張小東 韓昊英 羅國娜 唐擁軍 劉爽

0 引言

城市增長與收縮是城市發(fā)展的必然結果．其中,城市收縮最早由德國科學家H?u?ermann等[1]于1988年提出,用來表征城市因為產業(yè)衰退、人口流失而導致的空間閑置現象[2]．自20世紀下半葉以來,城市收縮已成為全球許多大城市轉型的主要途徑,13%的美國大城市和54%的歐盟大城市都在收縮[3-4]．國內外學者從人口[5-6]、經濟[7]、工業(yè)[8]、管理政策[9]等視角討論了城市收縮現象,研究發(fā)現城市收縮引發(fā)了基礎設施閑置、工業(yè)廠區(qū)廢棄、居住區(qū)和商業(yè)區(qū)空置等一系列城市資源浪費問題[10-11],并提出了收縮城市的增長戰(zhàn)略[12]和規(guī)劃應對手段[13-14]．城市在發(fā)展過程中并不是一直收縮,也會出現城市增長現象．城市增長是指因為人口流入、投資增加而引發(fā)的城市經濟規(guī)模增長,屬于城市經濟學的核心內容[15]．國內外學者也從人口增長[16-17]、經濟規(guī)模擴大[18]、城市空間擴張[19-20]、生產效率增強[21]等角度探討城市增長軌跡及其影響因素[22],并提出城市增長管理應對策略[23]．

城市收縮與增長都會帶來城市資源錯配、城市空間浪費、城市生產效率低下等問題．早期研究主要從城市人口規(guī)模的視角討論城市的增長或收縮,發(fā)現城市人口規(guī)模雖然下降,但由于現代工業(yè)和商業(yè)服務的大量存在,城市經濟增長也是可以實現的[24],所以逐漸轉向城市人口、經濟和空間同步討論的視角[23]．不少學者采用人口普查、統(tǒng)計年鑒和土地利用等數據來刻畫城市收縮或擴張路徑,但由于早期研究數據的局限性,鮮有學者綜合城市人口、經濟和空間等內容同步探討城市收縮與增長軌跡．城市夜間燈光強度數據與城市土地利用[25]、人口規(guī)模[26]、經濟水平[27-28]等城市規(guī)模[29]衡量指標成顯著的正相關關系,同時兼具衡量城市空間大小、人口規(guī)模、經濟水平三種城市發(fā)展要素的屬性,為測度城市規(guī)模擴張與收縮提供了可能．基于此,本文采用城市夜間燈光強度數據來刻畫中國城市增長與收縮軌跡,并討論其成因,以期為中國新型城鎮(zhèn)化發(fā)展建設、城市空間治理、城鄉(xiāng)資源均衡配置等提供科學的參考依據．

1 數據與研究方法

1.1 遙感數據及其處理

夜間燈光強度數據來源于美國國家海洋和大氣管理局(https:∥www.ngdc.noaa.gov/),該數據由美國國防氣象衛(wèi)星計劃(1992—2013年)(Defense Meteorological Satellite Program,DMSP)和美國國家極地軌道運行環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)預備工程衛(wèi)星系統(tǒng)NPP(National Polar-Orbiting Operational Environmental Satellite System Preparatory Project)對地觀測衛(wèi)星(2013—2019年)在夜間捕獲的地表可見光(近紅外線電磁波信息)組成．DMSP衛(wèi)星上的線性掃描業(yè)務系統(tǒng)(Operational Linescan System,OLS)獲取的空間影像分辨率約為1 km,而NPP對地觀測衛(wèi)星上的VIIRS(Visible Infrared Imaging Radiometer Suite)可見光紅外成像輻射儀獲取的空間影像分辨率約為500 m,具有更強的對地探測能力,能捕捉地球表面反射出的細微光線,且數據為月度數據．為了反映城市本年度的收縮擴張情況,本研究采用年末12月的數據代表該城市該年數據．DMSP/OLS和NPP/VIIRS傳感器在夜間能探測到城市小規(guī)模居民地、車流等發(fā)出的低強度可見燈光,并使之區(qū)別于黑暗的鄉(xiāng)村背景．因此,夜間燈光影像可作為人類活動的表征,成為人類活動監(jiān)測研究的良好數據源．由于兩個衛(wèi)星傳感器來自兩個不同時期,在接收燈光過程中,燈光的飽和度和連續(xù)性都存在差異,本文參考董鶴松等[30]使用的影像數據整合方法,建立一元二次模型對DMSP/OLS影像數據做校正處理:

