城市区域是指在一定的空间范围内由众多城市通过紧密的经济与交通联系形成的具有特定形态、结构和功能的一体化空间组织。本文聚焦于城市区域空间演化的过程与机制,着重探讨中心城市、都市圈和城市群之间的互动关系,从空间结构理论、演化阶段理论和演化动力理论等三个方面构建城市区域空间演变的理论框架与一般演化模型,提出形态与过程假说、门槛效应假说和融合机制假说,然后以长三角城市区域、珠三角城市区域和京津冀城市区域等为具体研究对象,应用城市间引力模型分析城市区域演化的过程与阶段,应用面板数据门槛模型分析城市区域经济增长对空间结构的门槛效应,应用空间计量模型分析不同形态阶段下城市区域产业集聚对经济效率的影响,研究得出以下四个主要结论:第一,都市圈和城市群是城市区域处于不同演化阶段的表现形态,都市圈具有明显的单中心-外围结构,而城市群则属于典型的多中心-网络结构,两者在节点特征、空间联系、核心功能、形成机理以及均衡状态等方面都具有明显的差异。都市圈和城市群是一种渐次递进的关系:都市圈由中心城市与周边城市聚合而成,城市群则是由不同的都市圈融合形成。根据城市区域的形态可以将演化的过程划分为三个阶段和两个过程:三个阶段包括中心城市阶段、都市圈形态阶段和城市群形态阶段,两个过程包括聚合过程和融合过程。城市区域从都市圈形态演进到城市群形态,需要满足特定的条件,同时受到多种因素的共同影响。第二,城市区域演化是一个形态升级和结构变迁的过程,遵循着“中心城市-都市圈-城市群”的演化路径。基于城市间引力模型分别计算1998年、2008年和2018年我国三大城市区域空间联系,以城市间连线表征空间联系强度,图像结果表明确实存在着两个或多个都市圈融合形成城市群的现象与趋势。运用复杂网络分析工具分析三大城市区域的空间结构,结果表明2018年长三角城市区域和珠三角城市区域已经进入城市群形态阶段,呈现出网络化和均衡化的趋势;京津冀城市区域仍处于不断成熟的都市圈形态阶段,圈层结构较为明显。通过对比分析三大城市区域演化过程发现,城市区域演化具有阶段性和渐进性、路径依赖性、自组织性以及复杂性和不确定性等特征,城市区域空间演化的根本动力是城市增长、必要条件是交通网络的改善、限制因素是区域分割以及一般趋势是网络化和均衡化。第三,城市区域经济增长对空间结构演化具有城市化水平和交通联系水平的单门槛效应。基于1998～2018年我国三大城市区域的面板数据,门槛回归模型结果表明,城市化水平和交通联系水平的门槛值分别为53.82%和2.07万吨/km~2。在跨越相应门槛值后,城市区域的基尼系数随经济增长变化的情况产生明显区别,在一定程度上反映出城市区域从都市圈形态转变为城市群形态的现象。其中,长三角城市区域和珠三角城市区域越过城市化水平门槛值的年份分别是2008～2009年和2002～2003年,越过交通联系水平门槛值的年份分别是2009～2010年以及2008～2009年;京津冀城市区域越过城市化水平门槛值的年份是2014～2015年,截止到2018年京津冀城市区域都没有越过交通联系水平的门槛值。由此可知,长三角城市区域和珠三角城市区域已经进入城市群形态阶段,而京津冀城市区域仍处于都市圈形态阶段。第四,城市区域空间演化遵循着“产业集聚→经济效率→空间形态”的链条式动力机制,即都市圈之间的产业集聚与扩散,促进城市区域整体经济效率的提升,进而推动都市圈融合形成城市群。基于1998～2018年长三角城市区域的面板数据,采用空间滞后模型（SLM）分析的结果表明,服务业集聚对城市区域经济效率都具有正向影响作用,而制造业集聚在都市圈形态阶段对经济效率具有负向影响,但随着都市圈开放程度的提高,制造业集聚对经济效率的负向影响将会逐渐减弱甚至转为正向影响。由此可以判断,在都市圈融合形成城市群的过程中,制造业的扩散是关键的推动因素,同时伴随着生产性服务业和生活性服务业的集聚,不同产业的集聚与扩散引发不同都市圈的产业关联与协作,产业结构的高级化推动着城市区域向更高级的形态演化。