环渤海地区城市发展效率空间格局分析

曹锡顶，孟 雪，韩增林,b

(辽宁师范大学a.地理科学学院；b.海洋经济与可持续发展研究中心，辽宁 大连 116029)

城市是人类依托物质资源进行生产生活的集聚空间。随着我国经济发展进入新常态，城镇化也进入了城镇化加速阶段和城市病发作阶段的叠加期，城市的用水资源、用地资源、能源资源供给不足[1-3]，生态环境问题突出。我国“十三五”规划提出,“实施能源和水资源消耗、建设用地等总量和强度双控行动”。粗放式的城市发展模式应从根本上改变，科学合理地配置城市资源，提高城市资源利用效率势在必行。环渤海地区工业密集，以重化工业为主，能源消耗量大[4]、人口集聚度高[5]、水资源短缺[6]，加之近年工业化和城镇化加速发展，资源短缺问题，环境污染问题有增无减。因此，解决城市资源矛盾，合理测度城市发展效率，是落实《京津冀协同发展规划纲要》和加强环渤海地区经济协作，促进区域协调可持续发展的关键问题。

国内外学者多采用数据包络分析(DEA)，从不同空间尺度[7-12]、城市的土地利用[13-15]、城市的产业发展[16]等方面进行了城市效率的测度，但对城市效率空间演化分析研究较少。传统DEA模型方法通常属于径向、角度的，在评价效率的过程中无法对非期望产出进行有效处理，没有严格考虑投入产出的松弛性问题。Tone提出的SBM模型基于松弛变量的非径向、非角度，可以很好解决处理非期望产出的问题[17]，并得到较好应用，如能源生态效率[18]、水资源利用效率[19]、农业生态效率[20,21]、科技资源配置效率[22]、环境效率[23,24]、土地利用效率[13]、海洋经济效率[25]、公路运输效率[26]等。标准差椭圆与以往地理空间方法研究不同，它更加侧重于揭示地理要素空间分布的全局特征，并在不同尺度的区位格局[27-29]、碳排放[30]、航空货运[31]、海洋经济效率[32]等方面得到较好应用。在概念界定方面，狄乾斌等将城市发展效率概念界定为：一定的生产技术条件下，开发利用城市资源从事生产性活动过程中，投入要素创造的产出(包括期望产出和非期望产出)价值量与总投入价值量的比值，反映了城市投入要素资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产出的SBM模型测度环渤海地区44个城市的城市发展效率，并采用标准差椭圆方法以空间可视化的方式刻画环渤海地区城市发展效率时空格局特征。

1 区域概况与研究方法

1.1 区域概况

环渤海地区是我国华北、东北、西北三大区域结合部，环抱着渤海湾和黄海部分海岸，拥有40个港口，是我国交通网络最为密集的区域之一，也是最大的工业密集区，现已成为我国经济发展的第三大增长极，先后设立天津滨海新区、辽宁沿海经济带、山东半岛蓝色新区、西海岸新区和辽宁金普新区。尽管环渤海地区经济增长快速，但是这种快速增长是依赖于资源消耗和环境污染而实现的，粗放式经济增长、产业结构趋同、基础设施建设重复、生态环境恶化和城乡体系发展失衡等问题突出，严重制约了环渤海地区城市经济可持续发展。

1.2 非期望产出的SBM模型

DEA是一种多输入多输出的分析方法，即要素投入与产出之间的相对效率评价的系统分析方法[34]。传统的DEA模型多基于投入或产出角度径向计算，对投入或产出的松弛性问题考虑不充分，容易高估评价单元的生产率[21]。Tone提出将松弛变量引入目标函数中的基于松弛测度的DEA模型，其非径向、非角度的特性避免了径向和角度带来的偏差，并提出了解决当存在非期望产出时的SBM模型[17]。非期望产出时的SBM模型具体公式本文与相关文献相同[24]。

