Nature：人类流动网络揭示了大城市中日益加剧的隔离现象
期刊：NATURE
中文题目：人类流动网络揭示了大城市中日益加剧的隔离现象
英文题目：Human Mobility Networks Reveal Increased Segregation in Large Cities
作者：Hamed Nilforoshan, Wenli Looi,Emma Pierson,Blanca Villanueva, Nic Fishman,Yiling Chen,John Sholar,Beth Redbird, David Grusky,Jure Leskoveca
发表日期：2023年10月27日
摘要
长期以来，人们普遍预期，大型、人口密集且国际化程度高的地区能够促进不同社会经济背景个体之间的混合与接触。然而，由于以往衡量社会经济混合程度的方法依赖于静态的住宅数据，而非人们在工作场所、休闲场所及居住社区中的真实接触情况，这一假设难以得到验证。本文开发了一种衡量接触隔离的方法，用以捕捉这些日常互动中的社会经济多样性。利用手机移动数据，再现了美国960万人在16亿次真实接触中的情景，并在382个大都市统计区（MSA）和2829个县中测量了接触隔离情况。发现在十大MSA中，接触隔离比人口少于10万的小型MSA高出67%。这意味着，与预期相反，大型国际化地区的居民接触到的社会经济多样性个体范围更小。其次，大城市中社会经济隔离的加剧源于其提供了更多针对特定社会经济群体的差异化空间选择。第三，当城市的中心（如购物中心）被定位为连接不同社区的桥梁，从而吸引各种社会经济地位的人群时，这种隔离加剧的效应会被抵消。本研究结果挑战了人文地理学中一个长期存在的假设，并强调了城市设计如何既能阻碍又能促进不同个体之间的接触。
研究背景
美国经济隔离程度非常高，收入影响着一个人的居住地、婚姻对象以及他们会遇到并结交的朋友。这种极端的隔离带来了高昂的代价，使得经济流动性降低，导致了广泛的健康问题，并加剧了政治两极分化。尽管有各种旨在减少经济隔离的改革措施（如补贴住房），但长期以来，人们认为不断推进的城镇化及其引发的偶然混合是减少隔离的最有力动态之一。这种“国际化混合假设”预期，在大城市中，人口多样性的增加、空间的限制以及便捷的公共交通将使不同背景的个体在物理空间上更加接近，从而减少日常社会经济隔离。尽管“国际化混合假设”假设看似合理，但大城市也为自我隔离提供了新的机会，因为它们的规模足够大，使人们能够寻找并找到与自己相似的人。关于“城镇化”与“社会经济混合”之间关系的对立假设尚未得到验证，因为测量现实世界中个体之间的路径交汇和接触一直是个难题。只有通过分析手机地理定位数据到设备层面，这种接触的测量才成为可能。尽管手机数据已被用于多种研究目的，但由于难以确定个体的社会经济地位（SES）、判断两人接触发生的时机以及收集足够的数据来比较不同城市或县，全国范围内的社会经济混合与城镇化研究尚未开展。
在此，本文检验了国际化混合假设及其背后的动态。为了评估这一假设并理解城镇化与隔离之间的关系，使用了手机移动数据，以去识别化的GPS定位信号形式呈现。通过这些数据，捕捉了个体之间基于地理位置的接触，这些个体可能具有相似或不同的社会经济地位。这表示为城市和县级的隔离指标，反映人们去往何处、何时前往以及途中与谁相遇。首先通过识别一个人的居住位置及其月租金价值来确定其社会经济地位。接着，构建了一个动态网络，捕捉每个人在日常生活中与他人的接触。该动态网络包含15亿条边（代表物理空间中的接触）和956万个节点（代表个体，即手机），覆盖美国382个大都市统计区（MSA）和2829个县。每一条带有时间戳的边表示两个个体在路径上相遇并接触。分析了美国每个地理区域（MSA和县）内，不同经济地位的个体相互接触的程度。该接触隔离指标扩展了传统的静态隔离测量方法，捕捉了人与人之间在空间和时间上局部化的接触多样性。
