中國東部沿海三大城市群的科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合協(xié)調關系

尚英仕，劉曙光

(1.青島科技大學經濟與管理學院，山東青島 266061；2.中國海洋大學經濟學院，山東青島 266102；3.中國海洋大學海洋發(fā)展研究院，山東青島 266102)

“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”五大發(fā)展理念是引領中國發(fā)展的“指揮棒”。創(chuàng)新位居五大發(fā)展理念之首，是引領高質量發(fā)展的首要動力與戰(zhàn)略支撐；綠色是實現(xiàn)高質量發(fā)展的必要條件［1］。當前，中國由高速發(fā)展向高質量發(fā)展過渡，高能耗、高污染的粗放型發(fā)展方式仍嚴重制約著區(qū)域綠色發(fā)展，提升經濟發(fā)展質量、優(yōu)化資源配置效率，實現(xiàn)經濟、社會和環(huán)境協(xié)調發(fā)展是當前區(qū)域發(fā)展的根本要求。創(chuàng)新作為中國經濟發(fā)展與轉型的主要動力，對推動以綠色理念為導向的高質量發(fā)展具有重要作用。厘清科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的內在作用機理，對優(yōu)化資源配置、提升科技創(chuàng)新水平、推動綠色發(fā)展具有重要意義。城市群作為中國經濟發(fā)展和城鎮(zhèn)化建設的戰(zhàn)略核心區(qū)域，是未來中國經濟發(fā)展的先驅與代表，擔當著引領中國區(qū)域發(fā)展和科技進步的重任［2］。在全球新一輪科技革命和產業(yè)變革背景下，中國正在經歷從創(chuàng)新追隨者成長為創(chuàng)新趕超者的蛻變，城市群憑借優(yōu)厚的創(chuàng)新資源和巨大的市場潛力，在中國創(chuàng)新發(fā)展的浪潮中脫穎而出。京津冀城市群、長三角城市群和珠三角城市群作為中國三大國家級城市群（以下簡稱“三大城市群”），在創(chuàng)新優(yōu)勢資源吸附和區(qū)域創(chuàng)新政策中更是具有無可比擬的優(yōu)勢，科技投入與產出在全國14 個城市群中占比超過60%［3］。得益于科技創(chuàng)新與經濟發(fā)展的雙重推動，三大城市群綠色發(fā)展長期處于國內領先水平，但其內部城市綠色發(fā)展空間差異顯著，綠色發(fā)展無效率與低效率問題凸顯［4］。基于此，本研究運用耦合協(xié)調度模型對中國沿海三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的協(xié)調關系進行測算，運用障礙度模型對影響兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的因素進行分析，旨在豐富創(chuàng)新與綠色協(xié)調發(fā)展相關研究成果，以期為中國沿海城市群實現(xiàn)創(chuàng)新與綠色協(xié)調發(fā)展提供參考借鑒。

1 研究綜述

創(chuàng)新是經濟發(fā)展的動力源泉，這一觀點在學術界早已得到普遍認可，經濟增長極理論和內生增長理論等都明確指出科技創(chuàng)新是實現(xiàn)經濟持續(xù)增長的主要動力［5-6］。然而隨著區(qū)域發(fā)展中的資源環(huán)境問題日益突出，如何在確保生態(tài)安全的前提下實現(xiàn)科技創(chuàng)新對經濟發(fā)展的驅動作用成為學術界普遍關注的問題。波特假說指出，嚴格環(huán)境約束下的科技創(chuàng)新在短期內會因為創(chuàng)新成本的增加導致經濟增長下降，而在長期內則有利于提升經濟產出效率、促進經濟增長［7］。改革開放以來，在技術創(chuàng)新的推動作用下，中國的科技進步與經濟發(fā)展取得了矚目成就，隨著資源環(huán)境約束、區(qū)域發(fā)展不平衡等問題的日益突出，國內學者開始關注創(chuàng)新與經濟發(fā)展背后的生態(tài)問題，戈華清［8］指出因科技利用使環(huán)境惡化的“科技失靈”現(xiàn)象是導致現(xiàn)代社會生態(tài)危機的一大原因。而科技作為提升區(qū)域環(huán)境容量與資源利用效率的重要手段，如何實現(xiàn)科技創(chuàng)新與生態(tài)環(huán)境的耦合發(fā)展成為國內學者普遍關注的問題，趙傳松等［9］學者指出科技創(chuàng)新與中國可持續(xù)發(fā)展呈明顯的正相關關系，兩系統(tǒng)之間的耦合協(xié)調度呈現(xiàn)“東高西低”的空間特征；廖凱誠等［10］學者指出目前國內科技創(chuàng)新與綠色治理協(xié)調發(fā)展普遍處于較低水平。

