基于POI数据的重庆主城区黄河流域城市韧性空间分异特征及其影响因素识别

张筱娟 ， 汤琪凤 ， 张 镇

(湖南财政经济学院 经济学院，长沙 410205)

0 引言

黄河流域是我国重要的生态保护屏障和经济发展带。2019年9月，黄河流域生态保护和高质量发展上升为重大国家战略。2012年，联合国减灾战略署发起“让城市更具韧性行动”。2020年11月，《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》首次提出建设“韧性城市”。在此背景下，研究黄河流域城市韧性空间分布特征及影响因素对现阶段促进黄河流域生态保护和高质量发展具有重要的现实意义。

“韧性”原指系统遭遇外部冲击后恢复到原始状态的能力[1]。20世纪70年代，韧性理念由加拿大生态学家C.S.Holling引入生态学[2]，此后国内外学者对韧性的研究从生态学逐步拓展到城市学等领域。然而截至目前，不同学科对城市韧性的概念界定不一，多侧重于强调城市系统应对灾害时的抵御力、适应力以及恢复力等。随着认识和研究的深入，学界对韧性内涵的理解日趋丰富，指出韧性还应包括危机的事前防范力[3-4]、事后的创新转型力[5]等。R.Martin[1]将经济韧性的4个维度概括为区域经济系统遭受冲击时的抵御、吸收能力，以及事后的恢复力、适应力和新发展路径创造的能力，这一定义被大多数学者所接受。丁建军等[5]将区域经济韧性归纳为抵抗恢复力、适应调整力以及创新转型力3个维度。赵瑞东等[6]认为城市韧性是由经济、社会、生态、制度和基础设施构成的复杂耦合系统在应对灾害等干扰时以及事后的适应、恢复和学习能力。基于已有概念和内涵，大多文献从经济、社会、生态和基础设施等要素构成层面对城市韧性进行综合评价，也有研究基于多维关联网络这一新的视角来测度城市韧性[4]。综合上述分析，本研究认为城市韧性是指由城市经济、社会、生态及基础设施等构成的多维系统遭受冲击的事前防范力、事中抵御恢复力以及事后的适应调整力。

关于城市韧性的定量研究主要聚焦于城市韧性综合评估及时空分异特征[7-8]，影响因素[9-11]，收敛性[12]以及城市韧性与环境压力[13]、经济发展水平[14]、城镇化[15]、城市规模[16]的关系等。从研究尺度来看，主要囊括全国、省域、城市群、城市圈、市域等。从影响因素来看，城市韧性的影响因素主要涉及经济发展水平、人口密度、财政支出、市场因素、金融规模等，研究方法以面板固定效应模型、空间计量模型为主。

综上，城市韧性研究中空间尺度逐步细化，呈现出多样化的特点，然而鲜有研究关注黄河流域的城市韧性问题。此外，关于城市韧性影响因素的研究，大多基于传统经典回归模型，忽略了空间因素及研究单元内部的差异。鉴于此，本研究以黄河流域60个地级城市为研究单元，综合经济、社会、生态和基础设施4个维度构建城市韧性综合评价指标体系，采用熵值法对城市韧性水平进行定量测度，结合空间变差函数、ESDA方法探究黄河流域城市韧性的空间分异特征，最后构建地理加权回归模型识别影响黄河流域城市韧性空间差异的因素。研究将进一步丰富相关研究成果，为经济新常态下推进黄河流域新型城镇化和高质量发展提供参考借鉴。

1 研究区概况、研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

黄河流域涉及范围包括青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西、山西、河南和山东9个省份，考虑到指标选取的科学性和可获取性，仅以黄河流域60个地级市为研究对象，具体包括太原、大同、阳泉、长治、晋城、朔州、晋中、忻州、临汾、吕梁、济南、青岛、淄博、东营、潍坊、济宁、泰安、莱芜、德州、聊城、滨州、菏泽、郑州、开封、洛阳、安阳、鹤壁、新乡、焦作、濮阳、三门峡、商丘、西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南、延安、榆林、商洛、西宁、银川、石嘴山、吴忠、固原、中卫、兰州、白银、天水、武威、平凉、庆阳、定西、陇南、呼和浩特、包头、乌海、鄂尔多斯、巴彦淖尔和乌兰察布(图1)。

图1 研究对象

1.2 研究方法

1.2.2空间变差函数。空间变差函数可用于描述区域化变量的随机性与结构性特征[18]，本研究借助该方法剖析黄河流域城市韧性空间分异规律及其空间结构特征，具体计算公式参考靳诚等[18]、吴媛媛等[19]的研究。

