马宇博,裴桂芬
(1.河北大学,河北 保定 071000;2.河北金融学院,河北 保定 071051)
20世纪90年代以来,全球城市网络和区域内部空间组织逐渐成为区域经济学研究的热点议题,而城市群作为区域网络和空间组织的重要载体,在区域发展中起到了非常重要的作用。城市群发展过程中,空间单元之间由于存在资源禀赋、城市功能等方面的差异,继而产生相互交流的联系,当空间单元之间的关联越来越密切,便形成一个高密度、多联系的空间网络结构。我国城市群发展相对国外领先的世界级城市群仍有一定差距,究其原因,无序、弱化的空间联系是制约我国城市群发展的瓶颈,加强城市群空间联系,构建有序空间网络成为优化空间战略规划、增强城市群核心竞争力的重要途径。因此,有必要学习先进城市群发展经验,探索其网络结构特点和空间网络发展规律,从而吸取其中先进理念,为我国城市群建设提供参考借鉴。
本文使用美国管理和预算办公室和美国人口普查局提出的判定标准,将美国东北部大西洋沿岸城市群划分为28个“大都市统计区”(CBSA),并以此为空间统计单元。使用的美国东北部大西洋沿岸城市群人口数据来自美国人口普查局(United States Census Bureau)的统计数据,经济数据来自美国经济分析局(Bureau of Economic Analysis,BEA)的统计数据,距离数据来自谷歌地图经纬度数据,并对其计算得出空间单元之间的距离数据。
考虑到数据可得性及方法适用性,本文采用修正引力模型对城市群之间的经济联系强度进行计算,使用社会网络分析法对城市群空间联系强度进行可视化处理。
(1)修正的引力模型
经济学者通过构建万有引力模型来表现城市之间的交互作用。但原有的引力模型并没有考虑到两个空间单元之间的相互作用力存在方向性,所以为了客观表现空间单元之间的相互之间不对等的作用,本文对原有模型中的引力常数K进行改进,同时,选取国内生产总值和人口的乘积作为城市质量,体现城市之间的经济联系。
修正后的引力模型为:
其中:R表示空间联系强度,Q表示城市质量,P表示城市人口,d表示空间距离,r为摩擦系数,取值为2。
(2)社会网络分析法
社会网络分析法是对空间网络结构以及属性进行定量分析的方法,该方法将研究对象按照其空间位置抽象为不同的结点,根据不同结点之间的社会关系情况将结点和结点连接起来,从而形成一个复杂的社会关系网络,并通过计算网络密度、外向中心度、内向中心度、接近中心度、中介中心度等指标,从而达到对结点关系及网络结构进行分析的目的。
具体的分析指标为:
①网络密度
网络密度是指网络中结点之间的联系程度,网络密度的计算公式为:
②程度中心度
程度中心度是指区域空间中空间单元与其他空间单元之间联系的数量,表示某空间单元与其他空间单元交往密切的程度,计算公式为:
③接近中心度
接近中心度是以距离概念来计算的一个空间单元的中心程度,是某空间单元到其他空间单元捷径距离的倒数之和,反映出该空间单元在区域空间内的与其他空间单元的紧密程度。
④中介中心度
中介中心度是指在空间网络中,空间节点作为其他空间节点快捷联系路径上的重要程度,其计算公式为:
其中,gjk是空间结点j到达k的快捷联系路径数目,gjk(ni)为空间结点j到达k的快捷方式上有结点i的快捷方式数目。
从经济强度排名来看,New York-Newark-Jersey City、Philadelphia-Camden-Wilmington、Washington-Arlington-Alexandria、Baltimore-Columbia-Towson、Boston-Cambridge-Newton等5个空间单元的经济联系强度一直在该城市群中位居前五。比较特别的是California-Lexington Park的排名尽管靠后但上升得也很快,除此以外排在18名以下的空间单元有上下浮动1-2个名次的波动,但是整体来看,变化情况不大。1990-2000年,New York-Newark-Jersey City超越Philadelphia-Camden-Wilmington成为第一名,但其增长速度在城市群中仅仅处于平均水平;Philadelphia-Camden-Wilmington的经济联系强度由第一下滑至第二,Baltimore-Columbia-Towson从第四降至第五,这两个大都市统计区的经济联系增长速度较低,经济联系强度有减弱的趋势,这都归结于该地区随着依靠资源和劳动密集型的传统制造业持续萎缩。2000-2010年,Philadelphia-Camden-Wilmington的排名继续下降至第三名,Washington-Arlington-Alexandria经济联系强度逐渐有所加强,排名上均有所前进,从第三名上升至第二名。