研究结果
结果1：大城市的极端隔离。与国际化混合假设相反，大都市MSA的接触隔离更高。MSA人口与MSA隔离之间的斯皮尔曼相关系数为 0.62（P < 10-4），人口最多的十大MSA比人口少于10万的小型MSA隔离程度高67%（P < 10-4，95%置信区间= 49-87%）。这一结果具有稳健性。通过用密度而非人口规模重新计算相关性验证该论点（斯皮尔曼相关系数=0.45，P < 10-4），通过控制潜在混杂因素、改变分析的粒度以及测试接触隔离的多种规格进行验证。所有结果表明，更大、更密集的城市隔离程度更高，这与假设这些城市通过吸引多样化个体，并以使他们相互接触促进社会经济混合的观点相悖。本文结果证实相反的假设：大城市允许居民寻找与自己更相似的人。促成这一发现的关键进步是对时间和空间的细粒度接近现实。
图1接触隔离揭示不同社会经济背景人群的接触可能性及大都市区隔离加剧
a, 对960万个体（手机用户），通过夜间位置推断家庭地址及SES（租金或等值租金），并通过路径交叉事件（同时同地）识别接触对。
b, 全国范围的16亿次接触网络覆盖2829个县和382个MSA，与传统社区分类指数（假设仅接触家庭普查区居民）形成对比，示例展示旧金山50人社区的跨区接触。
c, 接触隔离定义为个体SES与其接触者平均SES的相关性（0为无隔离，1为完全隔离），以旧金山和纳帕为例，前者隔离度高2.2倍（P < 10-4，95% CI = 1.6-2.8×）。
d, 大型MSA隔离更高，人口与隔离呈正相关（Spearman相关系数 = 0.62，P < 10-4），十大MSA比人口少于10万的小型MSA隔离高67%（P < 10-4，95% CI = 49-87%）。
e, 美国2829个县的接触隔离差异显著，与人口规模和密度正相关。
结果2：动态测量接触隔离。对传统的静态隔离测量本文的动态测量进行比较。所有MSA的接触隔离中位数比相应的传统静态估计值低38%（P < 10-4，95% CI = 37-41%）。通过将测量分解为涉及两个、一个或两个都不是在家庭普查区内的接触部分来解释。接触隔离较低是因为当人们离开家庭普查区时，他们会经历更多的多样性。例如，当两个人都离开家庭普查区时，接触隔离比两个都在家庭普查区内时低50%（P < 10-4，95% CI =48-53%）。在自己的社区内，人们与社会经济最相似的邻居相遇，但这对整体接触隔离影响不大，因为只有2.4%的接触（95% CI = 2.4-2.4%）发生在两个人都处于家庭普查区内。不仅总体接触隔离在大城市中较高，而且其每个组成部分在大城市中也较高。
通过联系强度和不同兴趣点量化接触隔离的变化。联系越强的关系隔离程度越高。POI级别的隔离变化很大。POI类别（例如餐厅）中包含的差异化POI服务于较小且社会经济上同质的社区的程度来解释POI级别隔离的变化。用最近POI的平均旅行距离和POI总数来表示POI类别的差异化程度（斯皮尔曼相关系数=-0.75，P < 0.001（旅行距离）；斯皮尔曼相关系数=0.69，P < 0.01（POI 数量））。例如，在中位数MSA中，宗教组织所需的旅行距离比体育场少92%（P < 10-4，95% CI = 92-93%），数量是体育场的16倍（P < 10-4，95% CI = 8-18 倍）。因此，宗教组织能够针对更窄的社会经济社区，因此比体育场隔离程度高75%（P < 10-4，95% CI = 58-87%）。在少数情况下，一个POI类别即使只有少量POI，也可能表现出显著的隔离（例如高尔夫球场），这是由于其他因素（如公共与私人区分）导致的经济差异。