1.2.3探索性空间数据分析。采用全局Moran’sI揭示黄河流域城市韧性在整个研究区域的空间关联特征[20]，同时借助局部空间自相关识别地理事物局部的空间相关特性，以局部Moran’sI指标测度黄河流域城市韧性的局部空间关联模式[20]。

1.2.4地理加权回归模型。不同于普通OLS回归模型，地理加权回归模型可以揭示自变量的回归系数在不同地理单元上的差异[21-23]。为探究黄河流域城市韧性影响因素在空间上的分异特点，选用地理加权回归模型进行估计。基于既有文献[7,10-11]，以城市韧性作为被解释变量，选取经济基础、产业结构、对外开放度、财政支出、信息化水平、市场规模、金融规模、交通基础设施等因素作为黄河流域城市韧性的影响因素，分别以人均GDP、第三产业占GDP的比重、进出口总额、公共财政支出、互联网用户数、人口密度、金融机构存贷款总额、公路货运量等指标来衡量。

1.3 数据来源

区域属性数据来源于2010—2019年的《中国城市统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》《世界经济年鉴》以及相关省市的统计年鉴、地级市国民经济和社会发展统计公报。缺失数据采用插值法补齐。

2 城市韧性评价指标体系构建

基于城市韧性内涵，并结合既有城市韧性指标体系成果[7-11]，从经济韧性、社会韧性、基础设施韧性和生态韧性4个方面对黄河流域城市韧性进行测算(表1)。

表1 城市韧性评价指标体系

3 黄河流域城市韧性空间分异特征

3.1 黄河流域城市韧性分布特点及变化趋势

3.1.1黄河流域城市韧性整体水平偏低，呈现出明显的阶段性特征。根据熵值法计算得到黄河流域各城市韧性综合得分，总体来看，黄河流域城市韧性水平偏低，呈现出“W”型的波动下降态势。2009年，研究区域城市韧性均值为0.401 9，2009—2013年韧性水平逐年下降，2013年后开始回升，2018年韧性均值为0.373 1，略低于初始水平。其中2009—2013年，93%的城市韧性值下降，仅鄂尔多斯、乌海、西安、白银4个城市有所提升。2013—2018年，除鄂尔多斯外，其余城市韧性均不同程度地上升。原因在于2008年金融危机给黄河流域城市的经济等各方面造成了不小冲击，城市系统功能受损，影响了城市韧性整体水平。随着这些区域逐步融入“一带一路”等区域发展框架，环境污染、生态系统退化、灾害频发等对黄河流域可持续发展形成倒逼机制，更加注重经济、社会、生态和谐发展的高质量发展理念及生态文明建设，流域内经济、社会、生态等不断恢复，城市韧性度得以逐步回升。

3.1.2城市韧性存在明显的区域差异，东部城市韧性高于中西部。进一步将黄河流域划分为东、中、西三大区域以比较各区域城市韧性差异。根据计算结果，2009年，东、中、西部城市韧性均值依次为0.445 9，0.400 6和0.384 0，至2018年，韧性均值分别为0.425 4，0.350 9和0.366 6，说明东部城市韧性水平略高于中部和西部，中部和西部韧性差异较小。原因在于东部地区经济发展水平相对更高，基础设施、公共服务等更为完善，经受冲击的韧性更强。而中西部经济基础较为落后，基础设施建设、产业结构、城市功能等与东部还存在一定差距，导致城市韧性度偏低。从变动趋势来看，东部呈现出先降后升的“U”型变化态势，2013年为拐点年份，而中部和西部地区与总体样本变化趋势一致(图2)。

“三农”问题关系着国计民生的根本性问题，没有现代化的农村就没有现代化的国家。2018年中央发布了关于乡村振兴的一号文件，提出了乡村振兴的七大基本原则。自改革开放以来一些地区由于自生优势和政策优势搭上快车得到了快速的发展，但是一些偏远农村地区却逐渐掉了队。近几年来国家通过一些列的政策来帮助农村地区的发展，从而达到真正的脱贫。通过这一列的政策，也对农村经济产生巨大的影响。