2010-2018年,Philadelphia-Camden-Wilmington的经济强度脱离前三名,下降至第四名,排名靠后的城市中,California-Lexington Park和Easton的排名逐渐上升,前者表现得更为明显,从经济联系强度增长率来看,California-Lexington Park和Easton的增长速度位于城市群前列。与之相反的是Chambersburg-Waynesboro经济强度排名逐年下降,此外其他城市的变化不大,其主要原因是:这些空间单元大多是像Torrington、Concord、Laconia等微观统计区统计单元,或是East Stroudsburg、Kingston等经济发展相对落后的地区,由于这些地区的土地面积小,人口数量少,因此与对外的联系强度也随之减小。
使用上述计算出的美国东北部大西洋沿岸城市群经济联系强度矩阵,选择1990年、2000年,2010年和2018年数据,分析选定2.81005作为分界值,将三个节点上的矩阵进行对分处理,从而将1990年,2000年,2010年和2018年美国东北部大西洋沿岸城市群经济联系强度矩阵转换为0-1矩阵,使用UCINET6.0软件对其空间网络进行分析。
(1)城市群空间网络密度测算与分析
使用UCINET6.0软件,对美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络密度分析。
可以看出,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络密度基本维持在0.5左右,表明该城市群内部空间联系密度仍有较大的提升空间。这主要是源于该城市群中New York-Newark-Jersey City、Philadelphia-Camden-Wilmington等联系强势空间单元与Torrington、Concord、Laconia等联系弱势空间单元之间存在较大的差距,空间联系格局上存在两极分化现象。从网络密度变化趋势来看,近年来网络密度变化呈现逐年上升趋势,1990年网络密度为0.4895,1990年上涨幅度为1.33%,表明1990-2000年,美国东北部大西洋沿岸城市群内部各大都市统计区开始逐渐互相联系;2000年网络密度为0.4960,2010年上涨幅度为5.34%,表明2000-2010年,美国东北部大西洋沿岸城市群内部各CBSA联系强度不断增加。2018年空间网络密度为0.5370,较2010年上升2.78%,上升幅度有所减弱,空间联系格局基本稳定。
从标准差可以看出,1990-2018年,标准差的数值由0.5012逐渐下降至0.4986,表明在美国东北部大西洋沿岸城市群内部,空间联系逐渐加强,空间单元之间的联系差异正在缩小。
(2)城市群空间网络程度中心度分析
使用UCINET6.0软件,对美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络外向中心度和内向中心度进行分析。
可以看出,中心城市New York的得分最高,在城市群中位列前茅,说明该大都市统计区对外辐射能力最强,但其内向中心度虽然不如外向中心度突出,但保持在中上水平,有一定的经济吸引能力,在后期呈现出经济吸引力和经济辐射能力逐渐平衡的趋势。其主要表现为在1990年,经济吸引力达到New York城市群内最大值,此时的经济辐射能力较弱,两者数据之间的差距较大;在2000年可以看出New York的辐射能力逐渐增强,带动周边的次级中心城市发展,New York的经济吸引力和经济辐射能力之间的差距逐渐减小;2010年间,New York的辐射能力仍在增强并带动周边的次级中心城市发展,此时其经济吸引力和经济辐射能力之间的差距较小。此外,这个时间段处于美国的经济危机时期,因而其经济影响力发生突降;2018年,New York逐渐恢复发展,此时辐射带动作用更为明显,其经济吸引力和辐射能力的影响力同样明显,这说明此时New York的经济辐射能力和经济吸引力对New York同样重要,在该城市群内产生了绝对优势。
观察Bridgeport-Stamford-Norwalk、New Haven-Milford、Allentown-Bethlehem-Easton和Trenton这4个次级中心城市的数据,1990-2000年,次级中心城市的经济吸引力数值和经济辐射数值较为接近,呈现出内向中心度和外向中心度齐头并进的状态。说明这些地区一方面对New York-Newark-Jersey City经济辐射接受能力很强,能够和New York进行合理分工合作,借助核心城市的资本、技术发展当地经济,趋向于一体化发展;另一方面这些地区作为核心城市对外经济带动的枢纽,同样具有对外的经济辐射能力。这体现了次级中心城市在城市群中扮演着“中转站”的角色,具有既吸引又辐射的特点;在后期即2010-2018年受中心城市New York的辐射带动作用,次级中心城市的经济得到了发展,其经济吸引力进一步增强,和New York这一中心城市的前期较为相似,逐渐具备了成为经济中心的能力。
