次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展時(shí)空演變及動(dòng)態(tài)模擬研究
——以宜荊荊恩城市群為例

安敏，宋孟斐，何偉軍，孔陽(yáng)，黃進(jìn)，方雪

（1.三峽大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 210098）

現(xiàn)階段我國(guó)中西部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)滯后，一個(gè)重要的表現(xiàn)是區(qū)域內(nèi)部大、中、小城市之間發(fā)展協(xié)調(diào)性不足。區(qū)域內(nèi)中心城市由于具有較優(yōu)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)而逐步對(duì)生產(chǎn)要素產(chǎn)生強(qiáng)大吸引力，從而使生產(chǎn)要素向中心城市集中。但中心城市過(guò)分強(qiáng)調(diào)自身資源的集聚，在一定程度上阻滯了區(qū)域空間功能的分工。中心城市規(guī)模在迅速發(fā)展的同時(shí)，區(qū)域內(nèi)的中小城市則由于中心城市的極化效應(yīng)而發(fā)展相對(duì)緩慢。加之增長(zhǎng)極在發(fā)展初期更多的是產(chǎn)生虹吸效應(yīng)而不是輻射作用，區(qū)域發(fā)展不平衡、地區(qū)差距大的矛盾逐漸突出。

近年來(lái)，隨著城際聯(lián)系的增強(qiáng)，區(qū)域內(nèi)以次中心城市為主的次區(qū)域城市群逐漸崛起。在此背景下，次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展不僅使區(qū)域內(nèi)主中心城市的職能有意識(shí)地向次中心城市疏解，中心城市的首位度不斷被稀釋，從而緩解了極化效應(yīng)，成為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的新動(dòng)能之一。推動(dòng)次區(qū)域城市群內(nèi)各城市協(xié)同發(fā)展不僅可以促進(jìn)城市自身的發(fā)展，還可以推動(dòng)城市在更大范圍內(nèi)優(yōu)化配置資源，使資源在區(qū)域內(nèi)聚集時(shí)可以在中等城市甚至小城市謀求更多的盈利機(jī)會(huì)，形成輻射效應(yīng)，進(jìn)而帶動(dòng)區(qū)域內(nèi)各個(gè)城市的發(fā)展。因此，次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展成為區(qū)域發(fā)展的重要組成部分，對(duì)于全國(guó)各地區(qū)的城市高質(zhì)量建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展有重要的推動(dòng)作用。

1 文獻(xiàn)回顧

隨著城市群協(xié)同發(fā)展的研究逐漸成為熱點(diǎn)，學(xué)者對(duì)研究對(duì)象的選擇也越來(lái)越多樣化。研究對(duì)象主要包括京津冀城市群與長(zhǎng)三角城市群［1，2］、關(guān)中城市群［3］、呼包鄂城市群［4］、成渝城市群［5］和淮海城市群［6］等區(qū)域城市群。從評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建角度來(lái)看，由于城市群協(xié)同發(fā)展是一個(gè)涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源等諸多要素的復(fù)雜系統(tǒng)工程，因此不同的城市群的建構(gòu)角度也各不相同。學(xué)者對(duì)城市群協(xié)同發(fā)展的建構(gòu)角度主要基于系統(tǒng)論［7－9］、城鎮(zhèn)化［10－12］和高質(zhì)量發(fā)展［13，14］等視角，缺乏從城市群功能結(jié)構(gòu)對(duì)次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展的研究。由于次區(qū)域城市群的綜合發(fā)展是城市子系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)、產(chǎn)業(yè)、交通、服務(wù)、生態(tài)和科技等功能結(jié)構(gòu)下相互作用的結(jié)果，推動(dòng)次區(qū)域城市群各個(gè)城市在不同功能要素下的協(xié)同發(fā)展對(duì)于區(qū)域內(nèi)城市高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。除此之外，為了更客觀地分析城市群的協(xié)同發(fā)展水平，劉賓以區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新理論和增長(zhǎng)極理論為基礎(chǔ)，針對(duì)京津冀區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展的現(xiàn)狀和困境進(jìn)行了研究［15］；鄭志丹將京津冀城市群和長(zhǎng)三角城市群的空間面板數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，探討了京津冀城市群一體化背景下的協(xié)同發(fā)展路徑［16］；鐘韻、秦嫣然選取長(zhǎng)三角和珠三角兩大城市群的服務(wù)業(yè)面板數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了兩地的服務(wù)業(yè)協(xié)同集聚特征，并對(duì)其影響機(jī)制進(jìn)行了實(shí)證分析［17］。前期研究多是針對(duì)區(qū)域城市群本身或者與同級(jí)城市群對(duì)比，但由于次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展不能只依賴于城市群自身現(xiàn)狀，還要和更高一級(jí)的區(qū)域城市群進(jìn)行對(duì)比，才能客觀評(píng)價(jià)次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展水平。因此，將次區(qū)域城市群與更高一級(jí)的城市群協(xié)同發(fā)展進(jìn)行對(duì)比，才能更合理地判斷城市群協(xié)同發(fā)展能力。

