基于柵格的中國東北地形起伏度與人口、經濟關系研究

□竇永靜，宮旭烜，谷嘉凱

（太原師范學院地理科學學院，山西 晉中 030619）

地形作為最基本的自然環境要素之一，對陸地生態系統和人類社會生產生活造成重大影響，其中地形起伏特征的影響作用最為突出。人口與經濟的空間分布間接表征了某種時空背景下的人地關系，受到自然環境和區域發展條件的多重約束。

眾多學者在國家、區域、省域、市域等不同尺度開展了地形要素對人口經濟分布影響的研究，表明地形因素會限制人口分布格局、城鎮建設和經濟發展方式。地形起伏度為某一范圍內最高點與最低點之間的高差，已被證明可對大尺度和區域人居自然環境進行有效評價。

東北地區正面臨新一輪的振興發展機遇，而目前人口問題已對當地的社會經濟發展造成嚴重影響。東北地區作為一個獨特完整的自然地理單元，地貌類型豐富多樣。明確地形起伏特征如何影響人口分布和經濟發展，對于東北地區可持續發展具有重要意義。不少學者開展了地形地貌對東北地區人口空間分布格局、土地利用格局的影響研究，但鮮有探討該地區地形起伏度與人口分布和經濟發展關系的研究。另外，地形地貌越復雜，行政區劃單元內部人口和經濟的空間差異就越突出，而目前的研究大多是采用行政區劃單元的統計數據，忽略了內部的人口經濟空間差異，進而導致研究結果失真。基于空間化數據在柵格尺度上定量分析地形起伏如何影響人口和經濟的分布愈加重要。

本研究基于SRTM DEM 數據提取地形起伏度，利用中國人口、GDP 空間分布網格數據，采用莫蘭指數和熱點分析方法分析人口-經濟空間格局特征，基于1 km 的柵格尺度定量分析地形起伏特征與人口、經濟的關系，以期增進理解人地關系，促進人口合理布局，優化產業結構，為制定區域人口和經濟政策提供科學依據和決策支持。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究區概況

東北地區（115°31′～135°05′E，38°43′～53°33′N）行政區劃范圍包括黑龍江省、吉林省、遼寧省以及內蒙古自治區東部3 市1 盟（呼倫貝爾市、赤峰市、通遼市和興安盟），總面積約為124 萬km。東北地區被東面的長白山脈、西面的大興安嶺、北面的小興安嶺三面包圍，東北角為三江平原，中部為松嫩平原，南部為遼河平原。2015 年末東北地區總人口約為1.21 億人，生產總值約為64 028.72 億元，分別占全國人口和全國GDP 的8.80%和9.34%。

1.2 數據來源及預處理

DEM 數據來源于SRTM V4.1，通過拼接、裁剪得到東北地區DEM柵格數據。為方便與人口和經濟數據進行柵格疊加分析，重采樣成1 km 分辨率的DEM柵格。

2015 年人口和GDP 空間分布柵格數據分別來自于1 km 中國人口空間分布公里網格數據集和中國GDP 空間分布公里網格數據集，由中國科學院資源環境科學數據中心（http：//www.resdc.cn/）提供。

1.3 研究方法

1.3.1 地形起伏度計算

主要參考封志明等（2007）提出的人居環境自然評價背景下的地形起伏度計算公式。

式中：RDLS（Relief Degree of Land Surface）為地形起伏度；和分別為區域內海拔的最高值和最低值；（）為研究區域內的平地面積（坡度≤0.5°的區域界定為平地）；A 為區域總面積即窗口面積，為121 km；將500 m 作為1 個中國基準山體的高度。

1.3.2 人口-經濟空間格局分析

采用莫蘭指數和熱點分析方法，分別從全局和局部兩個視角分析東北地區人口-經濟的空間格局。莫蘭指數是主要的全局聚類分析方法之一，能夠有效評估數據潛在的空間相關性。熱點分析可識別局部地區具有統計顯著性的高值區（熱點）和低值區（冷點）。

2 結果與分析

2.1 地形起伏度的分布規律

由圖1（a）可知，東北地區地形起伏度大體呈現四周高、中部低的空間分布格局。高值區主要分布在長白山脈和大興安嶺，地形起伏度最大值為2.62，小興安嶺為次高值區；低值區分布在松遼平原、遼西走廊和遼東半島沿海地區、呼倫貝爾高原以及三江平原。圖1（b）表明，東北地區地形起伏度以低值為主，其平均值為0.44。當地形起伏度為0.5 時，累計頻率達到60.04%；地形起伏度為1.5 時，累計頻率高達98.66%。

圖1 中國東北地區地形起伏度空間分布及累積分布

2.2 人口和經濟空間分布特征

從圖2 人口和經濟的總體格局來看，東北地區人口密度和經濟密度地域差異明顯，呈現一定的空間耦合特征。柵格尺度上人口和密度的相關性分析結果為0.83（＜0.05），這表明東北地區人口分布與經濟發展具有一定的協調性。人口和GDP 高值區大多分布在東北平原，少數分布在其他重要的地級城市如呼倫貝爾市海拉爾區、佳木斯市、牡丹江市等，以及邊境口岸城市如滿洲里、琿春市、白山市等，這些地區人口密度高于500 人/km，經濟密度高于1 000 萬元/km；人口和GDP 低值區大都分布在大小興安嶺及長白山脈山區和邊境地區，這些地區人口密度和經濟密度分別低于100 人/km、100 萬元/km。需要注意的是，地形起伏相對平坦的呼倫貝爾高原和三江平原也呈現地廣人稀的特征。

