1、第46卷第7期2023年7月ARIDLANDGEOGRAPHYVol.46No.7Jul.2023doi:10.12118/j.issn.10006060.2022.485多尺度视角下黄河流域城市信息网络空间结构演化研究苏航1,谷娇2,赵金丽1(1.山东师范大学地理与环境学院,山东 济南250358;2.太原师范学院地理科学学院,山西 晋中030619)摘要:随着互联网技术的高速发展,城市间信息联系更加紧密,空间结构不断重构。本文以2012年与2019年黄河流域内部城市之间及与外部城市相互搜索的百度指数为数据源,采用社会网络分析及空间分析等方法,探讨了本地与全国2个尺度下黄河流域城市网络的时空
2、演化格局。结果表明:(1)全国尺度下的城市点度中心性与本地尺度高度相关,但相较于本地尺度,中心性高值区愈发向东部集聚,空间非均衡性增加,西安市、青岛市核心地位更加突出。(2)全国尺度下的城市中介中心性与本地尺度不相关,且相较于本地尺度,中心性高值区由西向东转移,空间非均衡性降低,西安市中介效应优势更加突出。(3)黄河流域内部联系呈现以西安市-郑州市及青岛市-济南市为核心的相关孤立的骨干网络,域外高层级联系愈发向长三角、成渝等南方城市群集中。(4)相较于本地尺度,全国尺度下黄河流域首位联系空间组织变化不大,第二位联系大多从流域中心或省域次中心转向链接北京市,第三位联系则大多从邻近链接转向择优链接
3、域外中心城市。研究结果可为协同推进黄河流域高质量发展提供决策参考。关 键 词:黄河流域;信息流;多尺度;空间结构;演化文章编号:10006060(2023)07120611(12061216)黄河流域生态保护和高质量发展,旨在打破行政壁垒、实现资源互补、挖掘合作共赢,是破解区域发展不平衡不充分问题的重要空间载体1。而促进生产要素自由流动、优化流域空间结构和构建流域发展新格局,则是促进流域协调发展的重要手段。因此,厘清流域空间联系和空间组织结构,明确不同城市节点的功能定位和区域协同的切入点,是推进黄河流域高质量发展的重要议题。以生产要素流动为数据基础的城市关联网络研究,对于揭示城市间空间组织结构
4、具有独特优势。近年来,研究主题不断丰富,涉及信息流、人流、技术流、交通流、金融流、旅游流等2-7,尤其是伴随着信息化的发展,以微博、百度指数、通信等多元信息数据为基础的信息流研究8-10为城市网络研究提供了新的认知视角。研究尺度从单一尺度转向多尺度,一方面是从区县、地市或省等不同尺度大小揭示城市网络结构,探讨尺度差异及影响因素11-12;另一方面是从本地、区域、国家、全球等不同空间尺度视角认识城市网络结构,探讨尺度关联及互动机理13-14。研究对象不断丰富,其中对于中国的研究主要聚焦国家或城市群3-5,8-9,11-13,15-17,对于黄河流域的研究相对较少,但近2 a有所增多7,14,18
5、-20。既有研究为流域空间结构研究提供了成熟的方法借鉴,但对于黄河流域城市网络的研究大都局限于流域内部,对于流域外向联系关注不足,且少量的流域内外联动分析的研究也缺少对流域内外联系的互动研究;另外,既有研究大都是静态研究,对于流域城市网络空间结构的演变研究关注不足。鉴于此,在信息化不断扩展加深的背景下,以信息流为基础,立足本地和全国2个视角分析黄河收稿日期:2022-09-25;修订日期:2022-11-11基金项目:国家自然科学基金项目(42101163);山东省自然科学基金青年项目(ZR2020QD007)资助作者简介:苏航(1999-),女,硕士研究生,主要从事经济地理与可持续发展研究.
