我國生態城市建設的時空演化路徑及其發展模式

2017-03-14 05:20:24賈妍于楠楠

哈爾濱工程大學學報 2017年2期

關鍵詞：生態建設發展

賈妍，于楠楠

(哈爾濱工業大學經濟與管理學院，黑龍江哈爾濱150001)

我國生態城市建設的時空演化路徑及其發展模式

賈妍，于楠楠

(哈爾濱工業大學經濟與管理學院，黑龍江哈爾濱150001)

為了深入了解我國生態城市建設情況，更好地把握我國生態城市建設進程，通過對2000～2011年期間我國擬建生態城市的數據收集與分析，發現我國生態城市建設的演化進程具有兩個明顯特征：我國生態城市建設隨著時間推移經歷了一個離散-集聚-離散的倒U型空間演化過程；我國生態城市的分布具有明顯的空間差異性。同時，根據我國生態城市發展的時空演化路徑，提出生態城市建設的四個構建模式--空間散點模式、空間集聚模式、空間溢出模式與空間平衡模式。這四個模式是我國生態城市從無到有的發展過程。本文的研究結果可以加深對我國生態城市建設狀況的認識，更好地把握我國生態城市建設的進程，從而為生態城市建設的合理開展提供決策參考。

生態城市；時空演化；發展模式；決策支持

城市是國家經濟與社會發展的核心，是各國社會文明程度與經濟發展水平的重要標志。根據聯合國統計，自1950～2014年，世界主要國家城市化水平大幅增長，美國、英國、日本、加拿大等發達國家的城市化率2014年已經達到80%以上。中國城市化率增長尤為迅速，已由1950年城市化率11.8%增長至2014年城市化率54.4%。隨著全球范圍內城市化程度的加深，社會、經濟與自然環境之間的矛盾急需解決，科學適度開發利用自然資源，建設環境、社會、經濟和諧可持續發展的城市已成為各國城市化發展的共識。

生態城市概念自1971年在聯合國教科文組織發起的“人與生物圈計劃(MAB)”中被提出后，在短時間內得到了世界各國的重視，為全球城市化發展建設提供了方向。盡管到目前為止，生態城市還沒有形成公認的、精確的概念，對生態城市的評定也未形成統一的標準，相關的建設仍然處于摸索階段，但融合了生態城市規劃理念的建設已在世界各國大量開展，塑造了美國的克利夫蘭、伯克利、澳大利亞阿德萊德、日本的北九州、千葉、法國格勒諾布爾、丹麥哥本哈根等一批成功的案例，為其他國家及地區建立生態城市提供了寶貴的經驗[1-2]。

中國是世界城市化建設的關鍵地區。根據國家統計局統計，2015年，我國城鎮化率達到56.1%，城鎮常住人口達到了7.7億。因此，未來中國的城市化發展對世界的經濟、社會、環境將具有重大的影響，科學建設可持續發展的生態城市已成為中國城市化進程的必然選擇和重要課題[3]。

隨著國內外生態城市建設的迅速發展，針對生態城市的相關研究也與日俱增。目前，國內外關于生態城市的研究主要集中在評價指標體系構建[4-7]、規劃設計[8-10]、存在的問題與對策[11-12]等方面，但針對各國自身生態城市時空格局方面的研究相對較少。生態城市時空格局演化是社會、經濟、自然等影響因素相互作用的結果。中國具有地理面積遼闊，人口眾多，近年來經濟高速增長等特點，不同地區間的經濟、社會、自然環境各不相同，生態城市建設情況也因地而異；同一地區的生態城市建設也隨著近年來社會、經濟、自然的快速演變日新月異。因此，研究我國生態城市發展的時空演化路徑，深入探討其內部發展規律，補充現有生態城市理論，對于正確地認識和判讀當前我國的生態城市建設活動，更好地把握我國生態城市建設的進程，探索適合我國國情的生態城市發展模式，為生態城市建設的合理開展提供決策參考具有重要意義[13]。

