環渤海地區城市發展效率空間格局分析

曹錫頂，孟 雪，韓增林,b

(遼寧師范大學a.地理科學學院；b.海洋經濟與可持續發展研究中心，遼寧 大連 116029)

城市是人類依托物質資源進行生產生活的集聚空間。隨著我國經濟發展進入新常態，城鎮化也進入了城鎮化加速階段和城市病發作階段的疊加期，城市的用水資源、用地資源、能源資源供給不足[1-3]，生態環境問題突出。我國“十三五”規劃提出,“實施能源和水資源消耗、建設用地等總量和強度雙控行動”。粗放式的城市發展模式應從根本上改變，科學合理地配置城市資源，提高城市資源利用效率勢在必行。環渤海地區工業密集，以重化工業為主，能源消耗量大[4]、人口集聚度高[5]、水資源短缺[6]，加之近年工業化和城鎮化加速發展，資源短缺問題，環境污染問題有增無減。因此，解決城市資源矛盾，合理測度城市發展效率，是落實《京津冀協同發展規劃綱要》和加強環渤海地區經濟協作，促進區域協調可持續發展的關鍵問題。

國內外學者多采用數據包絡分析(DEA)，從不同空間尺度[7-12]、城市的土地利用[13-15]、城市的產業發展[16]等方面進行了城市效率的測度，但對城市效率空間演化分析研究較少。傳統DEA模型方法通常屬于徑向、角度的，在評價效率的過程中無法對非期望產出進行有效處理，沒有嚴格考慮投入產出的松弛性問題。Tone提出的SBM模型基于松弛變量的非徑向、非角度，可以很好解決處理非期望產出的問題[17]，并得到較好應用，如能源生態效率[18]、水資源利用效率[19]、農業生態效率[20,21]、科技資源配置效率[22]、環境效率[23,24]、土地利用效率[13]、海洋經濟效率[25]、公路運輸效率[26]等。標準差橢圓與以往地理空間方法研究不同，它更加側重于揭示地理要素空間分布的全局特征，并在不同尺度的區位格局[27-29]、碳排放[30]、航空貨運[31]、海洋經濟效率[32]等方面得到較好應用。在概念界定方面，狄乾斌等將城市發展效率概念界定為：一定的生產技術條件下，開發利用城市資源從事生產性活動過程中，投入要素創造的產出(包括期望產出和非期望產出)價值量與總投入價值量的比值，反映了城市投入要素資源的有效配置和利用效率[33]。基于以上研究成果，本文采用基于非期望產出的SBM模型測度環渤海地區44個城市的城市發展效率，并采用標準差橢圓方法以空間可視化的方式刻畫環渤海地區城市發展效率時空格局特征。

1 區域概況與研究方法

1.1 區域概況

環渤海地區是我國華北、東北、西北三大區域結合部，環抱著渤海灣和黃海部分海岸，擁有40個港口，是我國交通網絡最為密集的區域之一，也是最大的工業密集區，現已成為我國經濟發展的第三大增長極，先后設立天津濱海新區、遼寧沿海經濟帶、山東半島藍色新區、西海岸新區和遼寧金普新區。盡管環渤海地區經濟增長快速，但是這種快速增長是依賴于資源消耗和環境污染而實現的，粗放式經濟增長、產業結構趨同、基礎設施建設重復、生態環境惡化和城鄉體系發展失衡等問題突出，嚴重制約了環渤海地區城市經濟可持續發展。

1.2 非期望產出的SBM模型

DEA是一種多輸入多輸出的分析方法，即要素投入與產出之間的相對效率評價的系統分析方法[34]。傳統的DEA模型多基于投入或產出角度徑向計算，對投入或產出的松弛性問題考慮不充分，容易高估評價單元的生產率[21]。Tone提出將松弛變量引入目標函數中的基于松弛測度的DEA模型，其非徑向、非角度的特性避免了徑向和角度帶來的偏差，并提出了解決當存在非期望產出時的SBM模型[17]。非期望產出時的SBM模型具體公式本文與相關文獻相同[24]。