6、E-mail:通讯作者:赵金丽(1989-),女,博士,讲师,主要从事城市地理和金融地理研究.E-mail:7期苏航等:多尺度视角下黄河流域城市信息网络空间结构演化研究流域城市网络空间组织结构的发展演变,并探讨流域内外联系的相互关系,以期为黄河流域空间结构优化提供决策依据。1研究区概况遵循“以自然黄河流域为基础、尽可能保持地区级行政区划单元的完整性和考虑地区经济发展与黄河的直接关联性”3条原则21-22,最终将青海省、甘肃省、宁夏回族自治区、内蒙古自治区(不包括蒙东地区)、山西省、陕西省、河南省、山东省的88个地级市(州、盟)和济源市这一省直辖县级市界定为黄河流域研究区。2数据与方法2.1 数
7、据来源百度指数是以百度海量网民的搜索行为数据为基础的数据分析平台,是测度城市间信息联系的重要平台之一。鉴于百度指数数据的可获得性和稳定性,选取2012年为起始时间节点,并为避免新冠肺炎疫情的影响,选取2019年为最终时间节点,从而更好地探寻黄河流域各地市间信息联系的发展变化。首先通过数据爬虫获取2012年和2019年中国各城市间相互搜索数据,其次构建城市间信息联系矩阵,最后根据研究需要提取出流域内部与流域对外的信息联系矩阵。2.2 研究方法2.2.1 社会网络分析借助网络中心性分析,从流域本地与全国2个尺度分别计算各城市点度中心性和中介中心性,评价各城市的网络地位与权力;并对城市间联系进行层级
8、划分,探讨黄河流域城市网络空间组织结构的发展演化。(1)点度中心性。点度中心性即反映城市在网络中与其他城市交流的能力23。计算公式如下:Ci=din(n-1)(1)式中:Ci为城市i点度中心性;di为城市i与其他城市的联系量;n为网络中城市的总量。(2)中介中心性。中介中心性即反映城市在网络中沟通其他城市的中介调节能力24。计算公式如下:Bi=jnkngjk()igjk(2)式中:Bi为城市i的中介中心性;gjk为城市j与城市k之间的捷径数目;gjk()i为城市j与城市k之间存在的经过城市i的捷径数目;n为网络中城市的总量。2.2.2 变异系数变异系数(Cv)可以反映各城市中心性偏离其平均数值
9、的程度,代表网络中心性的内部差异25,计算公式如下。Cv=i=1nHIi-HI)2n-HI(3)式中:HIi为第i个城市的中心性;-HI为流域内城市中心性平均值;n为网络中城市的总量。2.2.3 空间自相关分析采用全局莫兰指数反映各城市网络中心度的空间相关关系25。全局莫兰指数取值范围在-1到1之间,小于0表示存在一定的空间负相关性;大于0表示存在一定的空间正相关性;等于0则表示在空间上随机分布。2.3.4 多中心度量方法本文聚焦黄河流域的功能多中心性,采用功能多中心性度量黄河流域城市网络的多中心结构26,即流域内中心性排名第二位到第六位的城市中心性平均值与首位城市中心性的比值。多中心度越高,
10、代表黄河流域城市网络多中心性特征越明显。计算公式如下:PF=Average()IC2-6IC1(4)式中:PF为功能多中心性;IC1为排名第一的城市中心性;Average()IC2-6为排名第二位到第六位的城市中心性的平均值。3结果与分析3.1 黄河流域城市网络关联格局时空演变特征在 ArcGIS 中采用自然断点法,将 2012 年和2019年黄河流域各城市域内联系与域外联系分别分为4级,并制作城市联系层级图(图1、图2)。3.1.1 本地联系视角下黄河流域城市网络关联格局的时空演变特征20122019年,流域内部城市信息网络密度由0.67上升至0.88,城市间联系的不平衡程度降低,网络结构不
11、断完善。其中,第一层级联系覆盖范围有所缩小,尤其是以西安市、郑州市为核心形成的“轴辐式”网络所辐射的城市数量明120746卷显减少,但以济南市、青岛市为核心的网络辐射范围扩大,但两大高层级网络始终相互孤立。第二层级联系覆盖范围较广阔,大致形成了以省会城市为核心的米字形结构,各米字形网络通过西安市这一核心节点实现间接联系,但西宁市、银川市缺乏向周边地域的辐射,兰州市和呼和浩特市也相对较弱;另外跨省域的长距离联系增多,青岛市、济南市与西安市、郑州市的联系强度增长显著,青岛市与西安市的联系强度更是跃居跨省联系强度第二位。第三层级网络复杂,呈现东密西疏的网络结构。3.1.2 对外联系视角下黄河流域城市