隨著我國(guó)城市群協(xié)同建設(shè)的快速推進(jìn)，研究方法也趨于多元化，定性方法如文獻(xiàn)整理法［18］，定量分析如核密度估計(jì)方法［19］、地理探測(cè)器因子探測(cè)方法［20］和CiteSpace計(jì)量工具［21］等方法的引入為研究城市群協(xié)同發(fā)展提供了相對(duì)充足的技術(shù)手段。但目前的研究大多采用文獻(xiàn)整理法、空間分析方法等對(duì)城市群協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，對(duì)城市群未來(lái)幾年協(xié)同發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)鮮有涉及。由于城市發(fā)展具有階段性，在區(qū)域發(fā)展過(guò)程中，城市群協(xié)同水平會(huì)隨著發(fā)展階段的演化而處于動(dòng)態(tài)演化狀態(tài)，各構(gòu)成要素會(huì)存在不同的演化規(guī)律，因此在不同的發(fā)展階段，城市的最優(yōu)協(xié)同水平也會(huì)有所改變。如果只依賴歷史數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)價(jià)城市群的協(xié)同發(fā)展是具有滯后性的，不利于對(duì)城市群未來(lái)的協(xié)同發(fā)展提供理論指導(dǎo)。運(yùn)用定量化仿真模型可以對(duì)城市群未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的協(xié)同發(fā)展水平進(jìn)行階段性模擬和預(yù)測(cè)，有利于實(shí)現(xiàn)區(qū)域協(xié)同發(fā)展水平的優(yōu)化，進(jìn)而推動(dòng)區(qū)域內(nèi)城市之間打破行政壁壘，加速我國(guó)區(qū)域協(xié)同發(fā)展的進(jìn)程。

基于此，為全面認(rèn)識(shí)和分析次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展?fàn)顩r，本文引入“經(jīng)濟(jì)水平—交流服務(wù)—產(chǎn)業(yè)發(fā)展—生態(tài)文明—公共服務(wù)—科技創(chuàng)新”復(fù)合系統(tǒng)視角來(lái)構(gòu)建全面的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，通過(guò)建立耦合協(xié)調(diào)度模型，從時(shí)間和空間兩個(gè)維度對(duì)次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展耦合特征和協(xié)同水平進(jìn)行測(cè)度，并通過(guò)將次區(qū)域城市群與區(qū)域城市群進(jìn)行對(duì)比分析，客觀地評(píng)價(jià)次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀。本文借助ArcGIS空間分析和BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)協(xié)同發(fā)展進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬研究，針對(duì)次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀提出相關(guān)建議，以期為全國(guó)次區(qū)域城市群建設(shè)提供模板參考。

2 研究方法

2.1 耦合協(xié)調(diào)度模型

耦合（nexus）思想旨在改變以往“孤立”的研究理念，以系統(tǒng)視角強(qiáng)調(diào)要素間的聯(lián)系、協(xié)同作用和權(quán)衡的重要性。耦合協(xié)調(diào)這一概念來(lái)源于物理學(xué)，其中，耦合度是指兩個(gè)及兩個(gè)以上的系統(tǒng)或要素之間相互作用、相互依賴的影響量度，而協(xié)調(diào)水平則反映系統(tǒng)在耦合基礎(chǔ)上協(xié)調(diào)狀況的優(yōu)劣程度，控制著系統(tǒng)臨界狀態(tài)時(shí)的結(jié)構(gòu)［22］。經(jīng)濟(jì)社會(huì)領(lǐng)域中，聯(lián)系緊密的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)或社會(huì)現(xiàn)象通過(guò)相互促進(jìn)或相互制約的方式有機(jī)結(jié)合形成聯(lián)合體，共同發(fā)揮作用的形式或關(guān)系即是經(jīng)濟(jì)社會(huì)中的耦合［23］。本文利用E－Topsis法計(jì)算次區(qū)域城市群的系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)得分U1，U2，…，Un（具體計(jì)算過(guò)程見滕堂偉［24］），采用耦合協(xié)調(diào)度模型對(duì)其協(xié)同發(fā)展水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。耦合度函數(shù)表達(dá)式如下：

式中，C 表示耦合度；n 表示子系統(tǒng)個(gè)數(shù)；U1，U2，…，Un分別表示不同的子系統(tǒng)綜合得分。耦合度只側(cè)重于水平耦合，并不能呈現(xiàn)相互間的整體協(xié)調(diào)程度，而耦合協(xié)調(diào)度是建立在多個(gè)系統(tǒng)綜合發(fā)展水平之上的測(cè)度模型，能反映各系統(tǒng)是否具有良好的水平，也能反映系統(tǒng)間和諧一致、彼此作用的關(guān)系［25］。本文選擇耦合協(xié)調(diào)度模型對(duì)城市群的協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析，模型如下：

