在运输成本不断下降的世界中的城市

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英文标题：
《Cities in a world of diminishing transport costs》
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作者：
Tomoya Mori, Minoru Osawa
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最新提交年份：
2021
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英文摘要：
  Economic activities favor mutual geographical proximity and concentrate spatially to form cities. In a world of diminishing transport costs, however, the advantage of physical proximity is fading, and the role of cities in the economy may be declining. To provide insights into the long-run evolution of cities, we analyzed Japan\'s census data over the 1970--2015 period. We found that fewer and larger cities thrived at the national scale, suggesting an eventual mono-centric economy with a single megacity; simultaneously, each larger city flattened out at the local scale, suggesting an eventual extinction of cities. We interpret this multi-scale phenomenon as an instance of pattern formation by self-organization, which is widely studied in mathematics and biology. However, cities\' dynamics are distinct from mathematical or biological mechanisms because they are governed by economic interactions mediated by transport costs between locations. Our results call for the synthesis of knowledge in mathematics, biology, and economics to open the door for a general pattern formation theory that is applicable to socioeconomic phenomena.
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中文摘要：
经济活动有利于地理上的相互接近，并在空间上集中形成城市。然而，在运输成本不断下降的世界里，地理位置接近的优势正在减弱，城市在经济中的作用可能正在下降。为了深入了解城市的长期演变，我们分析了日本1970年至2015年期间的人口普查数据。我们发现，在全国范围内，越来越少的大城市蓬勃发展，这意味着最终形成了一个单一中心经济，只有一个特大城市；同时，每一座更大的城市都在局部范围内逐渐变平，这意味着城市最终会灭绝。我们将这种多尺度现象解释为自组织模式形成的一个实例，这在数学和生物学中得到了广泛的研究。然而，城市的动态不同于数学或生物机制，因为它们受由地点之间的运输成本介导的经济互动的控制。我们的研究结果要求综合数学、生物学和经济学方面的知识，为适用于社会经济现象的一般模式形成理论打开大门。
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分类信息：

一级分类：Economics        经济学
二级分类：General Economics        一般经济学
分类描述：General methodological, applied, and empirical contributions to economics.
对经济学的一般方法、应用和经验贡献。
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一级分类：Physics        物理学
二级分类：Pattern Formation and Solitons        图形形成与孤子
分类描述：Pattern formation, coherent structures, solitons
图案形成，相干结构，孤子
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一级分类：Quantitative Finance        数量金融学
二级分类：Economics        经济学
分类描述：q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学，包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
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PDF下载：
--> Cities_in_a_world_of_diminishing_transport_costs.pdf (1.48 MB)

2022-4-26 16:09:53 上传

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关键词：运输成本 Contribution interactions Geographical Organization

运输成本不断下降的世界中的城市京都大学经济研究所斯托莫亚·莫里亚，b，1和Minoru Osawaaa。吉田本町，佐育谷，京都，京都606-8501，日本。；日本东京千代田县Kasumigaseki Chiyoda ku经济产业省1-3-1附件11楼经济产业研究所，日本东京100-8901。这份手稿于2021年1月11日编辑完成。经济活动有利于地理上的相互接近，并在空间上集中形成城市。然而，在运输成本不断下降的世界里，地理位置接近的优势正在减弱，城市在经济中的作用可能正在下降。为了深入了解城市的长期演变，我们分析了日本1970年至2015年期间的scensus数据。我们发现，越来越少的大城市在全国范围内蓬勃发展，这意味着一个最终以单一大城市为中心的经济体；同时，每一个较大的城市都会在当地范围内发生变化，这意味着城市的最终走向。我们将这种多尺度现象解释为自组织模式形成的一种状态，这在数学和生物学中得到了广泛的研究。然而，城市的动力学不同于数学或生物机制，因为它们是由地点之间的运输成本介导的经济互动所控制的。

