城市起源于人口的集聚，城市群形成于城市的協調共生。人口集聚形成城市的微觀動機與宏觀行為是什么？城市集聚為城市群的邊界與機制又是怎樣的？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體系。

一、人口為什么會集聚形成城市？微觀動機與宏觀行為

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，美國著名的經濟學家，博弈學領域的大師，同時也是2005年諾貝爾經濟學獎獲得者的托馬斯·謝林（Thomas C. Schelling）在研究種族隔離現象時提出了著名的“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，經過一定時間的動態演化之后，他發現，相同種族的人群在空間上會集聚在一起，不同種族的人群在空間上會形成隔離。在這種想法驅動下，2009年，幾位法國物理學者做了一個物理學模擬，假設人口都是分散居住的，這時候發生兩種情景：一種人口移動的目的是取得整個群體的整體福利最優，一種人口移動的目的是每個人自身福利的最優，當然，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的人口最終還是會很分散；第二種，為了自身利益最大化而移動的人口最終會在空間上形成集聚。這雖然只是一個模仿人行為的計算機模擬過程（經濟學中稱之為“基于代理人的模型”），但也從側面揭示了城市形成的一個微觀動機，即個人為了利益最大化的遷移行為最終會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解釋。

圖1  兩種不同目的移動后形成的人口分散與集聚。圖片來源：2009年《美國科學院學報》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，長期以來，我們對城市的理解受行政邊界的影響巨大，以至于當一個人居住在新澤西，而在紐約上班被定義為跨城通勤，當上海的地鐵11號線設立了花橋站，被認為對城市一體化發展具有里程碑式的意義。正因如此，目前以行政區劃定義的城市還是城市經濟研究中最普遍采用的方式。

但是，當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，我們就會發現，從城市到城市群，既可能是城市多中心的延伸，也可能是另一個人口集聚的中心。不同國家或區域對于城市群的理解和定義也各不相同，比如，美國有大都市統計區（Metropolitan Statistical Areas, MSAs），歐洲有功能性城市區域（Functional Urban Regions，FURs）和較大城市區域（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，同時考慮通勤距離。

圖2是由橡樹嶺國家實驗室開發的全球人口動態統計分析數據庫LandScan項目，從中可以看到，全球每1平方公里范圍內的人口密度。從圖中可以明顯看出全球人口在不同區域的集中程度，比如，中國的東部沿海地區、印度與中東沿喜馬拉雅帶、中非地區人口密度帶、歐洲西北部地區、美國東北地區、美國西部沿海地區。這些都是誕生城市群的地方，實際結果也表明，這些區域集中了全球的大部分城市群。

圖2  2022年全球人口的集聚，顏色越深的區域人口密度越高。數據來源：橡樹嶺國家實驗室的LandScan項目

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，圍繞一個人口密度高點（中心城市），不斷在周邊吸收其他人口密度的次高點（衛星城），直到人口密度達到一個閾值為止。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計區的劃分很相近。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-澤西城的都市統計區人口約2000萬很接近。事實上，通過城市聚類算法來劃分城市和城市群，在實際中已被廣泛應用了。比如，世界知識產權組織（WIPO）每年都會發布其旗艦報告《全球創新指數》，該指數不僅衡量國家的創新能力，同時也通過一種基于密度的聚類算法（DBSCAN）評選出全球創新能力較強的城市群（即創新集群）。

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

三、人口集聚形成的城市等級體系

在人口集聚與流動形成的城市群的過程中，城市群逐步取代獨立的城市，成為國家參與全球競爭的重要區域。城市與城市群的空間以及功能的組織形式構成了城市的等級體系。最典型的城市等級體系就是“一主多副”的形式，一個主中心城市與多個副中心城市形成一個城市群，中心城市承擔管理、控制和領導等綜合性職能，服務范圍更廣闊，而副中心城市承擔生產、服務等具體職能，服務范圍略有縮小。同時，在副中心城市周圍通常也圍繞一些更小等級的城鎮，發揮一些更加具體的產業功能和服務功能。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，對全球生產經營的決策起到管理職能。是全球金融與貿易中心，控制全球資本和商品的流動方向與路徑。副中心城市包括波士頓（科教功能）、費城（文化功能）、巴爾的摩（航運功能）和華盛頓特區（政治功能），這些共同構成了紐約城市群的等級體系與分工職能。

當然，隨著交通方式和通訊方式的改變，更多形態的城市等級體系出現了。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。無論形態如何變化，城市等級體系所代表的城市秩序與功能是城市群發展功能的基礎，也是城市之間相互協調和共生的關鍵。

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“解釋城市”專欄由上海發展戰略研究所戴躍華博士主持，關注城市科學發展的前沿趨勢，解釋城市科學以及城市中人類行為動力學的一般特征和規律，探究利用前沿城市科學理論優化城市治理的路徑和方法。