长三角地区城市规模增长与协调发展演变研究

潘 鑫，张尚武

引言

国家与区域城市体系变化一直是城市规划和城市地理学者广为关注的问题，早期大量的文献主要从静态视角检验城市规模分布是否遵循齐普夫法则或其他分布形式[1-2]。2000年以来，学术界发展了部分理论模型来阐明城市规模的动态增长问题，城市规模增长次序和城市体系演化规律的研究对理解城市化过程及制定区域发展政策至关重要[3-5]。

当前，有两种较为典型的城市规模动态增长模式：一是由Henderson[6]，Cuberes[7]提出的顺序增长模式（Sequential Growth Model），该模式提出在城镇化的加速期，大城市的增长快于中小城市，城市体系演变呈现发散式增长；当城镇化达到某一阶段后，中小城市增速快于大城市，城市体系的演变呈现收敛式增长[8]。二是随机增长模式（Random Growth Model），该模式认为城市规模分布遵循吉布拉定律（Gibrat’s Law），城市规模增长是个随机过程，与城市初始规模无关，对福利设施等的追求及经济发展的随机偏好等，使得不同城市的人口增长率具有相同的平均值和方差[9]，遵循吉布拉定律的城市增长为平行增长[10]。有关城市规模增长实证研究相对丰富，但研究结论却存在较大差异。Chen等通过位序规模法则和单位根检验研究发现，1984—2006年中国的城市增长呈现为平行增长[11]。Fang等通过验证吉布拉定律，发现中国的城市增长在2000年之前是规模收敛的，但在2000年之后是平行增长的[12]。孙斌栋等通过1952—2014年长时间序列演化研究，认为我国城市规模增长具有明显的周期波动，1984年后经历了收敛—分散—收敛过程[13]。Zhang等认为大城市由于行政等级较高，在土地使用和资源开发方面都具有优先权，大城市可能比小城市更适合城市增长[14]。与大多数国外城市的自发增长相比，严格控制大城市规模的城市发展政策和撤县设市等行政干预对我国城市规模增长和城市体系演化产生了较大影响。

上述研究为本文提供了经验借鉴，但也存在需要进一步探讨的问题，如研究范围以全国尺度为主，区域尺度研究相对缺乏；城市规模主要以人口规模衡量，缺乏用地规模等对比性研究等。长三角地区是我国经济发展最活跃的巨型城市区域，2018年11月，长三角区域一体化正式上升为国家战略，中共中央、国务院印发的《长江三角洲区域一体化发展规划纲要》中明确提出通过强化区域联动、加快都市圈一体化等来推动形成区域协调发展新格局。空间一体化是区域一体化的重要载体[15-16]，本文从城市用地数据视角切入，通过吉布拉定律、城市规模分布指数等定量分析方法揭示长三角地区城市规模的动态演变特征，有助于更好地促进城市规模格局优化调整，对推动区域一体化背景下长三角地区城市体系合理化具有重要的理论和现实意义。

1 数据处理与研究方法

1.1 数据来源与数据处理

我国城市规模分布研究主要从两个维度展开：一是以城市人口及相关数据开展的城市人口规模分布研究。由于我国历次人口普查统计口径不一，连续性的城镇常住人口数据获取很难，一般会采用市区非农业人口、市区年末人口等进行替代[17]。二是以城市用地数据开展的城市用地规模分布研究。目前采用的主要有城市建设统计数据、遥感影像数据等[18-19]。不透水地表（Impervious Surfaces）作为人居环境的主要组成部分，由阻碍或阻止水自然渗入土壤的材料组成，包括屋顶、道路、人行道、停车场等[20]。不透水地表的变化能够反映城市规模扩展变化，是定量分析城市扩展的重要指标[21]。因此，本文采用Gong等不透水地表数据来表征城市用地[22]，通过不透水地表映射算法和谷歌地球引擎（GEE）平台对数据进行提取，处理后的30 m分辨率数据总体准确率达到90%以上。采用的经济社会数据来源于1991年、2001年、2011年、2019年《中国城市统计年鉴》。

本文所指的长三角地区根据《长江三角洲城市群发展规划》（2016年）范围确定，包含上海、杭州、南京、合肥等26个中心城市。考虑到1990年后长三角地区县改区、市改区等行政区划调整频繁，为避免行政区划调整对城市空间范围的影响，本文采用2018年末各中心城市市辖区为标准，采用GIS统计分析工具，分别提取1990年、2000年、2010年、2018年4个时间节点长三角地区26个中心城市的城市用地规模数据，用于后续研究。各中心城市规模根据《关于调整城市规模划分标准的通知》（2014年），分为小城市、中等城市、大城市和特（超）大城市4个等级。