图2 2009—2018年黄河流域城市韧性均值

3.1.3省会城市对邻近城市具有溢出效应，资源型城市韧性下降明显。所有城市中，仅17个城市韧性水平呈上升趋势，包含8个省会城市。相比一般地级城市，省会城市要素集聚能力更强，享受更多的政策倾斜，因而抵御风险能力相对更强，且更具灾后调整力和恢复力。除省会城市外，包头、乌海、鄂尔多斯，青岛、淄博、东营、洛阳等与省会城市邻近的城市韧性均有所上升，说明省会城市对周边城市形成了溢出作用，但影响有限。鄂尔多斯、呼和浩特韧性提升较大，这可能与近年来内蒙古践行“绿水青山就是金山银山”的生态理念、高度重视生态文明建设、坚持走以生态优先和绿色发展为导向的高质量发展新路子有关。韧性下降城市中60%以上为资源型城市，主要集中于山西、陕西、甘肃境内。对于资源型城市而言，以往城市发展依赖的是粗放型发展模式，对资源过度开发，生态环境破坏严重，导致城市抵御风险能力较弱，城市韧性度降低。

3.1.4高韧性城市由单一中心发展为多中心，低韧性城市呈连片式分布，城市韧性等级结构由“橄榄型”演变为“金字塔型”。以2009年、2018年为时间节点，借助ArcGIS软件将黄河流域城市韧性划分为高值区(0.525 3～0.666 4)、次高值区(0.430 8～0.525 2)、中值区(0.358 2～0.430 7)、次低值区(0.300 8～0.358 1)和低值区(0.202 0～0.300 7)5个等级，得到城市韧性空间分布图(图3)。可以发现，高韧性城市由“单中心”发展为“多中心”，低韧性城市由团块状演变为连片式分布，城市韧性等级结构由“橄榄型”转变为“金字塔型”。

图3 2009年、2018年黄河流域城市韧性空间分布

2009年，城市韧性中等水平比例最大，高、低水平比例相对较小，韧性等级结构形态为“橄榄型”。高值城市仅包括济南，呈现出单一中心，次高值区共19个城市，包括除西宁外的省会城市。中值城市共24个，呈连片分布态势，且大多分布在次高值区的外围，与次高值区形成明显的“中心-外围”空间结构。次低值区和低值区分别为13个和3个，集中于黄河流域西部和南部。2018年，韧性高水平比例相对较小，低水平比例较大，中等水平比例缩小，韧性等级结构转变为“金字塔型”。高值区包括鄂尔多斯、呼和浩特、济南、太原、包头、青岛和郑州，除济南外，其余均为原次高值区成员。次高值区数量减少至6个，其中乌海韧性改善明显，由中值区演变为次高值区。中值区数量大幅减少，仅包含西宁、潍坊等11个城市。次低值区和低值区数量分别增至17个和19个，集中于陕西、山西和甘肃等地区。

3.2 黄河流域城市韧性的空间变差函数分析

以2009年、2013年、2018年黄河流域各城市韧性综合得分作为基础数据，赋值于各城市几何中心点，借助GS+9.0软件分析，对原始数据进行对数化处理，选取拟合度最优的模型对样本数据进行拟合，进而得到不同方向上的分维数(表2，表3)。从块金值、基台值变化趋势来看，2009—2018年，基台值由0.041 9上升至0.085 4，块金值也由0.017 7增至0.034 6，说明总体而言，黄河流域城市韧性空间分异程度不断增大。块金系数由0.422 4降至0.405 2，表示数据变异的随机成分有所减弱，由空间自相关带来的结构化分异逐步增强。从分维数来看，全方向分维数值由1.881降至1.875，不断偏离均质分布理想值2，表示在全方向上，城市韧性均质程度不断降低，空间分异程度呈上升态势。东北—西南向分维数值相对较低，3个年份分维数值分别为1.683，1.618和1.723，说明东北—西南向城市韧性空间差异较大，原因在于东北部的鄂尔多斯、呼和浩特及包头等城市韧性度提升较快，而南部除西安、郑州外，其余绝大部分城市韧性较低且表现出下降趋势。东—西向分维数值先降后升，由1.922升至1.935，说明韧性的空间差异先增大后缩小，这与研究期间东部、西部城市韧性波动下降，且东部下降速度略快于西部有关。南—北向分维数仅高于东北—西南向，说明南—北方向城市韧性空间差异较大，这主要囿于南部大多城市韧性降低。东南—西北向的空间差异较小，均衡化发展程度相对较高。

表2 黄河流域城市韧性变差函数的拟合参数Tab.2 Fitting parameter of variation function of urban resilience in the Yellow River Basin

