随机故障、蓄意攻击与城乡路网空间稳定性——以武汉城市圈为例

基于1995~2010武汉城市圈城乡路网空间数据,综合运用复杂网络理论、动力系统理论及现代控制理论等多学科的方法和理论,采取随机故障和蓄意侵略两种攻击策略及多种评价指标,通过建立动力学演化模型并进行模拟仿真,揭示武汉城市圈城乡道路网的空间稳定性:(1)因分布相对均匀,节点连接随机多样,在面临随机攻击时,武汉城市圈城乡路网体现出"类随机性",抗攻击能力强;(2)高度节点、高介数节点失效时,引致的城乡路网效率和结构变化程度不一,高介数节点失效往往更容易导致路网破碎和效率降低(形成众多子图);(3)桥梁和高速成为整个圈域城乡路网的关键边,不同桥梁或高速路段相对网络稳定性的重要程度不一样:圈域中心城区的大桥和二桥、南北向的京港澳、大广高速成为整个城乡路网的关键路径。     

武汉城市圈城乡道路网拓扑通达性的时空演化

以武汉城市圈为例,基于1989~2010年加权城乡道路网拓扑空间数据库和网络发育评价模型,对武汉城市圈20多年来城乡道路网发育程度进行动态分析和空间演化的研究。结果表明:20多年来武汉城市圈高速城乡道路网发育程度明显改善,经历了由树状网络—回路网络—网络拓展阶段,但路网空间生长尚未饱和,外向拓展和内部充填的潜力较大;通达性重心和中心的空间迁移变化不明显,囿于武汉市城区,宏观上保持高度的稳定性,但其微观格局存在跳跃性和突变性;圈域城乡节点拓扑通达性指数空间分布呈现"不均衡→相对均衡"的动态变化,但整体上仍存在明显的空间分异和集聚;武汉城市圈城乡道路网通达性分布与城乡节点发育、城乡社会经济发展水平密切相关,在空间上已开始打破"核心-边缘"的特点,呈现等级圈层发展的趋势。     

武汉城市圈人口分布的时空格局

基于1990~2010年人口统计数据，结合数理统计分析方法和GIS空间分析方法，探讨了武汉城市圈人口空间分布的时空格局分异规律，得出以下结论：（1）圈域人口规模持续稳步增长，可划分为1990~1999年剧增阶段、1999~2006年滞涨阶段和2006~2010年稳步增长3个阶段；（2）圈域人口格局表现为东西向的交通廊道（宜黄 黄黄 黄小高速）指向且不断得到强化；（3）人口密度的空间变异系数先升后降，圈域人口分布的空间差异先扩大后缩小，但空间差异的绝对水平即空间异质性特征仍较为突出；（4）人口分布的动态变化格局表现为“圈层式”空间分异，圈域人口分布的主要方向为西北 东南向，且在进一步的往东南方向集聚；（5）圈域人口格局是自然地理条件、区域公共政策、社会经济发展和交通运输条件共同作用的结果     

武汉城市圈土地利用碳排放效应分析及因素分解研究

土地低碳利用对减少土地利用碳排放，发展低碳经济，建设“两型社会”具有重要作用。以武汉城市圈为研究对象，估算了武汉城市圈1996～2010年土地利用碳排放量，分析了城市圈1996～2010年土地利用碳排放效应，利用LMDI模型对影响城市圈土地利用碳排放的因素进行了分解。研究表明：（1）1996～2010年武汉城市圈土地利用碳排放量由1996年的95282万t上升到2010年的4 55035万t，年均增长1182%，且上升幅度越来越大；（2）武汉城市圈居民点及工矿用地碳排放强度最大，耕地最小，不同土地利用方式碳排放强度及变化幅度存在一定差异；（3）城市圈各城市土地利用碳排放存在时空差异，时间上表现为碳排放增长速度和幅度的差异，空间上表现为各城市单元碳排放量的差异；（4）土地利用变化、经济发展水平提高、人口规模增加对城市圈土地利用碳排放存在正效应，能源效率提高和能源结构优化存在负效应     

