城市起源于人口的集聚，城市群形成于城市的協(xié)調(diào)共生。人口集聚形成城市的微觀動(dòng)機(jī)與宏觀行為是什么？城市集聚為城市群的邊界與機(jī)制又是怎樣的？本文將帶你探尋從城市到城市群背后的人口集聚與城市等級(jí)體系。

一、人口為什么會(huì)集聚形成城市？微觀動(dòng)機(jī)與宏觀行為

要理解人口集聚的成因，不妨看看它的反面，就是人口的分散和隔離。1971年，美國著名的經(jīng)濟(jì)學(xué)家，博弈學(xué)領(lǐng)域的大師，同時(shí)也是2005年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者的托馬斯·謝林（Thomas C. Schelling）在研究種族隔離現(xiàn)象時(shí)提出了著名的“謝林隔離模型”（Schelling Segregation Model），假如一戶人家前后左右鄰居都是與自己不同種族的人，該戶人家選擇搬離，經(jīng)過一定時(shí)間的動(dòng)態(tài)演化之后，他發(fā)現(xiàn)，相同種族的人群在空間上會(huì)集聚在一起，不同種族的人群在空間上會(huì)形成隔離。在這種想法驅(qū)動(dòng)下，2009年，幾位法國物理學(xué)者做了一個(gè)物理學(xué)模擬，假設(shè)人口都是分散居住的，這時(shí)候發(fā)生兩種情景：一種人口移動(dòng)的目的是取得整個(gè)群體的整體福利最優(yōu)，一種人口移動(dòng)的目的是每個(gè)人自身福利的最優(yōu)，當(dāng)然，他們還有一些其他模擬人行為的特征變量和條件限制。

這兩種遷移方式最后會(huì)形成怎樣的后果？有趣的是，第一種，為了群體共同福利而移動(dòng)的人口最終還是會(huì)很分散；第二種，為了自身利益最大化而移動(dòng)的人口最終會(huì)在空間上形成集聚。這雖然只是一個(gè)模仿人行為的計(jì)算機(jī)模擬過程（經(jīng)濟(jì)學(xué)中稱之為“基于代理人的模型”），但也從側(cè)面揭示了城市形成的一個(gè)微觀動(dòng)機(jī)，即個(gè)人為了利益最大化的遷移行為最終會(huì)造成人口的空間集聚，人口的集聚是形成城市的基本條件之一，這也為城市形成提供了基本的微觀行為學(xué)解釋。

圖1  兩種不同目的移動(dòng)后形成的人口分散與集聚。圖片來源：2009年《美國科學(xué)院學(xué)報(bào)》Competition between collective and individual dynamics

二、城市與城市群，人口集聚的綿延過程

既然人口集聚形成了城市，那么問題自然而來，城市的邊界在哪里？這里的邊界并不是行政上確定的地域范圍。其實(shí)，長期以來，我們對城市的理解受行政邊界的影響巨大，以至于當(dāng)一個(gè)人居住在新澤西，而在紐約上班被定義為跨城通勤，當(dāng)上海的地鐵11號(hào)線設(shè)立了花橋站，被認(rèn)為對城市一體化發(fā)展具有里程碑式的意義。正因如此，目前以行政區(qū)劃定義的城市還是城市經(jīng)濟(jì)研究中最普遍采用的方式。

但是，當(dāng)我們摒棄行政邊界之后，單從人口集聚的視角看待全球的城市分布時(shí)，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，從城市到城市群，既可能是城市多中心的延伸，也可能是另一個(gè)人口集聚的中心。不同國家或區(qū)域?qū)τ诔鞘腥旱睦斫夂投x也各不相同，比如，美國有大都市統(tǒng)計(jì)區(qū)（Metropolitan Statistical Areas, MSAs），歐洲有功能性城市區(qū)域（Functional Urban Regions，F(xiàn)URs）和較大城市區(qū)域（Larger Urban Zones，LUZs）。這些對于都市圈、城市群的定義一方面基于人口密度，同時(shí)考慮通勤距離。

圖2是由橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的全球人口動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)庫LandScan項(xiàng)目，從中可以看到，全球每1平方公里范圍內(nèi)的人口密度。從圖中可以明顯看出全球人口在不同區(qū)域的集中程度，比如，中國的東部沿海地區(qū)、印度與中東沿喜馬拉雅帶、中非地區(qū)人口密度帶、歐洲西北部地區(qū)、美國東北地區(qū)、美國西部沿海地區(qū)。這些都是誕生城市群的地方，實(shí)際結(jié)果也表明，這些區(qū)域集中了全球的大部分城市群。