1.3 标准差椭圆

标准差椭圆(SDE)最早由Lefever提出[35]，从重心角度，椭圆的展布范围、密集度、趋势方向和形状上能够精确测量经济要素空间差异与分析经济要素空间分布[35-37]。本文采用标准差椭圆基于环渤海地区44个城市的空间区位，用该城市对应的城市发展效率值表示相应的权重，表现各经济要素的空间分布状况。计算公式如下[38]：

(1)

方位角：

(2)

(3)

(4)

1.4 指标选取与数据来源

依据DEA模型投入产出效率指标宜少原则[39](一般要求指标数量(投入指标+产出指标)≤1/3个评价单元个数)，本文在狄乾斌等[40]研究基础上，构建了城市发展效率投入产出指标体系(表1)。环渤海地区是重要的能源基地，在能源要素投入选取能源消费总量(万t/ace)为代表指标。需要说明的是，城市经济的投资对产出的影响不仅基于当期投资，还基于以往投资所形成的资本存量，因此采用资本存量衡量资本要素的投入。资本存量的计算采用永续盘存法进行估算。关于以价格为单位的原始数据，为消除价格因素的影响需进行数值平减，但由于缺少具体城市经济数据的平减指数，通常使用各省市的GDP平减指数进行数值平减。选取2005—2016年环渤海地区44个城市作为城市发展效率评价单元，样本数据来源2006—2017年《中国城市统计年鉴》和《中国统计年鉴》、2005—2016年《中国城市建设统计年鉴》、各地区城市历年统计年鉴和环境质量公报等。

表1 城市发展效率投入产出指标体系[40]

注：城市废水包括工业废水和城市生活污水；城市生活非期望产出包括生活污水和城市生活垃圾清运量。

2 城市发展效率测算与空间演化分析

2.1 城市发展效率结果分析

基于前人研究结果[41]，本文将城市发展效率等级划分为：效率最高(p=1)、效率良好(0.8≤p≤1)、效率中等(0.6≤p≤0.8)和效率无效(p≤0.6)4个等级进行分析(图1)。由图1可知，环渤海地区44个地级市城市发展效率整体水平较高且波动幅度大，呈波动上升态势。2005—2007年城市发展效率值逐渐上升，这是由于2001年申奥成功，对北京及周边地区的重化工业及污染产业进行环境整改，在2005年研究初期的城市发展效率水平就已经达到0.734(效率中等)；2009年下降到最低值0.726(效率中等)，这是由于金融危机造成的经济波动，环渤海地区较为密集的进出口企业受到国际市场的冲击影响较明显；2010—2013年再次逐渐上升，一方面“拉动内需”等宏观手段激发经济活力，另一方面金融危机促使抵抗金融风暴能力较弱的传统型、低技术、高耗能企业倒闭，缓解了污染排放问题，使非期望产出减少；2014年和2015年呈现下降趋势，这是由于近年“散乱污”企业违法复产，最明显的污染现象是雾霾天气现象严重；2016年发展态势有上升趋势。由图2可知，环渤海44个城市中，平均值效率最高的城市有4个，占总数的9.09%，平均值效率良好的城市有13个，占总数的29.55%，平均值效率中等的城市有23个，占总数的52.27%，平均值效率无效的城市有4个，占总数的9.09%，其中城市发展效率值较低的城市主要分布于河北省与山东省的交界处。综上所述，环渤海地区效率中等城市占比最高，效率最高城市占比最低，整体上未达到理想状态，提升潜力较大，应关注效率无效城市的发展，加强河北省和山东省的省际合作。

图1 环渤海地区城市发展效率值变化趋势

图2 环渤海地区城市发展效率空间格局特征

2.2 城市发展效率空间演化分析

2005—2016年环渤海地区城市发展效率空间分布格局见图3。

图3 环渤海城市发展效率空间分异格局

02005—2016年环渤海地区城市发展效率空间分布总体呈现南(偏西)—北(偏东)的空间格局。分布在标准差椭圆内部的城市是发展效率主体，可看出沿海城市在环渤海地区城市发展效率中占主体地位。综合来看，环渤海城市发展效率空间格局演化特征明显，主要向南偏西移动，空间分布呈现扩大的趋势。本文从重心变化、椭圆范围、分布形状、分布方向4个方面进行城市发展效率空间变化差异分析。

