基于夜間燈光數(shù)據(jù)的中國(guó)五大區(qū)域級(jí)城市群空間擴(kuò)張協(xié)同性對(duì)比

張景奇，周思靜，修春亮

（1.東北大學(xué)文法學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110169；2.東北大學(xué)江河建筑學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110169）

自2006年國(guó)家“十一五”規(guī)劃綱要首次提出“把城市群作為推進(jìn)城鎮(zhèn)化的主體形態(tài)”以來(lái)，城市群發(fā)展在中國(guó)城鎮(zhèn)化中的地位不斷得到強(qiáng)化，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)作出巨大貢獻(xiàn)。2017年10月，中共“十九大”報(bào)告指出，“以城市群為主體，構(gòu)建大中小城市和小城鎮(zhèn)協(xié)調(diào)發(fā)展的城鎮(zhèn)格局”，城市群成為未來(lái)中國(guó)城鎮(zhèn)化發(fā)展的主要形態(tài)。2018年11月，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于建立更加有效的區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展新機(jī)制的意見(jiàn)》，進(jìn)一步提出“建立以中心城市引領(lǐng)城市群發(fā)展、城市群帶動(dòng)區(qū)域發(fā)展新模式”，使得以國(guó)家及區(qū)域中心城市為引領(lǐng)的城市群發(fā)展備受重視。城市群空間擴(kuò)張的協(xié)同性不僅反映城市群的空間增長(zhǎng)格局，更反映出大尺度區(qū)域范圍的土地利用問(wèn)題，城市群擴(kuò)張的過(guò)程往往與城市用地需求的失控和城市邊緣地帶的無(wú)序發(fā)展相聯(lián)系，造成與土地資源稀缺的矛盾越發(fā)突出。在土地資源總量不變的情況下，解決這些問(wèn)題的關(guān)鍵在于優(yōu)化城市群的用地結(jié)構(gòu)、促進(jìn)協(xié)調(diào)發(fā)展，而當(dāng)前中國(guó)區(qū)域級(jí)城市群正處于發(fā)展轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期，加強(qiáng)中心城市的輻射帶動(dòng)能力、培育新的增長(zhǎng)極、削弱區(qū)域發(fā)展規(guī)模差異并提升城市群整體水平是中國(guó)區(qū)域協(xié)調(diào)有序發(fā)展的迫切需求。因此，有必要分析并歸納區(qū)域級(jí)城市群空間擴(kuò)張及其內(nèi)部協(xié)調(diào)發(fā)展的規(guī)律，增強(qiáng)城市群內(nèi)部用地的協(xié)同性，更好地實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。

1 文獻(xiàn)回顧

基于HAKEN[1]提出的協(xié)同學(xué)（Synergetics）理論，城市群擴(kuò)張的協(xié)同性是指城市群系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)城市之間同步與差異的有機(jī)統(tǒng)一，增強(qiáng)同步性，消除差異性，以實(shí)現(xiàn)共同繁榮的整體效應(yīng)，為城市群協(xié)同發(fā)展提供源源不斷的動(dòng)力支持[2]。從概念上看，城市群本身就蘊(yùn)含著“協(xié)同性”，無(wú)論是GOTTMANN提出的“在地域上集聚而成的龐大的、多核心、多層次的大都市區(qū)聯(lián)合體”[3]（大都市帶，Megalopolis），還是姚士謀、方創(chuàng)琳提出的城市“集合體”概念[4-5]，都強(qiáng)調(diào)一種空間組織形態(tài)上的聯(lián)系[6-7]和各種利益的共同體[8]。協(xié)同性包括空間、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)協(xié)同性，但空間協(xié)同是實(shí)現(xiàn)交通、產(chǎn)業(yè)、生態(tài)環(huán)境、創(chuàng)新以及政策協(xié)同等多方面協(xié)同最為基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)。參考上述研究，本文所界定的城市群空間擴(kuò)張協(xié)同性是指城市群“又好”“又快”“緊密地”“整體性”發(fā)展，即城市群擴(kuò)張速度越快、質(zhì)量越高、內(nèi)部聯(lián)系越緊密，則協(xié)同水平越高。