在“十三五”期間及經濟發(fā)展進入新常態(tài)的時代背景下，創(chuàng)新和綠色被列入新時期中國經濟高質量發(fā)展的五大指導理念之中，針對科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展之間關系的研究得到國內學者的廣泛關注。主要體現(xiàn)在：一是科技創(chuàng)新對綠色發(fā)展的效應研究。何興邦［11］基于省級面板數(shù)據，就技術創(chuàng)新對中國經濟高質量發(fā)展的影響進行了測度，指出技術創(chuàng)新顯著地改善了中國經濟增長效率，提升了社會福利水平，促進了綠色發(fā)展的實現(xiàn)；袁潤松等［12］指出技術創(chuàng)新對中國綠色發(fā)展形成具有明顯的正向效應。二是綠色發(fā)展理念指引下科技創(chuàng)新的發(fā)展方向研究。賈軍［13］指出要實現(xiàn)制造業(yè)綠色發(fā)展，中國必須要加快綠色技術研發(fā)及商業(yè)化運作，同時要實現(xiàn)相關制度等配套設施的建設，以實現(xiàn)綠色技術體制對傳統(tǒng)體制的替代；丁顯有等［14］基于對長三角城市群工業(yè)綠色創(chuàng)新發(fā)展效率的研究指出，要實現(xiàn)工業(yè)綠色創(chuàng)新協(xié)同效率的提升，應在優(yōu)化環(huán)境規(guī)制政策的同時加快創(chuàng)新技術尤其是綠色創(chuàng)新技術的研發(fā)。三是科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的協(xié)調關系研究。藤堂偉等［15］以長江經濟帶為例對科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的耦合協(xié)調關系進行了探討，指出長江經濟帶科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的協(xié)調度呈集群化現(xiàn)象，空間上呈“下游＞中游＞上游”特征。

綜上可見，在研究內容上，學者們較多關注科技創(chuàng)新對中國綠色發(fā)展的影響測度，對科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合作用過程的研究較少，對科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的耦合作用機理缺乏深度分析；在研究尺度上，仍集中于全國以及省域層面，以城市為基礎單位的相關研究目前仍只有少數(shù)，對城市群、經濟區(qū)等空間組合地域單元少有涉及，在實證研究對象選取中較少針對科技創(chuàng)新與整體經濟發(fā)展水平領先、資源環(huán)境壓力較大的沿海地區(qū)單獨展開研究；在研究方法上，對環(huán)境規(guī)制對科技創(chuàng)新或科技創(chuàng)新對區(qū)域發(fā)展的影響研究多傾向于采用基于微觀數(shù)據的回歸分析，以定性分析為主，定量分析方法仍相對匱乏。

2 研究設計

2.1 研究方法

2.1.1 耦合協(xié)調度模型

耦合度是研究對象系統(tǒng)整體或內部要素之間相互作用程度的測度指標；協(xié)調度是研究對象系統(tǒng)協(xié)調配合、良性運轉程度的測度指標。本研究引入耦合協(xié)調度模型，對三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展相互耦合協(xié)調程度進行測算。參考劉娜娜等［16］的方法，構建耦合協(xié)調度模型如下：

式（1）（2）中：U為耦合系數(shù)；T(x)為科技創(chuàng)新綜合指數(shù)；G(x)為綠色發(fā)展綜合指數(shù)；k為調節(jié)系數(shù)，本研究中取值k=2；D為協(xié)調系數(shù)；T為綜合調節(jié)系數(shù)，由公式T=α·T(x)+β·G(x)算得，α和β為待定權數(shù)，反映科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展對協(xié)調度的貢獻，在本文中考慮兩者同等重要，同時取值0.5。

U值越大，表示科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展水平耦合度越高，反之則表示兩者耦合度越小；D值越大，協(xié)調度越高，反之協(xié)調度越低。借鑒華堅等［17］學者對科技創(chuàng)新與高質量發(fā)展耦合協(xié)調關系進行歸類的做法，將耦合協(xié)調類型的設定范圍為：在0 ≤U＜0.3時，兩系統(tǒng)處于低水平耦合階段；0.3 ≤U＜0.5 時，兩系統(tǒng)為拮抗耦合階段；0.5 ≤U＜0.8 時，兩系統(tǒng)處于磨合期；0.8 ≤U≤1 時，兩系統(tǒng)進入高水平耦合階段；在0 ≤D＜0.5 時，兩系統(tǒng)之間的關系為失調型，按照0.1 階梯進行進一步歸類，依次為極度、嚴重、中度、輕度、瀕臨失調型；在0.5 ≤D≤1 時，兩系統(tǒng)關系為協(xié)調性，按照0.1 階梯進行進一步歸類，依次為勉強、初級、中級、良好、優(yōu)質協(xié)調型。