圖2 2015 年東北地區人口、經濟密度空間分布

柵格尺度空間自相關結果顯示，人口和經濟密度的莫蘭指數分別為0.71、0.69（＜0.001），表明東北地區人口和經濟空間分布存在較高的集聚性。

圖3 熱點分析結果進一步表明，人口密度的冷熱點格局中同時存在高值集聚與低值集聚，呈現內部熱、外圍冷，熱點區主要位于松嫩平原、遼河平原、遼東半島以及遼西走廊，其他零散分布的熱點區為各地級市市區，而冷點區主要位于大小興安嶺以及呼倫貝爾高原；經濟密度的冷熱點格局中僅有高值集聚，熱點區的分布與人口相似。總的來看，四大城市群（沈陽經濟區、遼寧沿海經濟帶、長吉圖開發開放先導區、哈大齊經濟圈）是人口和經濟的集聚區。

圖3 2015 年東北地區人口、經濟冷熱點

2.3 東北地區地形起伏度對人口和經濟的影響

2.3.1 地形起伏特征對人口和經濟的影響

基于柵格尺度分析地形起伏度對人口和經濟密度的影響，并進行曲線擬合，如圖4 所示。隨著地形起伏度增加，東北地區人口密度和經濟密度整體上均呈現出下降趨勢。地形起伏度與人口密度和經濟密度的擬合度分別為0.60 和0.59。

圖4 東北地區地形起伏度與人口/經濟密度的關系

2.3.2 地形起伏度與人口和經濟空間分布的關系

由表1 可知，人口數量比例、生產總值比例隨著地形起伏度增加呈現快速減少的趨勢。地形起伏度0～0.1 時土地面積僅占31.52%，人口總數和生產總值占比卻分別達到48.79%和51.60%，人口密度和經濟密度分別達到最大（148.09 人/km和756.44 萬元/km）。當地形起伏度過渡到0.1～0.3 時，人口和經濟密度下降幅度最大，分別降低32.74%和35.50%，人口總數和生產總值分別減少了3 964.87 萬人和1 566.36 億元。當地形起伏度達到0.7～0.9 時，人口密度和經濟密度達到最低值，為52.08 人/km和208.03 萬元/km，人口和生產總值累計頻率分別達到了90.99%和92.27%。隨著地形起伏度降低，雖然人口總數和生產總值仍在減少，但人口密度和經濟密度出現輕微反彈上升，原因可能是東北山區有較發達的采礦業、林業以及旅游業。整體來看，東北地區84.39%的人口和86.81%的生產總值分布在地形起伏度不超過0.7 的區域，面積占比為73.6%，這表明東北地區人口和經濟分布不均衡，存在明顯的集聚效應。

表1 東北地區不同地形起伏度上土地、人口、經濟統計情況

3 結論與討論

東北地區地形起伏度大體呈現四周高、中部低的空間分布格局。人口密度和經濟密度空間分布地域差異明顯，具有一定的空間耦合特征，高值區大多分布在東北平原，低值區大多分布在大小興安嶺及長白山脈山區和邊境地區。同時，東北地區人口和經濟空間分布存在較高的集聚性，經濟空間的集聚性低于人口空間。人口密度的冷熱點呈現內部熱、外圍冷的格局，而經濟密度僅有高值集聚，熱點區的分布與人口相似。四大城市群（沈陽經濟區、遼寧沿海經濟帶、長吉圖開發開放先導區、哈大齊經濟圈）是人口和經濟的集聚區。隨著地形起伏度的增加，東北地區人口密度和經濟密度整體上均呈現出下降趨勢。東北地區84.39%的人口和86.81%的生產總值分布在地形起伏度不超過0.7 的區域，面積占比為73.6%，存在明顯的集聚效應。

本研究利用人口和經濟空間數據集開展柵格尺度上的定量分析，相比傳統的行政區劃統計數據，更有助于揭示其內部差異和凸顯其現實意義，有利于揭示東北地區地形因子對人口、經濟活動的作用機制。但受數據限制，本研究采用的柵格分辨率僅為1 km，而地形、人口、經濟數據的空間分異特征的尺度依賴性會導致研究結果存在一定的不確定性。鄉鎮是人口和經濟數據統計發布的基本單元，比縣域統計數據更能細致地反映出人口和經濟的空間異質性。因此，未來的研究應充分利用鄉鎮數據等更精細的基礎數據來提高空間化的人口經濟數據精度，同時探討不同尺度上地形起伏度與人口經濟的關系及差異規律，從而更精準地揭示地形起伏度對社會經濟的影響機制，為當地制定經濟發展政策提供依據。