图2 接触隔离动态揭示空间社会经济差异导致大城市隔离加剧
a, 接触隔离比社区分类指数低 38%（P < 10-4，95% CI = 37-41%），分解显示区内接触（同质效应）隔离最高，区外接触（访客效应）降低隔离，因区内接触仅占 2.4%。
b, 隔离随联系强度增加，5 次以上接触的隔离中值为 0.57。
c, 隔离因地点类型而异，高尔夫球场隔离最高（中值 0.42），表演艺术中心和体育场最低（中值 0.16–0.17）。
d, 大型 MSA 居民 10 公里内餐厅数量更多，促进自我隔离。
e, 大型 MSA 餐厅访客 SES 变异系数高 63%（P < 10-4，95% CI = 37-100%），反映更大社会经济差异。
f, 大型 MSA 餐厅内接触隔离更高，此关系在城市中心和社区尺度上同样显著。
结果3：大城市中的空间差异化。为了理解为什么大都市区支持隔离，本文以休闲POI内的隔离为例。全服务餐厅提供了一个说明性的例子（图2d-f），展示了在其他休闲场所和其他分析尺度中广泛存在的隔离诱导动态。较大的MSA为其居民提供了更多的休闲选择：十大MSA的平均居民在其家10公里范围内拥有的餐厅数量是小型MSA（定义为人口少于 10万的MSA）平均居民的22倍（P < 10-4，95% CI=11-39倍）。这些选择在社会经济上差异化更明显。当餐厅的SES定义为访问该餐厅并与他人相遇的所有人的中位SES时，十大MSA中“餐厅SES”的变异系数比小型MSA高63%（P<10，95%CI=37-100%；图2e）。因此，大型MSA为其居民提供了更多的餐厅选择，这些餐厅在社会经济上也更具差异化。例如，在像纽约这样的大城市，根据选择的餐厅不同，一顿饭可能花费10美元、100美元或1000美元。十大MSA中餐厅的接触隔离比小型MSA高29%（P<10-3，95%CI=8-49%；图2f），本研究在许多POI类型和涉及城市中心（例如广场、购物中心、木板路）以及社区的高级别尺度上发现了类似结果。
结果4：通过城市设计缓解隔离。结果表明，当经常访问的POI（我们称之为“中心”）被定位在靠近不同社区的位置时，可以缓解隔离。这些中心将作为附近高SES和低SES社区居民之间的桥梁，使他们能够轻松访问这些中心并相互相遇（图3c）。我们开发了桥梁指数来衡量中心是否位于这种桥梁位置。我们的指数测量如果每个人只访问离他们家最近的中心，各组人相互遇到的经济多样性。它通过将个体按离他们家最近的中心聚类，然后测量这些集群内的经济多样性来计算（扩展数据图7）。由此产生的指数范围从0到1，其中0表示每个中心附近的个体具有统一的SES，1表示每个中心附近的个体与整个区域的多样性一样。
我们为商业中心（如广场、购物中心、木板路）计算了桥梁指数，因为我们发现它们是常见的接触中心：在所有382个MSA中，大多数（56.9%，95%CI=56.9-56.9%）接触发生在靠近商业中心1公里范围内，尽管只有2.5%的土地面积在商业中心1公里范围内（图3c）。结果显示，我们的桥梁指数与接触隔离密切相关（斯皮尔曼相关系数=-0.78，P<10-4；图3d）。桥梁指数最高的十大MSA比最低的十大MSA隔离程度低53.1%（P<10-4，95%CI=44-60%）。这一发现同样具有稳健性：即使在控制种族、人口规模、经济不平等和其他许多变量后，中心桥梁效应仍然强烈且显著（P<10-4）。因此，鼓励开发商将中心（如购物中心）定位在不同住宅社区之间的分区法律和相关政策可能减少接触隔离。我们已经确定了几个以这种方式增加融合的大城市，并展示了一个说明性例子（图3c,d），其中北卡罗来纳州费耶特维尔中位置良好的中心连接了不同个体。
图3 当频繁访问的枢纽连接社会经济多样化的社区时，暴露隔离度较低