2.1.2 障礙度模型

在對三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合協(xié)調度進行測算的基礎上，對影響兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的障礙因素進行識別，以此為依據進行政策與行為調整，從而實現(xiàn)三大城市群科技創(chuàng)新與經濟、生態(tài)、社會協(xié)調發(fā)展的目標。對障礙因子進行識別通過引入障礙度模型實現(xiàn)，參考尹鵬等［18］的做法，具體模型結構為：

式（3）中：Oi為評價指標對三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合協(xié)調度的障礙程度；xi為標準化處理后的指標值，相應的，(1-xi)為單項指標與理想值之間的差距；wi為單項指標權重；n為基礎指標總數(shù)量。

熵值法作為廣泛使用的一種因子分析方法，在科技創(chuàng)新和綠色發(fā)展測度及評價中被學者們廣泛使用，本研究基于熵值法對三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展水平進行測度。由于篇幅受限，詳細步驟參見文獻［19］和文獻［20］；同樣，式（3）中xi和wi的計算步驟均在這些文獻中具體呈現(xiàn)。

2.2 科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合機理與指標選取

綠色發(fā)展和科技創(chuàng)新具有交互耦合關系，兩者互相依賴、相互促進、彼此制約（見圖1）。綠色發(fā)展作為引領高質量發(fā)展的核心理念，是指通過構建綠色生產方式，推動綠色經濟發(fā)展、改良綠色生態(tài)、提升綠色福利，從而實現(xiàn)經濟、社會和自然三系統(tǒng)協(xié)調共生的文明發(fā)展方式。科技創(chuàng)新作為推動經濟社會發(fā)展的第一動力，與區(qū)域綠色發(fā)展息息相關。滕堂偉等［15］學者就科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的耦合機理進行了梳理，突出強調科技創(chuàng)新通過作用于生產、生活要素調整與升級，進而提升綠色發(fā)展水平，本研究在此基礎上對區(qū)域綠色發(fā)展對科技創(chuàng)新的反向作用進行了補充。在五大發(fā)展理念指引下，科技創(chuàng)新與區(qū)域環(huán)境遵循的“刺激—反應”模式，使得創(chuàng)新主體依據區(qū)域綠色發(fā)展效果不斷調整自身行為，從而推動科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展協(xié)同提升的良性循環(huán)。科技創(chuàng)新對綠色發(fā)展的促進作用得到了廣泛認同，大量學者已就科技創(chuàng)新對綠色發(fā)展的作用機理進行了探討：在對經濟增長的推動作用中，科技創(chuàng)新通過融入經濟活動生產過程，促使生產要素高級化、提高全要素生產率，從而推動經濟結構轉型與經濟總量增長［21］；在對生態(tài)環(huán)境的改善作用中，科技創(chuàng)新通過環(huán)保技術的開發(fā)與應用，降低工業(yè)生產中的碳（C）和硫（S）的排放，并增加傳統(tǒng)工業(yè)“三廢”綜合利用產品的產值［22］；在對綠色生活的提升作用中，科技創(chuàng)新通過技術創(chuàng)造引導綠色消費、綠色出行，降低綠色生活能耗。Storper 等［23］提出的“技術-組織-地域”三位一體理論指出區(qū)域環(huán)境對科技創(chuàng)新存在顯著影響，綠色發(fā)展所涵蓋的經濟發(fā)展、社會文化、創(chuàng)新政策等軟環(huán)境無疑是驅動區(qū)域科技發(fā)展的重要因素。一方面，區(qū)域經濟發(fā)展水平直接影響區(qū)域創(chuàng)新策略的選擇，即依據區(qū)域經濟發(fā)展水平對技術引進或內生創(chuàng)新等創(chuàng)新模式進行選擇，并依據經濟發(fā)展水平調整創(chuàng)新資源流動，推動區(qū)域內生科技創(chuàng)新建設；另一方面，綠色發(fā)展水平的提升有利于營造健康的市場環(huán)境，促進科技要素在區(qū)域內自由流動，由此推動區(qū)域科技創(chuàng)新投入規(guī)模與結構調整，提升整體科技創(chuàng)新水平。

圖1 科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展系統(tǒng)耦合機理

借鑒已有研究對科技創(chuàng)新和綠色發(fā)展測度指標選取的經驗，如劉樹峰等［2］、趙傳松等［9］、藤堂偉等［15］、華堅等［17］和于成學［24］的做法，綜合城市級數(shù)據的可獲得性及評級指標的科學性，從創(chuàng)新投入、創(chuàng)新產出及創(chuàng)新儲備3 個維度選取表征科技創(chuàng)新水平的指標，從經濟增長、環(huán)境質量、環(huán)境治理和綠色生活4 個維度選取表征綠色發(fā)展水平的指標（見表1）。考慮城市群內部各城市相關指標發(fā)展規(guī)模的差異，采用平均指標作為基礎指標進行表征。

