城镇化发展阶段划分.doc
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1、 第 64 卷 第 2 期 地 理 学 报 Vol.64, No.2 2009 年 2 月 ACTA GEOGRAPHICA SINICA Feb., 2009 城镇化发展阶段划分 王建 军 , 吴志 强 1 1 (1. 同济大学建筑与城市规划 学院, 上海 200092 ; 2 . 洛阳市规划建筑设计研究院, 洛阳 471000) 摘要 : Northam 认为城镇化 呈 “s” 型 曲线发展, 其过程可 划分为三个阶段, 这为众多研 究证 实和引 用, 但 其阶段 分界 点长期 缺乏 严格 的数学 定义 。 运用 高等 数学方 法 , 推演 出城镇 化 “s” 型曲线的 Logistic
2、增长模型关于时间变量 t 的 方程表达式, 并通 过定性与定量分析 , 推导 出该曲线的三个特 征点及其数学表达式 。 对 Northam 城 镇化发展阶 段划分思想 进行进一 步的 讨论, 提出城镇化发展 “s” 型曲线上两 个曲率最大点为城镇化三个 阶段的分界点; 验 证了在 拐点处城镇化发展 速度最大加速度为零 , 之前速度逐渐加 大, 之后 速度逐渐减 小; 给出 了阶 段划分点、 拐点和第二阶段历时与平均速度的计算公式。 选择日本和其他 22 个国家城 镇化历 史数据进行拟合分 析, 城镇化阶段划 分结果与相关研究非 常吻合, 并且符合世 界城镇化 发展 的总体趋势, 还特别证明并指
3、出 2004 年中国城镇化 发展已经出现速度拐点, 验证了模 型推导 的结果。 最后讨论了该方法的适用性和局限性。 关键词 : 城镇化; 发展阶段; Northam 理论; Logistic 增长模型; 阶段划分方法 引言 Northam 关 于 城镇 化 发 展 “s” 型 曲线 及 其 三 阶 段 划分 思 想 在 城 镇 化 研究 中 ( 尤 其 是 中 国学 者 的研 究中 ) 常 被引 用 。 1979 年 Northam 总 结城 镇化 发展 的 过程 近似 一条 “ s” 型 曲 线 , 并且 可 以 相应 地 划 分 为 3 个 阶 段 : 城镇 化 水 平 较 低 且发 展
4、缓 慢 的 初 始 阶段 (initial stage)、 城 镇化 水 平急 剧 上升 的 加速 阶 段 (acceleration stage)、 城镇 化 水平 较 高且 发 展 平 缓 的 最 终阶 段 (terminal stage); 城 镇 化水 平 在 第 二阶 段 开 始时 低 于 25%, 发展 到 超 过 60% 、 70% 后进 入第 三 阶段 1 ; 由 于需 要 保留 一定 的农 村 居民 来满 足城 镇 居民 的需 求 , 城 镇化 水平 必 定 有 一个 上 限 。 由 于 Northam 没 有 给 出 “s” 型 曲线 的 数 学 模 型 2 , 而 且 各
5、 个 阶 段 的 分 界 点指 标 也不 甚明 确 , 人 们在 引用 时往 往 产生 一些 误会 和 歧解 。 Logistic 增 长 模 型 最早 由 比 利 时 学 者 沃赫 斯 特 (Verhulst) 在 1838 年 将 马 尔 萨 斯 人 口 指 数 增 长方 程 改 进到 有 限 资 源环 境 中 提出 , 并 长 期 广泛 应 用 于 商 业 组织 、 文 化 传 播 、 生 态 学 、 流行 病 学 、 知 识 增 长 、 人 口 学 、 社 会 交 往 以 及空 间 扩 散 等 众 多研 究 领 域 , 3 模 拟 了 一 种 事物 在 资源 限 制状 态 下 呈现 s
6、 型 增 长 的发 展 过 程 。 根据 Northam 的 研究 , 城 镇 化 发 展 总体 符 合 s 型 曲 线 , 因 此 城镇 化 研究 的 学者 们 开始 尝 试 用 Logistic 增 长模 型 模 拟 城 镇 化 过程 , 并对 模 型 本身 展 开 讨论 。 1987 年 焦秀 琦 运 用 固定 城 乡 人口 增 长 率差 的 方 法 推 1 导 出 城 镇 化 水 平饱 和 值 (也 称 为 上 限 ) 为 100% 的 城 镇 化 水 平 Logistic 方 程 Y = 1 + Ce (其中 Y 为 城 市化 水平 ), 并 计算 出英 国等 8 个国 家的 城镇
