全球创新资金的空间格局及其演变特征

石 奇，杜德斌，张 祥，赵 昱

(华东师范大学科技创新与发展战略研究中心，上海 200241)

创新资金是指创新过程中的资金投入，通常以R＆D投资来表现，它反映了一个国家或地区对科技资源的动员和配置能力［1］。当前，全球正面临着创新驱动的新竞争格局，创新资金的全球空间格局反映了世界各国和地区的科技竞争力，并影响其经济和社会的持续发展。各国或地区纷纷加大创新资金的投入，以实现其创新能力和国际竞争力的提升［2］。对于创新资金的空间格局研究主要集中在两方面:一是空间格局变化的相关理论及动力机制的研讨，如 Hymen的“垄断优势论”［3］、Buckley 和 Casson 的 “市场内部化理论”［4］，Searpio也从外部经济效应视角对跨国公司对外投资动力进行了探讨［5］;二是对创新资金流动的时空演化特征的研讨，主要包括一国及其内部R＆D经费空间分布和变动特征研究［6-9］以及少数典型性国家 R＆D经费空间分布的对比研究［10-11］。现有研究揭示了R＆D经费空间分布存在不均衡性，并对R＆D经费空间分布存在问题提出了政策建议，但缺乏从全球视角来研究创新资金的空间格局，因此难以厘清创新资金在世界各国和地区的时空分布特征，无法揭示世界各国和地区的创新能力空间格局。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本研究以全球范围内的国家和地区为研究尺度，考虑到创新资金投入常通过科研经费的投入情况来表现，可用R＆D经费投入来进行衡量，包括①总量指标，即R＆D经费支出总额;②投入强度指标，即R＆D经费支出总额占GDP的比重;③均量指标，即人均 R＆D经费支出额［12］。通过对R＆D经费投入规模与R＆D强度的考察，基本上可以把握全球各国和地区研发投入的现状［13］。兼顾数据的可得性和完整性，选取1997—2009年全球各国和地区R＆D经费支出、国土面积、人口和R＆D强度数据，数据主要来源于联合国教科文组织统计研究所和世界银行数据库，部分国家和地区的数据来源于经合组织统计和经济观察。

本研究在缺失数据处理的过程中，对于一个国家或地区在研究期内缺失的数据占到一半以上的，对该国或地区样本进行删除，最终在联合国教科文组织统计的215个国家和地区中得到83个国家和地区的数据，其R＆D经费在研究期内占全球的比重超过98%以上，基本上可以反映全球R＆D经费的情况。对于仅有少量年份数据缺失的国家或地区，运用回归分析法进行拟合补充，共补充149个数据，占样本总量的13.81%，因此对于缺失数据的处理并不影响对最终结果整体真实性的评价。

1.2 空间聚类分析方法

ArcGIS里的空间聚类分析法可以在分级数确定的情况下，依据聚类分析将全球各国和地区R＆D经费支出以组内方差最小、组间方差最大进行分级，该方法能较好地保持数据的统计特性，且有利于识别出R＆D经费的潜在分类与空间分布模式［14-15］。空间聚类分析可对全球R＆D经费支出的空间格局进行等级划分，确定全球R＆D经费支出的空间核心及主体结构。

1.3 R＆D经费支出空间分布碎化程度测算方法

R＆D经费支出空间分布碎化指数，即不同国家或地区的R＆D经费支出占全球总量的百分比的平方根加和。假设i国家或地区的R＆D经费支出为 xi(i=1，2，…，n)，则:

式中，I为碎化指数;yi为i国家或地区R＆D经费支出占全球R＆D经费支出总额的比重。I的范围为1～。当yi=1时，I值最小，R＆D经费支出空间分布高度聚集。当所有yi都相等时，I值最大，R＆D经费支出空间分布绝对均匀。该模型可以测度全球R＆D经费支出空间分布随时间演变的集聚与分散发展态势［16］。