1.2 研究方法

1.2.1 吉布拉定律

吉布拉定律可以用来判断城市增长速度与城市规模之间的关系，如果吉布拉定律成立，说明城市增长独立于城市的初始规模。参照Berry和Okulicz-Kozaryn[23]等相关研究，采用如下方程检验吉布拉定律：

式中，Pi,t为城市i时间t的建成区面积，β0为常数，εi为误差项，系数β1反映规模分布发散还是收敛于其均值。当β1=1时，吉布拉定律成立，城市增长独立于城市规模，城市规模呈现平行增长；当β1＞1时，增长率与规模成正比，城市规模越大增长率越高，城市规模呈现发散增长；反之，β1＜1时，增长率与规模成反比，城市规模越大增长率越低，城市规模呈现收敛增长。

1.2.2 城市规模分布指数

引入位序规模法则，从长三角地区城市用地规模和城市位序关系角度，通过估计城市规模分布指数判断长三角地区城市用地规模分布的集散程度，其表达式为：

根据Gabaix和Ibragimov[24]研究，当使用小样本时，模型会产生偏差，并进一步证明，排名的1/2变化是纠正这种偏差的最佳选择，因此表达式可调整为：

式中，Ni为城市i在长三角地区城市用地规模位次，Pi为城市i用地规模，α为常数，β为拟合的规模分布指数。β的绝对值越大，说明不同等级城市间的规模差距越小。当采用多年份数据分析时，如果β的绝对值不变，说明城市规模呈现平行增长；如果β的绝对值变大，说明城市规模越大城市增速越慢，城市规模呈现收敛式增长；如果β的绝对值变小，说明城市规模越大城市增速越快，城市规模呈现发散式增长[7]。

1.2.3 城市用地扩张协调指数

从城市用地扩展视角看，高质量的城市用地是人口、经济与城市用地扩展协同发展的过程[25]。人口用地弹性指数（PHI）是指常住人口年均增长率与城市用地年均增长率的比值，经济用地弹性指数（EHI）是指地区生产总值年均增长率与城市用地年均增长率的比值，可用来分析城市用地扩展质量。其公式如下：

式中，PHI为人口用地协调度指数，EHI为经济用地协调度指数，UAstart、POPstart、GDPstart分别为初始年份的城市用地面积、常住人口和地区生产总值，UAend、POPend、GDPend分别为结束年份的城市用地面积、常住人口和地区生产总值。

2 长三角地区城市用地规模增长特征

2.1 城市用地规模结构特征

通过对长三角地区26个中心城市用地规模梳理（表1），发现长三角地区城市用地规模绝对差异呈现快速上升趋势。1990年最大城市规模为587.74 km2，2018年增至3 666.24 km2；而同期最小城市规模仅由8.4 km2增至78.87 km2。各城市规模与平均值差异逐渐增大，标准差也从1990年的147.97 km2快速上升至2018年的784.78 km2。相对差异层面，各城市的城市规模变异系数缓慢下降。4个时间点城市规模变异系数分别为1.22、1.20、1.14和1.03，整体的下降趋势较为明显。但在整个研究期限内，变异系数始终大于1，属于强变异，说明各城市逐渐向均衡方向发展的同时，仍旧处于大城市高度集中分布、各城市规模不均衡的状态。

在分等级规模城市数量方面（表2），1 000 km2以上规模城市从无到有，2018年达到5个；虽然部分500 km2以上和100—500 km2城市实现了规模跃升，但该规模层级的城市数量还是实现了快速增长，其中500—1 000 km2城市数量从2个增至8个，100—500 km2城市数量从7个增至12个；而100 km2以下城市数量则大幅缩减，从17个锐减到1个，长三角地区的城市用地规模结构体系呈现出由金字塔式结构向橄榄型结构转变的态势。

在用地规模比重方面，100 km2以下城市的用地规模比重之和从1990年的22.02%下降至2018年的0.4%；而500 km2以上城市比重则稳步提升，两者占比之和从1990年的35.19%上升为2018年的83.29%，城市规模进一步向500 km2以上城市集中。由此可见，在过去30余年的城镇化快速发展期，伴随着城市用地规模增长和规模等级的跃升，城市用地规模不断向大规模城市集聚。

