从生活结构的视角衡量全球城市复杂性

正如城市批评家雅各布斯所构想的那样，城市本质上是组织化复杂性的问题。这种复杂性的背后指的是一种结构因素，称为生活结构（living structure），其定义为由层次化子结构组成的数学结构。通过这些子结构，可以通过城市数量（或子结构数量）S与其缩放层级H的乘积来衡量城市的复杂性，即等价于城市空间的生活性（L），这表明复杂性既涉及城市数量，也涉及城市在层次结构中的组织程度。换句话说，复杂性源于一种层次结构，其中在所有尺度上都有远多于大型城市或子结构的小型城市或子结构，而在每个单独的层次中，城市大致相似。在本文中，我们进行了全面的案例研究，通过多源地理空间数据研究全球城市的复杂性。我们发展了一种高效的方法，通过连通分量分析递归识别世界上所有自然城市及其内部热点。为了刻画城市复杂性，首先将城市空间表示为递归定义的自然城市的层次结构，然后将所有城市表示为网络，以衡量城市空间的复杂性或生活性。结果表明，地球表面的经济复杂度正在增长，而城市复杂性的动态从夜间灯光图像的表现比人口数据更为明显。我们进一步讨论了在城市科学中的意义，旨在通过生活结构的视角帮助创建和重塑更具韧性和可居住性的城市环境。