環渤海地區城市脆弱性時空格局演變及其障礙因素研究

侯純光+程鈺+任建蘭

摘要基于城市脆弱性概念與內在機制解析，構建城市脆弱性評估指標體系，運用狀態空間法測度2000—2013年環渤海地區城市脆弱性以及城市經濟、社會和生態環境子系統脆弱性.結合GIS空間分析技術、變異系數、基尼系數探討環渤海地區城市脆弱性時空格局演變特征，并運用障礙度模型分析環渤海地區城市脆弱性演變的障礙因素.研究得出以下結論：（1）環渤海地區城市脆弱性總體呈下降趨勢，脆弱性指數從2000年的0.718下降到2013年的0.398，經濟、社會、生態環境子系統的脆弱性逐漸降低；（2）環渤海地區城市脆弱性在空間分布上呈現由大差距高脆弱性向小差距低脆弱性演變的趨勢，高脆弱性城市主要集中在環渤海地區的北部和西南部等地區，山東半島、遼寧半島及京津地區城市的脆弱性較低；（3）影響環渤海地區城市脆弱性演變的主要障礙因素依次為治理措施、經濟創新、社會進步和經濟規模，障礙度分別為32.27，30.84，20.11和16.78.研究結果為環渤海地區城市實現可持續發展提供決策參考.

關鍵詞城市脆弱性；綜合評價；障礙因素；環渤海地區

中圖分類號F127文獻標識碼A文章編號10002537（2017）01000109

脆弱性是全球面臨的一個現實問題，解決發展的脆弱性是實現區域可持續發展的重要保障[1].城市脆弱性來源于自然災害有關脆弱性的研究[2]，得到國內外學者的廣泛關注與重視，成為區域可持續發展研究的熱點問題.作為脆弱性研究領域中一個重要的組成部分，同時由于我國城市面臨越來越大的資源環境壓力，使我國城市脆弱性問題更加突出與復雜.因此，在當前經濟發展進入新常態、生態文明建設、新型城鎮化、綠色化等國家發展戰略背景下，亟需開展對城市脆弱性研究，以期減緩和遏制我國城市脆弱性的進一步惡化，避免城市病大規模爆發.城市脆弱性研究對我國加快推進新型城鎮化建設，實現全面協調的可持續發展具有重要的理論和實踐運用價值.

國內外學者對城市脆弱性開展了諸多研究，主要體現在以下幾個方面：（1）對城市脆弱性概念、內涵、分析框架等基礎理論研究，如方創琳等認為城市脆弱性是城市發展過程中抵抗資源、生態環境、經濟社會發展等內外部要素干擾的應對能力[34]，馮振環等認為城市脆弱性是城市可持續發展的一種度量[5]；（2）對特殊類型城市諸如資源型城市[68]、濱海城市[9]、旅游城市[1011]、綠洲城市[1213]等城市脆弱性研究；（3）對城市脆弱性驅動因子及規避措施的研究，如李麗娜等認為城市脆弱性變化的主要驅動因子包括城市土地利用、人口增長、環境污染等[14]，程林等認為城市規劃和建設應注重對城市脆弱性的分析[15]；（4）對城市脆弱性開展定量測度研究如城市綜合脆弱性[1617]、城市經濟子系統脆弱性[1820]、城市社會子系統脆弱性[2123]、城市生態環境子系統脆弱性[2426]，評價方法主要有：線性加權求和法（WLC）[27]、函數模型法[28]、狀態空間法[29]、情景分析法[30]、集對分析法[29]、數據包絡法[31]等.通過梳理文獻可以發現：大多研究只是從全國或某一單個城市的經濟子系統、社會子系統、生態環境子系統等單一角度評價城市脆弱性，對區域性的城市群的綜合脆弱性研究有待進一步深入.

