肖翠翠，汪權(quán)方

（湖北大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢430062）

0 引言

人口空間分布研究主要出現(xiàn)在二戰(zhàn)后五六十年代的西方國家.1953年研究人口發(fā)展過程和人口現(xiàn)象的空間表現(xiàn)以及其地域差異的學(xué)科—人口地理學(xué)，成為地理學(xué)中一門獨立的分支學(xué)科.20世紀50年代初，西方學(xué)者對城市人口密度分布進行一系列的理論探索和模型研究，其中Clark模型成為人口密度空間分布的經(jīng)典模型.

人口空間分布通常反映了一個地區(qū)的經(jīng)濟狀況、政治環(huán)境及文化等.人口密度通常指單位面積的居住人口數(shù)量，常用每平方千米的常住人口數(shù)量表示.人口密度的研究，可以反映人口分布地區(qū)之間的差異，也能夠代表區(qū)域經(jīng)濟活動的發(fā)展程度［1］.人口密度成為人口分布的主要形式，并且是重要的衡量指標，同時也是社會學(xué)、地理學(xué)等學(xué)科研究的重要內(nèi)容之一［2］.

本文中利用武漢城市圈（1＋8城市圈）1991—2011年21年的人口數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，分析武漢城市圈的人口密度的空間分布演變，并選取市區(qū)的國內(nèi)生產(chǎn)總值、人口總數(shù)及距離作為指標，將武漢對黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、天門和潛江的吸引能力作出劃分，有助于更深入地分析武漢城市圈人口密度空間演變規(guī)律.

1 數(shù)據(jù)準備

1.1 研究區(qū)概況 武漢城市圈（1＋8城市圈）以武漢市為中心城市，包括周邊8個城市組成城市圈，8個城市分別為黃石、鄂州、黃岡、孝感、咸寧、仙桃、天門和潛江，其中有1個副省級城市、5個地級市、3個省直管市、7個縣級市和15個縣.武漢城市圈是湖北省城市人口最為密集的經(jīng)濟中心，武漢市作為中心城市也是我國中部地區(qū)人口密度最大的區(qū)域之一.武漢城市圈土地面積約57 941.32km2，占湖北省土地面積的31.17%，2010年武漢城市圈人口為3 024.3萬人，占湖北省總?cè)丝诘谋戎貫?2.8%。

1.2 數(shù)據(jù)的來源 本文中的人口信息主要來源于1991—2011年湖北統(tǒng)計年鑒及第六次人口普查數(shù)據(jù)，并利用地理信息系統(tǒng)的空間分析功能，對人口密度時間空間演變進行分析，揭示武漢城市圈人口分布的特征.

2 武漢城市圈分層

2.1 城市引力模型 城市引力模型把一個城市視為一個巨大的磁場，其中包括了人口、經(jīng)濟、科技和信息等.在統(tǒng)一地區(qū)內(nèi)，不同規(guī)模、不同類型的城市間存在不同的相互作用［3］，計算公式如下：

上式為城市引力模型的一般形式，當α＝β時，式（1）可以轉(zhuǎn)變?yōu)椋?/p>

式（2）是城市引力模型的表達公式.其中，F(xiàn)ij是i城市與j城市之間的相互吸引力，Mi，Mj分別代表i城市和j城市的城市質(zhì)量，dij代表i城市與j城市之間的距離，b是距離摩擦系數(shù)，G是引力常數(shù).通常取G＝1，b＝2.本文中以武漢市城區(qū)的GDP和人口規(guī)模作為i城市的城市質(zhì)量，j城市為武漢城市圈內(nèi)各縣區(qū).各縣區(qū)的GDP、人口規(guī)模與城市引力成正相關(guān)，而隨著d距離值的增加，城市引力相應(yīng)減小.

2.2 武漢城市圈城市引力計算 城市質(zhì)量一般采用城市經(jīng)濟綜合實力、發(fā)展水平、基礎(chǔ)設(shè)施及城市規(guī)模等指標進行研究.本文中采用城市某一年的國內(nèi)生產(chǎn)總值與人口規(guī)模作為指標確定武漢城市圈的城市質(zhì)量.武漢城市圈各城市與武漢的距離，采用兩城市之間最快的時間距離，2010年武漢城市圈武漢市區(qū)對各市縣州地區(qū)的引力如圖1所示.