圖2  2022年全球人口的集聚，顏色越深的區(qū)域人口密度越高。數(shù)據(jù)來源：橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的LandScan項(xiàng)目

全球人口集聚的圖景既然存在，那么，有沒有可能通過一些算法來確定城市和城市群的范圍和邊界？答案是肯定的，比如，2008年紐約和倫敦的兩位知名學(xué)者提出了“城市聚類算法”（City Cluster Algorithms，CCA）來確定城市群的范圍。其核心思想就是，圍繞一個(gè)人口密度高點(diǎn)（中心城市），不斷在周邊吸收其他人口密度的次高點(diǎn)（衛(wèi)星城），直到人口密度達(dá)到一個(gè)閾值為止。通過這種城市聚類算法得到城市群劃分，居然跟美國的大都市統(tǒng)計(jì)區(qū)的劃分很相近。比如，通過城市聚類算法得到的紐約城市群人口約1700萬，與紐約-紐瓦克-澤西城的都市統(tǒng)計(jì)區(qū)人口約2000萬很接近。事實(shí)上，通過城市聚類算法來劃分城市和城市群，在實(shí)際中已被廣泛應(yīng)用了。比如，世界知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）每年都會(huì)發(fā)布其旗艦報(bào)告《全球創(chuàng)新指數(shù)》，該指數(shù)不僅衡量國家的創(chuàng)新能力，同時(shí)也通過一種基于密度的聚類算法（DBSCAN）評(píng)選出全球創(chuàng)新能力較強(qiáng)的城市群（即創(chuàng)新集群）。

值得一提的是，在2022年之前的報(bào)告中，上海都是一個(gè)單獨(dú)的創(chuàng)新集群，2022年該算法自動(dòng)將上海與蘇州識(shí)別為一個(gè)集群（2022年上海-蘇州集群位列世界科技創(chuàng)新集群第6位），這說明，隨著人口的集聚模式變化，創(chuàng)新產(chǎn)出在上海周邊的溢出與蘇州形成了更好的銜接效應(yīng)。 

三、人口集聚形成的城市等級(jí)體系

在人口集聚與流動(dòng)形成的城市群的過程中，城市群逐步取代獨(dú)立的城市，成為國家參與全球競爭的重要區(qū)域。城市與城市群的空間以及功能的組織形式構(gòu)成了城市的等級(jí)體系。最典型的城市等級(jí)體系就是“一主多副”的形式，一個(gè)主中心城市與多個(gè)副中心城市形成一個(gè)城市群，中心城市承擔(dān)管理、控制和領(lǐng)導(dǎo)等綜合性職能，服務(wù)范圍更廣闊，而副中心城市承擔(dān)生產(chǎn)、服務(wù)等具體職能，服務(wù)范圍略有縮小。同時(shí)，在副中心城市周圍通常也圍繞一些更小等級(jí)的城鎮(zhèn)，發(fā)揮一些更加具體的產(chǎn)業(yè)功能和服務(wù)功能。比如，以紐約為中心的美國東北部城市群，紐約是中心城市，是全球跨國公司最多的城市之一，對全球生產(chǎn)經(jīng)營的決策起到管理職能。是全球金融與貿(mào)易中心，控制全球資本和商品的流動(dòng)方向與路徑。副中心城市包括波士頓（科教功能）、費(fèi)城（文化功能）、巴爾的摩（航運(yùn)功能）和華盛頓特區(qū)（政治功能），這些共同構(gòu)成了紐約城市群的等級(jí)體系與分工職能。

當(dāng)然，隨著交通方式和通訊方式的改變，更多形態(tài)的城市等級(jí)體系出現(xiàn)了。比如成渝雙城型的城市群還有舊金山-奧克蘭-圣何塞三中心城市群等。無論形態(tài)如何變化，城市等級(jí)體系所代表的城市秩序與功能是城市群發(fā)展功能的基礎(chǔ)，也是城市之間相互協(xié)調(diào)和共生的關(guān)鍵。

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“解釋城市”專欄由上海發(fā)展戰(zhàn)略研究所戴躍華博士主持，關(guān)注城市科學(xué)發(fā)展的前沿趨勢，解釋城市科學(xué)以及城市中人類行為動(dòng)力學(xué)的一般特征和規(guī)律，探究利用前沿城市科學(xué)理論優(yōu)化城市治理的路徑和方法。