，对于城市流的传导具有较大的限制。基于此，福建省今后应着力提高西部地区城市流强度，加强西部地区城市间协作。

（3）纵向尺度上，城市流强度表现为南高北低格局。2007年福州、厦门、莆田、泉州的城市流强度分别达到5.31、20.42、2.98、3.43，省内差距表现为沿海与内陆的差距；2012年，龙岩、漳州等市持续发展，城市流强度分别达到6.58和3.17，海陆差距开始向南北差距转移；2017年，龙岩市已经与泉州市等处于同一城市流强度等级，其城市流强度达到17.31，南北差距日益突出，其原因在于北部的宁德、南平等市无论距离省内的厦门、福州，还是距离周围的杭州、南昌等区域性中心城市均较远，受到的辐射带动作用过小甚至于没有。

图2 福建省2007—2017年城市流强度空间插值图Figure 2 Spatial interpolation of urban flow intensity in Fujian province from 2007 to 2017

4 结论

本研究基于外向服务部门从业人数数据，以福建省9个地级市2007—2017年的城市流强度为视角，利用反距离权重方法进行空间插值分析，对其空间演化特征进行探究，结论如下：

（1）福建省对于资源配置、集聚与扩散的能力相对较好，区域内优势产业门类较多，产业互补性较高，具有较强的城市联系作用，城市流强度优势明显；

（2）空间尺度上来看，福建省城市流强度整体呈现南高北低、沿海高内陆低的分布态势，但具有一定的扩散效应，由沿海向内陆扩散；

（3）城市流强度分布结构表现为由单极发展向双核心集聚、多个重要节点的网络阶梯状发展格局转变，作用时间短且高效；

（4）海陆分布等区位条件对福建省城市流强度分布影响巨大，在资源上出现较强的集聚性，城市流等空间格局要素分布具有较大差别；

（5）集聚特性总体上由向沿海聚集转向两大核心城市聚集，随着时间的推移两大核心城市的集聚效应较为明显，福建省总体的城市流都极化向厦门-福州双星系统，并不是简单的沿海轴向分布。

5 建议

为了提升福建省内的城市空间联系，基于以上研究结果，提出以下几点建议：

（1）提高厦门、福州两个聚集中心的对外辐射能力。在厦门与福州的发展过程中应该注重加强与周边城市在产业协作、商业贸易、文化交流、基础设施建设等方面的合作，在做到“极化”的同时还应发挥“涓滴”效应，消除资源极化过程中的剥夺效应；以莆田、漳州为次增长极，利用其沿海的交通区位优势，打造出口创汇的窗口，提高对外服务能力；对于龙岩、三明、南平等低级城市流强度城市，应当增加投入，加快产业升级，利用政策手段引入长三角、珠三角等城市群的先进技术和人才，促进经济的稳定发展；

（2）加强省内基础设施建设，促进城市间的连通，打破地理壁垒对城市流的限制。加快省内城市如厦门、福州、泉州、龙岩等市的城际交通建设，利用沿海优势，打造国际一流海上货运港口，打通内陆城市商品输出的通道，推动区域协调发展；

（3）加强省内各城市的创新能力，促进产业升级，重点发展外向型产业部门，构建现代化产业体系。在技术上，努力倡导创新性企业的技术革新，加强高校及科研机构的资源投入；在人才方面，制定方便落户、保障就业、优惠购房等有效吸引高层次人才的政策措施，打造以高新技术产业为主导的现代化城市产业体系，促进城市的创新发展。