可以看出Washington-Arlington-Alexandria的外向程度中心度和内向程度中心度与New York-Newark-Jersey City类似,具有较强的经济辐射能力的同时还有一定的经济吸引能力,但不同之处在于时间上较晚,主要表现为:在1990年,Washington的经济影响力较小,还未形成鲜明的中心优势;2000年,经济吸引力明显增强,体现出较为明显的中心特征,2010年经济吸引力和经济辐射能力相等,开始带动周边城市的发展;2018年经济辐射能力超过经济吸引力,对其他城市的影响力增大。其经济辐射能力的根源是基于强大的政治权利带来了经济活动的扩散。
次级中心城市Baltimore-Columbia-Towson、Philadelphia-Camden-Wilmington、Reading、Atlantic City-Hammonton和Dover在前期均表现出外向程度中心度远与内向程度中心度相近的特点,说明这些大都市统计区拥有较好的经济吸引能力和经济辐射能力。这些区域由于靠近Washington这个强外向程度中心度的地区,作为经济腹地,逐渐吸收了其经济溢出效应。而Philadelphia-Camden-Wilmington相对特殊,由于传统制造业的增长乏力且逐渐外流到西南部“阳光地带”,没有体现出以往经济中心具备的经济影响力和吸引力。
作为起步较晚的中心城市,Boston-Cambridge-Newton与Washington-Arlington-Alexandria一样,前期即1990年阶段没有十分突出的优势,吸引能力相对较强,但是辐射能力不足。在2000年成为经济中心之后的2010年起开始展现其辐射能力。与Washington不同的是,波士顿地区的经济辐射动力来自优质的本科及以上受教育人数资源和高端人才优势。以波士顿为中心的次级中心城市(Providence-Warwick、Worcester和Manchester-Nashua)前期的吸引力和辐射力较为相当,随着时间的增加其经济影响力也在增加并逐渐呈现出经济吸引力增大的趋势。周边城市(BarnstableTown、Concord和Laconia)的特征十分明显,主要体现在经济影响力低,且吸引力小于辐射力。在发展过程中其经济影响力变化不大,城市之间的发展差距较大。
1990年,城市群的整体外向中心度为13.29%,表明整体外向中心性较强,但从其外向中心度分布来看,城市群各空间单元的内向中心程度差异不大。城市群内向中心度为11.04%,整体内向中心性不足,且从其分布来看,可以看出城市群内部存在较明显的强弱差异;2000年的城市群中心度增大,中心度特点与1990年一致,城市群整体中心格局变化不大;2010年,城市群的整体外向中心度为15.07%,表明整体外向中心性较强,但相比于2000年,外向中心性有所下降;整体内向程度中心度为14.11%,较2000年有所上升,城市群整体内向中心性有所提高。整体来看,与前两个时间段相比,较为明显的变化是其外向中心度与内向中心度之间的差值变小,两者相差不大;2018年,外向中心度与内向中心度有少量上升,差值仍较小。
综上,1990-2018年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络的外向程度中心性不断增加,城市群网络异质性提高,网络分布更加集中,城市群内向程度中心度不断提升,城市群内部城市间的内向中心性差异增加。
(3)城市群空间网络接近中心度分析
使用UCINET6.0软件,对美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络接近中心度进行分析。
1990年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络内向接近中心度基本维持在17%-28%范围内,其中内向接近中心度最高的四个地区有California-Lexington Park(28.23%)、Easton(27.08%)、Washington-Arlington-Alexandria(22.87%)和Reading(22.86%)。内向接近中心度最高的前两个地区California-Lexington Park和Easton位于城市群的西南沿海处,属于Washington区域内。从数据可以看出,Washington这一范围的城市群的吸收能力较强。