研究城市群擴(kuò)張是研究空間協(xié)同的基礎(chǔ)，現(xiàn)有研究主要集中在城市群的空間形態(tài)及模式研究[9-10]、要素耦合協(xié)調(diào)分析[11-12]以及空間關(guān)聯(lián)分析[13-14]三方面?？臻g擴(kuò)張不僅是指邊界的增長(zhǎng)，也反映了社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素在空間中的擴(kuò)散[15]，因此，各發(fā)展要素在城市群內(nèi)的分布與流動(dòng)，都會(huì)對(duì)城市群空間發(fā)展產(chǎn)生影響。同時(shí)，核心城市的輻射帶動(dòng)作用會(huì)促進(jìn)周?chē)鞘械陌l(fā)展，核心城市的引力強(qiáng)度越大，區(qū)域內(nèi)空間擴(kuò)張面積和擴(kuò)張強(qiáng)度相對(duì)越大[16]，說(shuō)明以上三方面的研究并非各自獨(dú)立，而是相互聯(lián)系、相互影響的；從研究方法上看，多從系統(tǒng)論、理性增長(zhǎng)論出發(fā)，采用耦合協(xié)調(diào)模型[17-18]、城市引力模型[19]等，分析城市群空間擴(kuò)張過(guò)程與人口、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)各要素間的聯(lián)系，以實(shí)現(xiàn)城市群理性、有序、協(xié)調(diào)的增長(zhǎng)；從數(shù)據(jù)來(lái)源上看，越來(lái)越多的研究開(kāi)始使用夜間燈光數(shù)據(jù)，利用夜間燈光數(shù)據(jù)與大范圍的區(qū)域經(jīng)濟(jì)、人口分布狀況緊密相關(guān)[20]的特性來(lái)對(duì)城市群擴(kuò)張動(dòng)態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。此外，夜間燈光數(shù)據(jù)結(jié)合常規(guī)遙感、統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)的研究也不斷呈現(xiàn)[21-22]，豐富了城市群相關(guān)的研究成果；從研究區(qū)域上看，相對(duì)于長(zhǎng)三角、珠三角和京津冀三大國(guó)家級(jí)城市群廣泛深入的研究[23-24]，中國(guó)東北部、中西部等具有較大發(fā)展?jié)摿?、較快發(fā)展勢(shì)頭的區(qū)域級(jí)城市群尚缺乏細(xì)致的對(duì)比研究，特別是從城市群內(nèi)部空間關(guān)聯(lián)上分析城市群擴(kuò)張協(xié)同性的研究較少。

2 研究區(qū)、數(shù)據(jù)來(lái)源及研究方法

2.1 研究區(qū)特征

“十三五”以來(lái)，中國(guó)城市群建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，形成了規(guī)模、范圍和等級(jí)不一的20多個(gè)城市群，學(xué)者對(duì)中國(guó)的城市群進(jìn)行了等級(jí)劃分[25-26]，黃金川等[27]基于人口密度、城鎮(zhèn)化率等指標(biāo)，將遼中南、山東半島、中原、武漢、成渝5個(gè)城市群劃分成的“區(qū)域級(jí)城市群”，其規(guī)模水平僅次于三大國(guó)家級(jí)城市群，是以國(guó)家或區(qū)域中心城市為引領(lǐng)，但具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ拇伟l(fā)達(dá)城市群區(qū)域，本文即以此五大區(qū)域級(jí)城市群為研究區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，五大區(qū)域級(jí)城市群土地面積約69.90×104km2，占全國(guó)土地總面積的7.28%，2018年人口約35 941萬(wàn)人，占全國(guó)總?cè)丝诘?5.76%，GDP產(chǎn)值179 652億元，占全國(guó)GDP產(chǎn)值的19.95%，涵蓋了中國(guó)東北、華北、華中和中西部地區(qū)（表1）。雖然五大區(qū)域級(jí)城市群都有國(guó)家或區(qū)域中心城市引領(lǐng)，但在發(fā)育水平上卻表現(xiàn)出參差不齊。因此，對(duì)比研究它們空間擴(kuò)張的協(xié)同性，一方面能夠客觀刻畫(huà)中國(guó)區(qū)域級(jí)城市群空間增長(zhǎng)過(guò)程中存在的問(wèn)題，探究這類(lèi)城市群空間協(xié)調(diào)、理性增長(zhǎng)的可行路徑；另一方面以這5個(gè)典型城市群為例，探究中國(guó)次一級(jí)城市群空間增長(zhǎng)規(guī)律，解釋城市群內(nèi)部協(xié)調(diào)對(duì)城市群用地?cái)U(kuò)張產(chǎn)生的作用，為中國(guó)國(guó)土資源在區(qū)域?qū)用娴暮侠砼渲锰峁﹨⒖肌?/p>