表1 科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展評價指標體系

借鑒方創(chuàng)琳等［25］學者已有研究成果，對三大城市群共7 個沿海省份的34 個地級以上城市，選取2009—2018 年面板數(shù)據，對其科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合協(xié)調時空特征進行分析。數(shù)據來源于2010—2019 年《中國城市統(tǒng)計年鑒》和相關省份2010—2019 年統(tǒng)計年鑒、知識產權局統(tǒng)計數(shù)據等。對于個別缺失數(shù)據，依據相鄰年份數(shù)據進行插補。

3 結果與分析

3.1 綜合指數(shù)時空特征分析

3.1.1 科技創(chuàng)新時空特征

基于表1 評價指標體系，采用熵值法分別對三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展兩系統(tǒng)的綜合指數(shù)進行測算，結果顯示，2009—2018 年，三大城市群科技創(chuàng)新指數(shù)由大到小依次為：珠三角城市群＞長三角城市群＞京津冀城市群，均值分別為0.223、0.146和0.072。

圖2 為三大城市群科技創(chuàng)新指數(shù)的變化趨勢。2009—2014 年，隨著中國經濟發(fā)展步入新常態(tài)，三大城市群科技創(chuàng)新水平呈逐年緩慢上升趨勢，其中珠三角城市群始終處于領先，而京津冀城市群科技創(chuàng)新指數(shù)在三大城市群中最低，截至2014 年，科技創(chuàng)新綜合指數(shù)仍低于0.1；2015—2018 年間，在國家“雙創(chuàng)”發(fā)展戰(zhàn)略下，國內科技創(chuàng)新步入高速發(fā)展時期，三大城市群科技創(chuàng)新水平得到大幅提升，其中珠三角城市群因科技要素的集聚優(yōu)勢而增幅最大，尤其在粵港澳大灣區(qū)建設規(guī)劃綱要提出及實施后，廣州、香港和澳門之間的科技交流合作進一步加強，助推了珠三角城市群中深圳高科技園區(qū)等地企業(yè)的創(chuàng)新能力提升，同時，隨著區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新逐步推進，長三角城市群和京津冀城市群科技創(chuàng)新發(fā)展水平不斷提升。對三大城市群內部城市科技創(chuàng)新指數(shù)進行進一步分析可見，除北京和天津外，京津冀城市群其余城市科技創(chuàng)新水平均處于較低水平，綜合指數(shù)低于0.1；長三角城市群內部城市科技創(chuàng)新水平明顯優(yōu)于京津冀城市群，綜合指數(shù)高于0.1 的城市達9 個，占其城市總數(shù)的60%，其中以南京的科技創(chuàng)新水平最高，指數(shù)值為0.285；珠三角城市群內部城市科技創(chuàng)新水平空間差異較大，其中深圳、珠海、廣州和東莞科技創(chuàng)新水平較高，指數(shù)排名為三大城市群所有城市中的前4 位，而肇慶、江門、惠州和佛山等城市科技創(chuàng)新指數(shù)卻低于0.1。

圖2 三大城市群科技創(chuàng)新綜合指數(shù)變化趨勢

圖3 為三大城市群內部城市科技創(chuàng)新水平的時間變化趨勢。其中，除上邊緣波動較大外，上四分位、均值、下四分位和下邊緣均呈平穩(wěn)上升態(tài)勢，說明研究時段內科技創(chuàng)新水平最高的城市的創(chuàng)新發(fā)展存在明顯波動，其余城市維持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢；同一年份內箱型圖上下邊緣差距在2010 年為最小值，2011—2018 年呈“N”型變化趨勢，說明各城市科技創(chuàng)新水平差距在2010 年最小，之后呈“增大—縮小—增大”變化趨勢，主要是因為深圳等城市科技創(chuàng)新近幾年得到高速發(fā)展，而水平落后的城市發(fā)展速度卻相對緩慢，因此空間差距逐漸拉大。

圖3 三大城市群內部城市科技創(chuàng)新水平變動趨勢

3.1.2 綠色發(fā)展時空特征

2009—2018 年三大城市群綠色發(fā)展指數(shù)由大到小依次為：珠三角城市群＞長三角城市群＞京津冀城市群，均值分別為0.310、0.220 和0.171。圖4 所示為三大城市群綠色發(fā)展綜合指數(shù)變化趨勢，其中京津冀城市群與長三角城市群變動趨勢保持一致，在2011 年輕微下降，其余時間段保持平穩(wěn)增長，珠三角城市群始終保持增長態(tài)勢。2011 年，石家莊、唐山、保定、張家口等城市單位產值的工業(yè)污染物排放增加是造成京津冀城市群整體綠色發(fā)展水平有所下降的主要原因；城市人均綠地面積明顯減少造成長三角城市群部分城市綠色發(fā)展綜合指數(shù)在本年份走低，也是導致長三角城市群整體綠色發(fā)展水平下降的主要原因，這與滕堂偉等［15］的已有研究結論也基本保持一致；珠三角城市群不論在經濟發(fā)展總量、經濟結構優(yōu)化、環(huán)境質量改善還是社會生活綠色化方面的水平都得到不斷提升，這與珠三角為推進國家綠色發(fā)展示范區(qū)建設而不斷加快綠色產業(yè)體系建設、打造綠色發(fā)展引擎等工作息息相關。結合三大城市群科技創(chuàng)新指數(shù)變化趨勢可見，京津冀和長三角城市群2009—2011 年科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展變動趨勢并未保持一致，科技創(chuàng)新對綠色發(fā)展的推動作用尚未顯著體現(xiàn)，2012—2018 年兩系統(tǒng)綜合指數(shù)均呈不同浮動上升態(tài)勢，協(xié)調發(fā)展得到顯著改善。