此外可以发现,Philadelphia这一范围内的城市群的内向接近中心度也较高且城市空间单位之间的差距不大,这说明Philadelphia范围内的空间单元均能够较快地接受其他地区的影响。城市群外向接近中心度的变化范围为3.12%-100%,城市群之间的变化差异较大,主要表现在位于榜首的New York-Newark-Jersey City、Washington-Arlington-Alexandria、Boston-Cambridge-Newton 和居于榜尾的California-Lexington Park和Easton。California-Lexington Park和Easton的内向接近中心程度最高,外向接近中心的程度最低,这表明它们吸收其他地区影响的能力很强,影响其他城市的能力很弱,在联系其他城市方面总是处于被动的状态。
2000年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络内向接近中心度基本维持在28%-36%范围内,内向接近中心度最高三个地区分别为California-Lexington Park(36%)、Easton(35%)和Reading(30.34%),内向接近中心度最低的三个地区为Laconia、Barnstable Town和Chambersburg-Waynesboro,三地得分均为28.13%,可见各空间单元之间的内向接近中心性差异较小,表明城市群内各空间单元均能较快捷地接受其他地区的影响。城市群外向接近中心度的变化范围为3.57%-100%,New York-Newark-Jersey City、Washington-Arlington-Alexandria、Boston-Cambridge-Newton三个大都市统计区并列外向接近中心度排名榜首,California-Lexington Park(3.57%)、Easton(3.57%)、Laconia(40.34%)位列后三名,表明各空间单元之间的外向接近中心性差异较大,对外联系效率存在较大差距。California-Lexington Park、Easton两地内向接近中心度排名分别1和2,外向接近中心度排名并列25,表明这两个城市在网络联系中更多扮演“接受者”的身份。
2010年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络内向接近中心度维持在37.5%-57.45%范围内,从数据来看,较2000年有所上升,意味着城市群各空间单元接受其他地区影响的效率在提升。城市群外向程度中心度的变化范围仍然为3.57%-100%,对外联系效率基本不变。同时,从排名情况来看,大部分空间单元在3个名次的范围内上下波动,可见,城市群接近中心性格局变化不大。变化较大的空间单元为California-Lexington Park,虽然其内向接近中心度由36%上升至37.5%,但排名由1骤降至26,这主要是源于2000-2010年间其他城市接受其他地区的影响效率在大幅提升,California-Lexington Park基本停滞不前。此外,Boston-Cambridge-Newton、大洋城大都市统计区和Dover的内向接近中心度,均从第15名上升至第9名,这些地区的内向接近性在不断提升。
2018年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络内向接近中心度维持在39.71%-57.45%范围内,较1990年上涨幅度较大,从其分布情况来看,高低分值之间的差距在进一步缩小,说明各空间单元之间的内向接近中心性差异越来越小。城市群外向程度中心度的变化范围仍然为3.57%-100%,但从其平均值角度来看,2018年(71.05%)要高于1990年(65.88%),说明对外联系效率均有所提高。
综上,美国东北部大西洋沿岸城市群内向接近中心性较低,即城市群各空间单元接受其他地区影响的效率不高,且各空间单元的差异性不大,效率差距有缩小趋势;城市群外向接近中心性较高,且近年来各空间单元的对外联系效率不断提升,空间单元之间的差距不断缩小。
(4)城市群空间网络中介中心度分析
使用UCINET6.0软件,对美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络中介中心度进行分析。
1990年美国东北部大西洋沿岸城市群中介中心度排名前三的地区分别为:Washington-Arlington-Alexandria(6.23%)、Philadelphia-Camden-Wilmington(5.31%)和New York-Newark-Jersey City(4.12%),起到中介作用的地区一共有20个,美国东北部大西洋沿岸城市群中Washington-Arlington-Alexandria、Philadelphia-Camden-Wilmington和NewYork-Newark-JerseyCity的中介作用最强,形成了以部分城市为联系桥梁的空间结构。
