武漢城市圈人口分布與區域經濟空間耦合研究

李細歸，吳 清，廖 天

（華中師范大學a.地理過程分析與模擬湖北省重點實驗室；b.城市與環境科學學院，武漢430079）

0 引言

武漢城市圈是湖北省經濟發展的區域核心，也是中部崛起的重要戰略支點。武漢城市圈范圍包括武漢及其周邊100公里范圍以內的黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、潛江、天門8市，又稱“1+8”城市圈。截止到2010年底，該城市圈國土面積58052 km2，占湖北省總面積的31.22%；常住人口3024萬，占全省人口的52.84%；GDP總量為9635.76億元，占全省的60.35%。由于武漢城市圈社會經濟的快速發展和人口的持續增長，人多地少、資源短缺、環境惡化等問題日益突出，這直接影響到區域社會經濟的可持續發展。為此，全面掌握武漢城市圈的人口分布與經濟發展信息，研究人口與經濟的空間關系及變化特征不僅可以為政府決策提供科學的參考，也是改善地區生存環境，制定區域長遠發展規劃的重要基礎。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 人口經濟耦合指數

人口經濟耦合指數（The Coupling of Population and Economy，簡稱CPE），是指一個國家內某一地區人口總數占比與其國內生產總值占比的比值，用來衡量某一地區人口與經濟的空間分布情況，反映該地區人口分布與區域經濟的耦合程度。具體計算公式如下[1]:

式中：n為地區個數；pi和gi分別表示某年段i地區人口集聚水平和經濟集聚水平；pi和Gi分別表示i地區人口總數和國內生產總值。

1.1.2 空間自相關分析

空間自相關分析是一種可以揭示各個區縣單元的變化特征及鄰近區縣間發展關系的方法。本文采用該方法對武漢城市圈人口經濟耦合指數的空間相關性進行分析，研究其人口與經濟的空間趨同與分異特征，以期揭示人口空間分布與經濟發展相互關系的內在聯系及其變化過程。

(1)全局Moran’s I指數。全局指標用于描述某一屬性值在某一觀測時期內整個研究區域的分布情況，并判定整個區域內是否存在空間集聚性特征[2]。其計算公式為：

式中：n為空間單元總數；wij為空間權重矩陣；yi和yj分別表示空間單元的觀測值；是y的平均值。

(2)局部Moran’s I指數。局部空間自相關是用于計算局部空間集聚性并指出集聚的位置，來探測空間異質性。其計算公式為：

式中：s2是 yi的離散方差。局部Moran’s I指數將空間關聯模式分為4種類型，分別與Moran散點圖中的4個象限對應，包括高高（High-High，第一象限）、低高（Low-High，第二象限）、低低（Low-Low，第三象限）和高低（High-Low，第四象限）。其中，高高和低低表示具有較高的空間正相關，區域具有均質性；而高低和低高表示空間負相關，區域具有異質性。

1.1.3 區域重心分析

區域重心法是度量一個區域范圍內某種屬性值總體分布狀況的指標。本文運用區域重心法來衡量人口和經濟屬性值的空間分布狀況及其變化趨勢。人口與經濟重心模型如下[3]：

其中：n為地級市個數，xi和yi分別表示各地級市的經緯度（單位為度）；pi和ei分別表示各地級市的人口密度（單位為人/km2）與地均GDP（單位為億元/km2）；和表示人口重心的經緯度，和表示經濟重心的經緯度。

1.2 數據來源

由于數據資料的可獲取性和連續性，本文以武漢城市圈9個地區的48個區縣為研究對象，選取1982、1990、2000、2010年4個時間斷面。其中，人口統計的口徑是常住人口，數據來源于第三至六次的人口普查資料；經濟數據來自于這4個年份各個區縣的《縣域統計年鑒》。由于武漢、仙桃、潛江和天門等市行政區劃的歷史調整，本研究以2010年武漢城市圈行政區劃為標準，對歷史數據進行相應的合并處理以保持其連續性，共形成48個區縣單元。此外，各地級市的城市地理坐標采用各市政府所在地為行政中心坐標。