DN′=m×DN2+n×DN+q,

(1)

式中,DN′和DN分別為參考影像和待校正影像的燈光值,m,n和q分別表示一元二次方程的系數．在校正過程中,選擇發(fā)展相對穩(wěn)定的黑龍江省雞西市影像數據集進行校對,采用DN值較高的F16作為參考的標準傳感器,使用F16和F15傳感器2004—2007年重合年份的雞西市影像數據集,建立一元二次模型,并獲得m,n和q對應的系數值,校正F15傳感器中所有數據．然后,利用相同方法校正其他傳感器的影像數據[30]．最后考慮到DMSP/OLS影像的飽和效應,采用擬合方程[30]校正2012—2019年NPP/VIIRS影像:

(2)

式中,DN′和DNrad分別為參考影像和待校正影像的DN值．

最終獲取了1992—2019年中國各區(qū)縣比較穩(wěn)定的夜間燈光值,并以2019年各區(qū)縣行政單元劃分范圍為依據,對各區(qū)縣夜間燈光值進行統(tǒng)計分析．燈光樣例數據如圖1(不包括港澳臺等地區(qū)數據)所示．

圖1 中國夜間燈光樣例數據Fig.1 Night light sample data in China

1.2 研究方法

1.2.1 標準差橢圓

標準差橢圓算法用重心、短軸、長軸和方位角為基本參數,以研究對象空間分布的平均重心為重心,分別計算研究對象在X方向和Y方向的標準差,以此來定義包含研究對象分布的橢圓的軸[31],用來度量研究對象數據的空間分布方向．本文用標準差橢圓算法來計算研究年限內中國城市增長與收縮的重心趨勢、離散和方向趨勢等空間軌跡特征,同時表達出所有要素重心的移動軌跡和趨勢．為了讓橢圓計算結果客觀表征中國城市增長與收縮的變化特征,將每個城市增長或收縮差值作為權重計算到中國城市增長與收縮的橢圓中[32]．

1.2.2 城市收縮度

城市收縮度[33]為

(3)

式中:QS表述城市S的收縮度;Ri為城市S在考察年最后一年的燈光數據值;RO為城市S在考察年第一年的燈光數據值;n為考察期內總年數．QS>0說明考察城市為收縮城市,反之,則是增長城市[33]．

1.2.3 熱點分析

結合各區(qū)縣城市增長與收縮數據,利用Getis-OrdGi*判斷城市增長與收縮冷熱分區(qū),并將其關系可視化為增長熱點區(qū)域和收縮冷點區(qū)域,同時將二者分別劃分為重度、中度、輕度三個層級,以便細化識別城市增長與收縮熱度[34]．

(4)

(5)

2 城市增長與收縮動態(tài)特征

1)城市增長與收縮呈現出反復交替變化的特征

為了直觀反映出城市增長與收縮數量,先計算城市考察年燈光數據與上一年數據的差值,若差值大于零,說明該城市在考察年出現了增長,若差值小于零,說明該城市出現了收縮,差值等于零,則表明該城市無明顯變化．通過對每年每個區(qū)縣城市增長與收縮數量進行統(tǒng)計(圖2),不難發(fā)現,從1993年開始,城市增長與收縮數量形成了此消彼長的交替變化特征,與資源型城市發(fā)展生命周期基本相符,并不存在一直收縮的區(qū)縣,但存在一直增長的區(qū)縣．區(qū)縣城市收縮峰值主要集中在1993、1996和2008年．