12、网络关联格局的时空演变特征20122019年,流域对外信息联系强度的平均值由734.54上升至3275.55,各城市间联系强度的变异系数显著降低,流域对外联系网络愈发成熟。其中,第一层级联系极少,初期主要集中在流域核心城市与北京市之间,但流域对外高层级联系向南方转移趋势突出,其中西安市与成渝、长三角、长江中游和珠三角城市群核心城市联系强度跃居第一层级,与成都市的联系强度更是跃居首位,郑州市与成都市及长三角城市群核心城市信息联系跃居第一层级,青岛市与成都市、上海市的信息联系也跃居第一层级;流域与北方城市的信息联系强度增长相对较慢,虽然北京市仍为流域首位联系城市,但其首位优势显著降低。第二层级网络
13、密度显著提高,早期主要指向京津和长三角城市群,并逐渐向珠三角、成渝城市群扩展,另外与长江中图1 黄河流域内部城市网络时空演变格局Fig.1 Spatiotemporal evolution pattern of urban network in the Yellow River Basin图2 黄河流域对外信息联系网络时空演变格局Fig.2 Spatiotemporal evolution pattern of the external information connection network in the Yellow River Basin12087期苏航等:多尺度视角下黄河流域城市信
14、息网络空间结构演化研究游城市群、辽中南及海峡西岸城市群联系强度也增长显著;域内联系节点则高度集中于青岛市及各省会城市,另外临沂市、洛阳市、南阳市等城市对外联系也相对较强。第三层级联系覆盖范围更为广阔,主要集中在流域中东部与域外各城市群核心城市之间,且受人口规模及经济发展水平等因素影响,与人口分界线西半壁的联系始终较为薄弱。3.1.3 不同空间尺度视角下黄河流域城市网络空间组织模式的比较分析城市前三位联系可以清晰的识别网络中城市间的主导关系,因此选取网络中各城市节点信息联系强度的前三位的流联系节点,揭示不同尺度下黄河流域城市网络的空间组织模式(图3)。在本地尺度,除山东省外,各城市首位联系大都指
15、向省会城市,呈现单中心主导模式,网络内部小团体特征逐渐减弱,山东省则呈双中心结构,青岛市在省域内的影响力呈增长趋势;西部省会城市首位联系大都指向西安市,其余省会城市首位联系则指向省域次中心。对于第二位联系,流域西部城市大都指向西安市,其中内蒙古自治区与西安市的联系相对较少,但紧密度有所增加,陕西省内部各市则主要指向咸阳市或宝鸡市;河南省各城市初期大都指向西安市,但随着省域内部城市信息网络的发展,逐渐转向了省域内部,形成了以南阳市和新乡市为核心的2个组团,相反山西省各城市则从省域内部逐渐转向西安市,内部小团体结构逐渐消失;山东省各城市则局限于省域内部,形成了以济南市-青岛市-潍坊市-临沂市为核心
16、的菱形结构,但与以西安市为核心的中西部组团始终相互孤立。第三位联系指向城市增多,西部城市初期主要指向兰州市、西安市等西部中心城市及邻近城市,但小团体特征不断凸显,逐渐形成了以天水市、宝图3 前三位联系视角下黄河流域城市网络空间组织模式Fig.3 Spatial organization model of urban networks in the Yellow River Basin from the perspective of top 3 connections120946卷鸡市为核心的小组团,另外初期仅个别城市指向西部以外的郑州市,但随着各地区间信息联系的发展,宁夏回族自治区各市等部分城
17、市开始指向东部的青岛市;中部城市第三位联系地理邻近性显著,初期大都局限在省域内部,仅个别城市指向西安市,但外向性有所增强,例如晋中地区部分城市开始指向青岛市;东部城市小团体特征逐渐减弱,但临沂市网络地位增长显著,形成了以其为核心的较大规模组团,另外,鲁西地区与郑州市的联系紧密度有所下降。在全国尺度,在首位联系层面,流域中西部地区以省会为核心的单中心结构依然稳固;东部各城市初期大都指向北京市,但随着省会都市圈和青岛都市圈的建设,首位联系结构与流域本地尺度越发一致。对于第二位联系,流域西部大多城市转向北京市,但关中-天水经济区的大多城市仍指向西安市,陕南等地区部分城市则转向成都市;流域中部城市也大