2 武漢城市圈人口與經濟的空間耦合特征

2.1 人口與經濟地理空間分布耦合關系

2.1.1 人口與經濟空間耦合性分析

根據公式（1）計算得到武漢城市圈1982、1990、2000和2010年4個年份各個區縣的人口經濟耦合指數，將其值劃分為4個等級[1]：經濟超前型（0，0.8）、協調發展型（0.8，1.4）、經濟滯后型（1.4，2.0）和經濟落后型（＞2.0），并生產圖1，結果顯示：

（1）從分布形態來看，武漢城市圈各區縣的人口經濟耦合指數具有明顯的“圈層式”空間分布格局。經濟超前型區縣集中分布在武漢主城區和黃石主城區，而協調發展型、經濟滯后型和經濟落后型區縣則圍繞武漢市環狀分布于江漢平原、大洪山脈、大別山脈及鄂東南低山丘陵等地區。從1982～2010年對比來看，人口與經濟趨向“內圈”集聚，經濟超前型區縣主要分布于武漢9個中心城區和黃石4個中心城區，這些區域的CPE指數保持在0.8以下；協調發展型區縣的分布范圍較廣，表現出逐年增加的趨勢；經濟滯后型和經濟落后型區縣則分布在自然和經濟條件相對較差的西北部大洪山脈、東北部大別山脈和鄂東南低山丘陵地區，這些區域產業發展明顯不足，經濟基礎薄弱，貧困人口較多，經濟集聚水平低于人口集聚水平。

（2）從區縣尺度上看，武漢城市圈各區縣的人口經濟耦合指數存在顯著的空間分異特征。區位優越、資源豐富且交通便捷的區縣如華容、江夏、鄂城，由于經濟的迅猛發展，經濟集聚水平超過人口集聚水平，CPE指數降低，逐步轉變為經濟超前型區縣；區位較差且地少人多的區縣如孝昌、大悟、紅安、羅田、黃梅和浠水等6個縣，由于經濟發展緩慢，經濟集聚的能力不強，CPE指數等級沒發生變化，仍處于經濟落后型。

總體來看，武漢城市圈人口分布與經濟發展在空間上具有一定的趨同性。1982～2010年CPE指數動態變化結果顯示經濟超前型和協調發展型分別由14個、4個增加至16個和15個，經濟滯后型和經濟落后型分別由12個、18個減少到11個和6個；其中，共有23個區縣等級發生上升，2個區縣等級發生下降。經濟超前型和協調發展型的縣域個數在增加，而經濟滯后型和經濟落后型縣域個數在減少，這說明近30年來縣域層面的人口與經濟相互關系變動比較大，出現“趨同”現象，人口與經濟趨于一致性和協調性。

2.1.2 人口與經濟全局自相關分析

根據OpenGeoDa軟件，利用式（2）計算得到1982～2010年武漢城市圈人口經濟耦合指數的全局自相關系數Moran’s I(見表1)。

表1 武漢城市圈人口經濟耦合指數的全局Moran’s I值

在4個分析年份中，CPE指數的全局Moran’s I估計值均為正，說明CPE指數呈現顯著的正向空間自相關特性，即各區縣CPE指數鄰近區域間存在相似值，武漢城市圈人口經濟耦合指數呈現空間聚集現象。在OpenGeoda軟件中，運用蒙特卡羅模擬來檢驗Moran’s I，其P值等于0.001，表明在99.9%置信度下的空間自相關是顯著的[2]。從1990～2010年，武漢城市圈CPE指數的全局Moran’s I估計值呈現逐年增加，說明人口與經濟的空間趨同和集聚趨勢在不斷增強，這與武漢城市圈不斷加快的工業化和城市化有關，各區縣的空間相關性逐步增強，到21世紀初形成典型的區域人口與經濟的空間聚集區。但在1982～1990年Moran’s I估計值出現了較為明顯的下降，說明在這一段時間里人口與經濟的空間集聚趨勢有所減緩，但由于總體變化幅度較小，因此武漢城市圈人口經濟耦合程度的空間集聚減弱趨勢不明顯，總體上保持平穩狀態。