1.4 R＆D经费支出空间分布均匀度测算方法

基于碎化指数，张京祥等将空间面积的不均衡程度纳入公式，提出城市均匀度指数模型［17］。假设i国家或地区的R＆D经费支出为xi(i=1，2，…，n)，空间面积为Si(i=1，2，…，n)，则:

式中，NI为均匀度指数;zi为 i国家或地区R＆D经费支出占全球R＆D经费支出总额的比重与i国家或地区空间面积占总面积的比重的乘积。NI的范围为0～1。NI越趋近于0时，R＆D经费支出空间分布越集聚。NI越趋近于1时，R＆D经费支出空间分布越均匀。通过改进的模型克服了对空间面积考虑的不足，是对碎化指数很有益的补充，对衡量R＆D经费支出空间分布集聚和扩散程度具有较强的参考意义［16］。

1.5 R＆D经费支出集聚力测算方法

R＆D经费支出集聚力指数是通过把全球划分为核心区与腹地，得出它们之间人均R＆D经费支出的比值。

式中，R为研究区域的核心区与腹地之间人均R＆D经费支出的比值;rc为核心区人均R＆D经费支出;rc-为腹地人均R＆D经费支出。如果随时间增长，R值上升，表明核心区处于R＆D经费支出快速增长集聚阶段，R＆D经费支出发展的空间相对较大。反之，则表明核心区R＆D经费支出集聚力处于辐射发展阶段，R＆D经费支出开始向腹地扩散［16］。

2 全球R＆D经费支出的空间格局

通过收集相关数据，将1997—2009年全球各国和地区R＆D经费支出取平均数，再利用ArcGIS的空间聚类分析功能，将全球各国和地区R＆D经费支出分成五个层次，据此得到1997—2009年全球各国和地区平均R＆D经费支出的空间分布格局(见图1)，从中可发现全球R＆D经费支出的空间分布格局基本呈现出以下特征:

2.1 全球R＆D经费支出的空间分布格局呈现明显的三大核心区

从全球R＆D经费支出的洲际分布来看，主要分布于北半球的北美(这里指加拿大与美国，美洲的其他国家归入拉丁美洲和加勒比海地区)、欧洲和亚洲三大区域。此外，在北半球三大区域中，2009年亚洲R＆D经费支出占全球R＆D经费比重为 33.04%，比北美和欧洲分别高出 0.34%、4.58%，成为全球第一。R＆D经费支出分布呈现明显的三大核心区——美国、西欧和东亚，全球R＆D经费空间格局的前三层次的国家均位于核心区。

美国处在全球R＆D经费支出空间格局五个层次中的第一层次，其R＆D经费支出占全球的比重始终超过30%。美国作为全球科技中心，其R＆D经费支出总量相比其他国家具有绝对优势。西欧的核心国家为德国、法国和英国，2009年R＆D经费支出占全球的比重为13.47%，在三大核心区中相对较弱。德国是欧洲R＆D经费支出最多的国家，处于第二层次，法国和英国处于第三层次。这三个国家在历史上曾经都是世界科技的中心，R＆D活动基础实力雄厚，R＆D经费支出相比世界其他国家具有明显优势。在东亚，中国大陆、日本和韩国是核心。2009年这三个地区R＆D经费支出占全球的比重为26.57%，与美国相差4.90%。其中，日本一直处于第二层次，其R＆D经费支出虽然与美国仍有相当大的差距，但已遥遥领先欧洲科技大国，充分显示出科技强国的实力。中国大陆是亚洲迅速崛起的一支重要力量，R＆D经费支出总量较高，但由于人口规模庞大，其在人均方面与美国、日本相比差距甚大。韩国作为新兴工业化国家中R＆D经费支出大国，已走在全球前列。

