地理限制对城市形态和可达性的双重影响：来自288个中国城市的经验教训

《Sustainable Cities and Society》：Geographical constraints and the dual impacts on urban form and accessibility: lessons from 288 Chinese cities

地理屏障对中国城市形态及功能的影响研究，通过构建非凸性指数量化地形破碎化，分析发现高破碎化导致城市形态松散化、职住分离加剧，但促进本地化服务可达性，为复杂地形城市可持续发展提供规划依据。

　　

王卢瑶|宋安健|张志远

中山大学地理空间工程与科学学院，珠海519082，中国

摘要

地理障碍是城市发展的根本性限制因素，然而它们对城市形态和功能的影响尚未得到系统的关注。本研究是首批明确探讨自然破碎化如何塑造中国城市空间结构和可达性的研究之一。我们利用来自288个不同地形地区的地级城市的数据，构建了一个“非凸性”指数来衡量地理破碎化程度。该指数衡量了直接通行路径被地形特征阻碍的比例，量化了自然障碍对城市空间布局的扭曲程度。我们将这一指标与高分辨率建成区地图和兴趣点（POI）数据相结合，评估城市发展的两个维度。城市形态通过紧凑性、不规则性和破碎化指标进行评估，而城市功能则通过居民到六种设施的平均距离来衡量。研究结果表明，较高的“非凸性”会导致城市形态更加分散和不规则。此外，地理障碍对可达性具有不对称的影响：非凸性增加了居民与办公场所之间的距离（β = 0.712），加剧了工作与居住的分离，同时减少了到日常服务设施的距离。代表性城市的微观层面的聚类现象也证实了这一模式。破碎化的地理环境虽然会导致通勤时间延长，但也促进了服务丰富的局部社区的形成。本研究加深了对地理与城市之间关系的理解，并为空间规划提供了政策层面的启示。对于位于复杂地形中的城市而言，平衡长距离连通性与社区层面的可达性对于实现更加包容和可持续的城市发展至关重要。

引言

近年来，全球城市化的快速发展深刻改变了世界各地城市的空间结构和功能配置（Nijkamp & Kourtit, 2013）。受复杂自然地理条件的影响，中国城市在空间分布和发展轨迹上存在显著的区域差异。全国地形高度异质，约69%为山地和丘陵地带，19%为平原，还有长达32,000公里的海岸线（Zhang et al., 2024）。这种复杂的地理环境不仅定义了各个城市的自然禀赋，还持续影响着城市的发展（Dr?es & Rietveld, 2015; Gallagher et al., 2019; Kashem et al., 2014; Z. Zhao et al., 2024）。现有的城市研究主要集中在人为因素上，如政策干预（Pradhan et al., 2025）、经济驱动因素（Qi et al., 2025）和规划策略（Baffoe, 2023; Jamali et al., 2025; Liu et al., 2022），而对结构性自然约束（如地理障碍和物理特征）在城市空间演变过程中的影响关注较少。

现有研究通常通过经济力量、政策干预和社会动态的结合来解释城市形态和可达性的变化（Qureshi, 2024; K. Wang et al., 2025）。在经济层面，人口规模、城市规模和收入水平从根本上决定了城市的空间组织。人口较多、建成区面积较大的城市往往呈现出更加分散和复杂的城市形态（Ramírez-Aguilar & Lucas Souza, 2019）。相反，较高的人均收入通常与更强的集聚效应和更大的基础设施投资相关（Sun et al., 2022; Xing et al., 2024）。这些形态特征又通过决定居住区、就业中心和城市服务之间的空间距离来影响可达性。交通和土地开发制度也被广泛认为是城市空间结构的关键驱动因素。以汽车为导向的发展历史上促进了沿交通走廊的低密度扩张，导致城市形态变得碎片化和蔓延，如美国底特律和洛杉矶（Antrop, 2004; Pucher, 1995）。相比之下，基于铁路的交通投资则倾向于支持更密集、以走廊为导向或多中心的城市结构（An et al., 2021; Lu et al., 2025; Wang et al., 2020）。土地供应模式的变化也影响了城市空间格局（Cengiz et al., 2022; Ratner & Goetz, 2013）：中国早期土地供应的放开促进了大规模的连续开发（Zhu, 2004），而日本则依靠内城再开发保持了高密度的建成区（Su et al., 2022）。地形特征（如海拔差异）也会直接增加出行成本，阻碍空间连通性，进一步加剧地区间的可达性差异（Song et al., 2024; Ta et al., 2017）。