7、化 发展 4 “ s ” 型 曲 线的 回 归方 程 , 还 建 议 将 城 镇 化三 个 阶 段 的 分 界点 定 为 30%和 70% 5 ; 1988 年 Karmeshu 从 城 乡 人 口 替 代 假 设出 发 得出 了 相似 的 结论 ; 1988 年联 合 国开 始 采用 基 于 Logistic 方 法的 模 型估 算 和 1, 2 -Kt 收稿日期: 2008-04-08; 修订日期: 2008-11-10 基 金 项 目 : 国 家 科 技 支 撑 计 划 课 题 (2006BAJ11B08); 国 家 自 然 基 金 项 目 (50778126) Foundation:
8、National Key Technology R&D Program, No.2006BAJ11B08; National Natural Science Foundation of China, No.50778126 作者简介 :王建军 (1966-), 男 , 博士生 , 主要研究方向是城镇化 。 E-mail: 177-188 页 178 地 理 学 报 6 64 卷 预 测 世 界各 国 城 镇化 水 平 , 并每 两 年 更新 一 次 ; 1995 年 李 新 运 等、 7, 8 1997 年 王 远 飞 等 给 出 了 上 限不 为 1 的一 般 Logistic 方 程 、
9、 解及 其 参 数 估计 方 法 ; 1997 年 王 远 飞 等 指 出 了 城 镇 化 水平 饱 和 值为 1 时 , 城镇 化 水 平在 50%点 加 速 度为 零 、 速 度 最大 , 并 对 一 些 国 家 城 镇化 水 平的 饱和 值进 行 了简 单分 析 , 8 对 基 于上 限 为 100% 和 80%的 中 国 城镇 化 水平 进 行 了 预测 和 讨论 ; 2004 年 白 先春 等 提出 了 饱和 值 为 1、 9 城 乡人 口 增长 率 差随 时 间变 化 的 修 2, 10-14 正 后 的 Logistic 增 长 模型 ; 陈 彦 光 等 对 Logistic 增
10、 长 模 型 进 行了 长 期 研 究 10 , 对 模 型 中 参 数 K 的意 义 进 行了 讨 论 11 , 指 出了 饱 和 值 为 1 的 Logistic 增 长 模 型符 合 一 般 logit 概 率 模 型 的 数理 基 础 及 其 城 镇 化 水 平为 50% 时这 一 加 速 减 速 分 界点 和 Northam 三 阶 段 划 2 分 理论 的 两个 分界 特征 点 12 , 并进 一 步讨 论 了饱 和 值不 为 1 时 的 加速 减 速分 界 点 以及 该 点 的 城镇 化 水平 及 速度 进 行了 讨 论 。 , 还对 运 用 Logistic 增长 模 型模 拟
11、 中国 城 镇化 发 展过 程 存在 的 问题 研究 发 现, 在 城镇 化 研究 领 域 , 国外 学 者 更多 运 用 Logistic 增 长 模型 进 行 应用 研 究 , 3,15-18 对 Northam 曲 线 较 少 关 注 , 更 无 将 二 者 结 合 起 来 的 研 究 。 国 内 学 者 虽 然 经 常 引 用 Northam 城 镇 化 发 展 “s” 型曲 线 及 其 三 阶 段 划分 思 想 , 也 有 一 些 关 注 Logistic 增 长 模 型 2 本 身 的 研 究 , 但 仅 2005 年 陈 彦 光 等 将 二 者 结 合 进 行 深 化 和 发 展
12、 研 究 。 总 体 上 讲 , Logistic 增长 模 型可 以成 为城 镇 化发 展 “s” 型增 长及 阶段 划 分思 想的 数学 解 释模 型, 但 是 学 者 们 对此 并 没 有给 予 足 够 的重 视 , 有针 对 性 的 研 究还 比 较 少 , 仍 然存 在 一 些 问 题 值 得 进 一 步探 讨 , 特 别 是 Northam 城 镇化 “s” 型 发 展过 程 在 饱和 值 不 为 1 时 的 阶段 划 分 点 至 今 没有 确 切的 计算 方法 。 为此 , 本 文将 首 先运 用高 等数 学 方法 , 对 Logistic 增 长模 型进 行 推演 , 得 出