表1 研究區(qū)范圍Tab.1 Study areas

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

夜間燈光數(shù)據(jù)是美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（NOAA）生產(chǎn)的一種相對(duì)新型的遙感數(shù)據(jù)，是在夜間無(wú)云條件下接受地表發(fā)射的可見(jiàn)光—近紅外電磁波信息。該數(shù)據(jù)在城市群研究方面的適用性一方面表現(xiàn)在解譯上的優(yōu)勢(shì)，燈光強(qiáng)度能夠直觀地分辨城市與農(nóng)村地區(qū)，使城市群建成區(qū)范圍獲取更加便利，解決了傳統(tǒng)遙感解譯地物識(shí)別繁雜、耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題；另一方面夜間燈光數(shù)據(jù)十分適用于大尺度區(qū)域的研究，相關(guān)研究已證明夜間燈光數(shù)據(jù)與GDP、人口、電力消耗、道路面積等城市化指標(biāo)緊密相關(guān)，能較好表征社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展動(dòng)態(tài)[28]。因此本文采用DMSP/OLS（以下簡(jiǎn)稱(chēng)DMSP）以及NPP-VIIRS（以下簡(jiǎn)稱(chēng)VIIRS）兩種夜間燈光數(shù)據(jù)提取城市群邊界，選擇1998年、2003年、2008年、2013年和2017年的夜間燈光數(shù)據(jù)構(gòu)建4個(gè)研究時(shí)段（T1—T4），其中，前三年的影像使用了DMSP中F101992、F152002、F182012三期中1998年、2003年、2008年的數(shù)據(jù)，后兩年的影像使用2013年、2017年VIIRS月合成夜間燈光數(shù)據(jù)。

2.2.2 數(shù)據(jù)處理

夜間燈光數(shù)據(jù)的預(yù)處理需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是兩種夜間燈光數(shù)據(jù)源內(nèi)部各自的預(yù)處理，目的是消除燈光飽和的影響并得到穩(wěn)定的DN值；二是兩種夜間燈光數(shù)據(jù)源的融合，目的是形成連續(xù)時(shí)間序列。

第一，對(duì)于DMSP夜間燈光數(shù)據(jù)，因其存在著燈光飽和現(xiàn)象，且各年的影像分別來(lái)自不同期的衛(wèi)星，需要對(duì)其進(jìn)行飽和校正和連續(xù)校正[29]。而對(duì)于VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)，因其為月合成數(shù)據(jù)，故需要將每月影像合成為年均值影像，在具體處理時(shí)參考周翼等[30-31]所使用的方法，并在處理后采取與DMSP同樣的方法進(jìn)行連續(xù)性校正，獲取穩(wěn)定的燈光值。第二，對(duì)于兩種夜間燈光數(shù)據(jù)源的融合，理論上同一年度、同一區(qū)域的DN值應(yīng)該相同，但實(shí)際上由于兩種夜間燈光數(shù)據(jù)的傳感器接收光源的程度和光譜響應(yīng)方式不同，同一位置VIIRS中的DN值與DMSP中的DN值不具有可比性，但兩種燈光數(shù)據(jù)的DN值存在一定的相關(guān)關(guān)系，表現(xiàn)為在DMSP中DN值較大的區(qū)域，在VIIRS中也具有同等趨勢(shì)。因此，本文采用不變目標(biāo)區(qū)域法[32]，利用兩種夜間燈光數(shù)據(jù)的重合年（2013年）進(jìn)行擬合：首先對(duì)2013年的DMSP與VIIRS穩(wěn)定燈光值進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)，結(jié)果顯示相關(guān)系數(shù)為0.822（剔除掉DN值為0的像元），通過(guò)相關(guān)性檢驗(yàn)；其次進(jìn)行回歸擬合，得到兩者DN值擬合系數(shù)，結(jié)果顯示，對(duì)數(shù)回歸的擬合優(yōu)度R2最高，為0.86；最后，選取該方程進(jìn)行兩種燈光數(shù)據(jù)的燈光值擬合（圖1），完成兩種夜間燈光數(shù)據(jù)源的融合。

圖1 VIIRS對(duì)DMSP回歸擬合結(jié)果Fig.1 Regression fitting results of VIIRS and DMSP images

式（1）中：DNcor為VIIRS數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)擬合轉(zhuǎn)換至DMSP尺度上的像元DN值；DNviirs為擬合前VIIRS夜間燈光數(shù)據(jù)像元值。

