关于城市空间耗散结构研究的文献综述

2011年6月总第491期第06期

经济论坛EconomicForum

Jun.2011Gen.491No.06

关于城市空间耗散结构研究的文献综述

文/李松崔大树

【摘

要】结合耗散结构理论，分析城市空间耗散结构特征和“熵”机制，并从城市空间耗散结构的集聚

核心的形成、城市空间耗散结构的形成过程和突变机制、城市空间耗散结构动态流特征等几个方面，梳理相关研究的典型文献，探索当前城市空间耗散结构研究的特点和趋势，认为城市空间结构需更加重视结合系统理论方法，未来对城市空间低“熵”结构和城市空间动态有序特征的研究可能是探索的重要方向。【关键词】城市空间；耗散结构；熵

【基金项目】本文系浙江省科技计划项目《基于产业集聚的浙江城市群空间结构优化研究》（编号：2009C25024）的阶段性研究成果。

【作者简介】李松，浙江财经学院硕士研究生，研究方向：区域经济学；崔大树，浙江财经学院经济与国际贸易学院教授，博士后，硕士生导师，研究方向：区域经济学、产业经济学。

耗散结构理论由普利高津（1969）提出，并在经济社会领域获得广泛的应用。虽然大量研究认为城市空间具有耗散结构特征，但对城市空间耗散结构的特征内容、形成机制和突变过程等问题研究不够深入。本文尝试结合耗散结构理论内容，对城市空间耗散结构相关研究成果进行梳理，以加深对城市空间耗散结构的认识，以利于运用系统科学领域工具对城市空间理论问题研究以及运用系统理论分析城市实际问题。

一、城市空间耗散结构特征的研究综述（一）城市空间耗散结构特征

耗散结构原理是自组织理论的基础。国内外研究普遍认为，城市空间是典型的耗散结构系统，主要表现在其满足耗散结构四个条件：①城市空间的开放性，使城市空间可能和外界发生物质、能量交换而远离平衡态。②城市空间具有远离平衡态。城市空间功能活动组织资源要素并提供商品和服务，推动资源、要素、商品流等在城市空间内外持续循环流动。③涨落（参量对均值的偏离）是系统形成耗散结构的源动力。城市空间内部演化和受到外部冲击形成“涨落”，例如内部功能创生和外部随机需求等。④非线性作用导致“涨落”放大为“巨涨落”，对系统突变具有决定性意义。城市空间客观存在多因素之间的非线性作用，例如外部的商品需求催生城市空间新功能，功能组织物质、要素

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并对外提供商品或服务，形成时空或功能上的有序的耗散结构。

（二）城市空间耗散结构的“熵”机制“熵”理论是耗散结构理论的核心。城市空间结构上的熵变分为两个部分，一部分是城市空间功能组织物质、能量、要素从外部输入，是一个正熵流入的过程，同时功能向外部提供商品和服务，是一个正熵流出的过程，这部分净熵变可正可负。另一部分是城市空间内部的熵变，只增不减。例如，城市功能活动产生的污染、城市道路堵塞等，均是城市空间内部的熵增表现。当前，城市研究呈现出一个重点，即城市空间从无序到有序、从低级到高级有序演变的过程，实质遵循“熵”理论，最终形成的是一个低“熵”结构。城市向低“熵”方向发展，存在两种情况，一是城市空间与外部交换得到净负熵；二是减少城市空间内部熵增率。

WilliamE.Rees（2010）分析了现代城市的脆弱性（资源短缺、水土流失、政治不稳等），认为城市形成更加复杂的耗散结构需要从外界引入更多负熵（物质和能量）或者向外界耗散出更多正熵（垃圾、废物等）。程开明（2009）认为，城市如能够得到足够的负熵流，就能够维持耗散结构，也就有扩大规模的能力，会不断地朝着进化的方向发展；相反，城市就有可能逐步萎缩，走向退化并重新回到混沌状态。陆林（2010）等分析千岛湖旅游

