李　鵬，王秀娜，肖致美，劉　彬，陳　魁（.天津市環(huán)境監(jiān)測中心，天津3009；.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，蘭州730000）

天津市人口分布特征研究

李鵬1，王秀娜2，肖致美1，劉彬1，陳魁1
（1.天津市環(huán)境監(jiān)測中心，天津300191；2.中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所，蘭州730000）

運用人口密度、人口結(jié)構(gòu)化指數(shù)、羅倫斯曲線及空間自相關(guān)模型，分析了天津市人口空間分布特征，結(jié)果表明：天津市各區(qū)縣人口總數(shù)差異較小，但各區(qū)縣人口密度差異巨大；人口分布的不均衡指數(shù)為0.3893，集中指數(shù)為0.0390，人口分布集中化趨勢明顯；人口羅倫斯曲線表明全市40%左右的人口居住在占土地面積不足2%的行政區(qū)域中；天津市全局Moran's I為0.4591，人口分布格局具有很強的空間正相關(guān)性；根據(jù)天津市人口密度、局部空間自相關(guān)分析結(jié)果，并耦合天津市市情，將天津市人口分布格局劃分為三環(huán)結(jié)構(gòu)。

人口分布；空間相關(guān)性；人口羅倫斯曲線；人口結(jié)構(gòu)指數(shù)；天津市

一、引言

人口分布是指特定時間段內(nèi)人口在各地區(qū)中的空間存在形式、分布狀況，受自然條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及社會、歷史等因素的綜合影響與制約［1-3］。人口空間格局研究對揭示人口分布空間特征、實現(xiàn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重要作用，它對行政管理、制訂社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展計劃等都具有重要意義［4-13］。在天津市社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下，區(qū)域人口與環(huán)境的矛盾日益尖銳，迫切需要研究區(qū)域人口與環(huán)境之間的關(guān)系。本研究立足天津市基本地理國情，探索天津市人口空間分布規(guī)律，為制定區(qū)域環(huán)境保護(hù)規(guī)劃、估算區(qū)縣各項污染物的排放量、評估區(qū)域環(huán)境空氣及制定具有針對性的環(huán)境保護(hù)制度等提供決策參考。

天津市是中央直轄市，地處華北平原北部，東經(jīng)116°43'至118°04'，北緯38°34'至40°15'之間。地域面積約11916.85平方公里，南北長189公里，東西寬117公里。截止2012年年底，天津市共下轄13 區(qū)3縣，常住人口1413.15萬人，其中戶籍人口為993.20萬人。

二、數(shù)據(jù)源與研究方法

1.數(shù)據(jù)源

鑒于數(shù)據(jù)易得性和精度，本研究的空間分析尺度為縣域空間尺度，包括天津市16個區(qū)縣。人口數(shù)據(jù)與行政區(qū)面積來源于2009—2013年《天津市統(tǒng)計年鑒》，行政區(qū)劃等GIS圖層來源于1：4M國家基礎(chǔ)地理信息共享庫。

2.人口密度

人口密度通常用每平方千米常住的居民數(shù)量來表示，也稱為人口算術(shù)密度，它是衡量人口分布的重要指標(biāo)。計算公式為：

D=P/S

其中D為人口密度，P為人口總數(shù)，S為土地面積。

3.人口分布的結(jié)構(gòu)指數(shù)

人口分布的結(jié)構(gòu)指數(shù)包括不均勻指數(shù)（U）和集中指數(shù)（C），反映某地的人口集中或分散趨勢［14］。U數(shù)值越小，表示區(qū)域人口分布均衡；C數(shù)值越小，表明區(qū)域人口分布越均衡。計算公式為：

其中，n為地區(qū)總數(shù)，xi為第i地區(qū)人口占總?cè)丝诘谋戎?；yi為第i地區(qū)土地面積占總土地面積的比重，Σxi=1，Σyi=1。

4.羅倫斯曲線

羅倫斯曲線也叫頻率累計曲線，由美國經(jīng)濟(jì)學(xué)家羅倫斯提出的一種關(guān)于研究工業(yè)居中化的統(tǒng)計方法，最早是在經(jīng)濟(jì)學(xué)中用來度量財富分配差異的工具，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于人口學(xué)中用來分析人口的分布格局。制作人口羅倫斯曲線需要首先確定區(qū)劃等級，其次求出該等級下各區(qū)域面積占總面積的百分比，再次將百分比由低向高依次累加，得到累積百分比序列。同樣求出各區(qū)域人口累積百分比序列。坐標(biāo)軸的對角線表示人口分布和土地分布具有相同的百分比和累積百分比，二者分布關(guān)系是均衡的；曲線到對角線的距離是人口分布和土地分布的差異性測度。