本文從宏觀角度出發，系統而綜合地剖析我國生態城市建設的時空演化狀況，探討了我國生態城市建設的時空演化規律，并分析了其發展模式。

1 中國生態城市建設發展現狀

從時間發展特征來看，相對于西方發達國家的生態城市建設而言，我國的生態城市建設開展較晚，但發展十分迅速。1986年，江西省宜春市提出生態城市建設目標[11]，標志著我國生態城市建設的開端。如圖1所示，在2003年以前，我國提出生態城市建設目標的城市數量較少且增長速度緩慢，歷年數量增長在10個以下。截至2002年，我國提出生態城市建設目標的城市數量僅為17個。隨著我國資源消耗、水土及空氣污染、二氧化碳排量等問題日益嚴峻，生態城市的理念與規劃獲得了全國各地方、各級政府的普遍重視及響應[3]。2003～2010年，我國提出生態城市建設目標的城市數量每年增加的數目達到14～35個，平均每年增加約24個。據中國城市科學研究會統計，截至2012年7月，97.6%地級(含)以上城市和80%的縣級城市提出以“生態城市”或“低碳城市”等生態型的發展模式為城市發展目標。中國已成為世界上生態城市建設數量最多、建設規模最大、發展速度最快的國家之一。

從空間分布特征來看，我國生態城市大多集中分布在國家重點發展的國家級經濟區、新區，如天津濱海新區、長株潭城市群、山東半島地區、珠江三角洲經濟區，充分表明我國各主要戰略區的新城已經把生態城市發展作為建設的主要方向。

圖1 中國提出生態城市建設目標城市數量年分布及累計分布Fig.1 Numbers of cities proposed Eco-city building and accumulated distribution

2 中國生態城市建設的時空演化路徑

為了準確揭示中國生態城市建設的空間演化規律，在ARCGIS12.0支持下，采用空間統計方法(Moran′s I系數)，從時間、空間雙層維度全面揭示生態城市發展的時空變化過程，定量識別并以空間可視化的方式精細地刻畫我國生態城市建設發展歷程的整體特征。

所謂空間自相關(spatial autocorrelation)是指相同的變量在不同空間位置上相似性和差異性分別的相關性。如果某一變量的相似性在空間上形成集群，則定義為正的空間自相關；而當某變量的差異性空間集群更明顯，則認為其具有負的空間自相關。本文采用Moran′s I系數測度我國生態城市分布的空間自相關性。空間自相關模型可分為全局自相關與局部自相關。其中，全局空間自相關是對變量在整個區域的空間特征的描述。而局部自相關可以表述哪里出現了異常值或是集聚。

其中，考察全局空間自相關性模型為

Moran′s I 的取值范圍在-1～1。當Moran′s I=0時，可以判斷某變量在各地區的空間分布上相互獨立，并不存在相關性。當Moran′s I>0時，各地區間的某變量在區位分布上是空間正相關，即這個變量存在空間依賴性。當Moran′s I<0時，則表現為空間負相關，也就是說，這個變量在區位分布上存在空間排斥。隨著Moran′s I的絕對值的增加，變量的空間分布也表現出更強的相關性。

Moran′s I指數的顯著性計算公式為

(1)

式中：

(2)

(3)

其中:Z(I)為標準正態分布的Z分數，I為上步計算所得的Moran指數。

本項實證檢驗所采用數據的觀察區間為2000～2011年。在數據的樣本選擇方面，由于很難獲取生態城市的確切名單，根據張偉等[12]提出的解決方案，本文擬根據國家環境保護部公布的歷年國家級生態示范區名單作為替代，近似地分析我國各地生態城市建設的時空演進過程。為了更好地看出生態城市建設的階段性進展，本文分別采用了2000、2005、2008以及2011年的數據，并進行可視化展示，如圖2所示。

同時，選用ARCGIS軟件來測算我國生態城市發展的空間依賴性。首先，對2000、2005、2008及2011年的空間自相關指數Moran′s I進行計算，結果如圖3所示。