地的自演化过程，认为旅游地系统演化的本质是耗散结构的负熵输入过程，可通过基于外部环境和政府主导的中心控制的系统他组织与系统自组织而实现，这对城市空间将他组织和自组织耦合有重要参考意义。匡远配（2010）结合耗散结构“熵”理论分析了长株潭城市群边缘的正边缘效益和负边缘效益。上述的研究成果都重视熵变的第一种情况，没有涉及熵变的第二种情况，即对城市内部熵增的分析。

（三）城市空间耗散结构集聚核心的形成耗散结构理论认为，系统通过“涨落”达到有序，首先必须在一个有限的区域内把自己建立起来，然后再侵入整个空间，即有一个成核机制。经济学和地理学不同发展阶段也普遍认为城市空间的集聚核心可以从初始平衡态特征诞生。

斯密的分工理论认为，即使在贫穷未开化状态下，人也可以生产生活必需品和便利品。这里所谓提供必需品和便利品的功能单元便是空间上的功能初始集聚核，而贫穷未开化的状态即为城市空间平衡态的特征。从早期地理学的角度探索普遍认为，区位要素禀赋对初始集聚具有作用，认识到产业初始集聚的向心力和离心力作用，但对集聚为何产生和集聚过程的分析不彻底，更不能解释若干不具备资源优势条件的区域仍能形成优势明显的集聚体。克鲁格曼（1995）等采用托玛斯·谢林(Thomas，从新经济地理学角度，Schelling)的“分隔模型”

给出了一个从平衡态到随机扰动后的不稳定情形，再形成完全分隔后达到新的均衡的自组织演化过程。克鲁格曼还以美国地毯业兴起于偶然性为例，说明区域专业化发展具有历史的偶然性。杨小凯(2003)给出一个简化的超边际城市模型，认为城市空间的形成（相当于集聚核心）是人们为了节约交易费用以获得完全分工所带来的好处而自发演进的结果。黄泽民（2005）引入城市空间演化对偶涡流理念，认为在一个具有散乱原初经济流的区域空间内，涡流可能出现在区域空间上的任何一个区位经济增长点，在与周边的交换中自我增强，并可能形成集聚核心。

（四）城市空间耗散结构形成过程

城市空间结构形成动态有序的过程，实质是城市空间形成稳定的功能，推动资源要素在城市各空间形成稳定的联系流，这里涉及到非线性作用于涨落，形成城市空间动态有序的过程。艾伦（1981，1997）等最早结合耗散结构理论和罗杰斯蒂方程，构建以人口为变量的耗散城市空间结构自组织A-S

模型，模拟出城市形成和演化四个阶段的人口聚集和城市功能特征，认为城市是凸显局部行为的自组织结构的深刻范例。李铭、方创琳(2006)结合耗散结构理论自组织建模原理，将人口区域之间的迁移耦合作用纳入到预测模型中，模拟并预测酒泉、嘉峪关、玉门三市动态演变趋势，并分析其动因。克鲁格曼（PaulKrugman）等建立了“区域跑道模型”，对12个区位演化过程进行了模拟，认为地平面上将由轻微紊乱（涨落）而自发演化出一个或多个制造业集聚中心。杨小凯（2003）认为，专业化经济和交易成本之间构成一对两难冲突，随着交易效率的提升，城市空间上居民会从自给自足生产方式逐步过渡到半专业分工，并最终到完全分工形成稳定的相互支持关系，为了节省分工或制造业者之间交易引起的交易成本，他们必将居住在同一城市中。

从上述模型的分析过程看，A-S模型和区域跑道模型以人口移动为城市的主要特征，侧重于对假设的系统进行模拟，体现了城市空间“涨落导致有序”的一致性，但是并没有涉及到交易行为。而杨小凯的模型涉及到交易行为，从而可以将制度因素纳入分析框架，更接近现实。但是，三个模型都体现了城市空间耗散结构形成的阶段性，即城市耗散结构演化过程中存在突变点。另外，部分成果结合耗散结构理论对城市空间形态动态变化的研究，主要从城市和城市群的人口、土地利用、交通计划 …… 此处隐藏：4176字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……