式中，D 表示耦合協(xié)調(diào)度；T 表示綜合評(píng)價(jià)值，用于反映各個(gè)系統(tǒng)整體的發(fā)展水平；α1，α2，…，αn表示待定權(quán)重系數(shù)，反映各子系統(tǒng)的重要性。假設(shè)各子系統(tǒng)在協(xié)同發(fā)展過(guò)程中是同等重要的，則α1＝α2＝…＝α6＝1/6。為了更加直觀和清晰地對(duì)次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，本文利用均勻分布函數(shù)法來(lái)確定耦合協(xié)調(diào)度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［26］，耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 耦合協(xié)調(diào)度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Criteria of coupling coordination

2.2 綜合協(xié)同發(fā)展模型

由于耦合協(xié)調(diào)度模型可以衡量多個(gè)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)發(fā)展程度，因此為客觀地分析次區(qū)域城市群與相似的區(qū)域城市群之間協(xié)同水平的差異，本文以耦合協(xié)調(diào)度模型原理為基礎(chǔ)，將次區(qū)域城市群的各個(gè)城市視為不同的系統(tǒng)，構(gòu)建次區(qū)域城市群綜合協(xié)同發(fā)展模型。根據(jù)公式（3）計(jì)算得出每個(gè)指標(biāo)i 的耦合協(xié)調(diào)度。假設(shè)次區(qū)域城市群的綜合協(xié)同發(fā)展測(cè)度模型共選取了個(gè)N 個(gè)指標(biāo)，則這N 個(gè)指標(biāo)在第t 年的綜合耦合協(xié)調(diào)度模型為：

式中，Dt為次區(qū)域城市群N 個(gè)指標(biāo)第t 年的綜合耦合協(xié)調(diào)度加權(quán)求和得到的綜合耦合協(xié)調(diào)度指數(shù)，用來(lái)測(cè)量次區(qū)域城市群城市之間綜合協(xié)同的發(fā)展情況；D1t為次區(qū)域城市群中城市第1 個(gè)指標(biāo)的耦合協(xié)調(diào)度；D2t為次區(qū)域城市群中城市第2 個(gè)指標(biāo)的耦合協(xié)調(diào)度；DNt為次區(qū)域城市群中城市第N 個(gè)指標(biāo)的耦合協(xié)調(diào)度；γ1，γ2，…，γN為每個(gè)指標(biāo)在測(cè)算綜合耦合協(xié)調(diào)度指數(shù)時(shí)所占的權(quán)重，由于在本研究中每個(gè)指標(biāo)在城市群協(xié)同發(fā)展過(guò)程中均占同等重要的位置，因此，γ1＝γ2＝… ＝γN，γ1＋γ2＋… ＋γN＝1。

2.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是根據(jù)誤差逆?zhèn)鞑ニ惴ㄓ?xùn)練的多層前饋網(wǎng)絡(luò)模型，該算法以實(shí)際輸出值與期望輸出值之間的誤差平方作為目標(biāo)函數(shù)，通過(guò)利用實(shí)際數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和多次修正，最終使誤差降低到最小值，逼近期望輸出［27］。該預(yù)測(cè)模型應(yīng)用廣泛，經(jīng)常被用于模型識(shí)別分類和時(shí)間序列預(yù)測(cè)等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，包含1 個(gè)輸入層、至少1 個(gè)隱含層和1 個(gè)輸出層［28］，如圖1 所示。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能學(xué)習(xí)和存貯大量的輸入—輸出模式映射關(guān)系，通過(guò)反向傳播來(lái)不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值，其反向傳播的主要原理是：采用隨機(jī)初始化權(quán)重和偏置初始化網(wǎng)絡(luò)模型，將樣本數(shù)據(jù)傳入到網(wǎng)絡(luò)，然后建立損失函數(shù)：

圖1 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)模型Figure 1 BP neural network model

式中，ytarget為實(shí)際值；yout為輸出值；loss 為模型誤差。

利用損失函數(shù)比較輸出與實(shí)際值之間的差異，可得到當(dāng)前參數(shù)下的模型誤差。為了使模型不斷優(yōu)化并逼近到最佳的狀態(tài)，在計(jì)算模型誤差時(shí)，由于參數(shù)的設(shè)置對(duì)于模型的優(yōu)化有重要作用，因此通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)確定隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，即：

式中，k 為隱含層的節(jié)點(diǎn)數(shù)；m為輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)；h輸出節(jié)點(diǎn)數(shù)；a 則為1—10 之間的常數(shù)。為了得到訓(xùn)練誤差和測(cè)試誤差最小的隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，應(yīng)不斷調(diào)整常數(shù)a。通過(guò)反向傳播算法反向依次計(jì)算每個(gè)隱含層的誤差項(xiàng)，每次迭代訓(xùn)練時(shí)隨機(jī)使一部分節(jié)點(diǎn)失活（即不調(diào)整該節(jié)點(diǎn)的參數(shù)），從而解決因協(xié)同作用引起的過(guò)擬合問題，并進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.4 地統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)分析方法