圖2 我國區(qū)縣城市增長與收縮結構變化Fig.2 Evolution of growth and shrinkage of China’s districts and counties

2)城市增長與收縮呈現出兩極分化特征

為了研究城市增長與收縮呈現的動態(tài)特征,本文以城市的增長年限為依據,將城市增長類型劃分為負增長、間歇增長和長期增長三種類型(表1)．其中:在研究年限內城市增長和收縮年限相加為負,則將該城市判定為負增長型城市;在研究年限內城市增長年限是城市收縮年限的兩倍以上,則將該城市判定為長期增長型城市;剩下的城市則定義為間歇型增長城市．在1992—2019年,增長年限為19年及以上區(qū)縣1 858個,長期增長區(qū)縣占比66.10%;增長年限為14～18年的區(qū)縣935個,間歇增長區(qū)縣占比33.26%;增長年限為13年及以下的負增長區(qū)縣占比0.64%．懷仁市、庫爾勒市、棗莊市薛城區(qū)、青島市城陽區(qū)、南通市通州區(qū)、北京市通州區(qū)和順義區(qū)7個區(qū)縣一直保持著增長,無收縮現象．而近5年,有309個區(qū)縣一直保持著穩(wěn)定增長,無收縮現象,1 418個區(qū)縣城市增長4年及以上,長期增長區(qū)縣占比50.28%,1 063個區(qū)縣城市增長年限為3年,間歇增長區(qū)縣占比37.70%,增長年限為2年及以下的負增長區(qū)縣占比12.02%,收縮年限為4年的區(qū)縣高達40個,合山市、北海市海城區(qū)、西寧市城東區(qū)、黃平縣、民豐縣等區(qū)縣城市收縮現象較明顯．通過對比發(fā)現,近期無收縮現象的區(qū)縣數量猛增,而間歇增長區(qū)縣數量大幅下降,負增長區(qū)縣數量猛增,表現出一部分強勢區(qū)縣仍保持著連續(xù)增長狀態(tài),另一部分則轉向負增長的兩極分化現象,處于間歇增長的城市大幅度減少,打破了城市增長與收縮交替發(fā)生的穩(wěn)定規(guī)律．

表1 城市增長類型判斷標準

3)城市增長軌跡穩(wěn)定,形成由東北轉向華中,再轉向華西北地區(qū)的收縮軌跡

為了表征城市增長與收縮的時空軌跡,采用GIS對1992—2019年進行分段分析(圖3),以反映城市增長與收縮的時空變化軌跡(表2)．從重心遷移角度來看,城市增長軌跡較穩(wěn)定,28年間中國區(qū)縣城市增長重心從南陽市鎮(zhèn)平縣移動到西北方向的內鄉(xiāng)縣后,逐漸又移回到內鄉(xiāng)縣與鎮(zhèn)平縣的交界處,而城市收縮重心則由邢臺市邢臺縣向南移動到南陽市宛城區(qū),隨后向西移動到十堰市竹山縣,最后移動到西部的安康市石泉縣,形成了“華北—華中—華西北”的收縮軌跡．從標準差橢圓變化的角度來看,1992—2019年中國城市增長長軸、短軸、面積和方向角度都變化不大,表明過去28年中國城市增長趨勢較為穩(wěn)定,增長范圍略微向西部擴大．而城市收縮的長軸明顯縮短、短軸波動變化．1992—1998年,由于東北經濟的大面積蕭條,引發(fā)東北地區(qū)城市大面積收縮,隨后,方向角逐漸變大,城市收縮范圍逐漸移向華東和華南地區(qū)．2006—2012年,城市收縮橢圓的長軸、短軸和面積都降到最低,城市收縮規(guī)模最小,反映出這一時期中國城市經濟增長較明顯．2013—2019年,中國城市收縮橢圓各項指標明顯增加,表明中國部分城市經濟增長出現下滑,導致收縮城市的數量增加,且這一時期橢圓重心西移明顯,表明中國中西部城市收縮數量增加最顯著．

