《Sustainability》：Study on the Trade-Off and Synergy Between Urban Polycentric Structure and Ecological Environment Quality in the Yangtze River Delta Region, China
Yunjin Zhao,
Hong Li and
Ziyan Zhang
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本研究旨在探讨城市多中心结构（Urban Polycentric Structure, UPS）与生态环境质量（Ecological Environment Quality, EEQ）之间的动态互馈关系及其对城市可持续发展路径与成效的深远影响。研究人员基于长三
本研究旨在探讨城市多中心结构（Urban Polycentric Structure, UPS）与生态环境质量（Ecological Environment Quality, EEQ）之间的动态互馈关系及其对城市可持续发展路径与成效的深远影响。研究人员基于长三角地区289个县级行政单元2008—2023年的夜间灯光遥感数据与经济总量统计数据，识别了该区域的城市多中心结构格局，并测算了41个地级及以上城市的多中心度指数（Polycentricity Index）。同时，本研究构建了涵盖建设水平、治理水平、质量水平和资源利用水平的生态环境质量综合评价指标体系，运用熵权TOPSIS法（Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution）进行量化评估，进而分析了两系统的时空演化特征及其影响因素，并深入探究了城市多中心结构与生态环境质量之间的权衡与协同关系。主要研究发现如下：（1）基于夜间灯光的城市结构指数与经济总量指数均呈现出以上海为核心的圈层式递减空间格局；（2）"夜间灯光—经济总量"复合多中心度指数具有显著的"点—核"空间分布特征，并随时间推移呈现逐步向外扩散态势；（3）生态环境质量实现了整体水平的显著提升，且空间上呈现"东南优、西北劣"的分化格局；（4）Pearson相关分析证实城市多中心结构与生态环境质量之间存在显著正相关关系，二者关系可细分为强权衡、弱权衡、弱协同和强协同四种类型。本研究为城市未来发展规划与生态保护实践提供了坚实的理论支撑和科学决策指导。
本研究发表于《Sustainability》期刊，聚焦长三角地区城市多中心结构与生态环境质量的交互关系，具有重要的学术价值与现实意义。
从研究背景来看，中国"十四五"规划及2035年远景目标纲要明确提出发展多中心、多层级、多节点的网络型城市群，标志着多中心空间结构将成为中国城市群发展的未来方向。城市多中心结构的形成往往是城市从单中心模式向高级阶段演进的产物，而在此过程中积累的城市问题与生态困境密切相关。长三角地区经过数十年的快速城镇化和集约式发展，面临着严峻且复杂的生态压力：重工业排放、农业面源污染、城市废弃物堆积导致严重水污染；生物多样性丧失、湿地萎缩、土壤侵蚀等生态退化问题突出；同时，该地区受气候变化影响显著，海平面上升、洪涝灾害等风险持续威胁区域生态安全。尽管中国已实施禁渔令、限制化工企业等积极干预措施，部分鱼类自2021年禁渔后呈现恢复迹象，但城镇化对自然栖息地和湿地的破坏尚未得到根本遏制，社会经济发展与生态可持续性之间的固矛盾仍未解决。在此背景下，统筹城镇化推进与生态环境保护的实践困境已成为重要任务和紧迫挑战。
现有研究在城市多中心结构测度方面已取得一定进展，但仍存在研究框架缺乏系统整合、大多采用单一维度或方法难以全面表征多中心结构复杂性、测度方法有限且过度依赖单一数据源等局限。在生态环境质量研究方面，同样存在研究领域缺乏系统整合、多源数据融合不足等问题。此外，既有研究多从热环境、碳排放、土地利用等单一环境视角分析城市多中心结构的生态效应，缺乏对二者整体关系及内在机制的系统性解释。为弥补上述不足，本研究选取2008—2023年长三角地区41个地级及以上城市为研究对象，构建了夜间灯光数据（以赫芬达尔—赫希曼指数即Herfindahl-Hirschman Index, HHI测度）与经济总量（面板数据）相结合的数据库，采用熵权TOPSIS法表征城市多中心结构水平；同时构建"建设水平—治理水平—质量水平—资源利用水平"四维框架测度生态环境质量水平。在此基础上，可视化分析了城市多中心结构与生态环境质量的时空演化特征及其各自影响因素的地理探测器分析，为后续的关联性及权衡协同分析奠定基础。研究人员首先采用Spearman相关分析验证两系统的相关性，继而运用双变量全局自相关方法进行验证，通过Pearson相关系数分析二者的权衡关系，并构建权衡协同指数公式精准测度两系统权衡协同的具体强度与特征，最终采用自然断点法将研究结果划分为四类，清晰反映两系统的最终权衡协同状态。