2.2 全球R＆D经费支出空间分布格局除了三大核心区外，各地区也呈现核心—边缘结构

除了全球R＆D经费支出空间分布格局的三大核心区外，各地区也呈现明显的核心—边缘结构。从图1可以看出，在研究期内，处于五个层次中第四层次的国家和地区有加拿大、意大利、俄罗斯、印度、巴西、中国台湾、西班牙、澳大利亚、瑞典、荷兰和瑞士11个国家和地区，这些国家和地区是除了三大核心区国家和地区外全球R＆D经费支出的主要贡献者。俄罗斯、印度2009年已分别上升到全球第八位、第九位。其中，俄罗斯是东欧地区R＆D经费支出的核心国，具有较好的创新基础。印度是南亚地区R＆D经费支出的核心国，其与中国大陆一样，近年来经济高速增长，且在创新人员方面也具有较大的优势。巴西、澳大利亚R＆D经费支出明显高于南半球其他国家。其中，巴西是拉丁美洲和加勒比海地区R＆D经费支出的核心国，2009年占该地区比重为58.54%。澳大利亚是大洋洲R＆D经费支出的核心国，2009年占该地区比重为84.63%。此外，另有不处于第四层次的地区核心国，如西亚的以色列、东南亚的新加坡和非洲的南非。2009年南非R＆D经费支出占非洲的份额为42.89%，是南半球的第三大R＆D经费支出国。

图1 1997—2009年全球平均R＆D经费支出的空间分布格局

3 全球R＆D经费支出的空间演变特征

3.1 空间格局呈多中心趋向均质发展

根据碎化指数模型，碎化指数I的取值范围应为1～9.11。从表1可以得出，1997—2009年全球R＆D经费支出空间分布碎化指数的最小值为5.09，最大值为5.39，平均值为5.23，计算所得的碎化指数仅略高于碎化指数I最高值的一半。这表明全球R＆D经费支出空间分布的碎化程度并不高，在空间分布上既非绝对均匀分布，也非高度集聚，处在高度集聚向绝对均匀分布过渡的中间。从碎化指数的时间演变可得，从1997—2009年碎化指数稳步上升，表明全球R＆D经费支出空间分布趋于均质发展，向多中心空间格局演变。这一格局演变与当今科技对经济增长产生的重大影响，各国和地区对R＆D经费支出的重视程度上升有一定的关系。

根据均匀度指数模型，均匀度指数NI的取值范围应为0～1。如表1所示，1997—2009年全球R＆D经费支出空间分布均匀度指数的最小值为0.538，最大值为 0.601，平均值为 0.566。计算所得的均匀度指数仅略高于均匀指数NI最高值的一半，与碎化指数结果相似。从均匀度指数的时间演变可以看出，除了1998年均匀度指数略为下降外，研究期内均匀度指数也呈稳步的上升趋势，表明全球R＆D经费支出空间分布趋于均质发展。研究结果进一步佐证了碎化指数的测度结果。

表1 1997—2009年全球R＆D经费支出空间分布的碎化指数和均匀度指数

3.2 空间格局由旧大三角格局向新大三角格局转变

全球R＆D经费支出空间分布的三大核心区的核心国家或地区已由20世纪90年代末北美的美国、东亚的日本以及西欧的德国、法国和英国的旧大三角格局，转变为当前北美的美国、东亚的中国大陆、日本和韩国以及西欧的德国、法国和英国的新大三角格局(见图2、图3)。中国大陆与韩国的迅速崛起，使东亚这一核心区不断增强。1997—2009年美国、日本、德国、法国和英国R＆D经费支出年均增长率普遍较低，分别为5.44%、3.81%、5.60%、4.64% 和 4.58%，且这五个国家R＆D经费支出占全球的份额也均呈现下降趋势。研究期内中国大陆和韩国年均R＆D经费支出增长率分别为21.73%和9.24%，明显高于上述五个国家。其中，中国大陆在全球R＆D经费格局中由第四层次上升到第二层次，2009年其R＆D经费支出超过日本，位居全球第二;韩国从1997年的第四层次上升到2009年的第三层次，并在R＆D经费支出方面超过英国，是新兴工业化国家R＆D经费增长较为迅速的国家。