地統(tǒng)計(jì)分析方法以區(qū)域化變量為基礎(chǔ)，借助變異函數(shù)，研究具有空間相關(guān)性和依賴性的地理現(xiàn)象［29］。該理論包括4 個(gè)步驟，分別為前提假設(shè)、區(qū)域化變量、變異分析和空間估值。在大量樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析樣本間的規(guī)律，對(duì)空間數(shù)據(jù)作平穩(wěn)性假設(shè)并探索分布規(guī)律，然后進(jìn)行預(yù)測(cè)，其流程如圖2 所示。地統(tǒng)計(jì)趨勢(shì)分析則是ArcGIS 軟件中地統(tǒng)計(jì)分析的重要內(nèi)容，它可以利用樣本數(shù)據(jù)生成以數(shù)據(jù)某一屬性值為高度的三維透視圖，從而便于從不同角度對(duì)協(xié)同發(fā)展水平的全局趨勢(shì)進(jìn)行分析。圖中的每一根豎棒代表了一個(gè)城市耦合協(xié)調(diào)度的高度和位置［30］，其投影點(diǎn)可以模擬次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展水平在特定方向上的變化趨勢(shì)。

圖2 地統(tǒng)計(jì)分析流程Figure 2 Flow chart of geostatistical analysis

3 指標(biāo)體系及數(shù)據(jù)來(lái)源

3.1 指標(biāo)體系構(gòu)建及數(shù)據(jù)來(lái)源

本文主要以區(qū)域協(xié)同理論［31］和可持續(xù)發(fā)展理論為指導(dǎo)，綜合考慮次區(qū)域城市群的發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建協(xié)同發(fā)展指標(biāo)體系（表2）。

表2 次區(qū)域城市群協(xié)調(diào)發(fā)展指標(biāo)體系Table 2 Coordinated development index system of sub－ regional agglomerations

即以協(xié)同發(fā)展為目標(biāo)層，經(jīng)濟(jì)水平、交流服務(wù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)文明、公共服務(wù)和科技創(chuàng)新為準(zhǔn)則層，涵蓋人均收入、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)貼進(jìn)度、萬(wàn)元GDP 能耗、城鎮(zhèn)登記失業(yè)率和發(fā)明專利授權(quán)量等25 個(gè)指標(biāo)，這些指標(biāo)綜合反映了城市的綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及規(guī)模、生態(tài)治理效果、公共服務(wù)水平和科技創(chuàng)新能力與城市之間的交流互聯(lián)互通情況。

本文中的原始數(shù)據(jù)主要來(lái)自于2010—2020 年《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》《宜昌市統(tǒng)計(jì)年鑒》《荊州市統(tǒng)計(jì)年鑒》《荊門市統(tǒng)計(jì)年鑒》《恩施州統(tǒng)計(jì)年鑒》，各城市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)、各城市環(huán)境公報(bào)和政府工作報(bào)告。部分缺失的數(shù)據(jù)則根據(jù)插值法計(jì)算得到。

3.2 研究區(qū)概況

為了全面認(rèn)識(shí)次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展水平，本文選取具有代表性的次區(qū)域城市群——宜荊荊恩城市群為研究對(duì)象。“宜荊荊恩”城市群地處湖北省中西部地區(qū)，包括宜昌市、荊州市、荊門市、恩施州4 個(gè)城市，國(guó)土面積為7.16 萬(wàn)km2，約占湖北省國(guó)土總面積的38.54%；GDP總額為10170.44 億元，占湖北省GDP總量的22.19%。從地理分布特點(diǎn)來(lái)看，宜荊荊恩城市群作為湖北省“一主兩翼”戰(zhàn)略中的南翼，代表著湖北省中西部地區(qū)的發(fā)展水平，是實(shí)現(xiàn)湖北省“一主兩副”和“兩圈一帶”發(fā)展戰(zhàn)略的重要載體。作為湖北省發(fā)展的重要次區(qū)域城市群，該城市群的協(xié)同發(fā)展對(duì)于湖北省經(jīng)濟(jì)社會(huì)水平提升具有重要的助推作用。

為客觀分析次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展水平，并推動(dòng)宜荊荊恩城市群的深入研究和協(xié)同發(fā)展，本文通過(guò)對(duì)不同城市群的發(fā)展歷程、主要模式、經(jīng)驗(yàn)做法等進(jìn)行研究與探索，總結(jié)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，為宜荊荊恩城市群協(xié)同發(fā)展提供借鑒。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，蘇錫常都市圈位于江蘇省南部，東依上海，西連南京，北靠長(zhǎng)江，南臨太湖，是長(zhǎng)三角城市群的重要組成部分，其在城市間距離、空間結(jié)構(gòu)、自然享賦等方面都與宜荊荊恩城市群存在相似之處，如表3 所示。現(xiàn)階段，蘇錫常都市圈的綜合競(jìng)爭(zhēng)力在全省乃至全國(guó)名列前茅，而宜荊荊恩作為剛起步的次區(qū)域城市群則與之有一定的差距，因此本文選取蘇錫常都市圈作為對(duì)比對(duì)象，針對(duì)宜荊荊恩城市群的協(xié)同發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析。