2000年美国东北部大西洋沿岸城市群中介中心度排名前三的地区分别为:Washington-Arlington-Alexandria(7.4%)、Philadelphia-Camden-Wilmington(5.64%)和New York-Newark-Jersey City(4.43%),起到中介作用的地区一共22个,较1990年多2个,其中14个中介作用大于1%。与1990年相比,除了已经形成的由Washington-Arlington-Alexandria、Philadelphia-Camden-Wilmington和New York-Newark-Jersey City组成的空间结构以外,这三个统计区周围的城市中介度受其影响有所提高,个别城市如New Haven-Milford、Boston-Cambridge-Newton、Providence-Warwick加入了原有的空间网络结构中。
2010年,美国东北部大西洋沿岸城市群中介中心度排名前三的地区分别为:Washington-Arlington-Alexandria(8.22%)、Baltimore-Columbia-Towson(5.14%)和Philadelphia-Camden-Wilmington(4.88%),起到中介作用的地区共23个,较2000年多1个。从数据可以看出,2000-2010年间,东北部大西洋沿岸城市群的中介中心性有所提高,越来越多的地区加入城市群联系网络中,同时,2010年,东北部大西洋沿岸城市群呈现出以Washington-Arlington-Alexandria、Baltimore-Columbia-Towson和Philadelphia-Camden-Wilmington为重点联络枢纽的空间网络结构。
2018年,美国东北部大西洋沿岸城市群中介中心度排名较2010年发生了较大的变化,排名前三的地区变为:Kingston(5.52%)、Bridgeport-Stamford-Norwalk(5.36%)和Reading(5.36%),Philadelphia-Camden-Wilmington、New York-Newark-Jersey City、Boston-Cambridge-Newton、Providence-Warwick、Hagerstown-Martinsburg、Worcester等地区的中介中心度大幅度下降,结合前述的接近中心度数据,说明城市群内在联系更为高效,对外联系也更为广泛,因而其中介角色逐渐被弱化。
从城市群整体中介中心性来看,1990-2018年呈现先上升后下降的变化趋势,说明城市群1990-2010年空间联系不断加强,空间单元的中介性不断提升,2010年后,美国东北部大西洋沿岸城市群空间单元之间的联系途径增加,但中介中心度下降,说明其网络联系效率得到整体提升,不需要依赖过多的中介城市,空间单元之间可以进行更大范围的便捷经济联系。
基于对分处理后的美国东北部大西洋沿岸城市群经济联系强度矩阵,使用UCINET6.0软件对美国东北部大西洋沿岸城市群的空间网络结构进行可视化分析,得到四个空间结构图。
图1 1990-2018年美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络结构图
1990年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络结构较为分散,没有形成鲜明的特征。如图1所示,城市群内的各个空间单元主要与地理位置上相近的空间单元进行联系,与距离较远的空间单元没有太多交流。整体来看,图中网络交流线较为疏松,城市群中的各个空间单元之间联系强度弱,此时主要形成较为均匀的无中心分散状网络结构。
2000年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络结构主要以New York-Newark-Jersey City、Washington-Arlington-Alexandria、Philadelphia-Camden-Wilmington、Baltimore-Columbia-Towson、Boston-Cambridge-Newton、Allentown-Bethlehem-Easton六个大都市统计区为中心的城市群网络结构。这六个大都市统计区相互之间以及每个中心性空间单元与其周围所辐射影响的城市群落之间的联系较为紧密,形成了城市群联系核心区域。从地理位置视角来看,每个城市主要向地理位置较近的周边城市呈放射性辐射,与地理位置较远的非中心边缘城市之间的联系不大,形成以多个单中心城市为主的放射归属地较强的网络结构。