擬合所用的真實(shí)DMSP、VIIRS數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)了連續(xù)性校正等處理，一定程度上削弱了夜間燈光數(shù)據(jù)自身的缺陷。根據(jù)圖1所示結(jié)果，擬合后的數(shù)據(jù)與真實(shí)數(shù)據(jù)在研究區(qū)內(nèi)與DMSP夜間燈光分布、亮度范圍相似度高、范圍一致，能夠與2013年之前的DMSP數(shù)據(jù)進(jìn)行序列研究。同時(shí)，根據(jù)皮爾森相關(guān)系數(shù)和誤差分析（表2），擬合后的夜間燈光數(shù)據(jù)與DMSP源數(shù)據(jù)誤差小、相關(guān)性更高，擬合后誤差減少將近10倍，且相關(guān)性增強(qiáng)，擬合效果較好。但是，擬合后的數(shù)據(jù)廣泛分布著大量微弱燈光，這些微弱燈光是由于VIIRS傳感器更強(qiáng)的探測(cè)能力以及未處理的地表火光等影響造成的，但后續(xù)研究中應(yīng)用夜間燈光影像提取城市群建成區(qū)的閾值均大于30，因此微量雜光對(duì)于建成區(qū)提取結(jié)果的影響有限，故該擬合能夠滿(mǎn)足本次研究所需。

表2 擬合后夜間燈光數(shù)據(jù)與源數(shù)據(jù)精度對(duì)比Tab.2 Accuracy comparison between fitting night lighting data and source data

2.3 研究方法

首先，提取城市群邊界作為后續(xù)計(jì)算的基礎(chǔ)；其次，基于協(xié)同發(fā)展“又好”“又快”以及緊密關(guān)聯(lián)的“整體性”發(fā)展內(nèi)涵，通過(guò)城市群擴(kuò)張速度、城市群擴(kuò)張質(zhì)量和城市群內(nèi)部關(guān)聯(lián)度3項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)度。城市群擴(kuò)張的速度旨在從“量”上衡量城市群的動(dòng)態(tài)變化，反映城市群空間協(xié)調(diào)的潛力。城市群的擴(kuò)張質(zhì)量旨在從“質(zhì)”上衡量城市群的空間格局，反映城市群土地利用是否高效、緊湊。引力模型來(lái)計(jì)算城市群內(nèi)部的相互聯(lián)系程度，旨在分析在用地不斷擴(kuò)張的過(guò)程中，各城市要素流動(dòng)是否與之匹配。在三項(xiàng)測(cè)度之后，根據(jù)各項(xiàng)得分進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后匯總，消除樣本差異化影響，對(duì)5個(gè)城市群的空間協(xié)同發(fā)展進(jìn)行對(duì)比分析。

2.3.1 城市群邊界提取與擴(kuò)張速度計(jì)算

采用參考比較法提取城市群邊界。目前采用夜間燈光提取城市區(qū)域的方法有經(jīng)驗(yàn)閾值法、突變檢驗(yàn)法、參考比較法、影像空間比較等[33]，較為常用的是經(jīng)驗(yàn)閾值法[34-35]，但該方法依賴(lài)于主觀判斷，且需要豐富的研究成果經(jīng)驗(yàn)積累，而參考比較法可以修正這一缺陷，因此本文以1992—2017年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)作為參考數(shù)據(jù)，對(duì)每一閾值對(duì)應(yīng)的DN值疊加求和，選取最接近參考數(shù)據(jù)的作為提取閾值，所得到的閾值不是固定值，而是隨每年的經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素變化，也稱(chēng)為“動(dòng)態(tài)閾值”。進(jìn)而，應(yīng)用動(dòng)態(tài)閾值提取結(jié)果（各市市轄區(qū)面積）計(jì)算城市群擴(kuò)張速度（US），用以測(cè)度單位時(shí)間內(nèi)城市群建成區(qū)范圍變化速率，是城市群空間協(xié)調(diào)增長(zhǎng)在量上的反映。

式（2）中：UAn+i為第n+i年某城市群各市市轄區(qū)面積和；UAi為第i年該城市群各市市轄區(qū)面積和；n以年為單位。

2.3.2 城市群擴(kuò)張質(zhì)量計(jì)算

城市群擴(kuò)張質(zhì)量（Q）是指在空間形態(tài)上城市群發(fā)展是否緊湊、高效，參考劉璐[36]使用的測(cè)度指標(biāo)，選取形態(tài)緊湊度、開(kāi)發(fā)密度和發(fā)展向心度3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合研究（表3），既能表達(dá)城市群擴(kuò)張的形態(tài)特征，又能側(cè)面反映城市群社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)分散和擴(kuò)散的趨勢(shì)，可用以分析城市群土地集約利用的程度。最后，對(duì)3個(gè)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和等權(quán)加和處理，以對(duì)比不同城市群擴(kuò)張的質(zhì)量。

表3 城市群綜合擴(kuò)張質(zhì)量指標(biāo)Tab.3 Comprehensive expansion quality indexes of urban agglomeration

