一、城市群研究的萌芽探索阶段
从1898年到1945年前后，这一阶段是城市群研究的萌芽探索阶段，各国学者在城市群的概念、城市群区域空间、城市群空间结构、城市群体系结构等领域展开了大量卓有成效的探索性研究。
早在19世纪末期，英国学者霍华德（E. Howard）就开始了从城市群体的角度来研究城市的探索，将城乡之间关系、现代化工业与城市规划之间的关系视为一个整体来进行思考，对城市人口密度、城市经济、城市环境绿化等问题都做了认真思考，并将他关于城市群建设与发展的理念运用到莱奇沃恩田园城市和韦林田园城市的建设当中。1898年，在其获得广泛赞誉的著作《明日：一条通向真正改革的和平道路》（Tomorrow：A Peaceful Path to Real Reform）中，霍华德设计了“无贫民窟、无烟尘的城市群”，即是由若干田园城市围绕中心城市而构成的城市群组。从现代的观点看，霍华德所提出的25万人的社会城市是一种小型的城市群(1)。
1922年R. Unwin在伦敦等大城市的建设与调整实践中，继承吸收了霍华德关于田园城市思想的精华，并将其理论进一步提炼、升华发展为“卫星城”理论(2)。巴黎在1912—1920年制定郊区居住建筑规划时，就应用了这一理论，在巴黎周边16km距离范围内建立先后建立了28座居住城市，但这些城市缺乏生活服务设施，居民的工作岗位、生活必需以及精神文化方面的需求，都要到巴黎才能解决。
（一）城市区域扩展的研究
18世纪60年代发源于英格兰中部地区的工业革命，使得资本主义生产完成了从工场手工业向机器大工业的过渡。随之而来的是生产规模的不断扩张与产业集聚区域的不断涌现，以英国为首的先进工业化国家开始了迅速的城市化进程。
根据赵煦的研究，在此期间“城市经济总量和各城市经济实力的空前增长，工业城市、港口城市、休闲城市等各种类型城市蓬勃发展，城市经济迅速壮大为国家经济主体；现代工业在城市经济中开始形成并逐渐占据主导地位，其他类型城市在工业化、城市化大潮中，也都出现了经济功能的转变”；“工业革命开始后，英国城市一扫过去小规模、零散分布的颓势，不仅发展速度空前加快，数量日益增多，而且一些具有发展优势的城市逐渐形成了集中分布的状况”；“除伦敦外，全国逐渐形成了英格兰西北部、约克郡西南部、米德兰中心地区和苏格兰低地中部四块优势城市的集中分布区域”(3)。
英国生态学家格迪斯（P. Geddes，1915）在其著作《进化中的城市》（Cities in Evolution）中则提出区域综合规划的方法与理念，并对城市地区（City Region）、集合城市（Conurbation）以及世界城市（World City）等多种城市演化形态进行了阐述，在格迪斯这几种城市深化形态中关于集合城市的理念，可被看成是拥有若干卫星城的大城市(4)。
芬兰学者（E. Saarinen，1918）在其著作《城市：它的发展、衰败和未来》中提出应当将城市看作是有机的生命体，并且城市群体发展应当从无序集中转变为有序疏散，由他制定的大赫尔辛基规划方案就是基于这种“有机疏散”理论的产物(5)。这一城市群体的规划研究思想逐渐开始在城市规划与建设的实践中产生影响，并在伦敦、巴黎、莫斯科等大城市的规划与建设中都或多或少有所体现。
（二）城市空间结构的研究
关于城市空间结构模式理论的探讨早在20世纪20年代就开始出现了。
1. 城市空间结构的同心环模式
以美国芝加哥大学的社会学家帕克（R. E. Park，1864—1944）、沃思（L. Wirth，1897—1952）和伯吉斯（Ernest Watson Burgess，1886—1966）等人为核心的“芝加哥城市生态学派”，使用生态学方法对城市空间结构进行了大量研究，他们对城市中的小住宅区、工业区及中心商业区的形成和演化做了大量调查与深入研究，分析了人口的地域分布过程与特征，在此基础上创立了城市地域结构的同心环模式（Concentric Ring Model），并以为基础进一步引申出中央商务区（CBD）为核心、向外依次为居住区和通勤区的城市土地利用结构三模式(6)。