2.1.3 人口與經濟局部自相關分析

根據局部空間自相關公式（3），利用OpenGeoDa軟件計算得到武漢城市圈各區縣不同年份人口經濟耦合指數的LISA值，通過了0.05顯著性水平檢驗，并借助Arc-GIS10.1軟件繪制出1982、1990、2000和2010年的LISA集聚圖。具體如圖2所示。

（1）“高-高”集聚區縣分布范圍較廣、變化較大。在1982年主要分布于大橋、羅田、英山、團風、黃州和武穴等6個縣；而1990年則集中于華容、梁子洲、鄂城和黃州等4個區縣；到2000年就只分布于羅田、崇陽和通山等3個縣；至2010年增加到6個，主要包括大悟、麻城、羅田、英山、蘄春和武穴縣，這些地區大多分布在邊緣地帶。其中，“高-高”集聚區縣主要位于大洪山脈、大別山脈和鄂東南低山丘陵地區一帶，這些地區以山地丘陵為主，自然環境惡劣，產業發展落后，人口的相對稀少與經濟發展的相對落后形成相關的關聯性[4]。

（2）“低-低”集聚區縣主要分布在武漢主城區和黃石主城區范圍內，由1982年的12個區增加到2010年的15個區。在1982～2010年間，與武漢中心城區相鄰的蔡甸、漢南和江夏等3個區由“不顯著”類型轉變為“低-低”集聚區縣，說明這些地區經濟發展較快，與周邊地區聯系緊密，不斷增強的經濟集聚能力，吸引了大量人口的流入，實現人口集聚和經濟集聚的同步性?！暗?低”集聚區縣主要分布于湖北省的政治經濟文化中心和江漢平原地區，這些地區經濟發展基礎良好、區位優勢明顯、交通便捷及公共服務設施完善，在極化效應和規模效應的作用下，形成突出的競爭優勢，促使經濟集聚水平超前于人口集聚水平。

圖2 武漢城市圈人口與經濟耦合指數LISA集聚圖

（3）“低-高”集聚區縣的分布范圍較小卻集中。應城市發揮礦產資源豐富的優勢，經過8年的發展，經濟集聚水平迅速提升，在1990年由原來的“不顯著”類型轉變為“低-高”集聚區縣；2000～2010年間，伴隨著“1+8”城市圈和“兩型社會”的建設，武漢城市圈內社會經濟文化聯系日益緊密，在武漢和黃石等中心城市的帶動下，華容、鄂城和黃州等三個區縣的經濟進一步騰飛，經濟集聚水平不斷提升，由“不顯著”類型轉變為“低-高”集聚區縣。同時大部分區縣的CPE指數在各年份的LISA圖顯示不顯著；此外，在1982～2010年中武漢城市圈沒有出現“高-低”型集聚區縣。

總體來看，武漢城市圈各區縣CPE指數表現出不同類型的相鄰模式，高高型、低低型和低高型集聚區縣的個數都有增加，而高低型集聚區縣則沒有變化，這說明武漢城市圈各地區的人口空間分布與經濟發展水平存在明顯差異，人口分布與經濟發展趨于集聚。

2.2 人口與經濟空間重心耦合特征

空間重心分析能從一個側面反映經濟社會發展以及人口聚集現象的地理走向，可以為經濟社會發展與人口空間分布變化的同步性、協調性分析提供參考[5]。結合武漢城市圈各區縣人口與經濟數據，利用區域重心公式（4）和（5），可以得到武漢城市圈1982～2010年4個年份的人口重心和經濟重心坐標（表2、圖3）。通過ArcGIS10.1軟件實現重心時空演變軌跡的可視化，在此基礎上分析重心變化特征。

圖3 1982～2010年武漢城市圈人口重心和經濟重心演變軌跡

表2 武漢城市圈人口重心與經濟重心的描述性統計

由表2和圖3分析可知，總體上看，武漢城市圈人口重心與經濟重心的移動趨于一致性，但人口重心的空間移動軌跡比經濟重心更有規律，而經濟重心在移動幅度上則大于人口重心。具體表現為：