表2 標準橢圓各項參數

圖3 1992—2019年中國城市增長與收縮的標準差橢圓Fig.3 Standard deviation ellipse of urban growth and shrinkage in China from 1992 to 2019

4)呈現出以帶狀為主、點狀為輔的城市增長結構,以點狀為主、帶狀為輔的收縮結構

除了宏觀增長、收縮軌跡,本文采用GIS的核密度分析工具,對城市增長與收縮的空間結構進行了細化處理(圖4),結果顯示:從1992—2019年中國沿海城市帶一直保持著增長態(tài)勢,內陸地區(qū)則形成以省會城市為核心的點狀增長結構;城市收縮主要形成了點狀收縮結構,并逐漸形成帶狀收縮的趨勢,1992—1998年形成了以東北地區(qū)為首的點狀收縮結構,1999—2005年點狀收縮重心向南移動,河北與山東接壤地區(qū)成為收縮熱點區(qū)域,2006—2012逐漸移動到華中地區(qū),最后收縮城市向“胡煥庸線”兩側集中,2013—2019年西部與華北成為了收縮的主要地區(qū),并形成沿著“胡煥庸線”收縮的帶狀結構．

5)形成了“北京—西安—成都—昆明”方向的帶狀收縮結構、“北京—鄭州—南昌”帶狀增長結構

為了進一步細化帶狀收縮結構,本文計算了2013—2019年的中國各個區(qū)縣的城市收縮度QS(圖5),QS>0表示城市在收縮,反之則增長．其中,烏蘭察布市察哈爾右翼中旗、多倫縣錫林郭勒盟、樂山市峨邊彝族自治縣等192個區(qū)縣呈現出收縮態(tài)勢． “北京—西安—成都—昆明”方向為帶狀收縮結構,華西北地區(qū)收縮較為嚴重．就增長而言,由于東部沿海城市群經濟效益外溢,帶動了“北京—鄭州—南昌”周邊城市增長,逐漸形成了“北京—鄭州—南昌”的城市增長帶．

審圖號GS(2020)4614號圖4 1992—2019年中國城市增長與收縮的核密度Fig.4 Kernel densities of urban growth and shrinkage in China from 1992 to 2019

圖5 2013—2019年中國區(qū)縣城市收縮度Fig.5 Shrinkage of districts and counties in China from 2013 to 2019

3 城市增長與收縮成因分析

在歐洲、北美以及日本,去工業(yè)化、大規(guī)模人口流失和老齡化導致城市中出現了大量的商業(yè)和住房空缺[35],引發(fā)了城市資源錯配、城市空間浪費等城市問題．中國城市增長與收縮的動因相對西方國家來說更多樣,主要表現在全球化的金融周期變化、產業(yè)結構轉型和國家政策指導等方面．

3.1 金融危機與調控政策

區(qū)縣城市收縮峰值主要集中在1993、1996和2008年(圖2)．1990—1992年,日本金融危機災難很快蔓延至銀行金融和整個經濟體系;1994—1995年,墨西哥金融危機迅速波及全球;2008年,美國次級債務危機和全球信用市場動蕩．不難發(fā)現每次金融危機都會將區(qū)縣城市收縮數量推向峰值．相反,1993年國家金融體制改革、1994年《國務院關于進一步深化對外貿易體制改革的決定》(國發(fā)[1994]4號)都促進了這一時期的區(qū)縣快速擴張,2006年國家提出《促進中部地區(qū)崛起的若干意見》(中發(fā)[2006]10號)、2007年國家發(fā)布《關于全面深化金融改革 促進金融業(yè)持續(xù)健康安全發(fā)展的若干意見》(中發(fā)[2007]3號)、2016年印發(fā)《中共中央 國務院關于深化投融資體制改革的意見》(中發(fā)[2016]18號)等一系列經濟政策刺激舉措,將區(qū)縣城市增長力度再次推向了峰值．簡言之,金融危機、金融調控政策等都是城市增長或收縮的主要推動因素．

