江苏省城市竞争力、区域创新与生态效率的时空耦合研究

商燕劼，庞庆华，李 涵

（1.苏州大学 东吴商学院，江苏 苏州215021；2.河海大学 商学院，江苏 常州213022）

一、引 言

城市作为地方经济、政治和文化主要载体，对于整个社会的发展起到极其重要的作用。当前面对着如此激烈的竞争环境与压力，城市之间均利用自身的优势条件，去抢占来自其他地区的物质资源、发展空间以及外部机遇，并以此来推动自身的快速发展。在此背景下，提升一个城市的竞争力水平则显得尤为迫切。与此同时，城市竞争力的提升与区域创新、生态环境存在较强的相互作用与联系。党的十九大后，习近平总书记选择江苏省作为首次地方考察目的地，为着力打造“强富美高”新江苏，推动省内高质量发展指明了前进方向。江苏省在进一步加强城市规划管理中明确指出：增强城市综合竞争力；推动生态城市建设；创新体制机制，鼓励地方政府开展各类城市创新实践。这三者在城市发展和建设中起到协调运作关系，因此三者之间关系及其协调度的研究对城市绿色经济的发展有着重要意义和价值。

国内外学者早已意识到提升城市综合竞争力是提升区域综合竞争力乃至国家综合实力的有效途径。目前研究主要集中在以下几个方面：一是关于城市竞争力的理论研究与影响因素［1-7］；二是关于城市竞争力、生态效率与区域发展之间的关系［8-9］；三是关于城市竞争力与创新之间的关系。一些有代表性的文献有：秦立春等［10］以长株潭城市群为例，从生态位理论角度分析探讨城市各自的生态位，城市之间、城市群内与群外的竞争、合作；黄建欢等［11］利用191个地级及以上城市2003-2015年面板数据，测度经济增长和环境规制空间溢出的高位压力和低位吸力，在此基础上研究了这些城市经济建设和环境制度竞争对于城市内生态效率的影响；李香菊等［12］发现在地区竞争的影响下，城市内企业的绿色创新技术发展受益于地区之间的良性竞争关系，但当竞争关系过度时则会受到相反的作用力；张文忠等［13］研究了全国信息技术行业数据，结合多元回归来分析公司技术创新能力与效益之间的联系，发现差异化战略下企业实施技术创新提高企业绩效的持续期更长；田虹等［14］基于自然资源基础理论和绿色创新理论，在以企业的产品、形象、竞争优势三个层面建立的模型下探明了企业内部通过生产创新产品来形成绿色竞争中的优势；张伟等［15］探索了陕西省企业在运营中其企业内部的创新行为和产品对其在行业内竞争中的优势关系。针对区域创新与生态效率的研究发现，绿色技术创新既能促进期望产出提高，又能降低非期望产出，所以绿色技术创新是提高我国生态效率的重要途径［16-17］。此外有研究表明，区域创新和该区域内的生态效率之间存在“U”型的联系，即创新刚起步时会制约生态的发展，但到达一定程度后即能对生态有更大的优化，两者协调发展，区域经济对生态效率具有正向的影响作用，但对外开放指标对于生态来讲并无显著作用［18］。

综上所述，诸多学者对城市竞争力、区域创新以及生态效率进行了研究，也取得了丰富的研究成果。但值得注意的是，将三者联系起来以及讨论城市竞争力与区域创新的关系却较为少见，且已有研究往往关注城市竞争力对其他因素的影响，而未考虑到他们之间的相互作用，也忽略了生态效率以及创新对城市竞争力的影响。因此，本文在前人研究的基础上，选择江苏省作为代表区域，运用耦合模型、趋势面分析、引力模型等讨论城市竞争力、区域创新以及生态效率三者之间的耦合协调关系，并对其空间联系进行分析，为建设“强富美高”新江苏提供针对性建议。

二、指标选取

（一）城市竞争力

城市竞争力是一个综合的、系统的概念，需要综合考量多种因素进行评定［19—21］。根据对城市竞争力内涵的分析，考虑数据的系统性、可操作性和可比性，本文以经济发展、基础设施、对外开放3个维度12项指标构建了城市竞争力指标体系，见表1所列。