18、都转向了北京市,豫东地区部分城市则转向了上海市,导致以南阳市和新乡市为核心的2个组团规模减小。对于第三位联系,高度集中在流域外北京市、上海市及成都市,另外豫南的信阳市转向武汉市,导致流域内部小团体结构特征减弱。3.2 黄河流域城市网络中心性时空演化格局3.2.1 本地信息联系视角下黄河流域城市网络中心性时空演化格局(1)不同维度视角下城市网络中心性层级结构的比较分析基于黄河流域内部各城市间信息联系矩阵,运用UCINET软件分别计算2012年和2019年流域内部各城市节点的点度中心性和中介中心性(图4),并分别计算全局莫兰指数。结果表明,点度中心性始终表现出显著的空间正相关,具有明显的空间集聚特
19、征,较高值区集中在山东省、河南省,及其他各省省会都市圈。中介中心性全局莫兰指数略小于0,呈随机分布,高值区分布分散,其中部分为省会城市,表明大多省会城市的控制能力较强,尤其是兰州市、西宁市是省内各城市对外联系的桥梁,相反呼和浩特市和太原市的中介调节效应较弱;且高值区逐渐扩展至甘肃省、陕西省和青海省等西部地区,这主要是缘于西部大多城市与省外信息联系强度较小,凸显了各级中心城市的信息传递能力。对流域整体及东部、中部及西部地区不同维度中心性的变异系数进行测度,以进一步探讨黄河流域城市网络空间分异格局的发展演化(表1)。结果图4 本地信息联系视角下黄河流域城市网络中心性层级结构的时空演变Fig.4 S
20、patiotemporal evolution of urban network centrality hierarchy in the Yellow River Basin at the local scale12107期苏航等:多尺度视角下黄河流域城市信息网络空间结构演化研究表明,对于点度中心性,20122019年,流域整体变异系数略有增长,表明各城市信息联系强度的不平衡发展趋势加深,东强西弱的分布格局仍在固化。各地区的空间分异程度降低,其中西部地区空间分异程度最高,主要源于青海省、宁夏回族自治区及甘肃省大多城市对外联系较为薄弱,但得益于西部交通、信息等基础设施的建设与完善,空间分异程度呈
21、下降趋势;东、中部地区空间分异程度较小,但均呈扩大趋势,马太效应不断凸显。对于中介中心性,流域总体空间分异程度显著下降,表明对于黄河流域城市信息网络的控制不再局限于少数的省域中心城市,但分异程度仍显著大于点度中心性,表明不同城市节点的中介调节能力差异大于节点单独价值的差异。西部地区空间分异程度最大,但下降趋势也最为显著,主要得益于海西州、甘南州、阿拉善盟等城市对外联系的加强,成为省域边缘城市与核心城市联系的中介桥梁;东部地区得益于多中心的城市网络结构,空间分异程度始终最小。(2)不同维度视角下城市网络多中心结构的比较分析基于点度中心性和中介中心性分别对黄河流域内部的功能多中心性进行测度(表2)
22、。结果表明,以点度中心性衡量的多中心度呈增长趋势,逐渐形成了以西安市、郑州市、青岛市、济南市等为核心的多中心结构,一定程度上避免了过于庞大的单一中心带来的消极影响,但也表明黄河流域一直缺失龙头城市。其中,西安市凭借地处流域中心的区位优势,一直为首位城市,尤其是点入度显著高于其他中心城市,但点出度相对较低,对外辐射能力仍待加强,且相比济南市、青岛市的优势地位不断下降;郑州市凭借腹地优势和枢纽要冲的区位优势,点度中心性仅次于西安市,且点出度最高;青岛市、济南市点度中心性相对较低,主要是由于两城市与流域中、西部地区的联系相对较弱,且双核心的空间结构分散了东部地区信息资源的空间集聚,但两城市中心性增长
23、显著,尤其是青岛市凭借黄河流域对外交往桥头堡的区位优势,点出度增长最为显著,点入度也跃居第二,信息资源集聚与辐射从东部逐渐扩展到流域中西部地区。对于中介中心性,2012年,多中心度较小,西安市、兰州市中介中心性最高,其中西安市是承担着流域西部乃至整个流域信息联系的中介桥梁,而兰州市则更多是对于省域内部的信息支配;2019年,由于郑州市、西宁市、青岛市中介中心性的增加,流域功能多中心性大幅增长,城市网络核心控制节点增多。3.2.2 不同空间尺度黄河流域城市网络中心性空间格局演化的比较分析(1)不同空间尺度黄河流域城市网络中心性层级结构的比较分析运用UCINET软件分别计算2012年和2019年全
