第1章 城市群地区基本特征
1.1 引言
“城市群”是指以中心大城市为核心，在空间上关联、功能上交互、与周边一系列城市形成的具有高密度生产和生活空间，以及高密度人口、资源、环境效应的城市集群（陈利顶等，2016）。我国城市化特征复杂多样，近年来，国内特大城市与超大城市的规模和数量都不断增加，逐步形成了若干城市群。随着大大小小的城市群相继建立和快速发展，其面临的生态环境问题也越来越突出，严重阻碍了我国城市群的健康发展。在城市群内部，城镇化发展仍存在时空分异特征，而区域生态环境对不同城镇化特征的响应也有所不同（刘彦随和杨忍，2012）。系统研究城市群地区的城镇化与生态环境因子的时空演变特征，对于探讨城镇化与生态环境之间相互作用关系，实现区域一体化协调发展具有重要意义。
城市群地区城镇化过程在土地、人口以及经济方面均存在时空分异特征，并且与周边地区存在交互耦合的作用关系。其中，土地城镇化伴随着建成区面积的聚集性增加和水域、自然植被以及耕地的不断减少，对区域气候调节和水土保持产生了潜在负面影响，这在大城市地区表现得尤为明显。除了土地外，城镇化还存在人口和经济的集聚效应。近20年来，人口的集聚性在城市群地区持续上升，且人口流动数量与城市规模呈正相关关系，这对城市经济发展起到了促进作用，但与此同时也导致了一定程度上农村地区劳动力不足（张车伟和蔡翼飞，2012; 吕文静，2014）。由于各地区生态禀赋和产业基础不同，城市化发展过程中的路径往往存在差异。城市群内部各城市在GDP总量上往往存在较大差异，并且在产业结构和经济增速上也不尽相同，这种差异为城市群资源优化配置和协同发展提供了调控空间。除此之外，城市群在地理空间上的集聚性与经济上的集聚性还存在显著的正相关性。
生态环境对城市群地区城镇化过程的响应也存在时空分异性（李波和张吉献，2015）。一方面，各地区自然资源丰度不同；另一方面，不同的城镇化过程对自然资源的利用程度有所不同。总的来说，城镇化过程将导致不透水层面积显著增加，主要包括建成区以及道路、工矿用地等，并且伴随有耕地、林草用地被侵占等生态环境破坏过程。城市建成区扩张与城市经济发展和人口总量密切相关，大城市经济发展和人口集聚速率较快，建成区扩张速度要显著快于中小城市。水资源方面，城镇化过程导致用水总量持续上升，很多地区的地下水资源已经濒临枯竭。随着城镇化水平的逐步提高带来的技术改进以及政策法规的实施，城市用水效率也在不断提升，而在大城市地区往往提升得更为明显（鲍超，2015）。整体上，工业用水效率仍然较低。能源方面，城市群地区能源消费总量不断攀升，部分地区能源利用结构仍需要进行大力优化调整，需进一步提升清洁能源比例和改善能源利用效率（王蕾和魏后凯，2014）。环境方面，从整体看，大型城市在污水处理率、固废处理能力方面较为领先，但是在城市热环境、碳排放强度以及大气污染方面的生态环境压力相对较大（赵亚芳等，2017）。
综上所述，城市群地区的城镇化过程往往较快，人口和经济聚集性较强，对区域发展具有显著的带动作用。同时，快速城镇化对区域生态环境的压力也在持续增大，这些均会给水资源、土地资源、大气环境等要素的生态承载能力带来较大挑战。本章以京津冀城市群为例，通过分析城镇化和生态环境二者的时空演变特征，可以准确描述相关要素对二者耦合关系的影响，从而为识别关键影响要素、构建城镇化与生态环境交互耦合分析模型奠定基础。
1.2 行政区划与生态环境基本特征
1.2.1 地区概况
京津冀城市群是我国的政治中心和重要的经济中心（图1.1和图1.2），包括北京、天津和河北的保定、唐山、廊坊、石家庄、秦皇岛、张家口、承德、沧州、衡水、邢台与邯郸。京津冀城市群地域面积约21.6万km2，占全国国土面积的2.3%。从全国经济发展来看，京津冀城市群在促进我国经济转型和经济崛起方面扮演着重要角色。截至2019年末，京津冀城市群地区生产总值84580.08亿元，占全国的9.4%；常住人口为11307.4万人，占全国总人口的8.08%；粮食总产量3991.2万t，占全国粮食总产量的6.01%。