2.2 城市规模增长率的统计性描述

根据各城市初始年份城区常住人口规模将26个中心城市分为四类，将各规模分组城市用地年平均增长率与长三角地区平均增长率进行比较（表3），可以得出以下结论：（1）长三角地区城市用地平均增长率仍处于高速扩展阶段，在我国经济进入新常态背景下，2010—2018年城市用地仍保持了9.15%的高速增长。（2）与长三角地区平均增长率变化趋势不同，特（超）大城市增长率在三个时段经历了不规则倒“U”字形变化；而大城市、中小城市仍处于加速增长阶段，尤其是2000年后两个时段中小城市平均增长率明显高于长三角地区平均水平，与特（超）大城市增长率变化形成鲜明对比。

年份 平均城市规模（km2）最小城市规模（km2）最大城市规模（km2）标准差（km2）变异系数1990 121.16 8.40 587.74 147.97 1.22 2000 199.46 14.37 1 102.95 239.79 1.20 2010 446.40 42.86 2 416.49 510.40 1.14 2018 758.82 78.87 3 666.24 784.78 1.03

将长三角地区五大都市圈中心城市南京、杭州、宁波、合肥、无锡、苏州、常州，以及长三角地区首位城市上海分时段增长率与长三角地区平均增长率对比（表4），可得出以下结论：（1）特大城市、大城市的增速可以超过长三角地区平均水平，大城市在规模巨大的情形下仍能保持高速增长。1990—2000年，8个中心城市有4个超过平均增速；2000—2010年，8个中心城市中有5个城市超过平均增速；2010年后中心城市平均增长率开始变低。（2）抑制性的城市发展政策对大城市增长有一定影响，但在规模经济效应主导下，大城市优先发展具有客观性。虽然受1980年“控制大城市规模、合理发展中等城市、积极发展小城市”政策影响，中心城市仍保持了较高增速；2000年“大中小城市和小城镇协调发展”政策推出后，大城市的发展潜力得到极大释放；2010年后，在长三角地区中小城市全面提速背景下，中心城市由于规模巨大，其增长率低于长三角地区平均值，但仍保持在较高水平，年均增长量则远超中小城市。

将分时段的城市用地规模年均增长率作为纵坐标，初始年份的城市用地规模作为横坐标，绘制长三角地区26个中心城市用地规模年均增长率与城市用地初始规模散点图（图1），可以发现：（1）1990—2000年、2000—2010年、2010—2018年的3个时段中，城市用地规模年均增长率与城市初始规模的相关系数平方分别为0.066、0.061和0.182，前两个时段相关系数未通过检验，第三时段相关系数在5%置信区间上通过检验，回归系数分别为-0.005、-0.003和-0.002，表明前两个时段城市用地年均增长率与城市初始规模相关性不大，在第三时段存在微弱负相关，即城市初始规模越大，城市年均增长率倾向于越低。（2）规模较小的城市增长率可以非常高，在后两个时段中均出现了年均增长率近15%的城市，在1990—2000年时段中也出现了年均增长率近12%的城市。（3）大城市也可以保持较高的增长率，超过100 km2的大城市中，在3个时段均有城市位于回归线上方，在2000—2010年时段表现尤为明显。由此，可以初步判断，长三角地区城市用地规模年均增长率与城市初始规模间存在微弱的负相关性，部分大城市仍保持了较高的增长率。

年份 特（超）大城市（≥500 万人）大城市（100 万-500 万人）中等城市（50 万-100 万人）小城市（＜50 万人） 长三角地区1990—2000 6.50 4.59 4.44 5.25 5.50 2000—2010 8.16 6.43 9.79 9.21 8.78 2010—2018 6.14 7.31 10.47 9.73 9.15

2.3 城市用地规模增长实证分析结果

2.3.1 吉布拉指数变化

以长三角地区1990年、2000年、2010年的26个中心城市初始规模对数为自变量，以末期城市用地规模增长率对数为因变量构建回归模型，采用OLS进行估计。根据表5显示的吉布拉定律检验结果，可以得出以下结论：（1）1990—2000年、2000—2010年、2010—2018年三个时段的β1值分别为-0.170、-0.095和-0.126，数值先增大后减少，皆为负数，表明城市用地规模增长率与城市初始规模存在负相关，即城市规模越大，增长率越低，城市规模分布呈收敛式增长。（2）三个时段的回归系数均非常小，且2000—2010年β1值未通过10%显著性检验，三个时段的R2分别为0.109、0.099和0.210，模型的拟合程度也不高，这表明城市初始规模对城市用地规模增长率的解释力并不高。