5.空間自相關(guān)

空間自相關(guān)是確定某一變量是否在空間上相關(guān)，其相關(guān)程度如何，它檢驗該變量是否與其相鄰空間的相同變量相關(guān)聯(lián)的定量指標(biāo)［6-8，15］，分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)［16-17］。全局空間自相關(guān)是用Moran’s I值定量描述變量在整個區(qū)域的空間分布特征，Moran’s I指數(shù)值介于-1到1之間，指數(shù)越接近1，變量分布越具有正相關(guān)，指數(shù)越接近-1，變量分布越負(fù)相關(guān)，若指數(shù)趨向于0，表示該變量不存在空間自相關(guān)性，為隨機(jī)分布［17］。局部空間自相關(guān)采用局部莫蘭指數(shù)（Ii）或稱LISA分析局地是否存在相似或相異的變量聚集［15］。

Moran’s I計算公式為：

其中，N是分析單元的總數(shù)，xi和xj分別是分析單位i和j的屬性，是屬性x的平均值。Wij是空間權(quán)重，其表達(dá)式為：

區(qū)域i的LISA的計算公式為：

三、天津市人口分布特征

1.人口密度

截止2012年底，天津市總?cè)丝谶_(dá)到993.20萬人，其中市轄區(qū)人口為812.50萬人，占總?cè)藬?shù)81.8%，市內(nèi)六區(qū)人口 388.90萬人，占總?cè)藬?shù)39.2%。從全市各區(qū)縣人口總數(shù)來看，濱海新區(qū)人口最多，為115.54萬人，東麗區(qū)人口最少，為35.26萬人；在市內(nèi)六區(qū)中，南開區(qū)人口最多，為84.68萬人，和平區(qū)人口最少，為39.75萬人。

天津市人口密度為845人/平方公里，各區(qū)縣之間人口密度差異巨大。和平區(qū)人口密度最大，為39746人/平方公里，寧河縣人口密度最小，為300 人/平方公里；市內(nèi)六區(qū)平均人口密度為21963人/平方公里，市轄區(qū)平均人口密度為1098人/平方公里，市轄縣人口密為414人/平方公里。各區(qū)縣人口密度由大到小依次排列為：和平區(qū)、紅橋區(qū)、南開區(qū)、河西區(qū)、河北區(qū)、河?xùn)|區(qū)、津南區(qū)、北辰區(qū)、東麗區(qū)、西青區(qū)、武清區(qū)、薊縣、濱海新區(qū)、寶坻區(qū)、靜?？h和寧河縣。

圖1　天津市人口空間分布格局

2.人口分布的結(jié)構(gòu)指數(shù)

采用集不均衡指數(shù)（U）和集中指數(shù)（C）評價天津市各區(qū)縣人口空間結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，天津市人口分布的不均衡指數(shù)（U）為0.3893，集中指數(shù)（C）為0.0390，說明天津市人口空間分布不均衡度較大，分布較集中。相較于山東省人口分布不均衡指數(shù)0.0098，集中指數(shù)0.1621，天津市人口規(guī)?；坌?yīng)明顯，人口城鎮(zhèn)化發(fā)展程度高。

3.人口羅倫斯曲線

圖2是天津市各區(qū)縣總?cè)丝跀?shù)和土地面積的羅倫斯曲線。從曲線上可以看出，天津市人口分布具有很強的不均衡性，40%左右的人口居住在占土地面積不足2%的行政區(qū)域中。

4.空間相關(guān)性

圖2　天津市人口羅倫斯曲線

天津市人口密度的全局Moran’s I指數(shù)計算結(jié)果見圖3和表1。結(jié)果表明，天津市各區(qū)縣人口密度的全局Moran’s I指數(shù)為0.4591，檢驗Z指數(shù)為6.2948。在正態(tài)分布假設(shè)之下，對Moran’s I指數(shù)Z值檢驗的結(jié)果顯示為高度顯著 （Z=6.2948＞2.58），這說明天津市人口分布存在著顯著的、正的空間相關(guān)，即各區(qū)縣人口密度的空間分布不是完全的隨機(jī)過程，而是表現(xiàn)出相似值之間的空間集聚，其空間特征是人口密度高的區(qū)縣相對趨于集中，人口密度低的區(qū)縣也趨于相鄰。

表1　天津市人口密度分布全局Moran’s I計算結(jié)果

天津市人口密度分布的局部自相關(guān)分析結(jié)果見圖3。結(jié)果表明市內(nèi)六區(qū)屬于高-高集聚類型，其余地區(qū)局部自相關(guān)分析結(jié)果不顯著。原因可能在于天津市共有16區(qū)縣，參與分析的樣本數(shù)小于模型預(yù)設(shè)最佳分析限值（30個樣本）。