表1 城市竞争力评价指标体系

（二）区域创新

关于如何测度区域创新，国内外学者采用了不同的方法，目前主要有两种表达形式：①选择专利申请量或者授权量来衡量，但单因子评价会具有一定的主观和客观误差；②采用复合指标并结合相应方法建立指标体系和评价模型。在模型的构建中，被广泛认可的指标和模型是由经合组织（OECD）公布的《衡量数字经济：一个新视角（Measuring the Digital Economy：A New Perspective）》以及国内创新发展战略组发布的《中国区域创新能力报告》。这两份报告均是通过构建包括城市和区域的创新资源、环境等各个创新方面上百种指标体系来对区域经济进行衡量和评价。但鉴于其指标体系过于庞大，数据获取复杂度较高，时序性数据支持性较弱等多方面情况，并未在研究中有过多的采用。本文借鉴其他学者们的指标体系［22—24］，最终选择R&D经费内部支出（万元），高技术产业产值（亿元），专利授权数（件）三种指标构建区域创新体系。

（三）生态效率

生态效率指的是区域内所产生的产品或者服务带来的效益与资源消耗、环境影响等之间的效率关系［25］。基于此，本文借鉴有关学者的研究方法［26-27］，区域内所产生的效益使用人均GDP作为依据，将影响生态的指标划分为对环境产生影响及对资源有消耗的类型，构造的指标见表2所列，产出中的劳动投入量使用区域内年度就业人数来表达。

表2 生态效率测度指标体系

本文以2009-2018年江苏省的面板数据为样本，城市竞争力、区域创新、生态效率的相关数据主要来源于时间段内各市统计局公布的官方统计报告及《中国环境统计年鉴》等相关资料。

三、江苏省耦合协调度的空间格局分析

江苏省在发展和建设中离不开科技创新技术的支撑以及环境的可持续发展，而提升城市竞争力有利于吸引创新型人才和企业入驻，竞争力和区域创新的发展会提供更高效的技术和基金去支持生态效率的提升，生态效率的提升又能够让城市的竞争力以及其区域创新技术和能力可持续地发展和进步，三者相辅相成，具有较高的耦合协调性。鉴于此，城市竞争力、区域创新和生态效率的协调发展已经成为江苏省各个区域发展追求的目标。

（一）耦合协调度评价分析

本文通过耦合模型对江苏省市级城市竞争力、区域创新以及生态效率三者之间的耦合关系进行建模，如式（1）所示。

其中，U1、U2、U3分别代表本研究的城市竞争力、区域创新以及生态效率指数；C代表区域的耦合程度，值越大相关性越大。但三者的协调性并未展现，因此，本研究在此基础上采用耦合协调度模型进一步予以探索，计算公式如式（2）所示。

其中，D代表区域内综合的耦合协调值；T表示三者的综合指数；α、β、γ分别为城市竞争力、区域创新、生态效率指数的权重，且α+β+γ＝1。城市竞争力、区域创新和生态效率在不同时期及不同地域对城市发展中起到的作用会有所不同，但考虑本文是从系统耦合协调视角出发，即在城市发展中将城市竞争力、区域创新和生态效率分别视为三个子系统，三者应相互协调发展，同时借鉴现有研究成果［28-30］，故这里权重均取1/3。根据D值和C值计算的结果，可以将计算区域分为四个耦合阶段和耦合协调阶段，具体划分情况见表3所列。

表3 耦合度与耦合协调度的判别标准与划分类型

基于空间耦合协调模型，计算2009-2018年江苏省13个市三个层次评价指标的空间耦合协调度。表4分别列出了空间耦合度（以C表示）与空间耦合协调度（以D表示）并绘制雷达图如图1所示。

图1 江苏省“城市竞争力-区域创新-生态效率” 耦合协调度雷达图

从表4可以看出，江苏省各个城市耦合度均有不同程度的提升。2009-2018年，苏州、南京、无锡、常州、南通均处于高水平耦合阶段，苏州是江苏省耦合度最高的城市，宿迁也由拮抗阶段跻身高水平耦合阶段。2017年，虽然大部分城市耦合度略有下降，但整体发展仍表现为较好的态势。图1显示，整体来看江苏省各市的城市竞争力、区域创新和生态效率耦合协调度发展并不均衡。从空间层面上看，由于苏北地区的经济欠发达、创新能力不足等原因，全省整体协调度呈现出南高北低的情景。苏州、南京、无锡总值较高，其中苏州一枝独秀，各方面均远超于其他城市，宿迁最低。从时间层面上看，各市的耦合协调度均随着时间增长，其中增速较为明显的区域有徐州、苏州、南通、连云港、淮安、泰州、宿迁，虽然苏北地区总值较低，但相比于苏南地区其发展的速度较高，即全省有均衡发展的态势。