2010年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络结构呈现出更复杂的多中心网络结构,城市群空间网络结构以New York-Newark-Jersey City、Washington-Arlington-Alexandria、Philadelphia-Camden-Wilmington、Baltimore-Columbia-Towson、Boston-Cambridge-Newton、Bridgeport-Stamford-Norwalk、Allentown-Bethlehem-Easton、Providence-Warwick这八个大都市统计区为中心,新增Bridgeport-Stamford-Norwalk和Providence-Warwick这两个大都市统计区。可以明显看出,网络空间结点之间的连线有较明显的增多,主要表现为中心性空间单元与其他非中心性空间单元的联系增多,此时中心性空间单元与非中心性空间单元之间的联系不再考虑地域因素,这意味着中心性与非中心性空间单元之间的联系更加紧密。同时,New Haven-Milford、Worcester、Trenton等大都市统计区与中心群落之间也保持的较密切的联系;但Chambersburg-Waynesboro、Laconia、California-Lexington Park、Easton等网络边缘地区与城市群其他空间单元联系相对较少,在网络图中相对孤立,说明城市群空间网络存在提升的空间。
2018年,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络呈现出明显的多中心网络结构,在此结构中,较2010年,较重要的中心性城市基本不变,城市群空间网络中除去之前的8个中心,New Haven-Milford、Worcester、Trenton等空间单元的中心性逐渐凸显,城市群空间网络更加复杂。同时,非中心性空间单元的网络空间结点之间的连线有所增多,并且此次连线的变化使得空间网络结构更加均衡,之前处于普通结点位置的空间单元中心性有所下降,较边缘位置的空间单元中心性有不同程度的提升,即原有中心性空间单元与其他空间单元之间的连线有所减少,非中心性空间单元之间的连线有较明显的增多,特别是Chambersburg-Waynesboro、Laconia、California-Lexington Park、Easton等地与其他空间单元的联系增幅较大。相对2010年,城市群中处于普通结点位置的空间单元中心性有所提升,特别是边缘地区的空间单元中心性明显提升。
综上,从网络图结构来看,美国东北部大西洋沿岸城市群空间联系网络逐渐完善,联系网络对个别中心节点的依赖逐渐减小,城市群空间网络分布更加紧密,并趋向均衡发展。
本文主要针对美国东北部大西洋沿岸城市群空间联系及空间结构进行了定量分析,发现美国大西洋沿岸城市群的空间网络发展存在以下结论:
(1)美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络密度呈增长态势,城市群内空间单元的经济联系越来越密切,且空间联系差异逐渐缩小,经济联系强度较大和较小的两极空间单元的联系强度增幅明显。
(2)从程度中心性来看,美国东北部大西洋沿岸城市群空间网络各单元综合对外辐射能力有所下降,但有降低趋势;城市群综合内向吸引力不断提升,且内向中心性差异有增加趋势。从接近中心性来看,城市群各空间单元接受其他地区影响差异性不大;空间单元的对外联系效率不断提升,空间差距逐渐缩小。从中介中心性来看,美国东北部大西洋沿岸城市群中介城市数量逐渐增加,空间网络呈现出由依靠中介城市联系转向提升联系效率的发展模式。
(3)美国东北部大西洋沿岸城市群的空间结构自2000年以来均为复杂的多中心网络结构,城市群中中心城市数量较多,且随着城市间联系的增多,空间网络对个别中心节点的依赖逐渐减小,网络结构更加复杂并趋向均衡发展。
(1)城市群发展过程中,要积极发挥经济联系较强地区的带动作用,同时,要大力提升相对落后的地区的联系强度,只有逐渐缩小联系差距,空间联系才能更加密切和均衡。
(2)在城市群网络联系建设中,要提升各城市的吸引能力,放缓对外辐射强市的辐射作用,逐渐缩小城市间的中心性差异。
(3)城市群空间联系应逐渐由依靠中介城市联系过渡到增加城市间直接联系的发展模式,通过提升各城市的中心性,降低中介性,从而提升城市群空间联系效率。
(4)城市群空间网络结构会逐渐呈现出多中心、复杂性的特点,在网络结构构建时,应逐渐增加空间网络中心城市数量,提升网络联系强度,由个别中心城市主导型结构转变为多中心均衡化网络结构。