我们的结果要求综合数学、生物学和经济学的知识，为适用于社会经济现象的一般模式形成理论打开大门。城市规模|空间格局|空间规模|城市科学发达国家和工业化城市内的活动占全国总人口的80%，但城市产出的规模（），促进了城市的存在和全球化效应，以及与商品、人员和服务的转移相关的成本，信息一直是理解经济活动空间组织的关键因素（）。考虑到交通技术的不断进步，即使在交通成本不断下降的时代，新兴城市也可能继续繁荣，因为面对面交流是创新的核心，因此，地理位置的优势和城市在经济中的作用在不久的将来可能会减弱（5）。为了深入了解城市的命运，我们讨论了1970年至2015年间日本城市的实际情况。这一时期的日本数据对于研究交通成本对人口分布的影响具有独特而理想的特点。首先，日本在全国范围内的高速运输网络上经历了从无到有的发展，这突显了与其他发达经济体相比，运输成本在相对较短的时间内下降的可能性。新的自下而上的城市数据集，这反过来又让我们能够在不受城市边界影响的情况下详细了解城市。结果1970年的大阪（图1A）。然而，在2015年，最大的城市（图1B）。在分析期间，302个城市的面积、最高人口密度和平均人口都有所增加。同时，城市面积几乎翻了一番，人口密度峰值增加了35%（图。

2D），表明每个城市内局部分散或郊区化的明显趋势。无花果。2E–L比较1970年和1990年之间的人口密度分布，从而降低人口密度峰值。详细信息）。具体来说，它显示了比率≡ dr，2015/dr，1970，dr，trtdr>r 2015年的距离比1970年的距离大。我们观察到，DRI始终大于团结，DRR这种趋势在更大的城市更为强烈。作者贡献：T.M.和M.O.对研究的设计和实施、结果分析以及手稿的撰写都做出了同样的贡献。作者声明没有利益冲突。写信给谁。电子邮件：mori@kier.kyoto-u、 ac.jpMori等人1–4图。1.每张地图上的红色区域分别表示1970年和2015年的503个和450个城市。否则，较浅的颜色对应于每1km×1km的较大人口规模。高速铁路网络数据可从Kokudo Suuchi Joho下载获得(https://nlftp.mlit.go.jp/ksj/index.html).在研究期间在日本进行讨论。首先，越来越少的城市变得越来越大，逐渐消失。在现有的经济模型中，空间模式是通过代理人的正反馈和负反馈之间的相互作用来解释的，由地点之间的运输成本来调节。短期积极反馈），如知识交流、市场共享和生产（）；（ii）拥挤效应（即短期负反馈），如交通拥堵和反馈）（）。在一个具有这三种影响的模型中，较低的运输成本通过增加当地的正反馈（如东京和大阪）来促进长期的负反馈。同时，更好的交通可达性会导致每个城市内的郊区化，因为这会缓解拥挤效应（）。

总的来说，日本城市体系的演变与这些预测是一致的：日本城市向远处移动”（4）。因为在人口格局形成理论中，城市可以被视为高峰（点）。在我们的结果和文献中已知的事实之间存在一些类比。也就是说，反应扩散系统变大，系统中的斑点数量可能会增加（）。正反馈和负反馈效应“差异”的经济模型。组织（9）。城市规模多样性的经济原理在于产业多样性，这导致了空间搜索短期正反馈的多样性（例如，城市的大量劳动力和莫里等人。图2.D，全国总人口每年标准化为1。（e–L）1970年和2015年各密度的1km×1km单元中的人口规模分布（即人口密度）。（M） 2015年至1970年间，每个城市的人口占比与2015年全国人口占比的对数比，通过非正态最小二乘回归得出一条拟合线。（N） 2015/1970年r大城市之间的间距与2015年城市人口排名的比率。虚线表示平均随机反事实比率。下（上）点划线曲线表示随机反事实比率的1%（99%）值。四大城市（r≤4） 省略，因为它们在1970年至2015年间保持不变。消费者池）。