表4 2009-2018年江苏省城市竞争力-区域创新-生态效率耦合协调发展测算结果

根据江苏省10年城市竞争力、区域创新和生态效率耦合协调度结果绘制折线图如图2所示，其中全省数值采用各地级市的平均值作为依据。

从图2可以明显看出，江苏全省及绝大多数城市均处于一个上升的趋势，即在研究时间段内城市内部的三个指标耦合协调程度随着时间推移有明显的提升。全省范围内耦合协调度上升态势在2012年出现了较为明显的放缓过程，其主要原因为2012年世界经济的不景气，欧美经济均在次年发生了经济衰退，也影响了我国GDP的增速。其中苏州的耦合协调度由高度协调耦合上升为极度协调耦合，苏州是一个工业化较为发达的城市，发展工业产业的同时也注重生态效率与区域创新的投入。而无锡2012-2014年存在下降趋势，原因是国内外大环境日趋复杂，以GDP为代表的增速进入了平缓发展期。城市竞争力方面其GDP增速位于全省倒数，科技创新方面其专利授权数逐年降低，生态效率方面也存在有烟尘排放量异常增多的状况。苏南、苏北、苏中三大区域耦合协调度空间分异较为明显，从图中可以看出明显的分层结果，宿迁、泰州、盐城、淮安、连云港等苏北地区城市虽然2009年耦合度较低，但其后期耦合度增速较快，由低度协调耦合向中度协调耦合转变。

图2 2009-2018年江苏省耦合协调度变化趋势

（二）耦合协调度趋势面分析

传统的折线图只能表达其属性数值在研究范围内的变化，无法明显地表达空间区域关系情况。鉴于此，本文采用空间趋势面分析，将耦合协调度基于空间位置进行三维化展示，该方法主要是通过将研究对象的地理空间坐标作为xy轴，研究数值作为z轴进行可视化表达，并将其数值投影至xz面和yz面形成拟合曲线，该曲线可以说明出在不同方向上研究数值的趋势变化，其计算公式如（3）所示。

其中，Ni（xi，yi）为研究对象的数值；（xi，yi）为第i个要素的地理位置坐标；Si（xi，yi）则为趋势函数；εi为干扰项；β0代表常数项；β1-β5是变量系数。

鉴于本研究所采用的年份较多不利于展示，故选取2009年、2012年、2015年、2018年四个代表年份作为探索对象，探索不同时序的耦合协调度情况。由于趋势面分析中Z轴最大值取决于当前时间耦合协调度最大值，X轴表示东西方向，Y轴表示南北方向，因此本研究仅在投影形态进行分析，并制成空间趋势面，如图3所示。

图3 耦合协调度的趋势面变化

从图3可以看出，这四年江苏各市的耦合协调度空间分布均为“苏南高—苏中苏北低”的态势，两个投影面上的趋势线均呈现倒U型的趋势分布。Y轴表示的南北方向相比于X轴表示的东西方向变化程度更大，即三系统的耦合协调度在江苏省南北方向空间分布差异性较大，主要原因在于苏锡常地区各个指标的良性互动情况均远远优于苏北、苏中地区。从时间层面上看，四个年份东西方向和南北方向的投影的U型变得更深，即在这个时间段内江苏省内不同城市之间的耦合协调度出现了东西和南北发展不均衡的情况。显然，江苏省城市竞争力、区域创新与生态效率耦合协调发展的空间指向性较为明显，东南部地区的耦合协调发展水平较高，即苏南地区是具有比较明显的良性互动发展的优势区域。

四、江苏省耦合协调度的空间联系

（一）空间联系分析

江苏省各市的地形地貌有很大的差异，并且各个城市之间的交通发展程度也不同，在充分考虑现实情况下，用城市空间联系强度来衡量城市耦合协调度相互作用。本研究将距离衰减系数确定为2，引力模型如式（4）所示。

其中，Rij表示i城市和j城市耦合协调度之间的空间联系强度；Di和Dj表示i城市和j城市的耦合协调度；Tij表示时间成本距离；K表示引力常数，一般为1。Tij通过百度地图API获取各个城市之间的驾驶时间（小时）作为依据，得到江苏省13市城市之间的耦合协调度空间关系强度。最后计算Ri，即第i个城市与省内其他城市的空间关联耦合协调度总和，如式（5）所示。

图4 江苏省耦合协调空间联系强度

根据式（4）、式（5），测算得到江苏省2009年、2012年、2015年和2018年城市竞争力、区域创新和生态效率耦合协调度空间联系强度，并用Arc-GIS10.2绘制出城市之间的引力图如图4所示，并将其强度基于自然间断分级法分为5个等级。其中，空间联系强度越大的等级越高，可以通过引力图较为直观地看出城市之间基于耦合协调的关系情况。