如圖3所示，在選取的四年中，生態城市的分布都顯示了一定的空間集聚性，其中2005年Moran′s I指數最高，但是并不能確定其顯著性。同時，為了進一步分析我國生態城市空間集聚性的變化軌跡，補充了其他年份數據，對其空間集聚性進行檢驗，具體結果如表1所示。

(a) 2000年 (b)2005年

表1 我國生態城市分布空間集聚檢驗

注：國家環境保護部公布的國家級生態示范區名單只提供表中年份數據。

表1中的檢驗結果表明，在2000年我國的生態城市建設在空間分布上的并不存在穩定且明顯的依賴性：Moran′s I值不顯著(P值大于0.05)，Z分數略小于2。即各地級市的生態城市建設水平在空間分布上并不存在相似值之間的集聚，而是隨機分布的。隨著時間的推移，在2002年，我國生態城市的空間依賴性明顯：Moran′s I值在5%顯著水平上顯著，Z分數達到3以上。

這個時期的我國生態城市空間分布并不是隨機的，而是具有穩定且明顯的空間依賴性：生態城市與其他生態城市在空間上比較相近，而同樣非生態城市地區也在空間分布上相近。在此后的相當長一段時期內(2002～2008年)，我國生態城市的空間分布都是存在典型的空間自相關，這種空間自相關性在2005年效應最強(Moran′s I值最大，為0.233)，隨著時間推移呈逐漸降低的趨勢。也就是說，我國生態城市的空間集聚性在2005年左右達到峰值，隨著時間的推移我國生態城市的分布正在表現出更弱的空間自相關性。在近些年，我國生態城市的空間分布已經表現出了離散效應。如表1所示，在2011年，我國生態城市在空間分布上的集聚性已經完全消失(P值大于0.05)。這些生態城市的分布又重新呈離散狀分布。這個變化路徑與環境庫茲涅茨曲線(environment kuznets curve, EKC)基本相似。EKC揭示出環境質量開始隨著收入增加而退化，收入水平上升到一定程度后隨收入增加而改善，即環境質量與收入為倒U型關系。

為了更加深刻地揭示生態城市分布密度較高的中東部地區的生態城市建設的集聚性，進一步檢驗了我國生態城市分布集聚年份(2002、2005、2006、2007、2008年)的局部自相關。分析結果如圖4所示。

(a) 2000年 (b)2005年

我國生態城市分布的空間局部自相關和前面分析比較一致，且準確的指出了空間集聚點。例如，在2002年，我國擬建生態城市在江蘇、安徽兩省出現顯著的高-高集聚；在2005年，我國擬建生態城市在山東、浙江、江蘇、安徽四省出現顯著的高-高集聚；在2006、2007年亦存在相似的發現；在2008年，主要集聚省份出現在經濟水平更好的江蘇、山東兩省。

總的來說，我國生態城市建設在演化路徑上具有兩個明顯的特征：

1)從時間維度上講，我國生態城市的空間分布經歷了一個離散——聚集——離散的倒U型演化過程。這說明在我國開展生態城市建設一直以來的相當長時期內，我國生態城市的空間分布從最初的隨機分布，隨著時間推移表現出相似值之間的空間集聚，并且這種聚集效應從總體趨勢看也是逐漸提高的，但是在近期表現出離散效應。經歷了由離散到集聚、再到離散的變化路徑，顯示出較明顯的倒U型演化路徑。

2)從空間維度上來講，生態城市的分布顯示出了明顯的空間差異。從建設初始到現在，我國生態城市建設都有較明顯的區域梯度變化。以2011年為例，我國生態城市的分布密度有一個自東向西逐漸減小的梯度變化，表現為東部地區密度最大，中部地區僅次于東部地區，但遠遠高于西部地區的生態城市分布密度。同時，沿海各省份的生態城市密度都較高，尤其是北部沿海與東部沿海地區，生態城市在這個區域高度聚集，這與其本身優越的自然地理環境與較高的經濟發展水平是密不可分的[14]。