圖1 2010年武漢城市圈武漢市區(qū)對各市縣州地區(qū)的引力

從圖1中可以看出，武漢城市圈以武漢市區(qū)為中心城市，形成了較大范圍的影響腹地.根據(jù)城市引力大小，對武漢主城區(qū)影響的武漢城市圈內(nèi)其他地區(qū)進行等層劃分.第一圈層主要為武漢市的大部分遠城區(qū)和距離武漢市轄區(qū)較近的地區(qū)，如黃陂區(qū)、江夏區(qū)、蔡甸區(qū)和鄂州市.第二圈層包括新洲區(qū)、黃石市轄區(qū)、大冶市、孝南區(qū)、漢川市、仙桃市和天門市.第三圈層包括漢南區(qū)、陽新縣、大悟縣、孝昌縣、安陸市、云夢縣、應(yīng)城市、黃州區(qū)、紅安縣、麻城市、團風縣、羅田縣、英山縣、黃梅縣、武穴市、陽新縣、咸安區(qū)、赤壁市、嘉魚縣、通城縣、崇陽縣和通山縣.武漢遠城區(qū)漢南區(qū)，距離武漢市區(qū)的距離約50km，其經(jīng)濟規(guī)模和人口規(guī)模相對較小，武漢主城區(qū)對漢南區(qū)的引力相對較小.縣級市及各區(qū)城市規(guī)模、人口規(guī)模以及距武漢主城區(qū)的遠近直接影響武漢主城區(qū)對其引力的大小.武漢市轄區(qū)對武漢城市圈各個市縣吸引力主要圍繞武漢市轄區(qū)向四周分布，呈明顯遞減趨勢.武漢市轄區(qū)對周邊市縣的引力較大城市主要集中于交通便捷地區(qū).

3 武漢城市圈人口密度時空分析

3.1 武漢城市圈人口密度的時間變化分析 1990—2000年武漢城市圈常住人口由約2 788萬人增長到3 069萬人，這11年屬于人口增長階段，而2000—2010年武漢城市圈常住人口減少至3 024萬人.其中作為武漢城市圈的中心城市，武漢市人口1990—2000年由670萬人增加至831萬人，2000—2010年增加至979萬人，人口數(shù)量處于穩(wěn)步增長階段.武漢城市圈平均人口密度由1990年的481人／km2增加至2010年的522人／km2，武漢城市圈平均人口密度總體呈逐漸增長趨勢，但也有幾個年份出現(xiàn)人口密度波動，見圖2，這主要與圈內(nèi)人口規(guī)模變動有關(guān).

1990 年武漢城市圈平均人口密度較高的5個城市由高到低排序為，武漢市、鄂州市、孝感市、天門市和仙桃市.2000年排序為，武漢市、鄂州市、天門市、仙桃市和孝感市.2010年排序為，武漢市、鄂州市、天門市、孝感市和黃石市.

圖2 武漢城市圈1990—2010年平均人口密度變化散點圖

1990—2000 年，武漢城市圈各城市平均人口密度均穩(wěn)步增加，但孝感市平均人口密度有所降低，分析孝感市平均人口密度可以看出孝感市區(qū)人口總量穩(wěn)步增長，市區(qū)人口密度增加，但縣級市人口規(guī)模逐年縮減，因此平均人口密度有所降低.孝感市管轄下的縣級市有孝昌縣、大悟縣、云夢縣、應(yīng)城市、安陸市、漢川縣，均在武漢城區(qū)經(jīng)濟腹地的第二圈層，對武漢市的經(jīng)濟依賴性較大.2000—2010年11年間武漢城市圈各城市人口密度變化中，只有武漢市人口密度呈增長趨勢，其他8個城市的人口密度呈下降趨勢，見表1.雖然武漢城市圈的城市化水平在不斷提高，但是其城市化水平仍處于集聚階段［4］.

表1 1990年、2000年、2010年武漢城市圈人口密度 人／km2

將1991—2010年武漢城市圈人口密度劃分為4份連續(xù)5年的平均人口密度.1996—2000年武漢城市圈各城市的平均人口密度相較于1991—1995年平均人口密度有所提高；2001—2005年相對于1996—2000年，除武漢市人口密度繼續(xù)穩(wěn)步增加，鄂州市5年平均人口密度總體小幅上升、1997—1998年人口密度小幅下降外，其他城市這5年平均人口密度基本處于下降階段；2006—2010年的平均人口密度，武漢市、鄂州市人口密度繼續(xù)處于上升階段，其他城市人口密度均有所下降.