在四个年份中，江苏省整体空间高强度关系聚集于苏南地区，苏锡常构建了一个高强度关系网，并向南通、镇江、南京等地理区位相近的区域扩散。苏北地区则关系网弱化，其主要原因是苏南地区城市的总体经济实力强、交通发达、城市距离紧密、核心凝聚力水平高，能形成一定的区域发展与空间集聚效应，并能够向周边城市辐射，形成了一个空间集聚区域。扬州、泰州等城市虽具有一定强度的空间联系，但是城市之间的相互牵引作用相对较弱。而从时间顺序来看，苏北地区部分城市的空间联系强度如宿迁、徐州等出现了空间强度升高的情况，同时也验证了前文的结论，即虽然苏北地区耦合协调度欠发达，但随着时间推移，数值较苏南地区提升更高。

对比苏南、苏北、苏中三大区域的整体情况，从内部联系看，苏北和苏中地区随着时间推移，其空间联系强度变化不大，苏南地区则以苏锡常镇为中心，联系度逐年提升。从三大区域之间联系看，苏北地区的徐州、宿迁随着时间推移与苏南的南京、无锡、苏中的南通空间联系度有了较高的提升，苏中地区以南通为主，其联系强度与苏北和苏南均有较高的提升，苏南地区则以南京、无锡和苏州与其他两区域有较高的联系强度。

（二）空间联系的势能值

根据式（4）、式（5），对2009年、2012年、2015年、2018年江苏省13个城市耦合协调度的空间联系量进行测算，见表5所列。各个城市的空间势能值可以描述该城市在省内与其他地级市空间联系的紧密程度，当该势能值越大时，其在省内的中心性和重要程度也就越高。

表5 江苏各地级市空间联系势能占比

由表5可以看出，2009年、2012年、2015年、2018年省内各地级市的空间势能值均处于上升状态，也代表其耦合协调度的空间联系随时间推移变得更加紧密。从每个城市看，2009年苏锡常地区与南京、南通空间联系势能总值占全省比例最大，表明这五个城市在当时省内城市竞争力、区域创新和生态效率方面起到一个中心枢纽的作用，与省内其他城市关系较为紧密。到2018年这五个城市占比排名基本变化不大，但其占比数值略有下滑，这也表明江苏省内城市间的联系呈现出协调性的发展而不是拉大了城市之间的差距。连云港、徐州、盐城和淮安等苏北地区的城市势能比略有提升，表现出了发展速率提升的迹象。

通过对江苏省耦合协调度的空间格局与空间联系分析，2009-2018年各地级市的城市竞争力、区域创新和生态效率发展水平并不一致。有些城市的城市竞争力、区域创新和生态效率水平都很高，例如苏州和无锡等；部分地区表现出区域创新能力较低而生态效率较高，例如南通、连云港、淮安、盐城等，生态效率并没有明显表现出对城市竞争力的带动作用；还有些城市的城市竞争力、区域创新和生态效率都较低，例如宿迁，泰州等，区域创新和生态效率对城市竞争力的促进作用不明显。从耦合协调性的角度来看，江苏省城市竞争力、区域创新和生态效率得分也都呈现出较高的相互协调形势，即随着时间推移，其相应的得分也均有相应的增长，增长幅度相近。从城市的角度来看，2009-2018年苏南地区的城市基本处于相对协调发展的状态，如从苏州市可以看出，10年间苏州市的城市竞争力水平不断上升，并且在此期间苏州市对应的区域创新和生态效率也不断提高，因此可以初步判断苏州竞争力、区域创新和生态效率是协调发展的。苏北的城市如宿迁，城市竞争力和区域创新虽呈上升趋势，但生态效率呈现先减后增的状态，因此宿迁城市竞争力、区域创新和生态效率还未能协调发展，仍处于磨合阶段。若要实现江苏省城市竞争力、区域创新和生态效率的共同发展，不能仅仅只致力于提高某一系统的综合水平，而是要让三者之间处于一个平衡点，在相互制约中协调发展。

五、江苏省耦合协调度变化预测

为了更好地探索未来省内各个城市的耦合协调发展情况，本文基于灰色GM（1，1）预测模型［31-32］，借助Python语言，以江苏省13个市2009-2018年的耦合协调值作为模拟初始数值，设置其预测时间长度为1，取数列残差并将重复建模的次数设定为7。采用迭代的方式先求得2019年的预测值，再由2009-2018年数列值以此类推得到江苏省13个市2019-2028年三大指标的耦合协调度预测值。将结果绘制折线图展示，如图5所示。