3.2 產業(yè)結構轉型

從1992—2019年,懷化市蘭西縣(工業(yè)型)、大興安嶺地區(qū)呼瑪縣(農業(yè)型)、潛江市(資源枯竭型城市)、雅安市寶興縣(工業(yè)型)5個區(qū)縣城市收縮年限高達15年,雞西市滴道區(qū)(農業(yè)型)、承德市鷹手營子礦區(qū)(礦業(yè)型)、沈陽市法庫縣(礦業(yè)型)、丹東市寬甸滿族自治縣(能源型)、大興安嶺地區(qū)塔河縣(林木生產基地)、撫州市樂安縣(工業(yè)型)、衡陽市衡山縣(資源枯竭型城市)、河池市天峨縣(林木生產基地)、來賓市合山市(資源枯竭型城市)、昌都市察雅縣(高海拔城市)、武威市天祝藏族自治縣(農業(yè)型)11個區(qū)縣城市收縮年限高達14年,其中大多數城市是由于去工業(yè)化失敗、資源枯竭轉型失敗、農業(yè)生產效率低下等原因導致城市出現長時間的收縮現象．在28年間,懷仁市、棗莊市薛城區(qū)、青島市城陽區(qū)、南通市通州區(qū)、庫爾勒市、北京市的通州區(qū)和順義區(qū)7個區(qū)縣一直保持著增長,無收縮現象．其中:懷仁市作為山西生產原煤型城市,煤炭產量逐年下降的情況還一直保持著增長,主要得益于其第二產業(yè)結構豐富,懷仁市除了煤炭產業(yè),還擁有食品制造、非金屬礦物制品、金屬制品、汽車制造、專用設備制造等產業(yè),豐富的產業(yè)結構足以支持其穩(wěn)健轉型,再加上保護較好的生態(tài)環(huán)境,促使其連續(xù)保持28年增長;棗莊市薛城區(qū)也屬于懷仁市同類型城市,穩(wěn)定的產業(yè)集群加上良好的生態(tài)環(huán)境也促成其連續(xù)增長;青島市城陽區(qū)和南通市通州區(qū)由于優(yōu)越的地理位置優(yōu)勢,在二產穩(wěn)健發(fā)展的同時,三產也形成了逐年增長的態(tài)勢,穩(wěn)定的產業(yè)結構和便利的運輸條件為其連續(xù)增長提供了基本保障;北京市的通州區(qū)和順義區(qū)由于三產的健康發(fā)展,成功“退二進三”并轉型,也使其保持著持續(xù)增長．總之,產業(yè)結構成功轉型也是城市持續(xù)增長的主要動因之一．

3.3 國家政策與發(fā)展策略

審圖號為GS(2020)4614號圖6 中國各區(qū)縣城市增長與收縮程度分區(qū)Fig.6 Regionalization of growth and shrinkage degree of districts and counties in China