1.3 標準差橢圓

標準差橢圓(SDE)最早由Lefever提出[35]，從重心角度，橢圓的展布范圍、密集度、趨勢方向和形狀上能夠精確測量經濟要素空間差異與分析經濟要素空間分布[35-37]。本文采用標準差橢圓基于環渤海地區44個城市的空間區位，用該城市對應的城市發展效率值表示相應的權重，表現各經濟要素的空間分布狀況。計算公式如下[38]：

(1)

方位角：

(2)

(3)

(4)

1.4 指標選取與數據來源

依據DEA模型投入產出效率指標宜少原則[39](一般要求指標數量(投入指標+產出指標)≤1/3個評價單元個數)，本文在狄乾斌等[40]研究基礎上，構建了城市發展效率投入產出指標體系(表1)。環渤海地區是重要的能源基地，在能源要素投入選取能源消費總量(萬t/ace)為代表指標。需要說明的是，城市經濟的投資對產出的影響不僅基于當期投資，還基于以往投資所形成的資本存量，因此采用資本存量衡量資本要素的投入。資本存量的計算采用永續盤存法進行估算。關于以價格為單位的原始數據，為消除價格因素的影響需進行數值平減，但由于缺少具體城市經濟數據的平減指數，通常使用各省市的GDP平減指數進行數值平減。選取2005—2016年環渤海地區44個城市作為城市發展效率評價單元，樣本數據來源2006—2017年《中國城市統計年鑒》和《中國統計年鑒》、2005—2016年《中國城市建設統計年鑒》、各地區城市歷年統計年鑒和環境質量公報等。

表1 城市發展效率投入產出指標體系[40]

注：城市廢水包括工業廢水和城市生活污水；城市生活非期望產出包括生活污水和城市生活垃圾清運量。

2 城市發展效率測算與空間演化分析

2.1 城市發展效率結果分析

基于前人研究結果[41]，本文將城市發展效率等級劃分為：效率最高(p=1)、效率良好(0.8≤p≤1)、效率中等(0.6≤p≤0.8)和效率無效(p≤0.6)4個等級進行分析(圖1)。由圖1可知，環渤海地區44個地級市城市發展效率整體水平較高且波動幅度大，呈波動上升態勢。2005—2007年城市發展效率值逐漸上升，這是由于2001年申奧成功，對北京及周邊地區的重化工業及污染產業進行環境整改，在2005年研究初期的城市發展效率水平就已經達到0.734(效率中等)；2009年下降到最低值0.726(效率中等)，這是由于金融危機造成的經濟波動，環渤海地區較為密集的進出口企業受到國際市場的沖擊影響較明顯；2010—2013年再次逐漸上升，一方面“拉動內需”等宏觀手段激發經濟活力，另一方面金融危機促使抵抗金融風暴能力較弱的傳統型、低技術、高耗能企業倒閉，緩解了污染排放問題，使非期望產出減少；2014年和2015年呈現下降趨勢，這是由于近年“散亂污”企業違法復產，最明顯的污染現象是霧霾天氣現象嚴重；2016年發展態勢有上升趨勢。由圖2可知，環渤海44個城市中，平均值效率最高的城市有4個，占總數的9.09%，平均值效率良好的城市有13個，占總數的29.55%，平均值效率中等的城市有23個，占總數的52.27%，平均值效率無效的城市有4個，占總數的9.09%，其中城市發展效率值較低的城市主要分布于河北省與山東省的交界處。綜上所述，環渤海地區效率中等城市占比最高，效率最高城市占比最低，整體上未達到理想狀態，提升潛力較大，應關注效率無效城市的發展，加強河北省和山東省的省際合作。

圖1 環渤海地區城市發展效率值變化趨勢

圖2 環渤海地區城市發展效率空間格局特征

2.2 城市發展效率空間演化分析

2005—2016年環渤海地區城市發展效率空間分布格局見圖3。

圖3 環渤海城市發展效率空間分異格局

02005—2016年環渤海地區城市發展效率空間分布總體呈現南(偏西)—北(偏東)的空間格局。分布在標準差橢圓內部的城市是發展效率主體，可看出沿海城市在環渤海地區城市發展效率中占主體地位。綜合來看，環渤海城市發展效率空間格局演化特征明顯，主要向南偏西移動，空間分布呈現擴大的趨勢。本文從重心變化、橢圓范圍、分布形狀、分布方向4個方面進行城市發展效率空間變化差異分析。