图5 耦合协调发展预测

由图5可知，江苏省城市竞争力、区域创新和生态效率耦合协调度未来几年的发展将大致延续2009-2018年的变化特征，全省均呈上升的发展趋势。其中，无锡耦合协调度将由高度协调耦合上升为极度协调耦合；连云港、淮安、盐城等将由中度协调耦合上升为高度协调耦合；苏州耦合协调发展保持平稳且一直趋于领先。预测结果显示，江苏省城市竞争力、区域创新和生态效率在未来十年内，各个城市的协调发展指数虽然呈现出稳步上升的态势，但其耦合协调度还是存有较大的差异。苏北地区发展虽有增速但依旧略显乏力，达到城市内三大系统的全面协调发展仍然需要一定的时间，这也就需要各个城市在发展过程中克服自身短板，调整产业经济结构，提升区域创新能力以及生态效率，以达到三者未来的协调发展，提升整个城市的实力。

因此，从系统耦合协调角度来看，要推动江苏省各城市之间的协调发展，首先要推动江苏省各区域城市竞争力综合水平的均衡发展，扩展以南京、苏州为中心的苏南地区城市经济辐射范围，苏中地区要把握自身的地理区位优势，对于城市竞争力较弱的苏北地区，应对外、对内全方位“跨区域、次区域”开放合作，进一步加强经济体系的开放程度。其次要形成创新资源在区域间的共享，推动创新资源在苏南、苏中、苏北区域间的自由流动。对于江苏省人才资源量拥有较低的苏北城市，政府应推行相应政策，引进与地区创新产业相关高端人才和其他人才，从而保证城市的人才比例。再次要加强生态环境协同治理，改善生态环境质量，包括优化产业结构、促进产业结构升级等。最后要强化城市间的空间联系，提升城市整体优势，建立包括主要城市、区域中心城市、地方城市和边缘城市的完美层次结构。打破区域分割，在区域之间形成一个完整的协调机制，从而能够保证区域之间在共同发展的情况下相互之间获得的利益能够协调，达到双赢策略，形成有机结合且有效的资源分配。

六、结论与建议

本文结合耦合协调模型、空间趋势面分析、引力模型以及灰色关联预测模型对江苏全省13个地级市的城市竞争力、区域创新和生态效率之间的空间联系进行研究，探究这三个因素的耦合协调性及分布特点，得到以下结论：

从时间序列上来看，江苏省的城市竞争力、区域创新和生态效率系统发展总体为上升趋势，并且大部分城市耦合协调度发展情况较为良好，部分城市也在提升自身的综合耦合协调程度，但城市之间协调度存在一定的差异，南北方发展情况差异较大。

通过趋势面可以看出，两个方向的趋势线均呈现出倒U型的趋势分布，南北方向相比于东西方向变化程度更大，主要原因在于苏锡常地区各个指标的良性互动情况均远远优于苏北、苏中地区。

从空间联系量强弱来看，江苏省耦合协调度的城市空间格局未发生较大变化。江苏省整体空间关系中，高强度聚集于苏南地区，苏锡常构建了一个高强度关系网，并向南通、镇江、南京等地理区位相近的区域扩散。苏锡常地区与南京空间联系势能总值占全省比例最大，在省内城市竞争力、区域创新和生态效率方面起着一个中心枢纽的作用，与省内其他城市关系较为紧密。

通过灰色预测模型可知，全省各城市耦合协调度未来几年的发展将大致延续2009-2018年的变化特征，呈上升发展趋势。但其耦合协调度还是存在较大的差异，苏北地区发展虽有增速但依旧略显乏力。

针对上述研究结论，本文提出如下建议：

（1）各个地级市应根据自身的耦合协调情况认清发展过程中存在的不协调因素，根据当地特点制定相应政策，进行结构调整和强化。在耦合协调度高的城市如苏锡常地区，需要继续保持城市竞争力—区域创新—生态效率三者的协调程度，不能只提升某个子指标。对于城市竞争力较弱的城市，如宿迁、淮安等，应着重注意自身实力发展，从基础设施、经济发展、对外开放三个层面大力提升竞争能力。而对于区域创新能力较差的城市，如宿迁、连云港等，政府应提高自身创新意识，大力发展创新企业和创新领域，将政策多推进于创新能力的发展。对于生态效率较低的城市，如淮安、徐州等，应在发展经济的同时走绿色可持续的道路，大力发展绿色产业。

（2）城市竞争力—区域创新—生态效率三者是耦合协调的，每个城市在制定政策、发展自身特色产业时不能只提升其中一项指标，也需要考虑对另外两项指标的影响。竞争力的提升有助于区域创新能力的发展，生态效率和区域创新虽然短时间内会制约竞争力的发展，但长期看对竞争力具有较强的促进作用。只有三者协调同步发展，“城市病”才能够得到根治，才能更好地建设社会主义现代化城市。