基于城市空间网络研究城市群空间结构对碳排放的影响

城市群形态为何重要

随着更多人口涌入城市，城市如何相互融合形成大型城市群，会在不显眼处影响全球碳排放。本研究聚焦中国主要的“城市群”——由紧密联系的城市组成的群体——提出了一个简单却深刻的问题：这些城市的排列与连接方式，是否会让减少碳污染变得更容易或更困难？答案为在推动经济发展的同时实现气候目标的城市群规划提供了指引。

作为活跃网络的城市群

研究者不把每个城市看作地图上的孤立点，而是将城市群视为活跃的网络。人、货物和信息在其中双向流动，铁路线路上尤为明显。为此，团队利用2010年、2015年和2020年的详细客运列车时刻表，绘制了19个主要中国城市群中246个城市的实际连接图。每个城市成为一个节点，每条铁路连接被赋予基于班次频率、距离和城市规模计算的权重。通过这种网络视角，研究揭示了哪些城市真正充当枢纽，哪些处于边缘地位——这些信息超出简单的人口或经济总量所能显示的范围。

成为“中心”的两种方式

研究区分了城市群中两类中心性。“形态上的”中心性反映可见规模——区域内人口如何在城市间分布。如果一个大城市显著领先，群体更偏向单中心；若数个城市规模相近，则更偏向多中心。相比之下，“功能上的”中心性反映某城市在网络中与其他城市的连接强度。一个较小的城市若处于重要的交通或贸易交汇点，也可能在功能上处于中心地位。通过同时测量两种中心性，研究者不仅能看出哪些城市人口或规模更大，也能识别出哪些城市在区域互动中真正关键。

衡量形态、连接与排放

为探明这些格局与碳排放的关系，团队整合了多类数据。他们使用了成熟的城市级二氧化碳排放数据集，利用卫星估算填补缺口，并将这些数据与网络指标配对，如总体连接强度、局部城市群的紧密度以及连接分布的不均衡性。他们还考虑了每个城市群的总体经济规模及产业结构。通过对19个城市群随时间的面板数据建模，并用机器学习方法交叉验证，研究分析了空间结构变化与排放变化之间的对应关系。

紧凑城市群对碳排放的影响

研究结果推翻了从个别城市研究中常得出的一个普遍假设。在单一大都市区内，将就业与居住分散到多个中心可以缩短通勤距离并降低排放。但在城市群这一更大尺度上，本研究发现相反的趋势：当一个城市群更偏向单中心——即一个核心城市在人口和功能重要性上明显占优——在控制规模与产业影响后，其总体碳排放往往更低。集中性似乎有利于共享基础设施、形成更紧密的产业集聚并加速更清洁技术的传播。同时，研究发现当网络中少数连接极强而多数连接较弱——他们称之为高“网络差异性”——则排放更高，提示发展不平衡且错失区域高效协作的机会。

规划低碳城市区域的思路

对非专业读者而言，结论很直接：城市在更大区域内的排列与连接方式对气候有重要影响。研究表明，允许一个强大的核心城市作为城市群的枢纽，有助于降低碳排放，前提是小城市仍保持良好连接且不被明显落后。支持紧凑且互联良好的区域结构的政策——而非分散且不均衡的中等规模城市网络——可能更容易实现基础设施共享、提升效率并推广清洁创新。尽管作者提醒还需更多工作来彻底理清因果关系，他们的发现为在变暖世界中思考区域规划提供了新的视角。

引用: Tan, G., Zhang, X., Wang, H. et al. Investigating the impacts of urban agglomeration spatial structures on carbon emissions based on spatial networks of cities. Sci Rep 16, 10863 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44240-x

关键词: 城市群, 碳排放, 城市网络, 空间结构, 中国城镇化