3.3 核心区R＆D经费集聚力下降，R＆D经费支出向腹地扩散

2009年全球R＆D经费支出核心区(美国、中国大陆、日本、德国、法国、韩国和英国)R＆D经费支出占全球比重为71.47%。全球R＆D经费支出核心区R＆D经费集聚状态对全球R＆D经费支出的空间格局发展具有重要影响。根据全球R＆D经费支出空间集聚力测度方法，分别计算出全球R＆D经费支出核心区及其内各国和地区的R＆D经费空间集聚力R值，进而分析全球R＆D经费支出核心区R＆D经费的空间发展演变的集聚—扩散状态。

图2 1997年全球R＆D经费支出的空间格局

图3 2009年全球R＆D经费支出的空间格局

如图4所示，1997—2008年全球R＆D经费支出核心区的R＆D经费集聚力R值逐年下降，共下降0.50，表明全球R＆D经费核心区的R＆D经费支出集聚力有所下降，R＆D经费向腹地扩散。2009年全球R＆D经费支出核心区的R值略有上升。这与2008年金融危机后，全球R＆D经费支出核心国家和地区注重以创新推动经济转型有关。对各个核心国家的集聚力指数进行测度得出，研究期内除韩国和中国大陆R＆D经费集聚力R值有所上升，其余五国的R值均有所下降。可知当前韩国和中国大陆R＆D经费进入自我高度集聚状态。其中，韩国的R值1998年出现明显的下滑，与1997年亚洲金融危机有关，之后韩国的R＆D经费集聚力稳步上升，增幅为1.33。中国大陆在研究期内R值上升了0.74，R值上升稳定，R＆D经费仍处于集聚状态。研究期内日本与美国R＆D经费集聚力R值呈显著下降，分别下降4.05和3.70，表明这两国R＆D经费集聚力由强集聚转向了外溢和辐射扩散状态。欧洲的德国、法国和英国R值分别下降了1.41、2.55和2.09，也不同程度的由集聚转向了辐射状态。

图4 全球R＆D经费支出核心区集聚力指数变化趋势图

4 全球R＆D强度的时空演变特征

R＆D经费支出与R＆D强度是考察R＆D经费投入的两个重要指标，前者是反映创新资金的绝对数量，后者是反映各国和地区创新资金的相对数量［13］。R＆D经费支出在一定程度上反映该国家或地区创新活动的投资规模以及科技实力和创新能力，而R＆D强度常用来衡量一个国家或地区对于科学创造和创新能力给予的资金支持程度，侧重于反映该国或地区科技与经济发展的协调程度，从而反映国家或地区经济发展的方式［18-19］。一般情况下，R＆D强度不到1%，表明该国或地区缺乏创新能力，R＆D活动处于初级阶段;R＆D强度在1%～2%之间，表明该国或地区的R＆D活动正处于中级阶段;而R＆D强度大于2%，表明该国家或地区创新能力较强［20］。

1997—2009年全球R＆D强度随时间演变的特点为:一方面，78.05%的国家和地区在研究期内R＆D强度呈上升趋势，其中核心区国家的R＆D强度均上升，韩国和中国大陆R＆D强度上升较快，超过1%以上;另一方面，全球各国和地区R＆D强度极差有扩大的趋势，1997年瑞典以3.47%的R＆D强度位居全球榜首，2009年以色列R＆D强度最高为4.46%，而研究期内R＆D强度较低的国家R＆D强度均趋近于0。

