天津市人口分布特征研究

李　鹏，王秀娜，肖致美，刘　彬，陈　魁（.天津市环境监测中心，天津3009；.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州730000）

天津市人口分布特征研究

李鹏1，王秀娜2，肖致美1，刘彬1，陈魁1
（1.天津市环境监测中心，天津300191；2.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所，兰州730000）

运用人口密度、人口结构化指数、罗伦斯曲线及空间自相关模型，分析了天津市人口空间分布特征，结果表明：天津市各区县人口总数差异较小，但各区县人口密度差异巨大；人口分布的不均衡指数为0.3893，集中指数为0.0390，人口分布集中化趋势明显；人口罗伦斯曲线表明全市40%左右的人口居住在占土地面积不足2%的行政区域中；天津市全局Moran's I为0.4591，人口分布格局具有很强的空间正相关性；根据天津市人口密度、局部空间自相关分析结果，并耦合天津市市情，将天津市人口分布格局划分为三环结构。

人口分布；空间相关性；人口罗伦斯曲线；人口结构指数；天津市

一、引言

人口分布是指特定时间段内人口在各地区中的空间存在形式、分布状况，受自然条件、经济发展以及社会、历史等因素的综合影响与制约［1-3］。人口空间格局研究对揭示人口分布空间特征、实现区域社会经济的可持续发展有重要作用，它对行政管理、制订社会和经济发展计划等都具有重要意义［4-13］。在天津市社会经济快速发展的背景下，区域人口与环境的矛盾日益尖锐，迫切需要研究区域人口与环境之间的关系。本研究立足天津市基本地理国情，探索天津市人口空间分布规律，为制定区域环境保护规划、估算区县各项污染物的排放量、评估区域环境空气及制定具有针对性的环境保护制度等提供决策参考。

天津市是中央直辖市，地处华北平原北部，东经116°43'至118°04'，北纬38°34'至40°15'之间。地域面积约11916.85平方公里，南北长189公里，东西宽117公里。截止2012年年底，天津市共下辖13 区3县，常住人口1413.15万人，其中户籍人口为993.20万人。

二、数据源与研究方法

1.数据源

鉴于数据易得性和精度，本研究的空间分析尺度为县域空间尺度，包括天津市16个区县。人口数据与行政区面积来源于2009—2013年《天津市统计年鉴》，行政区划等GIS图层来源于1：4M国家基础地理信息共享库。

2.人口密度

人口密度通常用每平方千米常住的居民数量来表示，也称为人口算术密度，它是衡量人口分布的重要指标。计算公式为：

D=P/S

其中D为人口密度，P为人口总数，S为土地面积。

3.人口分布的结构指数

人口分布的结构指数包括不均匀指数（U）和集中指数（C），反映某地的人口集中或分散趋势［14］。U数值越小，表示区域人口分布均衡；C数值越小，表明区域人口分布越均衡。计算公式为：

其中，n为地区总数，xi为第i地区人口占总人口的比重；yi为第i地区土地面积占总土地面积的比重，Σxi=1，Σyi=1。

4.罗伦斯曲线

罗伦斯曲线也叫频率累计曲线，由美国经济学家罗伦斯提出的一种关于研究工业居中化的统计方法，最早是在经济学中用来度量财富分配差异的工具，现已广泛应用于人口学中用来分析人口的分布格局。制作人口罗伦斯曲线需要首先确定区划等级，其次求出该等级下各区域面积占总面积的百分比，再次将百分比由低向高依次累加，得到累积百分比序列。同样求出各区域人口累积百分比序列。坐标轴的对角线表示人口分布和土地分布具有相同的百分比和累积百分比，二者分布关系是均衡的；曲线到对角线的距离是人口分布和土地分布的差异性测度。

5.空间自相关

空间自相关是确定某一变量是否在空间上相关，其相关程度如何，它检验该变量是否与其相邻空间的相同变量相关联的定量指标［6-8，15］，分为全局空间自相关和局部空间自相关［16-17］。全局空间自相关是用Moran’s I值定量描述变量在整个区域的空间分布特征，Moran’s I指数值介于-1到1之间，指数越接近1，变量分布越具有正相关，指数越接近-1，变量分布越负相关，若指数趋向于0，表示该变量不存在空间自相关性，为随机分布［17］。局部空间自相关采用局部莫兰指数（Ii）或称LISA分析局地是否存在相似或相异的变量聚集［15］。

Moran’s I计算公式为：

其中，N是分析单元的总数，xi和xj分别是分析单位i和j的属性，是属性x的平均值。Wij是空间权重，其表达式为：

区域i的LISA的计算公式为：

三、天津市人口分布特征

1.人口密度

截止2012年底，天津市总人口达到993.20万人，其中市辖区人口为812.50万人，占总人数81.8%，市内六区人口 388.90万人，占总人数39.2%。从全市各区县人口总数来看，滨海新区人口最多，为115.54万人，东丽区人口最少，为35.26万人；在市内六区中，南开区人口最多，为84.68万人，和平区人口最少，为39.75万人。