武汉城市圈旅游景区空间结构分形研究

武汉城市圈旅游景区具有沿河流、交通、城市分布的特征,集聚态分布格局明显。运用分形理论对武汉城市圈旅游景区空间结构进一步分析,结果表明：武汉城市圈旅游景区空间结构存在明显的无标度区,空间结构是分形的。武汉城市圈旅游景区在自组织演化过程中的中心性较为明显,多分形结构凸出,空间结构较为复杂;旅游景区空间结构是以武汉、咸宁、黄冈、麻城等主要城市为节点,通过系统内部的长江、京广高铁、京港澳高速、沪蓉高速等线状要素进行能量传递而展开的;旅游景区空间分布具有较强的轴线分布特征,空间相互作用较强,旅游交通网络通达性优良。对旅游景区空间结构现状分析和分形刻画的基础上,认为“K”形空间发展结构是武汉城市圈旅游空间结构的最佳发展模式     

武汉城市圈旅游景区空间结构分形研究

武汉城市圈旅游景区具有沿河流、交通、城市分布的特征,集聚态分布格局明显。运用分形理论对武汉城市圈旅游景区空间结构进一步分析,结果表明:武汉城市圈旅游景区空间结构存在明显的无标度区,空间结构是分形的。武汉城市圈旅游景区在自组织演化过程中的中心性较为明显,多分形结构凸出,空间结构较为复杂;旅游景区空间结构是以武汉、咸宁、黄冈、麻城等主要城市为节点,通过系统内部的长江、京广高铁、京港澳高速、沪蓉高速等线状要素进行能量传递而展开的;旅游景区空间分布具有较强的轴线分布特征,空间相互作用较强,旅游交通网络通达性优良。对旅游景区空间结构现状分析和分形刻画的基础上,认为"K"形空间发展结构是武汉城市圈旅游空间结构的最佳发展模式。     

基于SBM-DEA和Malmquist模型的武汉城市圈城市建设用地生态效率时空演变及其影响因素分析

城市建设用地生态效率是城市建设用地在生态建设方面产出与投入的比值,是衡量城市发展品质的重要内容。采用武汉城市圈2006~2015年的面板数据,通过SBM-DEA模型和Malmquist指数对武汉城市圈建设用地生态效率进行测算研究,并通过Tobit模型定量分析了各要素对武汉城市圈建设用地生态效率影响程度。研究结果表明:(1)2006~2015年武汉城市圈建设用地的生态综合效率值总体上呈现螺旋上升的状态,分解效率中纯技术效率是影响综合效率的关键因素;(2)城市圈建设用地生态演变过程可以划分为早期低效阶段、快速提升阶段、不稳定转型阶段;(3)武汉城市圈建设用地生态效率的增长阻力主要是由于技术进步的制约;(4)生态压力、工业发展水平和生态技术水平对城市圈建设用地生态效率产生显著负向影响,而生态投入和产业结构对城市建设用地生态效率产生显著正向影响。     

武汉城市圈城乡文化整合的空间测度与机理研究

文化整合是文化地理学研究的重要领域之一，城乡文化整合已经成为学界与政界的关注焦点。围绕武汉城市圈城乡文化整合的空间测度，遵循科学性、普适性和可操作性的原则从城乡文化资源整合、城乡文化要素整合、城乡文化产业整合与城乡文化发展整合4个方面构建评价指标体系，运用因子分析法对武汉城市圈48个县域单元的城乡文化整合度进行测算，据之将其分为4个等级。阐述了武汉城市圈城乡文化整合空间分异整体上呈以武汉市为圆心，随距离的递增向周边地区递减的网络化格局，其中沿“京-广”铁路与“长江经济带”分布的县级单元的城乡文化整合度强于同等距离的其他区域。论证了城乡文化资源差异是城乡文化空间结构分异的根本，城乡文化系统改善是城乡文化整合度提升的关键，城乡文化产业协调是促进城乡文化整合的基础，城乡文化科学发展是城乡文化整合的最终目标     

武汉城市圈土地利用空间关联的碳排放效率及其收敛性分析

通过测算武汉城市圈土地利用空间关联的碳排放效率及其收敛性,为该城市群提供碳减排方案。通过运用结合Bootstrap技术的Malmquist指数方法测算了武汉城市圈土地利用空间关联的碳排放效率及其技术进步和技术效率,并对该效率做σ-收敛和β-收敛分析。研究发现该城市圈土地利用空间关联的碳排放效率在2010年前呈上升趋势,之后出现下降;究其原因,虽然技术进步是持续的,但是不足以弥补技术效率的不断降低;将武汉城市圈按照土地类型分为三类城市,收敛性分析发现它们均出现了不同程度的收敛,而且收敛于较高的碳排放水平。根据以上的分析结果,结合该城市圈的产业布局,提出了相应的减碳方案。     