24、国尺度下黄河流域各城市节点的点度中心性和中介中心性(图5),并分别计算全局莫兰指数。结果表明,与流域本地尺度相比,全国尺度视角下,点度中心性也呈显著的空间正相关,空间分布格局也较为一致,表明各城市的信息辐射与集聚能力在2个尺度较为一致;但高值区略有减少,西安市、郑州市、青岛市和济南市的核心地位愈发凸显,中高水平区也显著减少,愈发集中在河南省与山东省,而西部地区低值区更为广阔。对于中介中心性,全国尺度上不再是随机分布,而是呈现显著的空间正相关,且高值区重心向东部转移,这主要是由于流域是一个开放的系统,处于流域地理边缘的网络节点,尤其是烟台市、威海市等东部的网络节点,凭借与流域外华北、华东、东北等
25、地区的信息联系,其中介调节效应得到加强。表1 本地尺度下2种维度中心性变异系数的发展演变Tab.1 Evolution of variation coefficients of twodimensions of network centrality at the local scale地区西部地区中部地区东部地区流域整体点度中心性变异系数2012年0.970.440.310.672019年0.870.530.430.68中介中心性变异系数2012年2.061.971.662.082019年0.891.140.730.90表2 本地尺度下黄河流域城市功能多中心性测度Tab.2 Measureme
26、nt of urban functional polycentricityin the Yellow River Basin at the local scale指标多中心度点度中心性2012年0.7072019年0.770中介中心性2012年0.6402019年0.983121146卷对流域整体及内部不同地区网络中心性的变异系数进行测度(表3),结果发现,全国尺度上,流域内部东、中、西地区空间分异的相对大小和发展趋势与流域尺度保持一致,但点度中心性空间分异程度相对较大,尤其是西部地区空间不均衡性更为显著,这主要由于本地联系薄弱的网络节点对外联系往往更处于劣势地位,深化了核心-边缘结构;中介中
27、心性空间分异程度显著偏小,一方面是由于流域东、中部的边缘区位劣势降低,另一方面是由于北京市、上海市等全国性的网络权力桥接枢纽分担了流域城市网络的中介调节作用,弱化了域内核心城市的中介效应。(2)不同空间尺度黄河流域多中心结构的比较分析分别基于全国尺度下的点度中心性和中介中心性对流域功能多中心性进行测度(表4)。结果表明,对于点度中心性,全国尺度与流域尺度的多中心度测度结果较为一致,呈现西安市、郑州市、青岛市和济南市为核心的多中心结构,但相比流域尺度,西安市首位度有所增加,与流域外地区尤其是西南、西北和华南地区信息联系密切;郑州市仍居第二位,但地位有所下降,与流域外地区尤其是东北、华北和华东地区
28、信息联系的优势性降低,与东北和华北的信息联系强度甚至低于青岛市;济南市网络地位仍最低,且与青岛市的差距更大,与流域外地区尤其是东北和华南的信息联系显著低于青岛市。对于中介中心性,2个尺度下的测度结果也较为一致,但相比流域尺度,2012年,西安市的控制注:全国尺度指黄河流域与中国各城市之间的信息联系网络。其中,点度中心性不包含黄河流域内部城市,中介中心性包含黄河流域内部城市。图5 全国尺度下黄河流域城市网络层级结构的时空演变Fig.5 Spatiotemporal evolution of urban network hierarchy in the Yellow River Basin at
29、the national scale表3 全国尺度下2种维度中心性变异系数的发展演变Tab.3 Evolution of variation coefficients of twodimensions of network centrality at the national scale地区西部地区中部地区东部地区流域整体点度中心性变异系数2012年1.040.490.350.722019年0.930.580.450.73中介中心性变异系数2012年1.330.600.460.902019年0.570.380.250.46表4 全国尺度下黄河流域城市功能多中心性测度Tab.4 Measurem