表3 城市群特征對(duì)比Table 3 Comparison of characteristics of urban agglomerations

4 實(shí)證結(jié)果及分析

4.1 協(xié)同發(fā)展水平分析

本文從時(shí)空序列角度出發(fā)，通過(guò)分析城市內(nèi)綜合發(fā)展能力和各城市指標(biāo)協(xié)同的耦合協(xié)調(diào)度來(lái)綜合評(píng)價(jià)宜荊荊恩城市群協(xié)調(diào)發(fā)展的具體情況，具體如表4 所示。

表4 “宜荊荊恩”綜合發(fā)展能力協(xié)調(diào)度和各指標(biāo)協(xié)調(diào)度Table 4 Coordination degree of comprehensive development capacity and various indexes of“Yi－ Jin－ Jin－ En”

城市內(nèi)綜合發(fā)展能力協(xié)同：①?gòu)恼w上來(lái)看，2010—2019 年4 個(gè)城市的綜合發(fā)展能力協(xié)同的平均耦合協(xié)調(diào)度波動(dòng)呈“W”型，最低值為0.597，處于良好協(xié)調(diào)水平，其平均耦合協(xié)調(diào)度在0.596—0.641 之間波動(dòng)。②從單個(gè)城市來(lái)看，相較于2010 年，2019年宜昌市的增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)最明顯且協(xié)同發(fā)展水平最高，增幅為4.66%。宜昌市作為湖北省中西部區(qū)域發(fā)展最快的城市，政策傾向性的存在使其更容易抓住機(jī)遇來(lái)不斷發(fā)展本地區(qū)產(chǎn)業(yè)，進(jìn)而促使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。而荊州市、荊門市和恩施州協(xié)同發(fā)展水平則表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，下降幅度最大的是荊門市（26.19%），這是由于該市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較為緩慢。與2010 年相比，2019 年荊門市GDP 占宜荊荊恩城市群的比例下降至19.99%，因此該市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面還需進(jìn)一步加強(qiáng)。③從空間上來(lái)看，宜荊荊恩城市群綜合發(fā)展能力耦合協(xié)調(diào)發(fā)展形成以宜昌市為核心的空間結(jié)構(gòu)，且研究期間處于穩(wěn)定的狀態(tài)，而荊州市則經(jīng)歷了“下降—上升—下降”階段，說(shuō)明該市目前的耦合協(xié)調(diào)水平發(fā)展還不穩(wěn)定，可能是由于該市在加快實(shí)現(xiàn)工業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級(jí)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)快速增長(zhǎng)、加大科技創(chuàng)新力度的同時(shí)，公共服務(wù)的發(fā)展較緩慢所導(dǎo)致的。

城市間各指標(biāo)協(xié)同：①?gòu)臅r(shí)間上看，2010—2019年指標(biāo)整體協(xié)同的平均耦合協(xié)調(diào)度波動(dòng)呈“U”型特征，最低值為0.583。從單個(gè)指標(biāo)看，2010—2019 年城市協(xié)同平均水平最好的是產(chǎn)業(yè)發(fā)展（0.702），其協(xié)同水平一直處于良好協(xié)調(diào)狀態(tài)。相較于2010 年，2019 年科技創(chuàng)新增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)最明顯，增幅為40.16%。這是由于2015 年恩施州的科技創(chuàng)新水平增長(zhǎng)幅度較大，科技創(chuàng)新體系逐步完善。公共服務(wù)、交流服務(wù)、經(jīng)濟(jì)水平和生態(tài)文明城市協(xié)同水平則表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，下降幅度最大的是公共服務(wù)（40.82%）。②從空間上看，如圖3 所示，“宜荊荊恩”城市群指標(biāo)耦合協(xié)調(diào)度差距呈現(xiàn)出先減小后增大的趨勢(shì)。其中，2012 年耦合協(xié)調(diào)度差距達(dá)到最大（0.366）。同時(shí)，宜昌、荊州、荊門、恩施4 個(gè)城市在生態(tài)文明和產(chǎn)業(yè)發(fā)展快速增長(zhǎng)的同時(shí)，交流服務(wù)和公共服務(wù)逐漸呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

圖3 宜荊荊恩各指標(biāo)耦合協(xié)調(diào)度Figure 3 Coupling and coordination degree of various indexes in“Yi－ Jin－ Jin－ En”