多尺度视角下武汉城市圈碳排放时空格局演化特征及脱钩效应研究

基于武汉城市圈2008～2017年48个区县的碳排放数据,采用空间自相关、标准差椭圆等方法,从城市圈、市级、县级三个尺度来研究碳排放的时空演化特征,并运用Tapio脱钩模型来分析不同尺度下经济发展与碳排放量变化之间的关系。结果表明：(1)在城市圈尺度,武汉城市圈的碳排放总量在2012年前不断增加、之后逐渐趋于稳定,武汉城市圈经济增长与碳排放量的脱钩趋势也在总体向好。(2)在市级尺度,各市碳排放水平均已趋于平稳,其中,武汉、黄冈、孝感的碳排放量高于武汉城市圈9市的平均值,且武汉碳排放量远高于其他8个市,天门、仙桃、孝感、黄冈4市经济增长与碳排放之间已经由弱脱钩状态转变为强脱钩状态。(3)在县级尺度,武汉城市圈碳排放呈现出显著的圈层分布空间特征,紧密圈层区县的碳排放量普遍较高,核心圈层、外围圈层区县的碳排放量普遍相对较低;脱钩状态的圈层特征也已显现,强脱钩的区县主要位于武汉城市圈的核心圈层与外围圈层,弱脱钩区县主要位于紧密圈层。最后,针对武汉城市圈碳排放脱钩效应存在的问题,从圈层、极核等方面提出相应措施,以期为武汉城市圈的高质量发展及相关规划的编制提供决策参考。     

基于生态足迹的武汉城市圈生态承载力评价和生态补偿研究

在推进新型城镇化和生态建设的背景下,客观定量评价区域生态环境状态,是当前我国生态建设重要而紧迫的任务之一。高密度的人类活动会对自然生态系统产生超负荷的压力,通过生态承载力的分析能够定量测度这种状况,为区域可持续发展提供借鉴意义。基于生态足迹模型,计算了2008年和2013年武汉城市圈各县域单元的生态足迹/承载力,并进行了时空变化分析。研究发现武汉城市圈各县域单元的生态足迹和生态承载力在空间上存在显著的差异性,生态足迹逐年增加,生态承载力的变化相对较小,出现两级分化的现象。根据生态足迹/承载力进行跨区县生态补偿测算,得到2008年和2013年武汉城市圈48个县域的转移支付情况,表明如果运用财政转移支付的手段,整个区域能够达到生态系统供给和需求动态平衡的目标,缓解武汉城市圈的生态压力,实现武汉城市圈的可持续发展。     

湖北“两圈”区域发展可持续性评价与预测

利用可持续发展指数（SDI）对湖北“两圈”各市州发展现状进行了评价，而后利用9年的人均生物资源生态承载量年平均增长率、人口年平均增长率和足迹承载量比值年平均增长率及2006年相关数据对未来44年进行了预测。结果表明，截至2006年底，湖北省有一半以上国土面积的生物资源开采超过当地土地负荷，人均生物资源生态承载量持续下降，资源日益紧张，呈不可持续发展；武汉城市圈2006年生物资源生态足迹超出生物资源生态承载量的32%；鄂西生态文化旅游圈（简称：鄂西生态圈）除襄樊、荆州、荆门因人口多，生物资源生态足迹较大等原因导致SDI值较高外，其他市州的SDI值均较低；神农架的SDI最小；武汉城市圈人均生物资源生态承载量呈负增长，人口控制较好，足迹承载量比值增长较快；鄂西生态圈人均生物资源生态承载量呈负增长，增长速率大于武汉城市圈和湖北省，人口控制较差，足迹承载量比值增长较慢；按照现有发展模式，无论是武汉城市圈还是鄂西生态圈，无论其当前发展是可持续性还是不可持续的，未来他们都将进入不可持续的发展状态。因此，对“两圈”进行规划时要根据各自发展现状制定长期、科学的发展规划.     