图1.1 京津冀城市群位置示意图
图1.2 京津冀城市群示意图
京津冀地区具有十分重要的战略地位。北京作为*都，政治地位突出，文化底蕴深厚，科技创新领先，人才资源密集，国际交往密切；天津拥有北方*大的综合性港口，制造业基础雄厚，研发转化能力较强，发展势头良好；河北自然资源丰富，劳动力相对充裕，产业基础较好，经济体量较大，具有广阔的发展空间。京津冀地缘相接、地域一体，为实现优势互补、区域一体化协同发展奠定了基础。
1.2.2 地理和气候
京津冀地区地处我国华北地区，西部邻接太行山山脉，北部为燕山山脉，东临渤海，南部为平坦的华北平原（图1.3）。京津冀地区不仅地貌多样，而且气候类型差异显著。京津冀地区地处环渤海核心地带，属于温带-暖温带，半湿润-半干旱大陆性季风气候，年均降水量300～800mm，年均气温4～13℃，四季分明，地势西北高、东南低，区位与生态优势明显。
图1.3 京津冀地区土地覆盖类型特征（基于2018年MCD12Q1土地分类数据绘制）
具体地，京津冀地区由北到南可以进一步分为半干旱气候、半干旱偏湿气候、暖温带半干旱气候以及暖温带半干旱偏湿气候等气候类型，其中半干旱偏湿气候是面积所占比例*大的类型。自20世纪60年代以来，京津冀地区的气候干湿分界线有部分偏移，京津冀地区整体变干的趋势较为明显（郝然等，2017）。近50年来，京津冀地区的气温升高显著，大部分地区降水减少，这也是京津冀地区变干的原因之一，而整个区域的蒸发量在减少，部分补偿了京津冀地区的干旱趋势（李鹏飞等，2015）。
1.2.3 土壤和植被
京津冀地区植被类型丰富，并且具有显著的地带性特征（图1.3）。西北部有高山草地和高原草甸，主要分布于张家口境内；森林资源则主要分布于北部的承德、北京北部以及京津冀西部山区；华北平原大部分地区均为耕地，其次为各个城市的建成区。1985年以来，快速城市化使得京津冀城市建成区面积快速增加，耕地被大量占用，区域发展中心也向西北方向转移。京津冀地区耕地比例*大，其次是林地与城镇建设用地。例如，2015年京津冀地区耕地比例43.5%，林地比例33.0%，城镇用地比例10.8%。京津冀地区城镇化对耕地的影响*大，城镇用地的增加以侵占耕地为主，1984～2015年，京津冀地区人工表面从5.6%增加到10.8%，而耕地面积则从50.5%下降至43.5%，增加的人工表面主要来自对耕地的侵占，平衡京津冀地区城镇化与耕地保护的矛盾是京津冀地区发展规划关注的重点之一。此外，水体的占比虽然不大，一直保持在3%左右，但其重要的生态服务价值对京津冀地区的可持续发展具有至关重要的作用。
区域土壤类型的分布与地形地貌密切相关（图1.4）。北部坝上高原主要为钙层土，山地地区主要为淋溶土、半淋溶土、钙层土以及初育土，而石家庄、北京北部以及唐山北部主要为半淋溶土和半水成土；平原方面，衡水、天津、廊坊以及沧州等地为半水成土。研究表明，京津冀地区土壤质量的本底状况整体较好，良好以上土壤面积约占80.89%。其中，优质等级土壤占比为1.72%，主要分布在河北三河、鸡泽和天津宁河等部分地区；优良等级土壤占比为67.10%，广泛分布于全区；良好等级土壤占比为12.07%，主要分布于沿海滩涂和滦河流域地区。密集的人口和工业区对土壤质量有显著影响，中等质量土壤占京津冀全域面积的19.11%（马震等，2017）。
1.2.4 发展定位
根据《京津冀协同发展规划纲要》（以下简称《纲要》），京津冀城市群的功能定位如下：北京是全国政治中心、文化中心、国际交往中心和科技创新中心；天津是全国先进制造研发基地、北方国际航运核心区、金融创新运营示范区和改革开放先行区；河北是全国现代商贸物流重要基地、产业转型升级试验区、新型城镇化与城乡统筹示范区以及京津冀生态环境支撑区。因此，京津冀城市群城镇化过程与生态环境的交互胁迫机理是保障未来京津冀地区协同可持续发展的重要基础。
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