2.3.3 城市群內(nèi)部關(guān)聯(lián)度計(jì)算

城市群內(nèi)部關(guān)聯(lián)度是指要素在城市群內(nèi)各城市的互動(dòng)，直接反映城市群發(fā)展資源的空間布局，可依據(jù)城市引力模型計(jì)算。引力模型的基礎(chǔ)是萬(wàn)有引力定律和距離衰減原理，引力大小與城市質(zhì)量成正比、距離成反比。已有研究采用城市夜間燈光總值作為城市質(zhì)量的指標(biāo)[37]，本文在此基礎(chǔ)上以城市GDP的占比關(guān)系作為權(quán)重對(duì)引力模型進(jìn)行修正，并參考苗洪亮等[38]的研究方法計(jì)算城市群內(nèi)部的平均全局聯(lián)系強(qiáng)度，具體公式如下：

式（7）中：C為某城市群的平均全局聯(lián)系強(qiáng)度；n該城市群城市個(gè)數(shù)；為i城對(duì)城市群內(nèi)其他城市聯(lián)系強(qiáng)度的平均數(shù)，即

式（8）—式（9）中：Fij為城市i對(duì)j的吸引輻射能力；D為各年城市間鐵路運(yùn)行時(shí)間距離；K為權(quán)重系數(shù)，用來(lái)衡量城市i對(duì)兩城聯(lián)系的貢獻(xiàn)程度；Gi和Gj分別為i、j兩城的GDP；Li、Lj分別為i、j兩城的DN值。

3 結(jié)果與分析

3.1 城市群擴(kuò)張速度對(duì)比

應(yīng)用ArcGIS 10.5提取研究區(qū)各時(shí)段建成區(qū)邊界，并通過(guò)式（2）依次得到5個(gè)城市群擴(kuò)張的面積和速度，結(jié)果如圖2和圖3。從城市群總體擴(kuò)張面積上看，1998—2017年成渝城市群擴(kuò)張速度最快，超過(guò)了2 600 km2，而武漢城市群總擴(kuò)張面積最低，不足1 000 km2，二者相差2.73倍，但考慮到城市群內(nèi)部城市數(shù)量的差異后，單城年增速最快的是山東半島城市群，擴(kuò)張速度高達(dá)14.5 km2/a，而增長(zhǎng)最慢的則是中原城市群，速度為4.1 km2/a，二者相差3.58倍，相對(duì)而言，遼中南城市群無(wú)論是在增長(zhǎng)總量還是單城年增速上均處于中游位置。五大城市群中山東半島城市群各城市擴(kuò)張相對(duì)較為均衡，核心城市與其他城市差異小，而成渝城市群的核心城市重慶展現(xiàn)出明顯的分散式擴(kuò)張，武漢城市群則核心城市增長(zhǎng)明顯，非核心城市變化微弱。從核心城市貢獻(xiàn)度（核心城市增長(zhǎng)占總增長(zhǎng)的比例）上看，武漢城市群的核心城市貢獻(xiàn)度最高，達(dá)82.4%，其次是成渝城市群，達(dá)72.0%，遼中南城市群居中，為57.7%，山東半島第四，為41.3%，而中原城市群最低，為19.4%。

圖2 五大區(qū)域級(jí)城市群擴(kuò)張總量和單城擴(kuò)張速度Fig.2 Expansion amount and single-city expansion speed of five regional-level urban agglomerations

五大區(qū)域級(jí)城市群的空間擴(kuò)張格局呈現(xiàn)較大的差異，各城市群擴(kuò)張呈現(xiàn)出不同的空間增長(zhǎng)格局。山東半島城市群經(jīng)歷了以青島市為擴(kuò)張重心向城市群地理中心濰坊市轉(zhuǎn)移的過(guò)程，群內(nèi)各城市出現(xiàn)了不同程度的擴(kuò)張，相對(duì)差異小，城市群擴(kuò)張均衡性強(qiáng)；武漢城市群擴(kuò)張過(guò)程中出現(xiàn)顯著的重點(diǎn)擴(kuò)張區(qū)域，空間增長(zhǎng)主要由武漢市支撐，呈現(xiàn)較大的異質(zhì)性；遼中南城市群擴(kuò)張集中在中、西部幾個(gè)主要城市，重心經(jīng)歷由西南向地理中心南北往復(fù)偏移過(guò)程，呈現(xiàn)出較強(qiáng)的方向性；成渝城市群擴(kuò)張重心由地理中心逐漸向重慶市遷移，且空間擴(kuò)張向集中、均衡的趨勢(shì)發(fā)展；而中原城市群地區(qū)城市擴(kuò)張?jiān)谠缙诔霈F(xiàn)以鄭州市為中心的圈層擴(kuò)張?zhí)卣?，隨后擴(kuò)張重心向東南方向轉(zhuǎn)移，空間擴(kuò)張向外圍城市擴(kuò)散。五大區(qū)域級(jí)城市群擴(kuò)張速度呈現(xiàn)明顯的階段特征，與中國(guó)同期的城市發(fā)展政策有密切聯(lián)系。遼中南城市群和中原城市群內(nèi)的重點(diǎn)城市工業(yè)化起步早，早期人口基數(shù)大，T1時(shí)期1998年的房改政策一定程度促進(jìn)了城市開(kāi)發(fā)建設(shè)，而T2時(shí)期是中國(guó)工業(yè)化產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型時(shí)期，恰好為東北地區(qū)、中部重工業(yè)區(qū)轉(zhuǎn)型發(fā)展的初始階段。同時(shí)，2003年國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進(jìn)房地產(chǎn)市場(chǎng)持續(xù)健康發(fā)展的通知》，一些發(fā)展條件較為優(yōu)越的城市大力發(fā)展房地產(chǎn)業(yè)致使城市范圍迅猛擴(kuò)張。2012年后（T3時(shí)期）中國(guó)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，對(duì)土地市場(chǎng)和房地產(chǎn)業(yè)進(jìn)行調(diào)控，城市盲目擴(kuò)張的現(xiàn)象得到一定遏制。