2.3.2 城市规模分布指数变化

将1990—2018年长三角地区26个中心城市按照城市用地规模排序后，以城市用地规模为纵坐标，以城市用地面积在长三角地区26个中心城市的位序为横坐标，建立城市位序与城市用地规模间的关系。图2描绘了1990年、2000年、2010年、2018年4个时间截面，长三角地区26个中心城市的位序规模分布特征，1990年以来长三角地区城市规模分布符合位序规模分布。

根据公式（3）估计的1990—2018年4个时间截面的规模分布指数来判断城市规模增长趋势（表6）。回归分析结果显示：（1）各年份的判定系数R2均高于0.85，城市规模与位序高度显著，符合位序规模分布类型。（2）4个时间截面的城市规模分布指数β值分别为0.712、0.733、0.769和0.806，均小于1，表明长三角城市群特大城市、大城市占据主导地位，城市用地较为集中。（3）β值呈现为递增变化趋势，说明城市规模越大增速越慢，高位序城市的主导地位逐渐减弱，从长期来看，城市规模体系呈现收敛增长模式。

以上基于两种方法对长三角地区26个中心城市的规模增长模式进行测度，得出的结论基本一致：长三角地区优先增长的是特（超）大城市，其次是大城市和中小城市，基本符合顺序增长模式。基于吉布拉定律和城市规模分布指数分析判断，长期来看，长三角地区城市规模体系呈现为收敛式增长，即城市规模越大、增长率越低，城市间规模差距趋于缩小；但短期内，少量特（超）大城市仍保持了较高的增长率，年均增量远大于中小城市，高位序城市仍占主导地位，城市间规模差距仍会经历一段时间的扩大。

3 长三角地区城市用地与人口、经济发展协调性

城市规模增长是个复杂过程，涉及城市空间实体、人口、经济等多方面的复杂变化[26]。高质量的城市用地发展是人口、经济与城市用地扩展协同发展的过程。

3.1 城市用地规模增长与人口的协调性

参照杨艳昭等研究[27]，将人口用地弹性指数（PHI）划分为：人口快速增长型（PHI＞1.2）、人地基本协调型（0.8≤PHI≤1.2）和土地快速扩张型（PHI＜0.8）三类。从图3可以看出，1990—2018年，长三角地区26个中心城市人口用地协调度指数从土地快速扩张型向人地基本协调型演变，整体协调性增强。分时段看，1990—2000年，各类开发区、城市新区的开发建设，推动了城市用地快速扩展，受制于户籍政策限制，常住人口相对城市用地扩展具有滞后性，26个中心城市中有23个属于土地快速扩张型。2000年后，虽然城市用地仍保持了高速增长，但是随着城乡人口流动加剧，城市人口数量增幅更快，城市用地扩张与人口增长协调性增强。2000—2010年，26个中心城市中有10个属于人地基本协调型，另有8个城市人口增速快于土地扩展，成为人口快速增长型。2010—2018年，26个中心城市人口用地协调度指数调整为0.92，城市用地、人口协调性进一步增强。该时段人口快速增长型（PHI＞1.2）城市共5个，除舟山外，杭州、合肥、宁波、苏州均为长三角地区中心城市。在该时段内，受《国家新型城镇化规划（2014—2020年）》“严格控制城区人口500万以上的特大城市人口规模”政策影响，上海的人口规模增速下降，使得2010—2018年其人口用地关系再次失调，成为土地快速扩张型。

时间 β1 β0 R2 F 1990—2000 -0.170*（0.100） 2.301***（0.430） 0.109 2.932 2000—2010 -0.095（0.059） 2.590***（0.284） 0.099 2.636 2010—2018 -0.126**（0.050） 2.863***（0.283） 0.210 6.379

年份 β β0 R2 F 1990 0.712***（0.049） 5.261***（0.212） 0.897 210.063 2000 0.733***（0.054） 5.753***（0.263） 0.883 181.331 2010 0.769***（0.057） 6.580***（0.325） 0.882 180.051 2018 0.806***（0.067） 7.276***（0.421） 0.856 143.118