環渤海地區位于我國華北、東北、西北3大區域結合部，包括3省兩市，即北京市、天津市、山東省、河北省和遼寧省（圖1），是我國經濟增長和轉型升級新引擎.環渤海地區面臨 “大城市病”突出，大中小城市發展不協調，城市體系和空間布局亟待優化、環境承載能力接近上限、區域城鄉發展不平衡等諸多問題和挑戰.基于此，研究以環渤海地區這一特殊區域為研究單元，根據城市脆弱性的敏感性、適應性、應對力、恢復力等多種概念集合的特點，構建涵蓋城市經濟、社會、生態環境等綜合評價城市脆弱性的指標體系具有重要意義.

1城市脆弱性的概念與內在機制

1.1城市脆弱性的概念

城市脆弱性是影響城市可持續發展的核心問題之一，是城市“人—地”系統特殊性的表現形式，城市脆弱性是對城市可持續發展能力的一種綜合度量，是指城市發展過程中受到自然和人為因素共同影響下，城市經濟、社會、生態環境等遭到破壞，超出了城市自我恢復能力，嚴重制約城市的可持續發展.粗放的經濟發展方式，過大的人口壓力等都有可能使城市的“人—地”系統發生改變，超出城市承受范圍，各種城市病集中爆發，最終導致城市進入脆弱狀態.根據對城市脆弱性概念的理解，研究將城市視為一個由經濟子系統、社會子系統、生態環境子系統耦合而成的復合系統.城市經濟子系統脆弱性受城市經濟規模、經濟結構、經濟效率及經濟創新脆弱性的綜合影響；城市社會子系統脆弱性受城市社會生活、社會服務及社會進步脆弱性的綜合影響；城市生態環境子系統脆弱性受城市人類壓力、污染壓力及治理措施脆弱性的綜合影響.

1.2城市脆弱性的內在機制

城市脆弱性的理論前提是城市經濟系統、社會系統和生態環境系統的共生性，由此也決定了3個子系統間復雜的交互作用，既有正向的交互機制也有負向的交互機制.基于城市經濟、社會和生態環境系統共生性與交互機制，研究構建“三圈模型”對城市脆弱性進行內在機制分析.該模型包括城市經濟、社會和生態環境3個子系統（圖2）.（1）從城市經濟系統與城市生態環境系統的正向交互機制來看，生態環境系統是經濟系統的物質基礎，而經濟系統可以為改善生態環境提供資金支持；兩者的負向交互機制體現為：經濟系統如果對生態環境系統產生了過度的負外部性，自然系統將失去對經濟系統的支持作用，甚至產生破壞性作用.（2）從城市經濟系統與城市社會系統的正向交互關系來看，經濟系統可為社會系統提供就業崗位與各種必需品，社會系統可為經濟系統提供勞動力和制度保障.從兩者的負向交互機制來看，經濟發展成果如若分配不均，將會引起社會沖突，而社會的不安定將會抑制經濟發展.（3）從城市生態環境系統與城市社會系統的正向交互關系來看，生態環境系統是社會系統的自然基礎，而社會系統可以通過社會進步改善生態環境；從兩者的負向交互關系來看，社會環境意識弱會加劇生態環境危機，而生態環境惡化會加大社會系統的脆弱性.

2研究方法

2.1指標體系與數據來源

遵循指標選取的科學性、系統性、全面性、合理性和可獲得性等原則，構建環渤海地區涵蓋經濟、社會、生態環境3個子系統的城市脆弱性評價指標體系（表1）.根據前述城市脆弱性的內涵要求，對每個子系統脆弱性指數分別從敏感性和應對能力兩方面進行指標的選擇確立，具體包括10類要素，其中敏感性包括經濟結構、經濟效率、社會生活、社會服務、人類壓力和污染壓力等6類要素，應對能力包括經濟規模、經濟創新、社會進步和治理措施等4類要素，指標層則是代表敏感性和應對能力的具體測度指標.

本文選取了環渤海地區44個地級以上的城市為研究對象，包括北京市、天津市、山東省17個地市、河北省11個地市和遼寧省14個地市.研究所需要的數據主要來自2001—2014年《中國城市統計年鑒》、《中國區域經濟統計年鑒》、《中國城市建設統計年鑒》、《北京市統計年鑒》、《天津市統計年鑒》、《山東省統計年鑒》、《河北省統計年鑒》、《遼寧省統計年鑒》、各地市2001—2014年的統計年鑒、經濟社會發展統計公報和環境公報.