4.2 城市群綜合協(xié)同發(fā)展水平對(duì)比

基于前述綜合協(xié)同發(fā)展模型，本文對(duì)宜荊荊恩城市群和蘇錫常都市圈的綜合協(xié)同發(fā)展水平進(jìn)行了計(jì)算，并比較了兩個(gè)城市群的協(xié)同發(fā)展水平差異，如圖4所示。與蘇錫常都市圈相比，宜荊荊恩城市群的綜合協(xié)同發(fā)展水平一直處于較低的水平。2010—2019年，宜荊荊恩城市群的綜合協(xié)同發(fā)展處于波動(dòng)狀態(tài)且波動(dòng)較大，而蘇錫常都市圈的綜合協(xié)同發(fā)展趨勢(shì)則較為平緩。由此可知，雖然蘇錫常都市圈在城市間距離、空間結(jié)構(gòu)等方面均與宜荊荊恩次區(qū)域城市群有著相似之處，但是由于蘇錫常都市圈已經(jīng)進(jìn)入到城市化發(fā)展的成熟階段，都市圈的特征已基本形成，都市圈的經(jīng)濟(jì)模式逐漸發(fā)展成以大城市為主體，因此其綜合協(xié)同發(fā)展較為平穩(wěn)。而針對(duì)宜荊荊恩城市群，宜昌市的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展實(shí)力還不足以完全輻射和引領(lǐng)荊州市、荊門市和恩施市，帶動(dòng)能力有待提高，輻射效應(yīng)尚未形成。從整體上看，宜荊荊恩城市群的綜合協(xié)同發(fā)展水平較低，形成了宜昌協(xié)同發(fā)展較高，而其他3 個(gè)城市間的協(xié)同發(fā)展質(zhì)量較低的局面。

圖4 城市群綜合發(fā)展能力對(duì)比Figure 4 Comparison of comprehensive development capabilities of urban agglomerations

為了更加清楚地描述和對(duì)比宜荊荊恩城市群與蘇錫城都市圈之間的協(xié)同發(fā)展水平，本文對(duì)二者在2010—2019 年10 年間的各指標(biāo)耦合協(xié)調(diào)度均值進(jìn)行了分析，如圖5 所示。從圖5 中可見，在公共服務(wù)、經(jīng)濟(jì)水平、交流服務(wù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)文明和科技創(chuàng)新這6 個(gè)指標(biāo)中，蘇錫城都市圈的平均耦合協(xié)調(diào)度均高于宜荊荊恩城市群。由此可見，蘇錫常都市圈中3 個(gè)城市的發(fā)展差距相差不大，且發(fā)展水平較高，因此其協(xié)同發(fā)展水平高于宜荊荊恩城市群。而在宜荊荊恩城市群中，4 個(gè)城市較注重自身發(fā)展，更關(guān)注本城市的發(fā)展利益，尚未形成協(xié)同發(fā)展意識(shí)，因此協(xié)同發(fā)展仍處于較低水平。

圖5 城市群各指標(biāo)耦合協(xié)調(diào)度對(duì)比Figure 5 Comparison of coupling and coordination degrees of various indexes in urban agglomerations

4.3 協(xié)同發(fā)展等級(jí)演變趨勢(shì)預(yù)測(cè)

本文將2010—2019 年的耦合協(xié)調(diào)度作為輸入層，利用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)已有的宜荊荊恩城市群實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬訓(xùn)練和驗(yàn)證，得到2020—2025年的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。城市內(nèi)綜合發(fā)展能力協(xié)同和各指標(biāo)耦合協(xié)調(diào)度的預(yù)測(cè)結(jié)圖6 所示。2020—2025年宜荊荊恩城市群整體的耦合協(xié)調(diào)度區(qū)域差距將延續(xù)前10 年的發(fā)展趨勢(shì)，呈現(xiàn)出繼續(xù)增大的趨勢(shì)。2020年耦合協(xié)調(diào)度最大的宜昌市（0.848）和耦合協(xié)調(diào)度最小的荊門市（0.541）差距為0.307，之后區(qū)域差距繼續(xù)增大到0.537。與2019 年相比，荊門市綜合發(fā)展能力協(xié)同波動(dòng)較為明顯，處于輕度失調(diào)水平。而宜荊荊恩城市群各指標(biāo)的耦合協(xié)調(diào)度差距呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。2020 年耦合協(xié)調(diào)度值差距達(dá)到0.148；2023 年開始上升到0.304；到2025 年差距又下降至0.223。相較于2020 年，2025 年經(jīng)濟(jì)水平則呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，增幅為1.39%，其他指標(biāo)的協(xié)同水平呈現(xiàn)不同幅度的下降。其中，科技創(chuàng)新的下降趨勢(shì)最明顯，降幅為29.66%。因此，宜荊荊恩城市群城市在未來(lái)的建設(shè)中應(yīng)注重加大科技創(chuàng)新的建設(shè)。

圖6 2020—2025 年綜合發(fā)展能力和各指標(biāo)耦合協(xié)調(diào)度預(yù)測(cè)Figure 6 Prediction of comprehensive development capacity and the coupling coordination degree of various indicators in 2020—2025