圖3 1990—2010年武漢城市圈各城市三年平均人口密度變化趨勢圖

如圖3所示，武漢城市圈中，武漢市1990—2010年21年的平均人口密度均領(lǐng)先于其他城市，漲幅較大，其他城市平均人口密度均為穩(wěn)步下降趨勢，其中咸寧市和黃石市1993—1998年均出現(xiàn)平均人口密度大幅度下降趨勢，這主要與行政區(qū)劃分變更有關(guān)，原屬于咸寧市管轄的人口大縣及面積廣闊的陽新縣劃入黃石市的管轄范圍.武漢城市圈中鄂州市21年的平均人口密度穩(wěn)步上升，2002年以后，天門市、仙桃市人口密度下降趨勢較為明顯.

3.2 武漢城市圈人口密度空間分析

1）人口集中指數(shù).人口集中指數(shù)是一個主要用于分析城市密集區(qū)人口分布的集中程度與分散程度的重要指標［5］，公式如下：

上式中，C為武漢城市圈各城市的人口集中指數(shù)；Pi，Ai分別代表各城市各個區(qū)域的人口數(shù)量和土地面積，P和A代表整個城市的人口總數(shù)和土地面積.C值在0和1之間，C值越大，代表此地區(qū)人口向某些區(qū)域集中程度越大、人口分布不均勻；C值越小，說明人口分布較分散.將武漢城市圈2000年、2010年9個城市各個區(qū)的人口數(shù)量和土地面積帶入式（3）中計算，其結(jié)果見表2.

表2 2000年、2010年武漢城市圈人口集中指數(shù)表

從表2可看出，武漢城市圈各個城市的人口集中指數(shù)均大于0.4，各城市的人口向城市中心集中程度均較大，其中武漢市、仙桃市、潛江市、天門市的人口集中指數(shù)較大，說明人口向城市中心集中程度較大，咸寧市集中指數(shù)最低，人口分布較為均勻，2000—2010年的人口集中趨勢并沒有發(fā)生較大變動.2000—2010年這11年武漢市城市人口集中指數(shù)有明顯的降低趨勢.

2）武漢城市圈人口重心.人口重心又稱為人口中心，主要研究某區(qū)域內(nèi)某時刻人口分布在空間平面上的表現(xiàn)，常常用來測定某地區(qū)人口分布變化狀況［6］.本文中以1990年和2010年人口數(shù)據(jù)對武漢城市圈的人口分布進行分析，研究其人口重心變化狀況，人口重心模型的公式如下：

（ˉX，ˉY）為所求地區(qū)人口重心的地理坐標（經(jīng)度，緯度），Pi代表各個地區(qū)的人口數(shù)，（Xi，Yi）是地理坐標（經(jīng)度，緯度）.根據(jù)上式，分別以1990年和2010年武漢城市圈總?cè)丝跀?shù)、城鎮(zhèn)人口數(shù)及鄉(xiāng)村人口數(shù)計算武漢城市圈人口重心地理坐標，其結(jié)果見表3.

表3 武漢城市圈1990年、2010年人口重心地理坐標

1990 年和2010年武漢城市圈人口重心總體分布均在武漢市轄區(qū)，21年來人口重心分布位置發(fā)生變化，總?cè)丝谥匦拿黠@向西移動，移動了約1km，城鎮(zhèn)人口也向西移動，移動了約0.1km，鄉(xiāng)村人口重心也向西移動，移動了約0.6km.武漢城市圈總體人口重心與城鎮(zhèn)人口重心均出現(xiàn)了明顯了向西北移動現(xiàn)象，而鄉(xiāng)村人口重心具有明顯的向西南移動趨勢，人口重心的明顯移動與鄉(xiāng)村人口向城鎮(zhèn)遷移以及城市擴張建設(shè)密切相關(guān).

圖4 1990年、2010年武漢城市圈人口重心變化

3）武漢城市圈人口密度空間分析.通過Arcgis對武漢城市圈人口密度分布的處理，使武漢城市圈人口密度空間分析顯示出可視化的特點，見圖5、圖6.從圖中可以看出，圈內(nèi)人口密度總體呈現(xiàn)中部密集兩側(cè)稀疏；圈內(nèi)人口密度東稀西密；城區(qū)人口密度逐漸升高，縣級市人口密度出現(xiàn)兩個階段的發(fā)展.

武漢城市圈中部城市中，武漢市、黃石市轄區(qū)和鄂州市人口密度1990—2010年均屬于人口密度較高的區(qū)域.2010年，鄂州市城區(qū)人口密度達1 248人／km2，黃石市黃石港區(qū)人口密度達11 403人／km2，武漢市江漢區(qū)高達20 511人／km2，江岸區(qū)、武昌區(qū)、硚口區(qū)人口密度均超過10 000人／km2.結(jié)合圖1不難看出，武漢城市圈中受到武漢內(nèi)城區(qū)引力較大的第一圈層和第二圈層區(qū)縣，人口密度相對較高.