2.2指標權重確定

確定指標權重的方法主要有層次分析法、專家評分法、主成分析法和熵權法等主客觀賦權法.熵權法由于其適應性強，相對那些主觀賦值法，精度較高，客觀性更強，能夠更好的解釋所得到的結果，被經濟社會領域的學者廣泛應用.研究采用熵權法確定環渤海地區城市脆弱性測度指標體系指標層權重系數，計算過程如下：

3環渤海地區城市脆弱性演變特征

3.1環渤海地區城市脆弱性時序演變特征

3.1.1環渤海地區城市經濟、社會、生態環境脆弱性時序演變特征2000—2013年環渤海地區城市經濟、社會和生態環境系統的脆弱性逐漸降低（圖3），經濟子系統的脆弱性總體上呈波動迅速下降的趨勢，從2000年的0.673下降到2013年的0.305，但是在2003年和2008年出現反復，經濟子系統脆弱性指數均比上一年有所升高.環渤海地區城市的經濟規模逐漸擴大、經濟結構逐漸優化、科技創新能力顯著增強、經濟效率逐漸提高，這些變化使城市經濟系統脆弱性逐漸減低；社會子系統脆弱性變化趨勢可分為兩個階段：第一階段（2000—2007年），城市社會子系統脆弱性指數下降較快，從2000年的0.727下降到2007年的0.524，第二階段（2008—2013年），城市社會子系統脆弱性變化緩慢，個別年份還有升高.這一階段隨著環渤海地區城市經濟的快速發展，人口開始向城市大量聚集，城市公共文化、醫療衛生、教育、民生科技等建設有待進一步完善，社會進步脆弱性、社會服務脆弱性及社會生活脆弱性變化緩慢；生態環境子系統脆弱性的演變大致可以分為兩個階段：第一階段（2000—2006年），環渤海地區城市生態環境子系統的脆弱性呈現波動上升的趨勢，從2000年0.766升高到2006年的0.796，第二階段（2007—2013年），這一階段環渤海地區加大了環境治理的力度使環渤海地區城市生態環境子系統的脆弱性明顯減弱，從2007年0.755下降到2013年的0471.

3.1.2環渤海地區城市脆弱性時序演變特征環渤海地區城市脆弱性總體呈下降趨勢（圖3），根據城市脆弱性指數變化的特點，可將其分為兩個階段：第一階段（2000—2007年），這階段城市脆弱性指數下降較緩慢，從2000年的0.718下降到2007年的0.594，平均每年下降0.018.由于這一階段環渤海地區經濟發展模式是以高資源消耗、高污染排放、高碳排放為基本特征的黑色發展模式，導致環渤海地區出現嚴重的環境污染和生態危機，城市社會子系統方面，由于環渤海地區城鎮化的快速推進導致人口向城市迅速聚集，人口壓力較大，這些原因促使這一階段環渤海地區城市脆弱性指數較高且變化緩慢；第二階段（2008—2013年），這階段環渤海地區城市脆弱性指數從2008年的0.616下降到2013年的0.398，較2008年下降了35.39%.在這一階段隨著環渤海地區低碳經濟、循環經濟等綠色經濟的不斷發展，綠色城鎮化的不斷推進，使環渤海地區城市在經濟、社會、生態環境方面大為改善，城市脆弱性指數下降較快.2000—2013年環渤海地區低脆弱性和較低脆弱性城市所占比例迅速上升，分別從2000年的2.3%和6.8%上升到2013年的32.4%和502%，其中2013年低脆弱性城市個數是2000年的14倍（圖4）.高脆弱性、較高脆弱性和中脆弱性城市所占比例迅速減少，說明環渤海地區城市發展和新型城鎮化建設取得快速發展，環渤海地區城市的可持續發展能力得到加強.