表3 黄河流域城市韧性变差函数的分维数

3.3 黄河流域城市韧性的空间相关性

以韧性值为基础数据，选用邻接矩阵作为空间权重文件，采用OpenGeoDa软件计算得到2009—2018年黄河流域城市韧性全局Moran’sI值(表4)。研究发现，2009—2018年，全局Moran’sI均为正，且至少通过了5%的显著性水平，表明黄河流域城市韧性具有显著的空间集聚特性。具体来看，全局Moran’sI波动较大，呈现出“上升—下降—上升—下降”的“M”型变动趋势。2009年全局Moran’sI为0.259 0，至2018年该指数降为0.178 7，表明黄河流域城市韧性空间集聚程度略有下降。2009—2010年全局Moran’sI值上升，城市韧性的空间集聚效应增强；2010—2011年Moran’sI小幅下降，城市韧性空间集聚有所弱化；2011—2013年Moran’sI逐年上升，在2013年达到峰值0.299 5，此时的空间集聚效应最强。2013年之后全局Moran’sI持续下降，说明城市韧性空间集聚程度不断减弱，且低于初始水平。

表4 黄河流域城市韧性全局Moran’s I值

3.4 黄河流域城市韧性的局部空间关联特征

采用OpenGeoDa软件识别黄河流域城市韧性空间集聚类型，将空间集聚特征划分为高高(HH)、低低(LL)、高低(HL)和低高(LH)4种类型(图4)。总体来看，城市韧性的热点区和冷点区变动较大，潍坊、呼和浩特是稳定的热点区域，固原、天水、平凉为冷点区。2009年，HH型区域主要集中于山东、山西和内蒙古等省份，包括淄博、潍坊等8个城市，其自身和周围地区的韧性水平均较高。LL型集中于黄河流域西南部，这些城市不仅自身韧性较低，其邻近地区韧性也较低。HL型仅包括兰州，表明兰州韧性相比西部其他城市更高。LH型包含吕梁、巴彦淖尔和乌兰察布3个城市。2013年，HH型区域数量保持不变，但成员有所调整，原因在于2009—2013年鄂尔多斯和乌海等城市韧性得以提升，而莱芜、德州、阳泉和忻州韧性度均明显下降。LL型数量增至10个，呈块状分布于研究区的西南部。HL型仅包含兰州和西安，这与西安在这一阶段韧性水平小幅提升有关，而尽管兰州韧性有所下降，但相对周边地区而言，其韧性水平仍较高。LH型包含忻州、巴彦淖尔、乌兰察布和石嘴山。至2018年，HH型区域减少至5个，在2013年的基础上增加了莱芜，减少了淄博、滨州、银川、鄂尔多斯。HL型区域仅包含西安，由此可见，省会城市极化效应明显，对周边地区的溢出和涓滴效应较为有限。LL型区域与之前相比增加了中卫，减少了铜川、白银、庆阳和定西。LH型区域增至5个，分别为忻州、滨州、巴彦淖尔、乌兰察布和石嘴山。

图4 黄河流域城市韧性LISA空间聚类

4 黄河流域城市韧性的影响因素

采用地理加权回归模型对黄河流域城市韧性的影响因素进行识别，限于篇幅，仅选取2018年相关数据进行分析(图5)。结果显示，地理加权回归模型的R2值为0.919 7，模型拟合效果较好，对应的AICc值为-117.631 5，残差平方和为0.313 8。经济基础、产业结构、信息化水平、交通基础设施和金融规模对城市韧性具有正向影响，对外开放水平、财政支出和人口密度对韧性的影响为负，各影响因素的作用强度均表现出空间差异。

图5 GWR模型回归系数空间分布

经济基础估计系数为正，说明经济基础对城市韧性有积极的促进作用。一般而言，经济基础较好的城市各种软硬件条件更为优越，防范风险能力相对更强，面对内外部冲击时能迅速应对，及时调整和全力修复。估计系数由东向西阶梯式上升，说明对于西部而言，经济发展对韧性提升的作用更大。

产业结构估计系数为正，产业结构优化有利于增强城市的活力，影响区域基础设施、社会和生态系统的全面发展。产业结构的作用强度由东向西依次递减，产业结构优化对西部城市韧性的提升作用相对有限。

对外开放水平对城市韧性的影响为负，说明在其他条件不变时，对外开放对城市韧性具有抑制作用。原因可能在于对外开放依赖度较高的城市更容易受到外界冲击，应对外部风险的能力较低。2008年金融危机造成我国东部沿海一些外贸依存度较高的城市经济、社会发展受阻，影响了城市功能的发挥。回归系数由西北向东南依次增大，高值区域包括青岛、潍坊、东营等城市。