(d) 2007年 (e)2008年圖4 空間局部自相關檢驗結果Fig.4 The estimation results of spatial local auto-correlation

3 中國生態城市的發展模式

根據前文中我國生態城市建設的時空演化路徑分析，相應的提出了我國生態城市建設的發展模式：空間散點模式——空間集聚模式——空間溢出模式——空間平衡模式。

3.1 空間散點模式

生態城市構建的空間散點模式是指在生態建設初期，一個區域內只有一個或少數幾個城市提出構建生態城市的目標，與區域內其他城市聯動欠缺，整個區域并沒有明確的生態城市構建規劃[15-16]。從圖2中可以看出，在2000年，也就是我國提出生態城市建設的初期，我國絕大多數的擬建生態城市屬于空間散點分布模式。如北京市、內蒙古自治區、遼寧省、江西省、山東省、河南省、湖南省、廣東省、海南省、寧夏自治區與新疆自治區。這些省份只有一個城市開始了生態城市的建設。例如，廣州省只有珠海市提出了擬建生態城市構建目標。海南省也只有三亞市開啟了生態城市建設。這些城市的生態城市構建處在起步階段,一個區域內的孤立城市進行生態建設,而與周邊城市甚至整個區域沒有形成聯動。然而，這些離散的生態城市建設地區具有明顯的建設特色。比如貴陽市，是典型的循環經濟型生態城市。貴陽市是國家環保總局確定的第一個循環經濟型生態城市試點城市[17]。循環經濟型生態城市建設的主要特征是逐步將以往傳統粗放式資源型城市發展模式過渡到可持續循環資源型發展模式。而北京市是典型的政治型生態城市。這類城市由于政治地位突出,城市的職能定位比較單一,突出表現為政治中心,聚集著國家決策精英,工業區遠離城市,污染性較強的企業也被遷移。因此，在此發展階段找出本地區生態城市建設的特色是各地方政府的工作重心。空間散點模式也是生態城市構建的第一階段。即為了在某一區域中獨立發展其生態城市建設，需對城市本身的建設特色予以定位，才能有效的開展其生態城市建設。

3.2 空間集聚模式

空間集聚模式是指區域內擬建生態城市分布較為密集,城市與城市間聯系緊密,整個區域通過制定區域規劃推動城市的生態建設。這是生態城市發展的中期階段。在這一階段中，區域內會有大量生態城市孕育而生，形成比較有規模的城市群。例如江蘇省、浙江省、遼寧省及湖南省，這些省已經提出構建生態省的目標,并制定了《生態省建設規劃綱要》,旨在以區域為整體進行生態環境建設[18]。因此這些擬建生態城市之間能夠互相合作,在生態城市構建方面互相促進。目前我國城市處于空間集聚群構建模式的大多分布在東部沿海地區。如目前提出的三大擬建城市群：長江三角洲地區、珠江三角洲地區和渤海灣地區[19]。其中，長江三角洲地區擬建生態城市的數量最多，分布也最為集中，上海、杭州、南京、無錫、寧波、常州、湖州等城市均提出了擬建生態城市建設，是我國生態城市構建中最為龐大的集聚群。

3.3 空間溢出模式

空間溢出模式是指某一區域內生態城市建設已達到較高水平，區域間開始出現良性互動，實現生態城市空間聯動發展。由于目前我國沿海省份的生態城市密度已經達到一定程度，這種生態城市的發展理念對周圍區域有了明顯的正向輸出。如圖5所示，在2011年，處于中、西部地區銜接處的內陸省份，如山西、江西、安徽、湖南、湖北等，生態城市的數量有了非常明顯的增加，或已實現點面結合模式。而西部地區的四川、云南、貴州等省份雖然擬建生態城市數量有限,城市間未能聯動, 但密度上升趨勢明顯。這一構建模式也是我國生態城市建設未來發展方向，通過東部沿海省份的概念溢出，加強區域間合作，實現生態觀念較弱省份的生態建設。