3.2環渤海地區城市脆弱性空間演變特征

3.2.1環渤海地區城市經濟、社會、生態環境脆弱性空間分異特征環渤海地區城市經濟子系統脆弱性較低的城市主要集中在京津及山東半島和遼寧半島地區，有北京、天津、石家莊、沈陽、大連、濟南、青島、煙臺等16個城市；經濟脆弱性較高的城市主要分布在冀魯交界地區和內蒙古與遼寧和河北的交界地區，有鐵嶺、阜新、承德、衡水、德州、東營等9個城市，主要由于這兩大區域的城市經濟效率較低，經濟創新等級較低，高污染高耗能產業較多.環渤海地區城市社會脆弱性呈現北高南低的空間格局特征，社會脆弱性較高的城市主要集中在冀北、遼北、遼西等地，有本溪、撫順、錦州、阜新、朝陽、承德等6個城市，由于這些地區城市的社會生活、社會服務、社會進步等滯后于經濟發展；社會脆弱性較低的城市主要分布在遼寧、冀南、魯東、魯中等地，有北京、天津、大連、沈陽、濟南、青島、煙臺等20個城市，主要由于這些城市經濟規模不斷增大，城市基礎設施投資和城市維護建設基金投入不斷增加，城市公共文化、醫療衛生、教育、民生科技等建設日益完善，人民生活水平不斷提高，社會脆弱性迅速降低.環渤海地區城市生態環境脆弱性空間差異較大，河北省大部分城市生態環境脆弱性等級較高，其次是魯西、魯北、遼中、遼北等地，主要由于這些地區人口密度較大、城市化率較低、人類壓力脆弱性等級較高，長期粗放的經濟發展方式使環境污染的負外部性對生產、生活的破壞性較大.生態環境脆弱性較低的城市有北京、天津、大連、營口、青島、煙臺、威海等10個城市，主要因為這些城市城市化率較高，注重綠色發展，經濟發展的負外部性較小，環境規制效率較高（圖5）.

3.2.2環渤海地區城市脆弱性空間演變特征結合2000—2013年環渤海地區各城市脆弱性指數并運用相關公式計算得出環渤海地區城市脆弱性極差、標準差、變異系數和基尼系數（表2）.從城市脆弱性指數的極差來看，環渤海地區各城市脆弱性的差距呈現先增大后縮小的特點，2005年極差為0.532達到峰值，而后慢慢縮小，到2013年極差降為0.297.城市脆弱性指數的標準差從2000年的0.071上升到2005年的0.086而后又降到2013年的0.036，說明環渤海地區各城市脆弱性的絕對差異也是呈現先增大后縮小的趨勢.變異系數從2000年的0.172降到2013年的0.121，說明環渤海地區各城市脆弱性的相對差異總體上在變小.基尼系數從2000的0.216升高到2005年的0.504而后降到2013年的0.321，進一步印證了標準差、變異系數等表明的環渤海地區各城市之間的脆弱性由2005年以前的高脆弱性、大差距朝著低脆弱性、小差距發展.

2000—2013年環渤海地區城市脆弱性在空間分布上呈現由大差距高脆弱性向小差距低脆弱性演變的趨勢（圖6）.2000年城市脆弱性屬于高脆弱性等級的城市主要集中在環渤海地區的西北和西南地區，主要有阜新、朝陽、承德、張家口、邯鄲、邢臺、德州、聊城、菏澤等19個城市，聊城的脆弱性指數最高，達到0.511，主要因為這些地區人口較多，人地矛盾尖銳，經濟發展相對落后，社會發展水平較低，資源型城市較多，生態環境壓力大，脆弱性較高.低脆弱性等級城市只有北京市1個，脆弱性指數為0.292，較低脆弱性等級城市主要有天津、濟南、青島、沈陽、大連等5個城市，這與這些城市經濟發展水平較高，城市基礎設施、公共服務設施等較為完善，生態環境壓力較小等有關.2013年環渤海地區城市脆弱性空間上呈現比較均衡的態勢，無高脆弱性等級和較高脆弱性等級的城市，中等脆弱性等級的城市主要有邢臺、承德、阜新、錦州、本溪等5個城市，屬于較低脆弱性等級的城市占環渤海地區城市總數的52.27%，主要有石家莊、唐山、秦皇島、營口、撫順、葫蘆島、日照、濰坊、泰安等23個城市，低脆弱性等級的城市主要有北京、天津、濟南、青島、沈陽、大連等16個城市，占城市總數的36.36%，主要因為近年來環渤海地區經濟快速發展，經濟結構不斷得到優化，創新驅動逐漸增強，城鎮化水平和質量進一步提升，社會迅速發展，生態赤字逐漸縮小.