30、ent of urban functional polycentricityin the Yellow River Basin at the national scale指标多中心度度中心性2012年0.7192019年0.731中介中心性2012年0.6262019年0.96712127期苏航等:多尺度视角下黄河流域城市信息网络空间结构演化研究调节能力一枝独秀,是流域西部乃至整个流域对外交流的信息枢纽;随着城市信息网络的发展,兰州市、郑州市和青岛市的中介调节效应有所增强。(3)不同空间尺度城市网络中心性协调性分析基于2个尺度下的点度中心性与中介中心性,对城市进行排序,进行位序相关分析,并对2
31、个尺度下的位序差进行等级划分(图6),对不同空间尺度城市网络中心性的协调性进行分析。对于点度中心性,2个尺度的位序相关系数在2019 年由 0.968 上升至 0.981,呈高度正相关。其中,大部分城市2个尺度信息联系能力协调性较强,但协调发展态势不同,部分城市如西安市、郑州市、青岛市流域内外信息联系强度均较高,处于高水平协调,而固原市、张掖市等流域西部大多城市则长期处于黄河流域城市网络的边缘地带,流域内外信息联系均较为薄弱,处于低水平协调;本地联系滞后的城市主要位于黄河三角洲、陕南、豫东南、内蒙中部等流域边缘地带,凭借邻近区位优势,与流域外地区信息联系较为密切,另外泰安市、延安市等城市凭借旅
32、游资源优势,外向性也相对较强;对外联系滞后的城市,大都位于河南省、山西省等流域中部腹地,且逐渐扩展至青海省和甘肃省等西部地区。对于中介中心性,2个尺度位序相关不显著,东部城市与华东、京津等域外地区联系密切,但与流域西部大多城市联系仍较薄弱,导致东部城市多表现为本地联系滞后状态,而西部地区则多表现为对外联系滞后。4讨 论本文从本地和全国2个尺度视角对黄河流域城市网络进行了全景式的综合分析,相较于之前的单一尺度研究18,能够揭示其域外联系格局及与域内联系的互动关系。另外,相较于其他流数据,信息流所揭示的流域城市网络空间结构存在一定区别与联系,其中相较于金融流和交通流20,流域城市信息网络不均衡态势
33、高于金融网络,但低于交通网络,但三大要素高层级网络均以西安市、郑州市和济南市为核心;相较于人口流7,域内外联系格局存在相似性,流域内部高层级联系多指向省会城市,域外高层级联系多指向长三角、珠三角、京津冀等城市群核心城市。5结 论本文以信息流为基础,从本地和全国2个尺度揭示黄河流域城市网络的时空演化格局,探讨流域内外联系的相互关系,主要得出以下结论:图6 不同空间尺度黄河流域城市网络中心性位序关系Fig.6 Rank relationship of urban network centrality at different spatial scales in the Yellow River B
34、asin121346卷(1)全国尺度下的城市点度中心性与本地尺度高度相关,但相较于本地尺度,流域东部地区的边缘区位劣势降低,空间非均衡性增加,西安市、青岛市凭借与域外地区的联系优势,核心地位更加突出。(2)全国尺度下的城市中介中心性与本地尺度不相关,且相较于本地尺度,中心性高值区由西部向东部转移,空间分异程度下降,西安市中介效应优势更加突出。(3)流域内部城市联系呈现以西安市-郑州市及青岛市-济南市为核心的相关孤立的骨干网络,但跨省域的长距离强联系有所增多;域外高层级联系愈发向长三角、成渝等南方城市群集中。(4)相较于本地尺度,全国尺度下黄河流域各城市首位联系仍大都指向省域中心城市,第二位联系
35、则大多从流域中心或省域次中心转向北京市等全国中心城市,第三位联系邻近链接态势被打破,大多转向上海市、成都市等域外中心城市。黄河流域多中心结构发育,但西安市-郑州市与青岛市-济南市两大核心组团联系不紧密,尤其是郑州市-济南市两城市间地理邻近优势亟待发挥,未来应强化流域东部与中西部的联系,进一步提高西安市、青岛市在域内外的信息汇聚与辐射能力。另外,黄河流域城市网络生长呈现邻近、择优链接态势,且择优链接到域外中心城市的倾向明显,一方面要强化省域次中心建设,尤其是西部省域面积广阔,亟需整合培育省域内小组团,培育次区域网络中心节点;另一方面应打破流域内行政藩篱,同时重视与域外的交流合作,有效利用域内外资
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