3.2 城市群擴(kuò)張質(zhì)量對(duì)比

將城市群內(nèi)各城市的周長(zhǎng)、擴(kuò)張面積等相關(guān)數(shù)據(jù)帶入式（4），將提取的各城市群夜間燈光柵格數(shù)據(jù)帶入式（5）—式（6），結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化后，通過(guò)式（3）計(jì)算城市群擴(kuò)張質(zhì)量的綜合得分（表4）。總體來(lái)看，遼中南城市群4個(gè)時(shí)點(diǎn)中有3個(gè)時(shí)點(diǎn)的綜合得分最高，說(shuō)明其相較其余4個(gè)城市群用地最為集約緊湊；與之相反，總體增量較大的成渝城市群在4個(gè)時(shí)點(diǎn)的綜合得分均為最低，說(shuō)明其城市群擴(kuò)張較為分散，城市邊緣帶密度較低。

圖3 1998—2017年中國(guó)五大區(qū)域級(jí)城市群擴(kuò)張態(tài)勢(shì)Fig.3 Expansion of five regional urban agglomerations in China from 1998 to 2017

單項(xiàng)指標(biāo)上，就緊湊度UC而言，規(guī)模較小的武漢城市群在各個(gè)時(shí)點(diǎn)UC最高，其城市群擴(kuò)張形態(tài)最為緊湊；反之，規(guī)模最大的中原城市群和成渝城市群得分最低，土地利用較為分散，其余城市群在2013—2017年UC大大提高，填補(bǔ)了前期用地的空白；就開(kāi)發(fā)密度UI而言，遼中南城市群在5個(gè)城市群中處于較高水平，說(shuō)明郊區(qū)的土地被有效和均衡的利用，而成渝城市群的UI值低，說(shuō)明城市群內(nèi)小城鎮(zhèn)較多，郊區(qū)未充分開(kāi)發(fā)，城市群內(nèi)部發(fā)展程度差距大，呈現(xiàn)低密度擴(kuò)張；就向心度CT而言，各城市出現(xiàn)與城市群擴(kuò)張強(qiáng)度相近的波動(dòng)趨勢(shì)，且單核心的中原城市群和武漢城市群該項(xiàng)整體得分較低，核心發(fā)展區(qū)對(duì)城市群擴(kuò)張的帶動(dòng)能力較弱，反之，山東半島城市群該項(xiàng)得分高，城市群內(nèi)部發(fā)展區(qū)域較為集中一致。

五大區(qū)域級(jí)城市群的擴(kuò)張質(zhì)量水平存在差異，這一結(jié)果與各城市群發(fā)展現(xiàn)狀以及資源配置相一致，遼中南城市群在早期就得到發(fā)展，大城市數(shù)量較多，由于資源的開(kāi)發(fā)需要一定的基礎(chǔ)設(shè)施，建設(shè)用地開(kāi)發(fā)早，故在后續(xù)發(fā)展中城市群用地的密度較高；成渝城市群和中原城市群的擴(kuò)張質(zhì)量低的關(guān)鍵在于城市群用地不緊湊，對(duì)于成渝城市群來(lái)說(shuō)，主要受制于地形影響，建成區(qū)開(kāi)發(fā)為了避開(kāi)地震、地勢(shì)較高的地區(qū)，所以用地分散，中原城市群則是由于其內(nèi)部城市分別來(lái)自于4個(gè)省，缺乏相對(duì)一致的發(fā)展政策銜接。