4環渤海地區城市脆弱性障礙因素分析

在城市脆弱性綜合評價的基礎上，確定城市脆弱性的障礙因素，對降低城市脆弱性行為與政策進行相應調整，從而有效地降低城市的脆弱性，實現城市的可持續發展目標.因此為實現環渤海地區城市的可持續發展，需要對其城市脆弱性進行障礙性因素診斷.因障礙度模型能夠很好診斷制約城市脆弱性應對能力提高的因素，研究采用障礙度模型對環渤海地區城市脆弱性演變的障礙因素進行診斷，具體公式如下：

式中：Oi為研究指標城市脆弱性演變的障礙度；wi為指標權重；yi為指標標準化值；n為城市經濟子系統脆弱性、社會子系統脆弱性和生態環境子系統脆弱性應對能力指標總個數；Ai為城市脆弱性應對能力要素層指標的障礙度.

按照影響環渤海地區城市脆弱性演變的因素的障礙度大小排列順序，主要障礙因素依次為建成區綠化覆蓋率、R&D人員數量、GDP、R&D投入占GDP的比重、人均綠地面積、財政科技支出比重、大中型企業R&D支出、財政教育支出比重、萬人大學生數、工業污染治理投資占GDP比重、財政收入、固定資產投資（表3）.由影響城市脆弱性因素的障礙度大小可見擴大建成區綠化覆蓋率、加強R&D人才隊伍建設、增加對R&D的投入比重、擴大人均綠的面積以及增加財政科技支出的比重是提高環渤海地區各城市脆弱性應對能力的最根本途徑.按照環渤海地區城市脆弱性要素層指標障礙度大小的排列順序，主要障礙因素依次為治理措施脆弱性、經濟創新脆弱性、社會進步脆弱性、經濟規模脆弱性，障礙度分別為32.27，30.84，20.11和16.78.有效地降低環渤海地區的城市脆弱性，需要增強城市脆弱性應對措施的強度、提高城市創新能力、提高社會進步的速度，但同時還需要保障城市經濟在新常態下健康穩步發展.

5結論與討論

環渤海地區城市脆弱性時空格局演變，不僅取決于各城市自身治理措施、經濟創新、社會進步、經濟規模等主要障礙因素的優化，也與環渤海地區發展的整體外部環境有關，區域發展理念、國家戰略規劃、區域產業結構、空間布局優化、環境政策設計、創新制度體系等因素通過作用于微觀層面進而反映到宏觀層面，從不同方面作用于環渤海地區城市的經濟系統、社會系統和生態環境系統，從而使城市脆弱性發生改變，微觀層面的城市脆弱性促使宏觀層面的環渤海地區城市脆弱性時空格局動態演變.

研究從城市經濟、社會、生態環境3方面對城市脆弱性概念、內在機制進行分析，在此基礎上對環渤海地區城市脆弱性進行測度分析，但由于數據資料的限制，研究僅探究環渤海地區44個地級及其以上的城市脆弱性時空格局演變，并沒有開展縣級市城市脆弱性時空格局演變研究；在環渤海地區城市脆弱性評價指標體系構建上，研究選取了32個代表性指標，但是不夠具體.今后還應繼續收集相關數據資料，研究環渤海地區縣級市城市脆弱性時空格局演變；在掌握豐富數據資料的基礎上，構建更加具體化的指標體系評價環渤海地區城市脆弱性時空格局演變.

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