從1982～2000年，經濟重心始終處于人口重心西偏北方向，而人口重心一直往東南方向移動，兩者重心的偏離距離由10046m增加到49690m。引起人口與經濟重心偏移的主要原因為：其一，影響人口重心遷移的因素相對單一。經濟發展的空間差異是人口流動的根本驅動力，區縣經濟差距導致了大量人口為獲得更優越的生活條件不斷遷移到富裕發達的地區，從而形成了人口集聚現象[6]。如鄂州、黃石等地區的迅猛發展，在一定程度上吸引了大量人口的遷入，從而影響人口重心向東南方向移動。其二，影響經濟重心移動的因素相對多元復雜，與人口重心移動相比，經濟重心的移動更具有敏感性。自改革開放以來，在政府宏觀調控、市場調節、產業升級、交通建設等因素的作用下，武漢城市圈形成了新的經濟增長點，在一定程度上影響著重心的遷移，但總體上經濟重心呈東南方向的移動趨勢。

從2000～2010年，人口重心與經濟重心之間的偏離距離由49690m縮小到11833m，兩重心都分布于武昌區內，其空間偏離距離的縮小說明武漢城市圈人口與經濟的空間耦合程度不斷強化，兩者的空間分布關系進一步深化協調，武漢城市圈的區縣協調發展程度不斷提高。自進入21世紀以來，在經濟結構不斷優化、產業迅速發展、交通網絡日趨完善、區域公共服務日益提升、城市發展政策合理調整等有利因素的影響下，武漢城市圈人口和經濟重心之間的偏離距離呈現逐年減小的趨勢，重心移動方向也愈來愈一致，表明在整體上武漢城市圈人口分布和區域經濟存在趨于一致的關系。

3 武漢城市圈人口與經濟空間耦合的機理分析

3.1 自然地理條件

武漢城市圈人口與經濟呈“圈層式”分布的空間格局，是由其獨特的自然地理條件決定的。武漢城市圈的“內圈”中武漢和黃石等中心城市地勢平坦寬闊，地理位置優越，境內土壤肥沃，植被覆蓋良好，資源環境承載能力較強，適宜于人居住，有利于經濟的集聚；武漢城市圈的“外圈”地區地形以山地和丘陵為主，西北為大洪山脈，東北有大別山脈，東南為鄂東南低山丘陵，自然地理條件相對復雜，資源承載能力較低，阻礙了發展要素之間的自由聯系，制約了人口的自由流動和經濟的集聚。2010年“內圈”中武漢和黃石的總面積僅占全城市圈的22.5%，其人口和經濟卻分別占了全城市圈的40.4%和60.5%；而“外圈”地區面積占到全城市圈的77.5%，其人口和經濟卻僅占全城市圈的59.6%和39.5%。這反映出自然地理條件對人口分布與區域經濟的空間耦合關系及其演變具有重要的影響。

3.2 經濟發展的空間差異

經濟發展的空間差異是影響人口集聚的根本動力。武漢市作為湖北省省會城市和武漢城市圈的核心，經濟發展迅猛，人口集聚速度較快，GDP從1982年的不足100億元增長至2010年的4299億元，年均增長率達到14.6%，在28年內人均GDP增長了45倍，武漢市人口總量也由587.73萬增加到978.53萬。武漢城市圈整體經濟在飛速發展的同時，城市圈內部經濟發展開始分化，呈現擴大化的趨勢。1982年武漢城市圈各市人均地區生產總值的首位度和極差分別是2.176和1138元，到2010年，首位度減小至1.159而極差則擴大到30476元。這說明近30年來武漢城市圈內經濟發達地區與經濟欠發達地區之間的經濟水平差距在擴大。各區縣經濟發展的不均衡性，驅使著人口向經濟發達地區流動，從而形成了人口分布的空間差異?？梢哉J為，武漢城市圈人口分布和經濟發展的空間差異，在一定程度上促使兩者在特定空間范圍內呈耦合分布的特征。