本研究采用的关键技术方法主要包括：第一，赫芬达尔—赫希曼指数（HHI），该指数最初用于测度产业集中度，后被引入城市经济学分析城市空间结构演化，能够有效捕捉城市空间配置中的分布模式与发展趋势；第二，熵权TOPSIS法，这是一种客观科学的多准则评价方法，通过计算指标离散程度消除主观偏误，提升评估结果的准确性与合理性；第三，地理探测器（Geodetector），包括因子探测器和交互探测器两个模块，用于揭示地理要素的空间分异特征与驱动力量，通过计算q统计量量化各因子的影响强度，并判断核心驱动因子之间的交互作用类型与方向；第四，Pearson相关系数与权衡协同指数（Trade-Off and Synergy Index, TS），前者用于定量揭示城市多中心结构与生态环境质量的交互关系及效应强度，后者通过差分法计算以探索二者关系的空间异质性。
研究结果显示，在城市多中心结构时空演化特征方面：夜间灯光指数的城市结构指数呈现显著的时空异质性，以上海为核心的"核心—外围"同心递减格局明显，2008年上海、苏州、无锡、南京等城市夜间灯光高度集中，至2023年多中心结构持续内部优化；经济总量指数的空间分布与夜间灯光指数高度相似，但多中心结构更为集中、空间覆盖范围更窄；基于"夜间灯光—经济总量"的复合多中心度指数具有显著的"点—核"空间分布特征，2008—2023年间呈现以上海为核心向外辐射的同心圆扩散模式，合肥、杭州等城市多中心水平显著提升，2018—2023年南通、无锡等城市多中心结构数量增加、特征增强，呈现从宏观空间扩散向局部微观优化的转变。影响因素分析表明，人均GDP、人均消费水平、第三产业比重、人均教育投入对城市多中心结构影响显著，q值在2008—2023年间始终高于0.300；因子交互探测显示双因子交互作用始终大于单因子独立效应，q值持续高于0.500。
在生态环境质量时空演化特征方面：2008—2023年长三角生态环境质量整体显著提升，空间呈现"东南优于西北"的格局。2008年仅5个城市指数分布高于0.186，至2023年增至25个城市，指数分布区间优化收缩。影响因素分析表明，人均GDP、第二产业比重、第三产业比重对生态环境质量影响较强，其中第二产业比重的解释力呈显著持续弱化趋势，反映绿色产业转型的阶段性成效；双因子交互作用对生态环境质量的影响呈现"先弱后强、后期略降"的演化规律，2023年就业结构分别与城市人口密度、人均教育投入因子的交互显著性呈下降趋势。
在城市多中心结构与生态环境质量的权衡协同关系方面：Pearson相关分析显示2008、2013、2018、2023年两系统相关系数均值为0.415，呈显著正相关，整体呈"先升后略降"趋势。基于自然断点法的四类划分显示：2008—2013年26个城市呈协同关系（以弱协同为主），集中于长三角西北部，东南部则以权衡关系为主；2013—2018年协同城市略降至19个，苏州呈强权衡关系；2018—2023年协同城市回升至28个，北部和南部边缘区及芜湖、黄山、马鞍山呈弱权衡。这一演变趋势与长三角一体化发展战略的实施高度契合。
在讨论部分，研究人员从扩散效应、源汇景观、生态韧性、多中心阶段演化理论等视角系统解释了权衡协同关系的时空演化。有序、紧凑、协同的多中心结构可通过分散集聚压力、优化空间配置产生生态协同效应；而无序、蔓延、单一功能的多中心结构则会加剧环境压力、形成权衡关系。长三角城市多中心结构与生态环境质量演化均呈现"东南—西北"空间格局，空间相邻区域已出现协同发展效应。
研究结论部分指出：（1）夜间灯光与经济总量结构指数均呈以上海为核心向外圈层递减格局，但空间扩散特征存在显著差异，揭示了长三角空间扩张与经济集聚的异步性；（2）复合多中心度指数呈显著"点—核"分布且持续向外扩展，核心驱动因子为人均GDP、人均消费水平、第三产业比重和人均教育投入，驱动机制已从单因子主导转向多因子协同；（3）生态环境质量整体显著提升，关键影响因素为人均GDP、第二产业比重和第三产业比重，第二产业比重的解释力显著下降，生态治理协同效应逐步显现；（4）两系统呈显著正相关，关系类型包括强权衡、弱权衡、弱协同、强协同四类，协同区域数量呈"先减后增"趋势，主导空间格局从"西北协同、东南权衡"转向"东南协同、西北权衡"，揭示了多中心结构优化与生态环境治理协同推进的内在逻辑。