2. 城市空间结构的扇形模式
1924年，美国土地经济学家赫德（R. M. Hurd）收集了美国200个城市的内部资料，对其进行整理分析后，经过研究首先提出了城市空间结构的扇形理论，认为城市土地利用功能分带，是从中心商业区向外放射，从而形成一个扇形地带。
1936年美国土地经济学家霍伊特（Homer Hoyt）对美国64个中小城市房租资料和若干大城市资料进行了研究，对赫德的扇形理论加以发扬光大；霍伊特对传统的均质性平面假设提出质疑，在进一步对北美地区142个城市房租和地价分布情况进行分析与研究后，霍伊特系统地提出了扇形模式或楔形模式；这一模式在保留了同心环模式经济地租机制的同时，纳入了放射状运输线路的影响因素，包括线性易达性（Linear Accessiblilty）和定向惯性（Directional Inertia）这两个影响因素；他认为，由于这些影响因素的存在，使得城市向外扩展的方向呈现出不规则形式；他将中心易达性命名为基本易达性，将沿辐射运输路线所增加的易达性命名为附加易达性，他经过分析后认为轻工业与批发商业对运输路线附加易达性的敏感性最强，因而呈现出左右隆起状的楔形状态；贫民住宅区在环绕工商业土地利用的地段，而中产阶级和富人居住区则往往会沿着交通大道或河道、湖滨、高地等向外发展，当人口增多时住宅区也会遵循沿阻力最小或者不会受阻方向进行放射状拓展，在这些综合因素作用下，城市的土地利用功能区布局最终会呈现出扇形或楔形扩展，这一理论从而也被称为城市内部地域结构的扇形模式（Sector Model）(7)。
3. 城市空间结构的多核心模式
在伯吉斯、霍伊特等人对城市空间结构的研究中，隐含了城市内部结构模式为单中心这一假设前提，并且对于重工业对城市内部结构影响以及城郊住宅区出现等因素缺乏考虑。
1933年，麦肯齐（R. D. Mckenzie）首次提出多中心理论，麦肯齐认为随着城市的发展，城市中会相继出现多个商业中心，其中一个主要商业区起着城市核心角色，而其余商业区则作为次核心，这些核心在城市发展过程中不断扩展，从而发挥着成长中心的作用，直到整个城市的中间地带被完全扩充；在城市化的进程中，新的极核中心又会随着城市规模的不断扩大而诞生；虽然多中心理论也同样是基于地租理论，但是它认为，城市区域内部的土地并非是完全均质的，因此各种功能分区的面积大小存在较大差异，从而整个城市的空间布局呈现出比较大的弹性特征。
1945年，芝加哥大学地理学家哈里斯（C. D. Harris）和乌尔曼（E. L. Ullman）经过对美国大部分城市进行的分析与研究，对麦肯齐提出的多中心理论进行了不断发展与系统完善。哈里斯和乌尔曼提出了影响城市中心空间结构的四大基本原则：
（1）有些活动要求设施位于城市中为数不多的特定地区，例如，工厂的建设需要布局在拥有大量水源的区域；
（2）有些活动受益于位置的相互邻接，例如，工厂区与工人住宅区应该考虑在地理上相互邻近；
（3）有些活动应当采取避让措施，以免对其他活动产生冲突或者是不得影响：
（4）有些活动则需要优先考虑经济因素而不是区域因素，从而布置在费用能够承受的地方，例如，仓库往往被布置在城市边缘地区。
在考虑这四大基本作用原则基础上，再加上历史传统影响因素和局部地域特征因素，构成了现代大城市空间的主要分异因素，这其中行业区位、地价房租、集聚效益和扩散效益等作为主要制约因素，在多因素综合作用下，除主要经济胞体（Economic Cells）——中心商业区（CBD）以外，往往还存在一些次要经济胞体散布在整个体系内，并且各自支配一定地域，从而提出了比较精细的城市空间多核心模式（Multiple-nuclei Model）(8)。