3.3 區域交通條件

隨著社會的發展和技術的進步，武漢城市圈交通條件得到了較大的改善，這種變化不僅體現在武漢城市圈總體層面上，更體現在武漢城市圈的“內圈”和“外圈”的分層差異上?？傮w上看，“內圈”的交通條件要優于“外圈”地區。自“十五”時期以來，武漢城市圈按照“中部崛起，交通先行”的發展戰略，建設以武漢為中心的“1+8”城市圈交通，加之武漢城市圈的開放式城際快速鐵路通勤圈，即“一小時交通圈”的啟動。這使得“內圈”與周邊地區的聯系日趨便捷，其交通優勢度更加凸顯，進而吸引了大量外來人口和自由資本流入。在人口集聚效應和經濟極化效應的作用下，人口和經濟集聚功能不斷增強，促使“外圈”地區的人口、資本和技術等不斷向“內圈”集聚，從而影響人口與經濟的空間分布及其關系變動?？梢妳^域交通條件是帶來人口集聚效應和經濟極化效應的重要推動力。

3.4 城市公共服務水平和發展政策

提高城市公共服務水平和完善城市發展政策是經濟發達地區有效吸納移民，實現人口與社會經濟協調發展的現實選擇?？梢哉J為，城市公共服務水平和發展政策是影響人口集聚水平和經濟發展速度的直接原因。武漢、黃石等經濟發達地區通過投入大量資金用于完善醫療、住房、教育、養老等方面的配套設施，以提升人們的生活水平和投資環境，來引導人口和經濟向該地區集聚。在新時期，武漢等中心城市實行“三進三出”的發展政策，全面推動產業結構的優化升級，這將會增強區域經濟發展活力和生命力，促進地區資源的合理優化配置，推動城市的人口流動和經濟增長，從而影響區域人口與經濟的空間分布及其演變。

4 結論與討論

（1）反映武漢城市圈人口與經濟空間分布的人口經濟耦合指數呈現“圈層式”的空間分布格局。在分布形態上，武漢城市圈人口經濟耦合程度存在明顯的空間分異特征，但總體上武漢城市圈人口與經濟的空間分布呈集中化態勢，具有趨同性，即人口與經濟趨于一致性和協調性。

（2）武漢城市圈人口與經濟的空間分布具有顯著的空間自相關性，人口與經濟不斷向以武漢為核心區、黃石為次核心區的方向集聚，且這種空間趨同和集聚趨勢在不斷增強。根據局部自相關分析，武漢城市圈各區縣人口經濟耦合程度表現出不同類型的相鄰模式，高高型、低低型和低高型集聚區縣的個數都有增加，而高低型集聚區縣則沒有變化?？偟膩砜?，武漢城市圈各地區的人口空間分布與經濟發展水平存在明顯差異，人口分布與區域經濟趨于集聚。

（3）武漢城市圈人口重心與經濟重心在地理空間上的變動，存在較強的關聯性及相對的偏離。在近30年里，武漢城市圈的人口重心與經濟重心全部在武漢主城區內移動，整體呈東南方向移動的趨勢，這與武漢城市圈人口集聚和經濟發展的東南格局基本吻合。武漢城市圈人口重心與經濟重心的移動逐漸趨于一致性，但人口重心的空間移動軌跡比經濟重心更有規律，而經濟重心在移動幅度上則大于人口重心。

（4）武漢城市圈人口與經濟的空間耦合關系及其變化是自然地理條件、經濟發展的空間差異、區域交通條件、城市公共服務水平和發展政策等因素共同作用的結果。自然地理條件對人口分布與區域經濟的空間耦合關系及其演變具有重要的影響，經濟發展的空間差異是影響人口集聚的根本動力，區域交通條件是帶來人口集聚效應和經濟極化效應的重要推動力，而城市公共服務水平和發展政策是影響人口集聚水平和經濟發展速度的直接原因。

由于人口與經濟之間相互作用的復雜性，影響兩者關系的因素很多，本文只選取了地區人口總數量和地區國民生產總值這兩個指標來研究人口與經濟空間分布格局及其演變趨勢，略有不足；其中影響人口與經濟空間分布的核心機制如何，還有待深入探討；此外，人口遷移偏好、生態環境、資源開發等因素都會在不同程度上影響著人口分布和經濟發展。因此，選取多元化的指標，從不同的研究視角來進一步研究人口與經濟的空間分布關系及其聯動變化的機理是我們今后有待繼續完善的內容。

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