13、其城 镇 化 水 平 关于 时 间变 量 t 的 方程 表 达式 , 并 对该 曲 线 方程 的 特 征 点进 行 定 性与 定 量 分析 推 导 。 然 后 , 对 Northam 城 镇 化发 展 阶 段划 分 思 想 进 行 进 一步 的 讨 论 , 明 确各 个 阶 段 分 界 点 的 计 算方 法 及其 相关 特性 。 最后 , 选 择 一些 国家 的城 镇 化发 展过 程对 研 究结 论进 行验 证 。 2 城 镇化水平的 Logistic 增长模型 假设 人 口增 长 受自 然 或者 自 然 与技 术 共 同 限制 , 19 则 人口 增 长 符 合 Logistic 增长 模
14、型 , Keyfitz 给出 了其 一 般形 式 : dPt( ) dt = rP(t) 1 - P(t) a (1) 式 中: a 为 人 口 P 的 上限 , r 为增 长参 数 。 根据 Northam 理 论, 城 镇化 水平 总体 上 呈 “s” 型 曲 线发 展 , 符 合 Logistic 发 展过 程 。 因 此, 城 镇化 水平 U 也 可表 示 为 Logistic 方 程: = bU(t) 1 - U(t) (2) dt ! c 式 中: c 为 城 镇化 水平 的饱 和 值, 0 0。 将 (2) 式 转化 为 13, 14 ( ) 使用 “google 学术搜索 ”
15、引擎以 “Ray M Northam” 为作者进行搜索 (2007/12/22), 发现参考文献 1 共 有 73 篇引用 (中文 48 篇, 外 文 25 篇 ), 其中 47 篇引用其城镇化 “s” 型曲线 及其三阶段划分理论 中文 40 篇 , 英文 7 篇 。 在这 7 篇英文文献中 , 有 5 篇是华人学者研 究中国城镇化问题的 文章 , 另两篇是 关于 俄罗斯城镇化的研究 32, 33。 Logistic 模型通常有两种应用 形式 程 可称为 增长 模型 。 一 种为拟合事 物在一定 的资源条件 约束下呈现 S 型 增长的发展 过 另 一种描述了不同条件 下事物出现 或者不出现 的
16、 , Logistic (Logistic Growth Model); 概 率分布 , 人们习 惯称为 Logistic 回 归模型 (Logistic Regression Model) 。 二者 实际上 有着 统一的 数理 基 , Logit 。 11 2 期 ! 1 王建军 等: 城镇化发展阶段划分 179 (3) 对 上式 两 侧积 分 , 得 : U(t) ln c - U(t) ( ) 1 = b t + C2 (4) 式 中: C1 、 C 2 为 积 分常 数。 c - U t 上式 的 解为 : U(t) = c 1 + e a-bt (5) 式 中 : 参 数 a = C
17、 1 - C2。 (5) 式即 为城 镇化 水 平 U 关于 时间 变量 t 的 Logistic 增 长模 型 。 3 城 镇化水平 Logistic 曲线模型的 特征 根据 Logistic 曲 线图 形 特征 可 知 (图 1), 从 理 论上 讲 , 城 镇 化发 展 在起 始 时 速度 很 低 (趋近 于 零 ), 加 速 度很 小 (同 样 趋近 于零 )。 随 着时 间 的推 移 , 城 镇 化发 展 的加 速 度逐 渐 增 大 , 速度 逐 渐提 高 。 而 城 镇化 发 展的 后 期 , 城镇 化 水 平 逐 渐向 饱 和值 逼 近, 城 镇 化 发展 的 速度 越 来越 小
18、 , 逐 渐 趋近 于 零 , 说明 这 期间 城 镇化 发 展的 加 速度 为 负 值 , 而 且 加 速 度 的 绝 对 值 越 来 越 小 , 亦 逐 渐趋 近 于零 。 因此 , 作为 单 调递 增 函 数 ( 这 一 点 从 下 面 公 式 (7) 可 证 明 速 度 恒 为 正 可 知 ), 城 镇 化 水 平 的 增 长 速 度 由 近似 于 零逐 渐 增大 , 在达 到 最大 值 后 开 始 减 小 , 并逐 渐 回 到 近 似 于 零 ( 图 2); 与 此 同时 , 其 加速 度 经 过 了从 近 似 于 零 增加 到 最大 值 ( 增 量最 大 ), 然后 逐 渐 减 小
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