圖4 三大城市群綠色發(fā)展綜合指數(shù)變化趨勢

對三大城市群內部城市綠色發(fā)展指數(shù)進行進一步分析可見，京津冀城市群中除北京和天津外，其余城市綠色發(fā)展水平較低，指數(shù)值均低于0.2；長三角城市群城市的綠色發(fā)展水平優(yōu)于京津冀城市群，其中綜合指數(shù)大于0.2 的城市有9 個，以南京綠色發(fā)展指數(shù)最高、上海次之，兩城市的指數(shù)值分別為0.327 和0.313；珠三角城市綠色發(fā)展水平空間差距較大，其中深圳指數(shù)高達0.711，為三大城市群中最高水平，東莞、廣州等地的綠色發(fā)展也居于較高水平，而肇慶、江門和惠州的綠色發(fā)展卻相對落后，指數(shù)值低于0.2。圖5 為三大城市群內部城市綠色發(fā)展水平的時間變化趨勢，在研究時段內上邊緣持續(xù)上升，尤其在2014—2017 年上升幅度顯著提升，可見發(fā)展水平最高的城市綠色化水平仍在不斷優(yōu)化，同時上四分位、均值、下四分位和下邊緣呈波動上升態(tài)勢，可見大多數(shù)城市綠色化水平都得到不同程度提升；而同一年份內上下邊緣差距不斷拉大，尤其在2015—2018 年這一差距更為顯著，可見隨著高水平城市綠色發(fā)展的大幅改善，盡管中小城市的綠色發(fā)展也在不斷優(yōu)化，但增幅較小，與高水平城市的差距逐漸增大。

圖5 三大城市群內部城市綠色發(fā)展水平變動趨勢

3.2 耦合協(xié)調度時空特征分析

3.2.1 耦合度時空特征

采用耦合協(xié)調度模型對三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展兩系統(tǒng)耦合協(xié)調度進行測算，結果顯示，2009—2018 年耦合度由大到小依次為：長三角城市群＞珠三角城市群＞京津冀城市群，均值分別為0.782、0.718 和0.497，即長三角和珠三角城市群整體處于磨合階段，京津冀城市群整體處于拮抗耦合階段。從表2 可見，三大城市群耦合度均呈波動上升趨勢，其中京津冀城市群從拮抗耦合型逐漸改善為磨合型，耦合度于拮抗耦合階段和磨合階段的臨界值位置上下波動，耦合度仍處于較低水平；長三角城市群兩系統(tǒng)耦合關系持續(xù)改善，在2013 年之后維持在高水平耦合階段；珠三角城市群在2009—2016 年間保持平穩(wěn)增長，兩系統(tǒng)處于磨合階段，至2017 年耦合度大幅提升，兩系統(tǒng)進入高水平耦合階段。可見，京津冀城市群在科技創(chuàng)新、綠色發(fā)展以及兩系統(tǒng)耦合發(fā)展方面均處于相對落后水平，北京和天津作為龍頭城市，對京津冀城市群整體水平的提升作用尚不顯著，內部城市發(fā)展水平的斷層成為阻滯京津冀城市群兩系統(tǒng)協(xié)調的重要因素。