國家政策與發(fā)展策略也是城市增長、收縮的主要動因之一．為了表征出國家政策對城市增長、收縮變化的影響,研究采用GIS的冷熱分區(qū)工具(Getis-OrdGi*)對考察年限內城市增長、收縮冷熱分區(qū)進行可視化表達(圖6)．從1988年3月國務院發(fā)出《關于擴大沿海經濟開放區(qū)范圍的通知》開始,深圳、上海、北京等56個國家級新技術產業(yè)開發(fā)試驗區(qū)的相繼試點,使得1992—1993年珠三角、長三角、京津冀等城市群處于擴張熱區(qū);2000年左右相繼提出西部大開發(fā)和東北振興戰(zhàn)略,使得成渝城市群和東北城市群成為城市增長熱區(qū);2006—2007年是奧運會舉辦的沖刺階段,形成京滬線城市增長熱潮;2013年國務院正式批準設立中國(上海)自由貿易試驗區(qū),同年,習近平主席提出“一帶一路”對外合作倡議,促使絲綢之路沿線主要城市成為主要增長熱區(qū);2016—2018年多次提出東北振興戰(zhàn)略,使得東北地區(qū)在近幾年又成為增長熱區(qū)．不難看出,國家政策對中國城市增長與收縮都產生了巨大影響．

4 結論與討論

城市無限增長會引發(fā)房價上漲、公共服務資源緊張、生活環(huán)境惡化等城市問題,城市收縮也會引發(fā)產業(yè)收縮、公共服務水平下降、社區(qū)功能衰退、房屋空置、耕地荒蕪等一系列問題．本文通過中國1992—2019年夜間燈光數據變化,識別中國區(qū)縣城市增長與收縮的時空動態(tài)特征及其動因,主要結論如下:

1)中國城市增長與收縮交替發(fā)生,沒有絕對的收縮城市,但呈現出連續(xù)增長的城市越來越多、連續(xù)收縮城市越來越多、間歇增長城市越來越少的兩極分化現象．

2)形成了較穩(wěn)定的增長軌跡,城市增長的重心一直在南陽市內移動;而收縮重心則由邢臺市轉移到南陽市、安康市,收縮重心向西移的趨勢明顯,形成了由東北轉向華中、再轉向華西的城市收縮軌跡．

3)呈現出帶狀為主、點狀為輔的增長結構,點狀為主、帶狀為輔的收縮結構．其中,帶狀增長結構包括了沿海城市帶和近期形成的“北京—鄭州—南昌”城市帶,點狀結構是指以內陸省會城市為核心的集聚增長現象．而隨著時間推移,分散的點狀收縮結構也逐漸集聚成了“北京—西安—成都—昆明”方向的帶狀收縮結構．

4)全球化的金融周期變化、產業(yè)結構轉型、國家政策制定等因素都是中國城市增長或收縮的主要動因．

城市增長與收縮都會帶來城市住房結構變化,相應的基礎設施配套也要隨之改變,對于城市增長與收縮動態(tài)特征把握不準,很容易造成公共資源錯配、城市發(fā)展定位偏差、城市資源浪費等問題．針對研究內容提出以下建議:

1)當前國家需要出臺相應的政策,來激勵處于“胡煥庸線”兩側的收縮城市增長,一旦沿著“胡煥庸線”形成帶狀收縮城市集群,華西北地區(qū)將面臨著更難的城鄉(xiāng)振興問題.

2)產業(yè)鏈單一、資源依賴度高的城市需要加快產業(yè)結構轉型升級,增強產業(yè)鏈的廣度和深度,以保障城市在單一產業(yè)鏈斷裂、資源枯竭時,還能繼續(xù)保持增長.

3)適當的精明收縮有助于城市瘦身,同時為城市再次增長提供更充裕的資源,在中國長期以增長為主的發(fā)展模式下,城市收縮會被地方政府強行抵制,出臺與收縮逆向的投資措施,有可能會進一步加劇收縮,造成更大的資源浪費,應該借鑒國際城市收縮經驗,在允許條件下精明收縮,優(yōu)化城市空間格局．城市增長與收縮是交替發(fā)生的,沒有絕對的收縮,也沒有無限制的增長,短暫的精明收縮會帶來高效的增長．

本文對城市增長與收縮進行了初步研究探討,還存在以下的不足:本文主要從夜間燈光數據空間變化視角識別和測度城市增長與收縮特征,未結合經濟、人口、土地等定量指標數據進一步剖析城市增長與收縮的成因．