武汉城市圈城市用地扩张对经济增长贡献度的动态研究——“两型社会”试验区设置前后的比较

运用索洛余值法量化测度武汉城市圈"两型社会"试验区设置前后(2000~2006年和2007~2012年)各县区的TEP以及资本、劳动、土地、中间投入品等生产要素供给对经济增长的贡献度,为促进武汉城市圈供给侧结构性改革及提升土地要素产出效率提供参考。结果显示:武汉城市圈经济发展主要依靠资本、劳动等生产要素的投入以及技术进步,土地扩张对经济增长的影响相对较低,中间投入品的影响微弱;武汉城市圈"两型社会"实验区的规划设置提升了土地要素供给对经济发展的贡献率,城市土地扩张的产出效率有所增强,但在要素投入中仍显微弱、增幅较小,ΔES与ΔTEP的差距与对应区域产业结构对土地投入的依赖性呈反比。研究发现:武汉城市圈在经济发展中需要继续推进技术革新,加大对劳动力素质的培训及优质人才的吸引,促进经济增长方式由粗放转向集约;大力推行政策扶持以提高土地对经济的参与程度,以城市圈为整体统筹规划城市用地的供给,根据区域产业结构和资源优势制定差别化的土地供给与经济发展政策,从"供给侧改革"出发在作用原理及机制上集约利用土地。     

基于“两型社会”的武汉城市圈土地集约利用评价

以获批全国"两型社会"建设综合配套改革试验区的武汉城市圈为研究对象,以"资源节约和环境保护"为目标,综合考虑土地集约利用的环境、社会、经济效应,阐述了土地集约利用的内涵,依据投入-产出等理论,构建了武汉城市圈土地集约利用评价体系,利用数据包络分析(简称DEA)法,对武汉城市圈土地集约利用进行了评价。研究结果表明:①武汉城市圈中仅有武汉、仙桃、天门三个城市是DEA有效的,DEA无效的6个城市DEA有效性从高到低分别是为黄冈、孝感、潜江、咸宁、鄂州、黄石;②影响武汉城市圈中城市DEA无效的因素是多样的,但主要集中在固定资产投资和单位GDP能耗等投入过多,GDP、社会商品销售额、财政收入、就业人员、生活垃圾处理率等产出率低。文章根据评价结果结合实际情况分析并指出了武汉城市圈发展过程中出现的土地利用问题,进而探讨"两型社会"框架下武汉城市圈应如何集约利用土地,优化配置土地资源,以实现"资源节约和环境保护"的目标。     

武汉城市圈碳排放的时空格局及影响因素分解研究

碳排放导致的全球气候变化已对人类社会与经济发展产生了深刻影响,构建一套适合“两型社会”的碳排放核算体系对于武汉城市圈寻求合理的碳减排途径具有重要的意义。以IPCC碳排放清单为依据,从4个一级项目27个二级项目系统地计算了武汉市城市圈2001～2009年各城市的碳排放总量和碳排放强度。并进一步运用迪氏对数指标分解模型（Logarithmic Mean Divisia Index Method,LMDI）定量分解了影响武汉城市圈碳排放的影响因素。研究发现：废弃物处理是武汉城市圈碳排量最多的项目,碳排放主要集中在武汉、黄石、孝感和黄冈等市,城市圈碳排放总量、碳排放地理强度和经济强度的年均递增(减)率分别为186%、022%和606%。能源结构、能源效率是抑制碳排放的主要因素,经济水平是碳排放增长的主要原因,人口效应对碳排放的影响不大,其累计贡献值分别为-22 879.85万t、-5 173.10万t、14 258.36万t和58231万t。为降低碳排放,城市圈需在推进废弃物处理技术、新能源开发、产业升级和构建低碳补偿等方面做出改进     

长江中游地区多尺度耕地景观格局演变特征

揭示区域耕地景观格局多尺度演变特征有助于从区域层面全面解读耕地利用状况，可为区域耕地保护和生态环境建设提供重要参考。采用景观格局指数分析方法和数理统计手段，选取10个景观指数，从城市群、省域、流域3个不同空间尺度分析了长江中游1995~2014年耕地景观格局变化特征。结果表明：（1）1995~2014年间，长江中游耕地总面积以平均每年30821 km2的降速大量减少。其中，湖北、湖南、江西3省年均降速分别为18512、7026、5276 km2/a，武汉城市圈、长株潭城市群、环鄱阳湖城市群三大城市群年均降速分别为18003、4819、5616 km2/a。（2）不同省份耕地景观变化的方向和程度存在较大差异。湖南省耕地连通性先增后减，景观的破碎度先减后增，而湖北省和江西省耕地景观的连通性和破碎度变化趋势则与湖南省恰好相反，且变化强度明显弱于湖南省。（3）不同城市圈（群）耕地景观变化的方向和程度差异明显，作为工业化快速发展地区，长株潭城市群耕地景观变化的剧烈程度明显高于长江中游经济带内的其他两大城市圈（群）。（4）不同尺度耕地景观格局在数量、面积、聚集度、多样性方面差异较大。而城市圈（群）作为省内重点发展区域，其耕地景观格局及其变化与其所处省份大致相同     