这一过程导致了空间分形结构（或城市等级）和幂律城市规模分布（）的同时出现；两者都在城市规模及其长期动态中得到证实，跨时间变化的组成部分在文献中相对较少，因为它们可能为城市系统和其他社会经济现象建立统一的理论。材料和方法。≈人口/公里，即总人口至少为10000人。有关数据和代码，请参见SI附录。城市之间的距离。图2N中使用的最大城市之间的距离测量是使用开源Rout计算的(http://download.geofabrik.de/).有关dr的公式和其他详细信息，请参见SI附录。数据可用性。SI附录中提供了所有数据和代码。致谢。“基于集聚的区域经济实证和政策分析框架”项目的一部分，由经济、贸易和工业研究所承担。这项研究还得到了鹿岛基金会、日本经济研究所村田科学经济理论以及日本MEXT第17H00987号和第19K15108号研究补助金的支持。这项研究的一部分是在“建筑公交总站空间经济影响评估研究”项目下进行的（主要研究者：高山由纪教授，日本MLIT道路技术。1.联合国，《2018年世界城市化展望》修订版（2018年）。2。LMA Bettencourt、J Lobo、D Helbing、Cühnert、GB West、增长、创新、规模和城市生活节奏。过程。纳特尔。阿卡德。Sci。美国上午。104, 7301–7306 (2007).3. M Fujita，JF Thisse，《集聚经济学：城市、工业区位和全球化》。（剑桥大学出版社），2002年。

F凯恩克罗斯，《距离之死：通信革命将如何改变我们的生活》。（哈佛商学院出版社，马萨诸塞州波士顿），1997年。E Glaeser，《城市的胜利：我们最伟大的发明如何让我们更富有、更聪明、更绿色、更健康、更幸福》。（企鹅图书出版社），2011年。G Duranton，D Puga，《区域和城市经济手册》中城市群经济的微观基础，JV Henderson编辑，JF Thisse。《爱思唯尔》第四卷，2063-2117页（2004年）。M Fujita，《城市经济理论：土地利用和城市规模》。（剑桥大学出版社），1989年。克鲁格曼，关于城市的数量和位置。欧元。经济部。牧师。37, 293–298 (1993).9. 赤松、森喜朗、大泽、高山，许多地区的内生集聚。arXvi:1912.05113v2（2020）。JD Murray，数学生物学II：空间模型和生物医学应用。（斯普林伯格出版社，1989年）11。Gierer的H Meinhardt通过局部自我激活和侧向抑制形成图案。《生物测试》22753-760（2000）。12。魏杰，M Winter，反应扩散系统的固定多点。J.数学。比奥。57,53–89 (2008).13. X Gabaix，YM Ioannides，《区域和城市经济手册》中城市规模分布的演变，编辑：JV Henderson，JF Thisse。《爱思唯尔》第四卷，第2341-2378页（2004年）。许文华，中心地理论与城市规模分布。经济部。J.122903–932（2012）。15。Mori，TE Smith，WT Hsu，城市和空间分形结构的共同幂律。过程。纳特尔。阿卡德。Sci。美国上午。117, 6469–6475 (2020).Mori等人。

3.城市之间的距离。城市之间的距离计算为人口最密集的机器（OSRM，http://project-osrm.org/)通过驾驶模式查看OSRM路由服务版本1的地理数据；路由的其他设置取自OSRM默认设置，如下所述：https://datadryad.org/stash/dataset/doi:10.5061/dryad.8gtht76k5.A测量最大城市之间的距离。确定t年r大城市之间的距离≡rXi∈呃，tminj∈城市的位置是人口密度最高的网格单元。drdrUr，tr从所有886个城市中随机选择的城市在1970年至2015年间至少每五年存在一次。城市数据。拉链用于复制城市人口的数据集和Python程序。csv包含四列数据。列城市包括城市指数、人口规模、人口占全国总人口的比例（1970年或2015年）。全国总人口，每年（1970年或2015年）。（iv）第（iv）项所列网格单元之间的双边距离。生成图2E-L.（c）全球浓度。py生成图2M-N。将所有程序和数据放在同一文件夹中。Mori等人。