2005—2016年環渤海地區城市發展效率重心空間位移分布見圖4。城市發展效率的重心集中分布在渤海上，各時期的重心在118.54°—119.09°E、36.48°—38.53°N之間變動，重心集中分布在渤海的西南部，近兩年逐漸靠近河北省東部地區。

圖4 2005—2016年環渤海地區城市發展效率重心空間位移

環渤海地區城市發展效率空間分布范圍在2005—2007年呈現擴大的趨勢，2008—2014年波動中呈現縮小的趨勢，2015—2016年又呈現擴大的趨勢，2005—2016年的整體波動范圍在300065.03—313107.06km2。結果表明，2005—2007年標準差橢圓外部城市對環渤海地區城市發展效率的拉動作用大于標準差橢圓內部城市，2008—2014年標準差橢圓內部城市對環渤海地區城市發展效率的拉動作用大于標準差橢圓外部城市，2015—2016年標準差橢圓外部城市的拉動作用顯著。

2005—2016年環渤海地區城市發展效率標準差橢圓形狀變化呈現短軸和長軸波動增長(圖5)。其中，短軸的標準差與長軸的標準差比值變化較小，橢圓的空間分布形狀變化較小。從2005—2016年環渤海地區城市發展效率標準差橢圓分布方向來看(圖6)，標準差橢圓的方位角呈波動上升的趨勢。其中，2005—2012年波動下降，方位角由2005年的35.78°縮小到2012年的33.77°，表明整體呈東北—西南格局；2013—2016年緩慢上升，方位角由2013年的33.9°擴大到2016年的34.53°。

圖5 2005—2016年環渤海地區城市發展效率標準差橢圓長短軸變化

圖6 2005—2016年環渤海地區城市發展效率空間分布方位角變化

綜上所述，2005—2008年城市發展效率重心主要由唐山市、天津市向河北省東南部偏移，主要原因可能是2006年河北省提出“沿海經濟社會發展強省”戰略，并于2007年建立渤海新區新型工業化基地，發展海洋潛力，帶動經濟跨越式發展。結合圖3可知，2008年后受金融危機的影響，各省市都采取了多項措施以保持經濟平穩增長，其中遼東半島形成港陸聯動的發展格局，以大連和沈陽為發展核心，拉動環渤海地區的城市發展效率在2009年向東北方向偏移。2010—2015年城市發展效率重心不斷向山東半島移動，主要原因可能是山東抓住“海洋強國”重要機遇，統籌發展，將山東半島藍色經濟區、黃河三角洲高效生態經濟區、膠東半島高端產業聚集區和魯南臨港產業帶有機結合，由沿海帶動內陸深化改革。國家戰略的扶持和地方政府的積極發展，不斷帶動城市發展效率的提高，提高環渤海整體發展水平。2016年城市發展重心貼近河北東部地區，主要原因可能是京津冀協同發展戰略實施的拉動作用。隨著國家戰略的扶持和地方政府的積極響應，有利于提高環渤海地區的城市發展效率和城市整體發展水平。

3結論

環渤海地區城市發展效率整體水平較高且波動幅度大，效率中等城市占比最高，效率最高城市占比最低，整體上未達到理想狀態，提升潛力較大，因此應關注效率無效城市的發展，加強河北省和山東省的省際合作；環渤海城市發展效率空間格局演化特征明顯，主要向南偏西移動，且空間分布范圍呈現擴大的趨勢，沿海城市在環渤海地區城市發展效率中占主體地位；環渤海地區城市發展效率重心主要位于渤海，環渤海地區城市發展效率空間分布范圍由擴大到縮小再擴大的分布，近幾年標準差橢圓內部城市對環渤海地區城市發展效率的拉動作用大于標準差橢圓外部城市；環渤海地區城市發展效率的方位角呈波動上升的趨勢。