天津市人口密度为845人/平方公里，各区县之间人口密度差异巨大。和平区人口密度最大，为39746人/平方公里，宁河县人口密度最小，为300 人/平方公里；市内六区平均人口密度为21963人/平方公里，市辖区平均人口密度为1098人/平方公里，市辖县人口密为414人/平方公里。各区县人口密度由大到小依次排列为：和平区、红桥区、南开区、河西区、河北区、河东区、津南区、北辰区、东丽区、西青区、武清区、蓟县、滨海新区、宝坻区、静海县和宁河县。

图1　天津市人口空间分布格局

2.人口分布的结构指数

采用集不均衡指数（U）和集中指数（C）评价天津市各区县人口空间结构。结果表明，天津市人口分布的不均衡指数（U）为0.3893，集中指数（C）为0.0390，说明天津市人口空间分布不均衡度较大，分布较集中。相较于山东省人口分布不均衡指数0.0098，集中指数0.1621，天津市人口规模化集聚效应明显，人口城镇化发展程度高。

3.人口罗伦斯曲线

图2是天津市各区县总人口数和土地面积的罗伦斯曲线。从曲线上可以看出，天津市人口分布具有很强的不均衡性，40%左右的人口居住在占土地面积不足2%的行政区域中。

4.空间相关性

图2　天津市人口罗伦斯曲线

天津市人口密度的全局Moran’s I指数计算结果见图3和表1。结果表明，天津市各区县人口密度的全局Moran’s I指数为0.4591，检验Z指数为6.2948。在正态分布假设之下，对Moran’s I指数Z值检验的结果显示为高度显著 （Z=6.2948＞2.58），这说明天津市人口分布存在着显著的、正的空间相关，即各区县人口密度的空间分布不是完全的随机过程，而是表现出相似值之间的空间集聚，其空间特征是人口密度高的区县相对趋于集中，人口密度低的区县也趋于相邻。

表1　天津市人口密度分布全局Moran’s I计算结果

天津市人口密度分布的局部自相关分析结果见图3。结果表明市内六区属于高-高集聚类型，其余地区局部自相关分析结果不显著。原因可能在于天津市共有16区县，参与分析的样本数小于模型预设最佳分析限值（30个样本）。

以天津市各区县人口密度为基础，结合人口空间分布局部自相关结果，耦合天津市经济和社会发展状况，把天津市人口空间分布描述为三环结构（图4）：

（1）内环，位于市内六区，包括和平区、南开区、河西区、河东区、河北区和红桥区，人口分布为高密度—高高集聚型，人口分布密度为全市最高区，人口密度大于2万人/平方公里，内环区社会经济发达、服务设施完善和公共交通条件十分优越，对人口具有强大的吸引力，导致本区域人口密度很大，该类区域之间空间关联性极强。

（2）中环，包括津南、北辰、东丽和西青四区，人口密度在600-1100人/平方公里，分布在中心城区周围，受中心城区政治经济辐射影响大；经济较发达、服务设施日趋完善、交通条件日趋便利。

图3　天津市人口密度分布局部自相关性　图4　天津市人口分布格局

（3）外环，为天津市外围三区（武清、宝坻、滨海新区）和三县（蓟县、静海、宁河），人口分布密度低于600人/平方公里，经济发展水平有限，交通条件一般，对居民的吸引力不如上述两环区。但是随着政府对滨海新区政策性倾斜的影响，相信今后几年滨海新区人口数会出现集聚的趋势。

四、结论

本文运用人口密度、人口结构化指数、罗伦斯曲线和空间自相关模型，基于GIS空间分析技术对天津市人口分布特征进行研究，结论如下：

1.天津市各区县人口总数相差较小，大部分地区总数在几十万量级上；各区县人口密度差异巨大，人口密度最高地区为低密度区的132倍。

2.天津市人口分布的不均衡指数为0.3893，集中指数为0.0390，人口分布集中化趋势明显。

3.天津市人口罗伦斯曲线表明全市40%左右的人口居住在占土地面积不足2%的行政区中。

4.天津市人口分布的Moran’s I为0.4591，人口分布具有较显著的空间正相关性。根据天津市人口密度、人口分布的局部空间自相关模拟结果，并耦合天津市市情，将天津市人口分布格局划分为三环结构。

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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

国家科技支撑计划（2014BAC23B01）；天津市环境监测中心科技基金（2014KJ03）。

李鹏，男，汉族，山东泗水人，硕士，助理工程师，研究方向：环境信息系统。肖致美（通讯作者），女，汉族，河南周口人，博士，研究方向：大气监测与评价。