a. 本文开发了一个指标（参见方法部分的“桥梁指数”），以量化频繁访问的枢纽在多大程度上连接社会经济多样化的社区。该指标是通过将家庭聚集到最近的枢纽，然后测量SES的群内多样性来构建的。两个图表明，桥梁指数与传统的居住隔离度量（如邻里排序指数）不同。桥梁指数的范围从0（无桥梁；顶部）到1（完美桥梁；底部），而居住隔离度是恒定的（高SES和低SES个体在普查区域中高度隔离，用紫色和黄色边界框表示）。本文计算了桥梁指数，其中枢纽被定义为商业中心（如购物中心和广场），因为大多数（56.9%，95% CI = 56.9-56.9%；自举法；参见方法部分的“假设检验”）在所有382个MSA（大都市统计区）中，暴露发生在接近商业中心（1公里以内）的地方，尽管只有2.5%的土地面积在商业中心1公里以内。
b. 本文的桥梁指数强烈预测暴露隔离度（Spearman相关系数=-0.78，n=382，P<10-4）。桥梁指数最高的前十个MSA的隔离度较低（P<10-4，95% CI = 44-60%），比桥梁指数最低的十个MSA低53.1%。桥梁指数比人口规模、SES不平等、邻里排序指数和种族更准确地预测隔离度（P<10-4），并且与这些变量和其他潜在混杂因素无关（扩展数据表2和3）。
c, d. 北卡罗来纳州费耶特维尔的一个案例研究，一个MSA，尽管人口规模高于中位数（第64百分位）和收入不平等（第60百分位），但暴露隔离度（第21百分位）较低。
c. 费耶特维尔的暴露热图；所有可识别的枢纽都与一个或多个商业中心相关联。
d. 枢纽位于可访问的高SES和低SES普查区域附近（桥梁指数=0.90，第62百分位），导致多样化的暴露。费耶特维尔的一个枢纽（高地中心）的插图示例和随机样本的十个房屋在内部发生。房屋图标表示个体的家位置（最多100米的随机噪声被添加以保护隐私）；颜色表示个体和平均普查区域SES。c和d中的地图是使用OpenStreetMap数据生成的。
研究意义
本研究利用接触隔离与估计、隔离分解、桥梁指数等方法，深入探讨人类流动网络与大城市中日益加剧的隔离现象，发现接触多样性与城市规模呈负相关，由于大城市能够维持针对特定社会经济群体的场所，它们成为了同质性生成的机器，其隔离程度远超小型城市。同时，一些城市能够缓解这种隔离效应，由于其中心位于能够吸引来自不同社区人群的桥梁地带，这得益于本文开发的一种动态的经济隔离测量方法，捕捉了家里、工作场所和休闲场所的日常社会经济混合，能够检测到这些同质性区域（以及桥梁中心的抵消效应），该种动态分析方法对研究不同人群中隔离来源的差异，并开发一套更完整的工具来减少隔离和改善城市设计至关重要。
对我们开展工作启示
1.方法层面。文章提出，评估社会经济混合的传统指标依赖于静态的住宅数据，而不是工作、休闲和家庭邻居的真实暴露。这提示我们在开展工作时，应考虑使用更动态和真实的数据来评估社会经济混合，例如通过手机移动数据来捕捉日常接触的社会经济多样性。
2.研究方向层面。研究发现，当城市的中心（如购物中心）被定位为连接不同的社区，从而吸引各种社会经济地位的人时，这种隔离加剧的效应就会得到抵消。这表明城市设计在防止和促进不同个体之间的相遇中扮演着重要角色，应考虑如何通过城市设计来鼓励社会经济多样性的互动。同时，研究结果显示，大城市中的大多数人很少有机会与自己社会经济地位以外的人进行哪怕是短暂的交流，而小城市和农村地区的人们则更有可能进行多样化的交往。这意味着在大城市中，需要有意识地进行城市设计来鼓励这些互动，以促进社会经济多样性
文献来源：https://doi.10.1038/s41586-023-06757-3
声明：以上中文翻译为译者个人对于文章的概略理解，论文传递的准确信息请参照英文原文。
撰稿：王亚晨
初审：任杰
复审：杜军
终审：鲁鹏