2005—2016年环渤海地区城市发展效率重心空间位移分布见图4。城市发展效率的重心集中分布在渤海上，各时期的重心在118.54°—119.09°E、36.48°—38.53°N之间变动，重心集中分布在渤海的西南部，近两年逐渐靠近河北省东部地区。

图4 2005—2016年环渤海地区城市发展效率重心空间位移

环渤海地区城市发展效率空间分布范围在2005—2007年呈现扩大的趋势，2008—2014年波动中呈现缩小的趋势，2015—2016年又呈现扩大的趋势，2005—2016年的整体波动范围在300065.03—313107.06km2。结果表明，2005—2007年标准差椭圆外部城市对环渤海地区城市发展效率的拉动作用大于标准差椭圆内部城市，2008—2014年标准差椭圆内部城市对环渤海地区城市发展效率的拉动作用大于标准差椭圆外部城市，2015—2016年标准差椭圆外部城市的拉动作用显著。

2005—2016年环渤海地区城市发展效率标准差椭圆形状变化呈现短轴和长轴波动增长(图5)。其中，短轴的标准差与长轴的标准差比值变化较小，椭圆的空间分布形状变化较小。从2005—2016年环渤海地区城市发展效率标准差椭圆分布方向来看(图6)，标准差椭圆的方位角呈波动上升的趋势。其中，2005—2012年波动下降，方位角由2005年的35.78°缩小到2012年的33.77°，表明整体呈东北—西南格局；2013—2016年缓慢上升，方位角由2013年的33.9°扩大到2016年的34.53°。

图5 2005—2016年环渤海地区城市发展效率标准差椭圆长短轴变化

图6 2005—2016年环渤海地区城市发展效率空间分布方位角变化

综上所述，2005—2008年城市发展效率重心主要由唐山市、天津市向河北省东南部偏移，主要原因可能是2006年河北省提出“沿海经济社会发展强省”战略，并于2007年建立渤海新区新型工业化基地，发展海洋潜力，带动经济跨越式发展。结合图3可知，2008年后受金融危机的影响，各省市都采取了多项措施以保持经济平稳增长，其中辽东半岛形成港陆联动的发展格局，以大连和沈阳为发展核心，拉动环渤海地区的城市发展效率在2009年向东北方向偏移。2010—2015年城市发展效率重心不断向山东半岛移动，主要原因可能是山东抓住“海洋强国”重要机遇，统筹发展，将山东半岛蓝色经济区、黄河三角洲高效生态经济区、胶东半岛高端产业聚集区和鲁南临港产业带有机结合，由沿海带动内陆深化改革。国家战略的扶持和地方政府的积极发展，不断带动城市发展效率的提高，提高环渤海整体发展水平。2016年城市发展重心贴近河北东部地区，主要原因可能是京津冀协同发展战略实施的拉动作用。随着国家战略的扶持和地方政府的积极响应，有利于提高环渤海地区的城市发展效率和城市整体发展水平。

3结论

环渤海地区城市发展效率整体水平较高且波动幅度大，效率中等城市占比最高，效率最高城市占比最低，整体上未达到理想状态，提升潜力较大，因此应关注效率无效城市的发展，加强河北省和山东省的省际合作；环渤海城市发展效率空间格局演化特征明显，主要向南偏西移动，且空间分布范围呈现扩大的趋势，沿海城市在环渤海地区城市发展效率中占主体地位；环渤海地区城市发展效率重心主要位于渤海，环渤海地区城市发展效率空间分布范围由扩大到缩小再扩大的分布，近几年标准差椭圆内部城市对环渤海地区城市发展效率的拉动作用大于标准差椭圆外部城市；环渤海地区城市发展效率的方位角呈波动上升的趋势。