由于武漢城市圈內(nèi)中部為圈內(nèi)最大城市—武漢市，其人口規(guī)模、經(jīng)濟實力遠遠領(lǐng)先于圈內(nèi)其他城市，并對周邊影響較大，出現(xiàn)了武漢市人口密度獨大的現(xiàn)象.圈內(nèi)東北部東南部多山地，其人口密度相對較小，受武漢市中心引力較小.圈內(nèi)中西部多平原，自然條件優(yōu)越，人口密度較大.社會經(jīng)濟的發(fā)展使城市需要更多的人力資源，人口分布又開始聚集于社會經(jīng)濟發(fā)展水平較高的地域［7-8］.縣級地區(qū)人口密度大多處在150～400人／km2的較低水平，城市中心的人口密度大多為600人／km2以上.1990—2000年武漢遠郊區(qū)及縣級地區(qū)人口密度呈現(xiàn)較快的增長趨勢，而2001—2010年的人口密度表現(xiàn)出小幅下降的階段，見圖3.鄰近武漢市轄區(qū)的孝南區(qū)、云夢縣、鄂州市和黃石市轄區(qū)人口密度呈現(xiàn)增長趨勢，圈內(nèi)主要城市中心人口密度均增長迅速，縣級地區(qū)增速較緩.

圖5 1990年武漢城市圈人口密度分布圖

圖6 2000年武漢城市圈人口密度分布圖

圖7 2010年武漢城市圈人口密度分布方位圖

4）武漢城市圈人口方向性分析.2010年武漢城市圈人口密度分布具有方向性特征，見圖7.以武漢市轄區(qū)為中心，劃分為正北、東北、正東、東南、正南、西南、正西、西北等8個方向.圈內(nèi)人口密度分布在方向上呈現(xiàn)與距武漢市距離成反比的有正北、東北、東南、正南、西南、正西、西北等7個方向.正北方向人口密度大小與距武漢市距離成反比，武漢市轄區(qū)、黃陂區(qū)、紅安縣、大悟縣的人口密度分別為4 924、387、335、310人／km2.正東與東南之間人口密度變化趨勢不明顯，除武漢市轄區(qū)人口密度出現(xiàn)峰值外，還出現(xiàn)鄂州市和黃石市轄區(qū)人口密度較高的區(qū)域，圈內(nèi)正東與東南方向出現(xiàn)了多個人口聚集區(qū)域.

武漢城市圈人口密度方位分布基本符合Clark模型［9］，又稱為負指數(shù)函數(shù)，公式如下：

式中，dx為距離武漢市中心某地的人口密度，d0為武漢市中心的人口密度，其中b為常數(shù).b值越大，說明人口越集中于市中心，即人口集中程度較高；b值越小，說明隨著距武漢市中心距離的增加，人口密度降低較快，人口密度分布差異縮小，人口分布較均勻.

4 結(jié)論

綜上所述，武漢城市圈人口密度分布特征如下：

1）1990 —2000年，武漢城市圈隨時間的進展人口規(guī)模逐年增長，相應(yīng)的人口密度逐年增加.2001—2010年，圈內(nèi)人口規(guī)模出現(xiàn)地區(qū)性差異，只有武漢市人口密度穩(wěn)定增長.分析各縣市的人口密度發(fā)現(xiàn)，圈內(nèi)其他8個市的城市中心的人口密度逐年增加，縣級地區(qū)人口密度呈現(xiàn)降低趨勢.

2）圈內(nèi)人口密度總體呈現(xiàn)中部密集兩側(cè)稀疏的特征.人口越來越集中于基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟實力較好的城市中心，出現(xiàn)了武漢市中心人口聚集的現(xiàn)象.從人口集中指數(shù)可以看出，武漢市的人口分布趨向于向市區(qū)集中的趨勢，但圈內(nèi)東南方向的咸寧市，人口集中指數(shù)最小，人口分布較為均勻.

3）圈內(nèi)人口密度東稀西密.武漢城市圈東部主要有山地地形，此類地形致使這些地區(qū)交通不便利，經(jīng)濟發(fā)展較慢，進而引起人口分布較為稀疏.西部中部地區(qū)多為沿江平原，地勢平坦，經(jīng)濟發(fā)展較為迅速，且從開發(fā)歷史上看，西部中部沿江平原開發(fā)較早.

4）圈內(nèi)人口密度出現(xiàn)多個人口聚集中心，中心城市人口密度逐年增長，外圍人口密度均衡發(fā)展，東西方向人口密度增長速度較快，出現(xiàn)多個人口集中區(qū).

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