3.4 空間均衡模式

空間均衡模式是指所有區域的生態城市建設都已經達到一定水平，區域之間形成有效聯動，實現所有區域的生態發展。這一構建模式是生態城市建設的高級階段，也是我國生態城市建設的長遠目標。

總體而言，生態城市構建的四種模式是生態城市從無到有、從低級到高級的發展過程，這四種模式可以看成是生態城市構建的四個階段。大部分城市在構建生態城市的過程中一般都會經歷空間離散模式與空間集聚模式。由離散分布模式出發，隨著區域的生態建設發展逐漸開始空間集聚，進入第二種模式。接下來整個區域在生態城市構建方面協調合作,通過區域規劃的制定達到更高的發展模式，實現空間溢出，從而最終實現生態城市分布的空間均衡模式。

4 結論

本文通過對我國擬建生態城市相關數據的收集和整理，分析了我國生態城市建設的時空演化路徑，探討了其發展模式，主要結論如下:

1) 我國提出生態城市建設以來，生態城市的空間分布經歷了一個由離散——聚集——離散的倒U型演化過程。同時，我國生態城市的分布顯示出了明顯的空間差異。生態城市的分布密度有一個自東向西逐漸減小的梯度變化，表現為東部地區密度最大，中部地區僅次于東部地區，但遠遠高于西部地區的生態城市分布密度。

2)根據我國生態城市發展的時空演化路徑，我們提出生態城市構建的四個構建模式——空間散點模式、空間集聚模式、空間溢出模式與空間均衡模式。這四個模式是我國生態城市從無到有、從低級到高級的發展過程。目前來看，西部地區的擬建生態城市多為離散分布模式，處于生態城市發展的初步階段。而提出構建生態城市時間最早、數量最多的東部省份正試圖通過提出生態省等戰略，使整個區域通過制定區域生態規劃共同打造生態城市群，形成集聚群，標志著其已進入第二階段。

總的來說，本文的研究發現可以為各級政府探尋其生態城市發展路徑提供一定決策支持。通過對自身發展模式進行定位、對相鄰地區的生態城市建設水平進行評估，合理制定其生態城市發展的宏觀規劃與發展路徑。

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The spatial-temporal evolution path and development patterns of eco-city construction in China

JIA Yan, YU Nannan

(School of Management，Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China)

In order to know well the eco-city construction and further understand the evolution of eco-city construction in China, this study collects the data of ecological city during the period of 2000～2011, and our findings indicate that there are two obvious features in the evolution process of China′s eco-city construction by data collection and analysis of: the spatial distribution of ecological city in China has experienced an inversed U type (discrete-agglomeration-discrete) evolution; the distribution of China′s eco cities show obvious spatial difference. Meanwhile, according to the temporal and spatial evolution path of China′s eco city development, we put forward four patterns of eco city construction-discrete distribution pattern, combining point pattern, spatial agglomeration pattern and spatial spillover pattern. These four patterns reflect the development process of the ecological city in China. The results of this paper can deepen the understanding of the status of China′s eco city construction, and better grasp the process of ecological city construction, so as to provide decision-making suggestions for the ecological city construction in China.

eco-city; spatial temporal evolution; development pattern; decision-making suggestion

2016-11-19.

日期：2017-01-20.

教育部人文社科青年基金項目(14YJC630175).

賈妍(1984-), 女, 博士研究生；于楠楠(1983-), 女, 副教授,博士.

于楠楠，E-mail:yunannan1201@163.com.

10.11990/jheu.201609064

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20170120.1509.002.html

D922.11

1006-7043(2017)02-0324-07

賈妍，于楠楠. 我國生態城市建設的時空演化路徑及其發展模式[J]. 哈爾濱工程大學學報， 2017, 38(2): 324-330. JIA Yan, YU Nannan. The spatial-temporal evolution path and development patterns of eco-city construction in China[J]. Journal of Harbin Engineering University, 2017, 38(2): 324-330.