3.2 城市用地规模增长与经济发展协调性

计算反映城市地区生产总值增长与城市用地扩展关系指数，参照欧阳晓等研究[25]，并结合本研究实际，将经济用地弹性指数（EHI）划分为：经济快速增长型（EHI≥3）、经济用地基本协调型（1≤EHI＜3）、土地快速扩张型（EHI＜1）三类。从图4可以看出：（1）1990—2018年，仅在第一时段内有3个城市EHI＜1，同时3个时段经济快速增长型（EHI≥3）的城市数量分别为2个、7个和8个，数量呈增加趋势，表明26个中心城市GDP增长幅度明显超过城市用地规模增长；（2）从均值看，3个时段的经济用地协调度指数（EHI）分别为2.26、2.45和2.79，城市土地的财富效应仍在不断提升，这也从侧面证实了地方政府通过增加城市土地供给来追求经济增长的政策有效性。

3.3 城市用地与人口、经济协调类型

将上述人口用地弹性指数（PHI）和经济用地弹性指数（EHI）综合考虑，采用2000—2018年各城市指数值可将26个中心城市分为3种类型（表7）：强劲增长型城市（PHI＞1.2，EHI≥3）有5个，包括杭州、湖州、池州、台州、舟山，该类城市人口和经济增长均较强劲，城市用地空间向集约化、高效化利用转型；协调增长型城市（0.8≤PHI≤1.2，EHI＞1）有13个，包括上海、合肥、苏州、南通、宁波、扬州、嘉兴、绍兴、金华、泰州、盐城、芜湖、宣城，该类型城市人口与用地扩展基本协调，经济增长强于城市用地规模增长，总体发展稳定；人口滞后型城市（PHI＜0.8，EHI＞1）有8个，包括南京、无锡、常州、镇江、马鞍山、安庆、滁州、铜陵，该类城市人口增长较缓，但经济发展较为稳定，该类城市应适当控制城市用地规模快速增长的态势，引导人口、经济、用地的协调发展，土地的超前开发主要发生在该类型城市。

4 结语

20世纪90年代以来，长三角地区中心城市建设用地经历了快速扩张过程，各城市间的规模差距拉大，引导城市体系理性发展、提升城市空间发展质量成为长三角一体化发展的重要任务。本文基于城市不透水地表数据，采用定性及定量结合方法，对长三角地区城市规模结构、增长模式、协调性等进行研究，揭示长三角地区城市用地规模增长现状特征和优化路径。

类型 指标 城市数量（个） 城市强劲增长型PHI ＞1.2，EHI ≥3 5 杭州、湖州、池州、台州、舟山上海、合肥、苏州、宁波、嘉兴、扬州、南通、绍兴、金华、泰州、盐城、芜湖、宣城人口滞后型协调增长型0.8≤PHI≤1.2，EHI ＞1 13 PHI ＜0.8，EHI ＞1 8 南京、无锡、常州、镇江、安庆、滁州、马鞍山、铜陵

研究结果显示，1990—2018年长三角地区26个中心城市增长次序基本符合顺序增长模式，优先增长的是特（超）大城市，其次是大城市和中小城市，长期来看，长三角地区城市规模体系呈现为收敛式增长，然而短期内高位序城市增量仍占主导地位，城市间规模差距仍会经历一段时间的扩大。在协调发展方面，长三角地区大多数中心城市用地增长与人口、经济协调性较好，城市空间发展质量总体水平较高，仅南京、无锡等少数核心城市及部分外围中小城市存在土地超前开发问题。

基于研究结果的政策启示如下：第一，城市发展政策不应简单以城市规模、等级制定，而应顺应城市规模增长的动态演化规律。目前，长三角地区仍处于大城市的集聚发展阶段，根据顺序增长模型，随着城市化进入成熟阶段，未来几十年内长三角地区的主要增长点会逐步从大城市向中等城市、小城市变化。因此，在构建大中小城市和小城镇协调发展的政策背景下，城市发展政策应顺应城市规模增长的动态演化规律，城市用地指标、区域性基础设施布局等应向中小城市倾斜，促进大中小城市的规模和功能协调。第二，针对各中心城市城镇用地协调程度和类型，应采取差异化的城镇发展策略。对于强劲增长型城市，人口、经济增长迅猛，应在城镇开发边界的约束下，合理增加城市用地供给，通过优化空间布局来强化城市空间承载能力和发展协调性。人口滞后型城市主要面临人口集聚能力不足等问题，未来应在严控城市用地增量同时，适度放松对城市人口规模和落户政策的限制，并通过积极的产业政策和科技投入来提升城市空间效率，推动城市空间的高质量发展。