1997—2009年全球R＆D强度空间分异主要表现为:全球R＆D强度较高的国家和地区主要为发达经济体，且主要集中于北美、欧洲、东亚和大洋洲;发展中国家R＆D强度普遍较低;全球R＆D强度地区差异显著。通过图5、图6可以发现，1997年R＆D强度在2.00%以上，即创新能力较强的国家分别为瑞典、以色列、日本、芬兰、瑞士、美国、韩国、德国和法国，均是发达经济体。R＆D强度在1.01%～2.00%之间的国家和地区主要分布于欧洲，其他地区仅有亚洲的中国台湾和新加坡、大洋洲的澳大利亚和新西兰、北美的加拿大，这些国家和地区也均为经济发展水平较高的国家和地区。R＆D强度在0.51%～1.00%之间还是主要分布于欧洲，除此之外仅有金砖国家里的巴西、印度、中国大陆和南非。从中可以看出，发展中国家R＆D强度普遍不高，较缺乏创新能力。2009年R＆D强度在2.00%以上的国家和地区仍集中分布于发达经济体。R＆D强度在2.00%以上的国家和地区相比于1997年新增丹麦、中国台湾、冰岛、奥地利、新加坡、澳大利亚和比利时。R＆D强度在1.01%～2.00%之间的国家和地区主要分布于欧洲，其他地区仅有北美的加拿大、东亚的中国大陆、大洋洲的新西兰、南美的巴西和北非的突尼斯。R＆D强度在0.51%～1.00%之间的非欧洲国家相比于1997年明显增多，如土耳其、伊朗、阿根廷等国也步入此列。可以看出，从1997—2009年，虽然R＆D强度较高，即创新能力较强国家主要仍为经济较发达的国家，但发展中国家的R＆D强度也在不断提升中，特别是中国大陆、巴西和突尼斯已摆脱缺乏创新能力国家行列。

5 结论与启示

图5 1997年全球各国和地区R＆D强度情况

图6 2009年全球各国和地区R＆D强度情况

(1)研究期内，全球六大区域R＆D经费支出格局发生了显著变化。亚洲国家R＆D经费支出快速增长，占全球比重不断上升，并逐步超过欧洲、北美，使全球的创新重心向亚洲转移。伴随着亚洲的崛起，传统的美国、日本和西欧(以德国、法国、英国为代表)三分天下格局已经让位于美国、东亚(以中国大陆、日本和韩国为代表)、西欧的新大三角格局。中国大陆和韩国R＆D经费支出的快速增长使东亚地区成为三大核心区里增长最快的地区，以及全球R＆D经费支出增长最有力的推动者。面对全球创新资金重心逐步向亚洲转移的利好趋势，对于积极建设创新型国家的中国来说，应积极主动创造吸引创新资金的环境，促使全球创新资金与我国优势有机结合，充分发挥与亚洲国家的地缘优势，积极倡导国际科技合作，推动区域性创新网络的形成，以灵活、开放的方式促进双赢、多赢的合作，带动亚洲共同发展。

(2)全球创新格局呈现多中心趋向均质发展。对R＆D经费支出空间分布碎化指数和均匀度的计算显示，从1997—2009年，全球R＆D经费支出空间分布碎化指数和均匀度均呈现上升趋势，全球R＆D经费支出空间分布趋于均质发展，有利于多中心空间格局的形成。此外，俄罗斯、印度等第四层次国家R＆D经费支出的高速增长，以及全球R＆D经费支出核心国家中发达国家R＆D经费支出集聚力指数的不断下降，也将促进全球创新格局进一步向多极化发展。全球R＆D经费支出核心国家中发达国家R＆D经费支出集聚力程度不断下降，同时伴随经济衰退对其创新活动产生显著影响，西欧、美国、日本原有的创新资源可能会出现闲置或释放。对此，我国可考虑继续加大吸收国外创新资金，提高创新资金配置效率，提升我国的科技创新能力。

(3)发展中国家R＆D强度有明显提升的趋势，但发达国家R＆D强度普遍仍高于发展中国家。1997—2009年，全球 R＆D强度的空间差异表现为:R＆D强度较高，创新能力较强的国家主要仍是发达经济体，且主要分布在北美、欧洲、东亚和大洋洲。近年来我国R＆D经费增长势头良好，但和发达国家相比R＆D强度仍较低，我国R＆D经费支出待发展的空间仍然广阔。随着我国社会经济的全面发展，应继续加大科技投入力度，使科技创新更好地支撑经济发展，两者进一步的协调以实现经济增长方式的转变。

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