以天津市各區(qū)縣人口密度為基礎(chǔ)，結(jié)合人口空間分布局部自相關(guān)結(jié)果，耦合天津市經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展?fàn)顩r，把天津市人口空間分布描述為三環(huán)結(jié)構(gòu)（圖4）：

（1）內(nèi)環(huán)，位于市內(nèi)六區(qū)，包括和平區(qū)、南開區(qū)、河西區(qū)、河?xùn)|區(qū)、河北區(qū)和紅橋區(qū)，人口分布為高密度—高高集聚型，人口分布密度為全市最高區(qū)，人口密度大于2萬人/平方公里，內(nèi)環(huán)區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、服務(wù)設(shè)施完善和公共交通條件十分優(yōu)越，對人口具有強大的吸引力，導(dǎo)致本區(qū)域人口密度很大，該類區(qū)域之間空間關(guān)聯(lián)性極強。

（2）中環(huán)，包括津南、北辰、東麗和西青四區(qū)，人口密度在600-1100人/平方公里，分布在中心城區(qū)周圍，受中心城區(qū)政治經(jīng)濟(jì)輻射影響大；經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、服務(wù)設(shè)施日趨完善、交通條件日趨便利。

圖3　天津市人口密度分布局部自相關(guān)性　圖4　天津市人口分布格局

（3）外環(huán)，為天津市外圍三區(qū)（武清、寶坻、濱海新區(qū)）和三縣（薊縣、靜海、寧河），人口分布密度低于600人/平方公里，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有限，交通條件一般，對居民的吸引力不如上述兩環(huán)區(qū)。但是隨著政府對濱海新區(qū)政策性傾斜的影響，相信今后幾年濱海新區(qū)人口數(shù)會出現(xiàn)集聚的趨勢。

四、結(jié)論

本文運用人口密度、人口結(jié)構(gòu)化指數(shù)、羅倫斯曲線和空間自相關(guān)模型，基于GIS空間分析技術(shù)對天津市人口分布特征進(jìn)行研究，結(jié)論如下：

1.天津市各區(qū)縣人口總數(shù)相差較小，大部分地區(qū)總數(shù)在幾十萬量級上；各區(qū)縣人口密度差異巨大，人口密度最高地區(qū)為低密度區(qū)的132倍。

2.天津市人口分布的不均衡指數(shù)為0.3893，集中指數(shù)為0.0390，人口分布集中化趨勢明顯。

3.天津市人口羅倫斯曲線表明全市40%左右的人口居住在占土地面積不足2%的行政區(qū)中。

4.天津市人口分布的Moran’s I為0.4591，人口分布具有較顯著的空間正相關(guān)性。根據(jù)天津市人口密度、人口分布的局部空間自相關(guān)模擬結(jié)果，并耦合天津市市情，將天津市人口分布格局劃分為三環(huán)結(jié)構(gòu)。

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Study on Spatial Distribution of the Population in Tianjin District

LI Peng1，WANG Xiu-na2，XIAO Zhi-mei1，LIU Bin1，CHEN Kui1
（1.Tianjin Environmental Monitoring Center，Tianjin，300191，China；2.Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute，CAS，Lanzhou 730000，China）

Population density，imbalanced index，concentration index，lorenz curve and spatial auto-correlation analysis model were used to study the population distribution characteristic of Tianjin District and its spatial auto-correlation based on GIS soft.The results show that：The total population quantity of each county are almost the same but the difference of their densities is huge，showing very high density in Center City；The concentration index and imbalanced index of Tianjin District is 0.0390 and 0.3893 respectively，indicating that the tendency of concentration is obvious and the population distribution is not balance among counties；Lawrence population curve shows that about 40%of the total population is centered in the land area accounting for less than 2%of the administrative area；The global Moran’s I of Tianjin District is 0.4591，suggesting the population distribution is not a random process and the distributional pattern has a stronger spatial autocorrelation.Based on population density，LISA analysis results，combined with the situation in Tianjin city，Tianjin population distribution pattern can be divided into three-concentric-ring structure.

Population distribution；Spatial auto-correlation；Lorenz population curve；Population structure index；Population density；Tianjin

C922

A

1007-0672（2015）02-0092-03

2014-06-27

國家科技支撐計劃（2014BAC23B01）；天津市環(huán)境監(jiān)測中心科技基金（2014KJ03）。

李鵬，男，漢族，山東泗水人，碩士，助理工程師，研究方向：環(huán)境信息系統(tǒng)。肖致美（通訊作者），女，漢族，河南周口人，博士，研究方向：大氣監(jiān)測與評價。