4.4 協(xié)同發(fā)展水平空間發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)

本文基于ArcGIS 軟件繪制了2020 年、2023 年和2025 年宜荊荊恩城市群協(xié)同發(fā)展水平空間發(fā)展趨勢(shì)線預(yù)測(cè)圖（圖7），并對(duì)2020—2025 年宜荊荊恩協(xié)同發(fā)展水平的分布特征及空間發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了分析。圖7 中，X和Y表示城市的位置；Z 表示城市的耦合協(xié)調(diào)度大小；黑線和灰線分別表示協(xié)同發(fā)展水平在南北方向和東西方向的趨勢(shì)。

從圖7 可見：總體上，宜荊荊恩城市群協(xié)同發(fā)展水平在東西方向和南北方向上的空間差異較明顯；在空間趨勢(shì)上，2020—2025 年南北方向呈倒“U”型的發(fā)展趨勢(shì)，變化總體來(lái)說(shuō)較不明顯，而東西方向上其協(xié)同發(fā)展水平則呈現(xiàn)出“兩邊低中間高”的趨勢(shì)，且協(xié)同發(fā)展水平有所下降。這說(shuō)明宜荊荊恩城市群中只有1 個(gè)中心城市的協(xié)同發(fā)展水平較高，其他3個(gè)城市都偏低。

圖7 2020 年、2023 年、2025 年宜荊荊恩協(xié)同發(fā)展水平趨勢(shì)線Figure 7 Trend line of coordinated development of“Yi－ Jin－ Jin－ En”in 2020，2023，and 2025

5 結(jié)論與建議

5.1 結(jié)論

本文基于“經(jīng)濟(jì)水平—交流服務(wù)—產(chǎn)業(yè)發(fā)展—生態(tài)文明—公共服務(wù)—科技創(chuàng)新”的城市群協(xié)同發(fā)展指標(biāo)框架，選取與次區(qū)域城市群相似的區(qū)域城市群（蘇錫常都市圈）作為對(duì)比，對(duì)宜荊荊恩城市群的協(xié)同發(fā)展水平時(shí)空演變及動(dòng)態(tài)模擬展開了系統(tǒng)研究，主要結(jié)論如下：

①?gòu)木C合發(fā)展能力協(xié)同來(lái)看：時(shí)間層面上，宜荊荊恩城市群耦合協(xié)調(diào)發(fā)展不均衡；空間層面上，宜昌市一直處于優(yōu)質(zhì)協(xié)調(diào)水平，而荊門市、荊州市和恩施州在近10 年都經(jīng)歷了“上升—下降—上升”的階段。針對(duì)城市間各指標(biāo)協(xié)同，2010—2019 年科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展指標(biāo)協(xié)調(diào)水平呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明整體上次區(qū)域城市群城市之間的科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)發(fā)展差異在不斷地縮小，其相互協(xié)調(diào)性趨于上升，而公共服務(wù)、生態(tài)文明、交流服務(wù)和經(jīng)濟(jì)水平有不同程度的下降。②與蘇錫常都市圈相比，宜荊荊恩城市群的綜合協(xié)同發(fā)展水平一直處于較低的水平。由于蘇錫常都市圈協(xié)同特征已經(jīng)基本形成，因此綜合協(xié)同發(fā)展趨于平緩。而宜荊荊恩城市群在2010—2019 年的綜合協(xié)同發(fā)展處于波動(dòng)狀態(tài)，且波動(dòng)較大，這說(shuō)明宜荊荊恩城市群的輻射效應(yīng)還沒有真正形成。③預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2020—2025 年宜荊荊恩城市群城市綜合發(fā)展能力協(xié)同區(qū)域差距將繼續(xù)增大。相較于2020 年，2025年城市間各指標(biāo)協(xié)同中經(jīng)濟(jì)水平將呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，增幅為1.39%，而其他指標(biāo)協(xié)同水平將呈現(xiàn)不同幅度的下降，其中，科技創(chuàng)新的下降趨勢(shì)將最為明顯（29.66%）。