武汉城市圈产业经济的系统性分析

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摘 要： 构建产业经济的系统性评价指标体系，通过偏离份额方程、产业动态度和偏离度指标对产业结构性和产业演进性这两个维度进行核算，定量揭示武汉城市圈的产业经济发育特征：近20年来，武汉城市圈整体产业结构波动明显，不同城市不同产业在各时段的效益差异明显，呈现一定的圈层结构分异，中心城市武汉增长速度最快，圈域经济发展处于一定的“一极集聚”态势，武汉-鄂州-黄石-孝感城市群产业升级明显，经济发展较快，其余5个城市发展较慢，导致城际产业链群发育不完全，区间产业经济联系较弱；产业结构演进总体上呈现倒“U”型曲线变化规律，中心城市产业结构变动程度差异明显，明显形成3种产业结构演进类型：低偏离度-高结构效益型、中偏离度-中结构效益型、高偏离度-高结构效益型；核心城市武汉的产业结构不断向成熟方向演进，但其它中心城市产业结构仍有待进一步升级优化.     

武汉城市圈公路沿线土地利用变化规律分析

区域交通土地一体化规划需要明晰公路沿线的土地利用变化过程。基于随机概率的土地转移矩阵模型及相关结构指数,分析了武汉城市圈公路沿线的土地变化规律。结果显示,从变化量而言,武汉城市圈各类型公路沿线耕地转为建设用地的比例最大,且以国道最为明显;从系统的变化方向而言,各公路类型沿线建设用地占用耕地现象显著,此外,高速沿线建设用地占用水域,国道沿线耕地占用林地,以及各类型公路沿线耕地、林地闲置现象也需及时监测和预警。     

武汉城市圈产业发展的空间优化

武汉城市圈是指以武汉市为中心,包括黄石、鄂州、黄冈、孝感、咸宁、仙桃、潜江和天门等周边8市共同组成的城市密集区。该区域具有悠久的产业发展传统,其历史轨迹可分为3个阶段：第一阶段（1840~1949）为产业发展起步时期,第二阶段（1949~1994）为产业结构强化时期,第三阶段（1994~）为产业体系调整时期;与此相适应,区域产业的部门结构和空间结构均呈现典型的集中特征,以2003年区域制造业的增加值为指标,武汉市的空间集中度为50.5％,前10类制造业的产业集中度为60.6％。据此,目前的武汉城市圈是一个松散的“经济联邦”,但存在区域整合的产业、空间和创新基础。以2001~2004年武汉城市圈9城市的统计资料为基础,以制造业分行业的年均增加值和增长率为指标,计算和分析其区域产业发展潜力,结果表明：以钢铁、汽车和电子及通讯设备制造业等为依托,构建区域集群网络,能够充分发挥武汉市的产业组织和创新扩散功能。武汉城市圈应进一步调整产业发展思路,坚持创新驱动路径,通过完善集群网络规划、强化区域空间关联和引导产业集聚发展等政策措施,有效推动具有区域竞争优势的特色产业发展。     

长江沿江国家战略发展区功能识别与培育

分析了长江沿江六大国家战略发展区（即长三角地区、皖江城市带、武汉城市圈、鄱阳湖生态经济区、长株潭城市群、成渝经济区）的发展状况。基于极化区理论，提出了国家战略发展区识别的“自上而下”与“自下而上”相结合的方法，并结合经济发展水平和实力、经济的外向化程度、产业和服务业区位熵的定量分析，初步识别了各战略发展区的功能，即长三角经济区主要承担参与国际竞争、创新和门户功能，皖江城市带主要承担区域服务带动和创新功能，鄱阳湖经济区主要承担生态保育和区域带动功能，武汉城市圈主要承担中部带动和创新功能，长株潭城市群主要承担区域服务和带动功能，成渝经济区主要承担西部生态保育、西部带动功能