表2 三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的耦合度和協(xié)調度

對內部城市耦合度進行進一步分析可見，2009—2018 年兩系統(tǒng)發(fā)展處于低水平耦合階段、拮抗耦合階段、磨合階段和高水平耦合階段的城市分別有3、6、9 和16 個，以處于高水平耦合階段的城市居多。其中，京津冀城市群中耦合度均值低于0.5的城市有5 個，占50%，處于高水平耦合階段的城市僅有天津和北京兩個城市；長三角城市群中僅有泰州的耦合度均值低于0.5，處于高水平耦合階段的城市有9 個，占60%，其中南京的耦合度最高，耦合系數(shù)為0.990；珠三角城市群中處于高水平耦合階段的城市有5 個，耦合系數(shù)空間分異明顯，江門、肇慶和惠州3 個城市仍處于拮抗耦合階段。圖6 所示為三大城市群內部城市在3 個不同時間段內的耦合度均值，可見大多數(shù)城市科技創(chuàng)新和綠色發(fā)展的耦合程度得到不斷改善。其中，京津冀城市群中處于低水平耦合階段的城市由5 個減少為3 個，高水平耦合城市數(shù)量不斷增多，除天津外，北京和秦皇島也達到高水平耦合階段；從2009 年到2013 年，長三角城市群中唯一的低水平耦合城市改善為拮抗耦合型，到2018 年各城市兩系統(tǒng)耦合關系進一步改善，除泰州、舟山、揚州和南通外，其余城市均達到了高水平耦合階段；珠三角城市群中珠海、中山、東莞、廣州和深圳始終為高水平耦合型，到2018 年各城市兩系統(tǒng)耦合關系明顯改善，僅有肇慶為拮抗耦合型城市，惠州和江門進入磨合階段，佛山進入高水平耦合階段。

圖6 三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展系統(tǒng)耦合度的時序演變

3.2.2 協(xié)調度時空特征

2009—2018 年三大城市群協(xié)調度呈波動上升趨勢，協(xié)調度系數(shù)由大到小依次為：珠三角城市群＞長三角城市群＞京津冀城市群，均值分別為0.422、0.372 和0.237，分別屬于瀕臨、輕度和中度失調型。其中，珠三角城市群為三大城市群中協(xié)調度最高，京津冀城市群為最低。京津冀城市群在2009 年為重度失調型，從2010 年起改善為中度失調型，協(xié)調度每年遞增值維持在0.01 上下，科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展協(xié)調發(fā)展緩慢改善，兩系統(tǒng)相互提升作用未顯著體現(xiàn)；長三角城市群在2015 年改善為瀕臨失調型，至2018 年協(xié)調系數(shù)在輕度和瀕臨失調型臨界值附近浮動，協(xié)調度每年增長值也處于較低水平，兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展存在較大提升空間；2009—2018 年珠三角城市群協(xié)調系數(shù)增長0.218，增幅居三大城市群之首，從2009 年的輕度失調型發(fā)展為2018 年的勉強協(xié)調型。從三大城市群兩系統(tǒng)協(xié)調指數(shù)的均值水平及變化趨勢來看，珠三角城市群在整體協(xié)調度水平及優(yōu)化方面都明顯優(yōu)于京津冀城市群和長三角城市群，這一方面得益于珠三角城市群內深圳、廣州、珠海等創(chuàng)新型城市的快速發(fā)展，另一方面粵港澳大灣區(qū)建設、加快建設國家綠色發(fā)展示范區(qū)等國家及地方發(fā)展戰(zhàn)略的實施也起到了關鍵作用。

對內部城市協(xié)調度進行進一步分析可見，2009—2018 年三大城市群中協(xié)調系數(shù)均值在0.5 以上即處于協(xié)調發(fā)展階段的城市僅有6 個，除北京和南京外其余4 個城市均屬于珠三角城市群，以深圳協(xié)調系數(shù)最高，協(xié)調度為0.729，為中級協(xié)調型。其中，除北京處于協(xié)調發(fā)展階段外，京津冀城市群其余城市均處于失調階段，并且協(xié)調系數(shù)較低的城市數(shù)量居多，協(xié)調指數(shù)低于0.2 的城市有5 個，占50%；長三角城市群城市協(xié)調度集中于0.2～0.5 的范圍內，并以瀕臨協(xié)調型城市數(shù)量最多，可見長三角城市群城市兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展明顯優(yōu)于京津冀城市群，且各城市之間的協(xié)調度差異相對較小；珠三角城市群城市協(xié)調度以兩個范圍最為集中，一是協(xié)調指數(shù)高于0.5 的深圳、廣州、東莞和珠海，二是協(xié)調指數(shù)低于0.2 的肇慶、江門和惠州，這與兩系統(tǒng)發(fā)展水平兩極分化的現(xiàn)象相一致。圖7 為三大城市群城市兩系統(tǒng)協(xié)調度在3 個不同時段內的均值水平，不同時序下各城市表現(xiàn)出的空間差異呈現(xiàn)趨同，但增長與下降趨勢存在差異。其中，京津冀城市群中北京、天津協(xié)調度較高，且呈時段遞增趨勢，其余城市增長幅度不明顯或呈下降趨勢；長三角城市群各城市空間差異較小，在3 個時段內協(xié)調度遞增的城市僅有少數(shù)，兩系統(tǒng)的發(fā)展隨時間的優(yōu)化特征不明顯；除佛山外，珠三角城市群各城市協(xié)調度均呈上升趨勢，且2015—2018 年增幅最為明顯，可見科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的相互促進作用不斷增強。