财政支出估计系数为负，说明财政支出对城市韧性具有阻碍作用。可能的原因在于政府在资源配置过程中干预过度，市场有效配置资源的作用没有充分发挥，不利于城市活力的释放，从而影响了城市的韧性。且系数(绝对值)由西向东递减，说明财政支出对城市韧性的作用强度由西向东依次减弱。

信息化水平对城市韧性具有提升作用，呈现出“西高东低”的空间分布格局。数字经济时代，及时、高效、畅通的信息传导机制有助于城市规避风险，一旦城市遭遇干扰和风险，完备的信息化网络能够为城市灾后修复提供保障。且相比青岛、东营等东部城市，信息化对西宁、兰州等西部城市的作用强度更大。

人口密度对城市韧性的影响系数为负，说明人口密度对城市韧性具有抑制作用。人口密度过高会造成一系列“城市病”，给环境和社会公共服务带来压力，对城市风险防控提出了更高的要求。但人口密度对城市韧性的影响较弱，且作用强度空间差异不明显。

交通基础设施改善有利于黄河流域城市韧性提升。交通基础设施是城市得以有效运转的重要条件，便捷的交通增强了城市应对风险的灵活性。回归系数低值区集中于山西境内，高值区包括青岛、西宁、兰州等。

金融规模对城市韧性的影响为正，回归系数“东北高西南低”。在遭受风险冲击时，金融实力较强的城市能够迅速启动应急机制，为城市系统的调整恢复提供充足的资金支持。低值区主要位于西南部，高值区集中于山西、内蒙古和山东境内。

5 结论与建议

5.1 结论

(1)黄河流域城市韧性整体水平偏低，呈现出明显的阶段性特征，绝大部分城市韧性度呈下降趋势。城市韧性存在区域差异，东部韧性高于中西部，但区域差异趋于缩小，表现出均衡化发展趋势；省会对邻近城市具有溢出效应，但作用较为有限，资源型城市韧性下降明显；高韧性城市由单一中心演变为多中心，高值区主要分布在鄂尔多斯、呼和浩特、济南、太原、包头、青岛和郑州等少数城市，低韧性城市表现出连片式分布态势，集中于陕西、山西和甘肃等省份，城市韧性等级结构由“橄榄型”转变为“金字塔型”。

(2)黄河流域城市韧性空间结构具有较好的稳定性和连续性，城市韧性空间分异程度逐步扩大，且各细分方向上的差异均先增大后缩小，东北—西南向、南—北向韧性空间差异较大，东—西向、东南—西北向差异相对较小。

(3)黄河流域城市韧性具有显著的空间集聚特性，但空间集聚程度趋于弱化。城市韧性冷热点区变动较大，潍坊、呼和浩特为稳定的热点区，包头、乌海等城市韧性水平提升较大，升级为热点区，冷点区主要分布在西南区域。兰州和西安等省会城市极化效应显著，对邻近地区的辐射作用较小。

(4)经济基础、产业结构、信息化水平、交通基础设施、金融规模与城市韧性为正相关关系，对外开放水平、财政支出、人口密度与城市韧性为负相关，各影响因素的作用强度表现出空间异质性特征，其中经济基础、财政支出作用强度的空间异质性相对更为明显。

5.2 建议

做好顶层制度设计，因地制宜，根据城市各个维度韧性水平的特点补齐短板、强化弱项。针对省会城市、资源型城市等制定差异化的韧性提升措施，尤其对于韧性水平下降明显的资源型城市，应进一步转变经济发展方式，培育经济发展新动能，发展循环经济，重视生态环境保护，有效处理好经济发展与资源消耗、生态保护之间的关系。建立韧性城市建设的协同联动机制，充分发挥省会等核心城市对周边的引领作用，基于黄河流域区域一体化视角，促进要素资源的跨区域自由流动，提升城市韧性整体水平，缩小区域差异。进一步调整优化黄河流域城市的产业结构，依托科技创新、先进制造业与生产性服务业协同发展引导产业转型升级，缓解资源供求压力，提高城市韧性水平。努力完善流域内交通基础设施建设，加速推进区域交通一体化，提升交通基础设施韧性，压缩区域间时空距离，深化城市间的联系与互动，实现融合发展。加快黄河流域信息网络建设，推动信息产业发展，提升信息化水平，深化智慧黄河、数字黄河建设。加强风险监测与防控，建立风险预警机制，防患于未然。