近年来，地理障碍在全球和地区层面的城市研究中受到了越来越多的关注。地形起伏、水体和海岸线配置等自然特征常常打乱了规则的同心扩张模式，导致城市形成多中心和聚集的空间形态（Wang et al., 2024）。例如，重庆的山地地形造就了其多核的空间结构（Cheng et al., 2021），而长江和汉江将武汉划分为几个相对独立的城市区域（He et al., 2024）。在全球范围内，Wang等人（2024）为超过30,000个城市开发了指标（如障碍比例和非凸性）。他们发现，更加破碎化的城市往往更加密集，但交通连通性和可达性较低。除了这些全球性研究外，越来越多的国家级研究开始探讨地理障碍对特定城市结果（如PM2.5浓度和绿地可达性）的影响（Song et al., 2026; L. Wang et al., 2025）。另一项关于印度城市的研究也表明，不利的地理条件与不规则的城市形态和扭曲的城市形状密切相关（Harari, 2020）。

尽管对城市形态和可达性的关注日益增加，现有文献中仍存在两个根本性空白。首先，大多数研究在解释城市空间组织时仍然优先考虑人为因素（如经济发展、规划政策和社会动态），而地理障碍很少被视为结构性和长期的自然约束。其次，尽管最近的全球性研究表明地理障碍与更长的出行距离和更高的密度有关，但其更广泛的形态学影响尚未得到充分探索。特别是，很少有研究探讨破碎化如何重塑城市形态的多个维度。此外，现有全球证据对于这些形态学效应如何转化为功能结果（尤其是对不同类型城市活动的可达性）的洞察有限。

为了解决这些空白，本研究调查了中国大陆的288个地级城市，并开发了一套地理障碍指标系统（包括障碍比例和非凸性），系统地探讨地理障碍如何塑造城市形态和设施可达性。通过整合建成区数据和多类别的兴趣点信息，我们量化了城市形态的关键维度（如紧凑性、破碎性和不规则性），并评估了就业、商业、教育和娱乐等主要城市功能的可达性。然后，我们使用计量经济回归模型系统地识别地理障碍对城市形态和设施可达性的影响。

本研究在两个方面为文献做出了贡献。首先，它提供了地理障碍如何塑造城市形态的系统性定量评估，这一结构决定因素在以往的研究中大多被忽视。通过明确将自然破碎化与城市形态的多个维度联系起来，该研究有助于澄清城市形态的地理起源。其次，在对城市形态分析的基础上，该研究进一步探讨了地理障碍如何影响关键城市功能，如对主要城市活动的可达性。这种基于形态的视角有助于我们理解自然地理如何影响城市功能，并为受地理限制的城市提供更有针对性的规划和政策干预的基础。

研究区域

本研究调查了中国大陆的288个地级城市，如图1所示。研究区域的空间分布涵盖了广泛的地理和地形背景，但由于数据缺失或不充分，香港、澳门、台湾以及一些人口稀少的西部城市被排除在外（以白色显示）。地图还标出了关键的自然障碍：坡度大于15度的陡峭斜坡（用黄色标记）。

实验框架

本研究的方法论框架包括四个步骤，如图2所示。（1）城市形态的测量：我们使用高分辨率建成区数据来测量城市形态特征。我们推导出多种基于形状的指标（如紧凑性、不规则性、斑块密度和斑块数量），以反映每个城市的空间配置和破碎化程度。（2）城市可达性的评估：我们通过计算……

可达性和城市形态指标的空间分布

图4展示了中国288个地级城市的设施可达性和形态指标的空间分布。总体而言，可达性指标存在明显的区域差异。（a）交通站的平均距离在中国西部和东北部部分地区较高，而东部沿海和中部平原地区的城市可达性较好。（b）北部某些地区的教育设施距离相对较远。

讨论

本研究提供了新的实证证据，说明地理障碍如何在中国背景下塑造城市形态和功能可达性。超越了通常只关注单一尺度或结果维度的现有分析框架，本研究考察了地理破碎化对城市形态和设施可达性的联合影响。通过这种方式，它扩展了将地理、城市形态和……联系起来的新兴研究框架。

结论

随着城市寻求更加可持续和公平的发展，理解自然地理如何塑造城市空间发展变得越来越重要。虽然以往的研究强调了政策、经济和社会驱动因素，但地理障碍的结构作用往往被忽视。利用288个地级城市的数据，我们应用了一个多尺度的非凸性指数来衡量自然破碎化的程度。通过整合高分辨率建成区数据……

CRediT作者贡献声明

王卢瑶：撰写初稿、调查、资金获取、正式分析。宋安健：资源获取、项目管理、正式分析。张志远：可视化、验证、监督、方法论。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金的支持，资助编号为42301493。