表4 城市群空間質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化得分Tab.4 Standardized scores of comprehensive expansion quality of urban agglomerations

圖4 五大區(qū)域級(jí)城市群空間聯(lián)系強(qiáng)度Fig.4 Spatial connection strength of five regional urban agglomerations

3.3 城市群內(nèi)部空間關(guān)聯(lián)對(duì)比

將五大區(qū)域級(jí)城市群各城市的夜間燈光總值、GDP密度和人口密度數(shù)據(jù)代入式（8）和式（9），并按照式（7）計(jì)算得到各城市群平均全局聯(lián)系強(qiáng)度（圖4）。總體來(lái)看，隨著時(shí)間的推移各城市群內(nèi)部的關(guān)聯(lián)度逐步增強(qiáng)，城市群關(guān)聯(lián)度增強(qiáng)6.73倍（山東半島城市群）至8.84倍（成渝城市群）不等。按照其關(guān)聯(lián)等級(jí)可分成3類(lèi)：第一類(lèi)是山東半島城市群，在各個(gè)時(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度最強(qiáng)，均處于首位；第二類(lèi)是遼中南城市群和武漢城市群，各個(gè)時(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，處于中游水平，遼中南城市群內(nèi)部關(guān)聯(lián)度除2013年略低于成渝城市群外，其余時(shí)點(diǎn)均排名第二；第三類(lèi)是成渝城市群和中原城市群，各個(gè)時(shí)點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度較弱，處于下游水平，成渝城市群內(nèi)部關(guān)聯(lián)度在各個(gè)時(shí)點(diǎn)均高于中原城市群。城市群空間聯(lián)系程度與區(qū)域內(nèi)便捷城際交通布局以及各城市發(fā)展水平協(xié)調(diào)程度相聯(lián)系，處于第一和第二類(lèi)的三個(gè)城市群各城市之間鐵路運(yùn)輸線(xiàn)路密布，各城市間通勤時(shí)間成本低，一定程度上促進(jìn)了空間發(fā)展要素的協(xié)調(diào)配置。而第三類(lèi)的成渝城市群和中原城市群都受制于地形和政策因素，缺乏統(tǒng)一的政策銜接和布局規(guī)劃。

3.4 城市群擴(kuò)張協(xié)同性對(duì)比

對(duì)比3個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)之后，將上述3類(lèi)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并按照3∶3∶4的比例進(jìn)行權(quán)重分配，最終計(jì)算結(jié)果在0～100之間（表5）。權(quán)重分配的原則側(cè)重了城市群內(nèi)部空間聯(lián)系這一項(xiàng)，主要是從“城市流”的角度進(jìn)行了考慮，眾多研究表明[39-40]，城市群內(nèi)部關(guān)聯(lián)越緊密，城市間的要素流動(dòng)越快，城市群整體發(fā)展越協(xié)調(diào)，因此將第三項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重略微提高。從表4的結(jié)果可以看出，中國(guó)五大區(qū)域級(jí)城市群空間擴(kuò)張的協(xié)同性隨時(shí)間增長(zhǎng)波動(dòng)上升，除遼中南和中原城市群在2008年時(shí)點(diǎn)協(xié)同性下降之外，其余時(shí)點(diǎn)各城市群的協(xié)同性皆呈上升趨勢(shì)，其中，武漢城市群協(xié)同性增幅最高，增幅高達(dá)315.5%，而中原城市群協(xié)同性增幅最低，僅為27.3%。將城市群協(xié)同性的高低按自然斷點(diǎn)分類(lèi)法分成3類(lèi)，協(xié)同性最高的一類(lèi)是山東半島和遼中南城市群，協(xié)同性適中的一類(lèi)是武漢城市群，而協(xié)同性較低的一類(lèi)是中原城市群和成渝城市群。三類(lèi)城市群的發(fā)展各具特色，山東半島城市群的空間協(xié)同性高主要倚重內(nèi)部聯(lián)系得分，武漢和遼中南城市群則是空間擴(kuò)張質(zhì)量的得分占比高，而成渝和中原城市群空間擴(kuò)張速度的得分占比高。