圖7 三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展協(xié)調度的時序演變

3.3 障礙因素分析

圖8 顯示了各指標對三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展協(xié)調關系的障礙度。具體分析如下：

圖8 三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合協(xié)調關系障礙因素的影響程度

第一，科技創(chuàng)新指標方面，每萬人科學技術支出、專利授權數(shù)及普通高等學校在讀學生數(shù)是主要障礙因子，障礙度由大到小依次為：每萬人科學技術支出、每萬人專利授權數(shù)及每萬人普通高等學校在讀學生數(shù)，平均障礙度分別為0.232、0.149 和0.107。其中，每萬人科學技術支出和普通高等學校在讀學生數(shù)對珠三角城市群的障礙水平最高，專利授權數(shù)對京津冀城市群的障礙水平最高。可見珠三角城市群在科技創(chuàng)新投入及儲備中相比于其他兩大城市群相對不足；京津冀城市群盡管在科技創(chuàng)新投入與儲備方面優(yōu)于其他兩大城市群，但科技創(chuàng)新產出卻相對落后。對城市群內部城市障礙因子進一步分析發(fā)現(xiàn)，科技創(chuàng)新各指標對城市綠色發(fā)展的障礙度具有一定的空間差異性。其中，京津冀城市群各城市的指標障礙度基本維持在平均水平；長三角城市群中南京的人均科技創(chuàng)新投入及產出指標障礙度較高，相反，人均科技儲備障礙度較低；珠三角城市群內城市間指標障礙度差距較大，深圳存在“低投入、低儲備、高產出”現(xiàn)象，廣州和東莞則存在“低投入、高儲備、低產出”現(xiàn)象。可見，北京和上海作為城市群內龍頭城市，在科技創(chuàng)新中的活力明顯弱于深圳；南京、廣州和東莞這類城市，科技創(chuàng)新產出水平與投入及儲備并不匹配，產出效率低成為制約兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的主要障礙。

第二，綠色發(fā)展指標方面，以人均綠地面積的障礙度最高，均值達到0.196；每萬人公交汽車擁有量的障礙度也高達0.113；其余各基礎指標的障礙度普遍較低，尤其是表征環(huán)境質量和環(huán)境治理水平的7 個基礎指標的障礙度均低于0.01。各基礎指標對三大城市群兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的障礙度基本保持趨同，無顯著差異，可見從城市群整體層面來看，影響三大城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展協(xié)調關系的因素基本相同。對內部城市基礎指標障礙度進一步分析發(fā)現(xiàn)，人均GDP、人均社會消費品額及第三產業(yè)貢獻率對于北京、上海、廣州、東莞等城市群內大型城市的障礙度較低，對于其他城市的障礙度則相對較高，可見在城市群內部，相比于大城市而言，經濟發(fā)展水平仍是制約中小型城市兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展的重要因素；工業(yè)廢水對杭州、嘉興、紹興及河北部分城市協(xié)調關系的障礙度較高，主要是這些城市目前仍存在大規(guī)模的制造業(yè)，工業(yè)廢水的大量排放阻滯整體綠色發(fā)展水平的提升；工業(yè)廢氣及粉塵的排放量對河北城市的障礙度明顯高于其他城市，長期以來京津冀城市群的空氣質量制約了綠色發(fā)展，如何借助科技成果實現(xiàn)工業(yè)廢氣治理是京津冀城市群未來重點關注的方向；環(huán)境治理基礎指標對三大城市群兩系統(tǒng)協(xié)調度的障礙度較低，可見各城市在環(huán)境治理方面取得了一定進步，但承德、南京、泰州和東莞在工業(yè)固體廢棄物及生活垃圾和污水排放方面仍需進一步改善；除深圳外，人均綠地面積和萬人公交擁有量對其余各城市協(xié)調發(fā)展的障礙度均維持在較高水平，城市綠化建設和基礎配套完善制約了整體綠色發(fā)展，也影響了科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展關系的協(xié)調。

4 結論與建議

4.1 結論

本研究對科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展相互作用機制進行了梳理，借助耦合協(xié)調度模型，對2009—2018 年中國東部三大沿海城市群科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展耦合協(xié)調演進關系特征進行了分析。得出以下結論：

（1）三大城市群兩系統(tǒng)均保持平穩(wěn)增長狀態(tài)，兩系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)分別始終呈珠三角城市群＞長三角城市群＞京津冀城市群。城市群內部兩系統(tǒng)發(fā)展的空間差異特征保持基本一致，其中珠三角和京津冀城市群內部兩極分化現(xiàn)象明顯，珠三角內屬于高創(chuàng)新與綠色化水平的城市多于低水平的城市，京津冀城市群則與之相反，而長三角城市群內各城市空間差異呈漸進式，空間異質性弱于其他兩大城市群。深圳市在三大城市群中處于領跑地位，而惠州、江門、肇慶及河北多數(shù)城市的科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展水平仍相對落后。