多核心城市理论将城市地域发展的多元结构纳入研究中，从而比同心圆理论更加接近城市实际状况；但是缺乏对多核心之间的职能联系，以及不同核心间在城市总体发展中的等级差别和地位差别，这是多核心城市模式存在的一个较大的理论缺陷。
此后，在西方发达国家城市化进程中，城市地域结构进一步复杂化，多核心模式理论得到进一步发展和完善；总体上来说，多核心模式理论与美国20世纪40年代、西欧20世纪50年代的实际情况比较契合。
这3个城市基于地租理论基础作为支撑的内部结构模式在城市群理论、城市地理学中占有重要地位，如图2-1所示。
图2-1 城市内部结构模式
这些理论基本上都是由美国学者创造，其所研究的城市空间布局与当时美国城市的发展实际比较接近，能够对美国工业化初期城市空间形成演化规律进行比较完善的诠释，但是由于上述理论都存在静态性和地域性的限制，在此后引发出城市核心区—边缘区—影响区这一现代城市空间结构三分法的理论探讨。
（三）城市体系结构的研究
1933年，德国经济地理学家沃尔特·克里斯塔勒（Walter Christaller，1893—1969）作为系统化研究区域城镇群体的第一人，提出了著名的中心地理论（Central Place Theory），在其《南部德国的中心地》一书中，克里斯塔勒从城市对外服务功能研究出发，结合严谨逻辑推理与理论阐述，并构建了精密的数理模型，揭示了城市规模等级、空间分布、职能层次等多种规律，深入研究了城市构成的中心地等级体系，具有开创性地提出了区域城镇分布的六边形组织结构模式，这一模式被公认为是城镇体系研究重要的基础理论(9)。
1940年，在与克里斯塔勒的工作毫无联系的情况下，德国经济学家奥古斯特·勒施（August Losch，1906—1945）殊途同归，通过精巧的数学推导与复杂的经济学理论，以厂商利润最大化为出发进行研究，得出一个与克里斯塔勒学说完全相同的六边形区位模型。在其出版的《经济空间秩序—经济财货与地理间的关系》一书中，勒施以从企业区位理论为基础，将静态的、单方面的农业区位论与工业区位论，进一步延伸发展为动态的、综合的空间经济理论；将研究对象深化到区位体系，从克里斯塔勒的聚落市场区扩展为工业市场区，并将地域框架进一步应用于产业的市场区位，对市场区位体系和经济景观进行了探讨，通过逻辑推理方法提出了生产区位经济景观，即著名的勒施景观理论(10)。
1939年杰弗逊（M. Jefferson）(11)、1942年齐夫（G. K. Zipf）等人分别对城镇的等级规模分布等问题展开了理论研究与探讨，并且创造性地将物理学中的万有引力定律引入到城市群的空间分析中。齐夫在其《人类行为和费力最小的原则》一书中，通过运用对立统一的逻辑思维分析，从人类行为的角度出发，对城市等级规模分布的一般特征进行了探讨，并结合统计分析的实证，从而推导出等级规模分布的齐夫准则；按照齐夫准则的模型，城市的人口规模是其所处级别的函数(12)。
1960年，贝里（B. J. L. Berry）曾经选择38个国家的城市资料进行过深入研究与分析，贝里在研究中发现，“38个国家中有13个国家属于对数正态（位序—规模）分布；有15个国家属于首位分布；其余10个国家属于过渡类型，其中有的偏于接近对数正态分布，如澳大利亚、加拿大，有的偏于接近首位分布，如马来西亚、巴基斯坦”(13)。
1942年，美国经济学家维宁（R. Vining）撰写了一系列关于区域体系和城市增长方面的文章，从经济学的研究角度探讨了城镇体系对城市发展的意义，并且从理论上阐明了城市体系在理论上存在的合理性，被认为是城镇体系研究的先驱者之一。但是由于其论著的理论基础主要是经济学，因而影响范围有限。
从概念上来说城镇体系是指在地域上相临、彼此间存在稳定联系且具有一定层次的一组城市群体，城镇体系与城市群在概念存在一定差异，但其研究思路与研究方法奠定了城市群的研究理论基础。