4 結(jié)論與討論

（1）五大區(qū)域級(jí)城市群空間擴(kuò)張的協(xié)同性整體上升但群間差異大。2003—2017年間研究區(qū)城市群擴(kuò)張的空間協(xié)同性整體上升，說(shuō)明五大區(qū)域級(jí)城市群積極響應(yīng)了國(guó)家“十一五”規(guī)劃、主體功能區(qū)規(guī)劃及新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014—2020年）等戰(zhàn)略要求，在輻射帶動(dòng)、引領(lǐng)發(fā)展、產(chǎn)業(yè)培育和人口聚集等方面發(fā)揮了重要作用，國(guó)家對(duì)區(qū)域級(jí)城市群的培育初見(jiàn)成效。但是，五大區(qū)域級(jí)城市群空間協(xié)同性提升差異大（27.33%～315.5%），不同城市群在發(fā)展速度、質(zhì)量和群內(nèi)關(guān)聯(lián)上表現(xiàn)各異。其中，山東半島城市群以較高的城市關(guān)聯(lián)程度和發(fā)展質(zhì)量，協(xié)同水平位居第一。

表5 五大區(qū)域級(jí)城市群空間擴(kuò)張的協(xié)同性對(duì)比Tab.5 Comparison of synergy in five regional urban agglomerations

（2）中小規(guī)模城市群空間擴(kuò)張的協(xié)同性更高。五大區(qū)域級(jí)城市群中，城市群所轄城市數(shù)量越少，內(nèi)部聯(lián)系越緊密，空間擴(kuò)張也更加集約，城市群的整體性更強(qiáng)，體現(xiàn)出“小而精”的特點(diǎn)，相反，規(guī)模大、內(nèi)部差異大的城市群，由于缺乏相應(yīng)的政策銜接，空間擴(kuò)張容易分散、低效，導(dǎo)致整體發(fā)展密度低，核心城市對(duì)其周邊城市的輻射有限，難以形成規(guī)模效應(yīng)，表現(xiàn)為“大而散”的不足。特別是中原城市群，由于規(guī)模體量龐大，在空間擴(kuò)張的協(xié)同性方面難以與同為單核心的武漢城市群相比。

（3）雙核心城市群比單核心城市群在協(xié)同發(fā)展上更具優(yōu)勢(shì)。規(guī)模相近的城市群中，雙核心城市群要比單核心城市群在協(xié)同發(fā)展上更具優(yōu)勢(shì)。與單核心相比雙核心城市為城市群協(xié)同發(fā)展提供更多的內(nèi)生動(dòng)力，協(xié)同性排名靠前的山東半島和遼中南皆為雙核心城市群，雖雙核心之間的競(jìng)爭(zhēng)也十分激烈，但兩個(gè)城市群都不跨省，省級(jí)層面的政策指引和協(xié)調(diào)能夠較好地削弱行政壁壘，從而減少惡性競(jìng)爭(zhēng)、促進(jìn)良性循環(huán)和多極增長(zhǎng)，雙核心對(duì)周邊城市的多源輻射有效避免單核心單一輻射“鞭長(zhǎng)莫及”情況的出現(xiàn)。

綜上，中國(guó)五大區(qū)域級(jí)城市群在空間上發(fā)展不均衡，城市群內(nèi)部空間發(fā)展規(guī)模的差異較大，對(duì)核心城市仍具有較強(qiáng)的依賴(lài)。因此，對(duì)于區(qū)域級(jí)城市群的發(fā)展規(guī)劃不能“一刀切”，應(yīng)對(duì)不同城市群采取差異化土地管制策略。同時(shí)，對(duì)核心城市和邊緣城市也要制定不同的發(fā)展策略，資源不能一味地向核心城市傾斜，應(yīng)通過(guò)土地政策引導(dǎo)城市群內(nèi)產(chǎn)業(yè)以及優(yōu)勢(shì)資源的合理布局。對(duì)中原這類(lèi)跨省的城市群，應(yīng)制定統(tǒng)一的用地規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)土地聯(lián)合開(kāi)發(fā)，培育新的增長(zhǎng)極；對(duì)成渝這類(lèi)受地勢(shì)阻隔嚴(yán)重的城市群，在有條件的地區(qū)加強(qiáng)交通關(guān)聯(lián)，以促進(jìn)要素流動(dòng)；對(duì)武漢這類(lèi)極度依賴(lài)單核心的城市群，應(yīng)加強(qiáng)城市間分工協(xié)作，完善群內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈條，將核心城市人口優(yōu)勢(shì)逐漸向外輻射；對(duì)遼中南這類(lèi)老工業(yè)基地城市群，一是要培育新型特色產(chǎn)業(yè)，二是通過(guò)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型升級(jí)，對(duì)原有大面積低效工業(yè)用地進(jìn)行用途轉(zhuǎn)換，加強(qiáng)閑置土地管制。最后，中國(guó)區(qū)域級(jí)城市群仍處在發(fā)展的探索階段，如何進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)城市群空間協(xié)同發(fā)展，構(gòu)建城市群尺度的區(qū)域土地集約利用體系，實(shí)現(xiàn)城市群有序、理性增長(zhǎng)，還有待進(jìn)一步研究。