（2）得益于科技創(chuàng)新與綠色發(fā)展的相互推動，三大城市群兩系統(tǒng)耦合協(xié)調關系不斷改善，其中珠三角和長三角城市群耦合協(xié)調指數(shù)明顯高于京津冀城市群；耦合指數(shù)均值水平顯示，珠三角和長三角城市群已處于磨合階段，而京津冀城市群仍為拮抗耦合階段；協(xié)調指數(shù)均值水平顯示，珠三角、長三角和京津冀城市群分布屬于瀕臨、輕度和中度失調型，兩系統(tǒng)的協(xié)調關系仍處于較低水平，需進一步改善。從城市層面進行分析，截至2018 年，珠三角和長三角城市群所有城市均擺脫低水平耦合關系，京津冀城市群則僅有北京、天津和秦皇島進入高水平耦合階段；各城市協(xié)調關系改善緩慢，僅深圳、東莞、北京和廣州等龍頭城市兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展水平增幅明顯，“強更強”的發(fā)展態(tài)勢使城市間兩系統(tǒng)協(xié)調發(fā)展差距進一步增大。

（3）障礙度分析結果顯示，科技創(chuàng)新是阻滯三大城市群兩系統(tǒng)良性耦合的主要原因，其中綠色生活對兩系統(tǒng)的障礙度最大、環(huán)境治理和環(huán)境質量障礙度最小、基礎指標障礙度呈一定趨同性，即環(huán)境治理和環(huán)境質量均接近零障礙度，而創(chuàng)新投入、創(chuàng)新產出、創(chuàng)新儲備、城市綠化與綠色出行均呈高障礙度。從城市層面的障礙度分析可見，北京、上海、廣州、深圳等一線城市在城市群內部受各基礎指標的障礙作用，兩系統(tǒng)的協(xié)調發(fā)展均處于較低水平，而中小型城市因為制造業(yè)集聚等原因，產業(yè)結構布局不合理、創(chuàng)新動力不足、環(huán)境問題突出仍是目前制約其兩系統(tǒng)協(xié)調進步的重要阻礙。

4.2 對策建議

創(chuàng)新是推動高質量發(fā)展的內在動力，綠色是實現(xiàn)高質量發(fā)展的方向與要求。基于以上結論，提出如下建議：

（1）增強科技創(chuàng)新能力，優(yōu)化科技創(chuàng)新環(huán)境，發(fā)揮創(chuàng)新驅動作用。三大城市群應依據各城市科技創(chuàng)新發(fā)展現(xiàn)狀制定差異化科技創(chuàng)新策略，重點扶持龍頭城市（如北京、天津、上海、杭州、廣州、深圳、東莞）內生型科技創(chuàng)新發(fā)展，鼓勵發(fā)展相對滯后城市（如河北的城市及泰州、江門、肇慶、惠州）將技術引進與自主創(chuàng)新相結合。實施區(qū)域協(xié)調發(fā)展與互動政策，增強創(chuàng)新要素在各城市間自由流動，優(yōu)化資源配置，提升創(chuàng)新資源利用率，重點加強協(xié)調度較低城市科技人員和科研經費等要素的投入與管理,并通過城市間幫扶、技術援助等手段加強城市群內部技術開發(fā)與管理活動交流，增強科技成果在城市群內部及鄰近地區(qū)的溢出效應，推動三大城市群內部科技創(chuàng)新協(xié)同進步。推進高新技術產業(yè)發(fā)展，將科技成果轉化與綠色發(fā)展銜接起來，提升創(chuàng)新能力和創(chuàng)新效率，推動經濟高質量發(fā)展。

（2）深入貫徹綠色發(fā)展理念，推進綠色經濟建設，打造綠色宜居環(huán)境。本研究對三大城市群的實證分析發(fā)現(xiàn)，對于科技創(chuàng)新和綠色發(fā)展水平均較低的城市，當務之急仍是要解決發(fā)展問題，應增強城市之間的空間關聯(lián)，通過城市間關聯(lián)產業(yè)發(fā)展推動集群型經濟建設；促進城市群內綠色協(xié)同發(fā)展，通過引入綠色生產技術提升資源能源利用率，依據污染強度合理規(guī)劃產業(yè)在城市群內部空間布局，仍需重點加強“三高”污染產業(yè)治理力度，嚴格控制水、大氣及農業(yè)面源等污染問題，推動綠色生產與綠色環(huán)境的同步改善。實證結果表明，綠地建設與綠色出行仍是制約三大城市群創(chuàng)新與綠色協(xié)調發(fā)展的重要因素，因此要深入綠色生活理念培育，借助科技成果轉化推進綠色交通體系完善、綠色生活基礎設施建設及城市綠化工程實施，引導綠色出行、綠色居住與綠色消費的生活模式。