次區(qū)域城市群各城市協(xié)同發(fā)展水平直接關(guān)系著區(qū)域的平衡發(fā)展。通過(guò)對(duì)次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展的研究以及與區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)其在發(fā)展過(guò)程中存在以下幾方面的共性問題：①在協(xié)同發(fā)展演化過(guò)程中，次區(qū)域城市群的空間分異現(xiàn)象呈現(xiàn)擴(kuò)大趨勢(shì)，“核心—邊緣”結(jié)構(gòu)特征鮮明。同時(shí)，次區(qū)域中心城市不僅在經(jīng)濟(jì)總量上領(lǐng)先，綜合實(shí)力也明顯高于城市群內(nèi)其他城市，因此應(yīng)該承擔(dān)輻射帶動(dòng)職能，充當(dāng)區(qū)域發(fā)展的“領(lǐng)頭雁”角色。②由于次區(qū)域城市群還處在起步階段，其協(xié)同發(fā)展?fàn)顟B(tài)還不穩(wěn)固，因此與發(fā)展成熟的區(qū)域城市群相比，其協(xié)同發(fā)展水平在發(fā)展過(guò)程中會(huì)存在波動(dòng)，且綜合協(xié)同水平較低。在提高次區(qū)域城市群協(xié)同發(fā)展能力時(shí)，應(yīng)充分借鑒已經(jīng)發(fā)展成熟的區(qū)域城市群的經(jīng)驗(yàn)。③由于次區(qū)域城市群內(nèi)每個(gè)城市的發(fā)展水平各不相同，經(jīng)濟(jì)水平、交流服務(wù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展、生態(tài)文明、公共服務(wù)和科技創(chuàng)新在各城市的表現(xiàn)也各有差異，因此在協(xié)同發(fā)展演化過(guò)程中，指標(biāo)協(xié)同發(fā)展能力參差不齊、水平不高。次區(qū)域城市群在協(xié)調(diào)發(fā)展的進(jìn)階過(guò)程中，應(yīng)注重各指標(biāo)之間的平衡發(fā)展，避免各指標(biāo)協(xié)同水平差異持續(xù)增大。

5.2 建議

通過(guò)研究，針對(duì)次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展，本文提出以下3 點(diǎn)建議：①增強(qiáng)中心城市的輻射帶動(dòng)能力，并充分發(fā)揮城市群內(nèi)周邊城市的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。研究發(fā)現(xiàn)，在次區(qū)域城市群中，中心城市作為發(fā)展最快、協(xié)調(diào)能力最強(qiáng)的城市承擔(dān)著促進(jìn)周邊城市協(xié)同發(fā)展的重任。但是通過(guò)與區(qū)域城市群對(duì)比發(fā)現(xiàn)，次區(qū)域城市群的協(xié)同發(fā)展還有很大的提升空間，因此應(yīng)借鑒區(qū)域城市群成熟的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)。一方面，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)中心城市的輻射帶動(dòng)能力，充分利用中心城市在次區(qū)域城市群的示范效應(yīng)，通過(guò)強(qiáng)化中心城市的發(fā)展水平，逐漸形成以“涓滴效應(yīng)”為主導(dǎo)的規(guī)模效應(yīng)，帶動(dòng)周邊城市的協(xié)調(diào)發(fā)展。另一方面，雖然次區(qū)域城市群中的其他城市協(xié)調(diào)能力較弱，但是也可以發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，依靠中心城市的帶動(dòng)，通過(guò)培育環(huán)保型及綠色產(chǎn)業(yè)來(lái)帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)集聚和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。②在實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境有效保護(hù)的同時(shí)，推動(dòng)科技創(chuàng)新的快速發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前階段次區(qū)域城市群更加重視生態(tài)文明，其協(xié)同發(fā)展水平明顯高于其他指標(biāo)的協(xié)同能力，而科技創(chuàng)新水平處于勉強(qiáng)協(xié)調(diào)。與發(fā)展成熟的區(qū)域城市群相比，次區(qū)域城市群的指標(biāo)協(xié)同能力均較低，因此次區(qū)域城市群在深入踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的基礎(chǔ)上，除了要把改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境置于突出位置，還要加強(qiáng)科技創(chuàng)新的發(fā)展能力。一方面，政府及相關(guān)部門應(yīng)合理配置生態(tài)環(huán)保資金，針對(duì)協(xié)同水平較低的地區(qū)給予一定的補(bǔ)助，對(duì)于重大的污染防治項(xiàng)目、區(qū)域保護(hù)項(xiàng)目等給予優(yōu)先支持；另一方面，充分發(fā)揮協(xié)調(diào)水平較高的中心城市在科技、人才、教育、市場(chǎng)等方面的優(yōu)勢(shì)，積極與城市群內(nèi)其他城市合作，拓展合作空間，共享發(fā)展成果，形成互利共贏的發(fā)展格局。③提高人民生活質(zhì)量，強(qiáng)化交流服務(wù)設(shè)施。研究發(fā)現(xiàn)，公共服務(wù)和交流服務(wù)指標(biāo)在次區(qū)域城市群中的協(xié)同發(fā)展水平呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，嚴(yán)重影響了城市之間的高質(zhì)量協(xié)同發(fā)展。因此，應(yīng)著力解決次區(qū)域城市群城市居民生活質(zhì)量和不平衡不充分發(fā)展之間的矛盾。一方面，針對(duì)協(xié)同發(fā)展水平較低的城市給予一定的政策傾斜，科學(xué)規(guī)劃好公共文化場(chǎng)所、學(xué)校等公共服務(wù)設(shè)施的規(guī)模和結(jié)構(gòu)；另一方面，各城市之間要強(qiáng)化交流服務(wù)能力，加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。