京津冀城市群高质量发展测度及时空分异特征研究

柯文岚，李文慧，闫晶晶

（1.福建江夏学院 经济贸易学院，福建 福州 350108；2.福建江夏学院 生态技术经济研究院，福建 福州 350108；3.数字中国研究院（福建），福建 福州 350108；4.中国地质大学 经济管理学院，北京 100083）

0 引言

2017年中共十九大报告首次作出“我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段”的重大论断；2022年习近平总书记在党的二十大报告中强调“高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务”。京津冀城市群位于中国环渤海中心地带，经济实力雄厚，是我国最具活力的地区之一，越来越引起中国乃至整个世界的瞩目。但同时，京津冀地区也面临着内部发展差距大（李兰冰等，2023）、环境污染严重（梁龙武等，2019）、市场活力不足（孙虎等，2015）等突出问题。2015年出台的《京津冀协同发展规划纲要》明确提出了京津冀协同发展的目标，表明了中央政府对京津冀地区的高度重视。2019年《中国城市群一体化报告》中提出城市群一体化成为高质量发展、区域均衡发展的重要驱动力。2022年《京津冀协同发展报告》指出京津冀协同创新将步入以战略科技力量体系化建设引领区域协同创新发展的全新阶段。实现京津冀空间协同发展，推进区域发展体制机制创新，是面向未来打造新型首都经济圈、实现国家高质量发展战略的需要，对于全国城市群高质量发展具有重要的示范意义。

城市群发展是一个复杂的动态过程，受诸多因素的影响，目前学界对城市群高质量发展内涵及评价尚未统一，有学者认为高质量发展是通过增强社会经济综合竞争力、注重生态环境可持续性以满足人民日益增长的美好生活需要的永续发展模式（金碚，2018；张军扩等，2019；樊杰等，2020）。进入高质量新发展格局，社会经济质态发生了变化，单一指标无法揭示发展质量的多维特征（董会忠等，2021），因此构造指标评价体系成为当前最为主流的方法。众多学者从经济增长、基础设施、产业转型、科技创新、对外开放、绿色发展、人民生活等方面入手，选择若干指标，力求全方面衡量高质量发展态势（任保平等，2018；魏敏等，2018）。随着创新、协调、绿色、开放、共享五大理念的提出，学者们更多基于五大发展理念构建中国省际、城市乃至行业的高质量发展指标评价体系（方大春等，2019；欧进锋等，2020；简新华等，2020）。可以说，高质量发展是一项系统性工程，各子系统间要协同配合，鉴于此，学者们立足全局，将经济增长、生态环境保护和社会民生定位为高质量发展的三维目标（陆大道，2015），力争实现区域经济、人口、资源和环境的耦合协调发展 （刘洁等，2022）。

测度方法方面，均等权重赋值法 （师博等，2019）、熵值法（高芳菲，2021）、纵向拉开档次法（胡宗义等，2020）、熵权-TOPSIS法 （张永恒，2019；程永生等，2021；段秀芳等，2021）等成为测度城市高质量发展水平的主要方法。为了进一步评价高质量发展不同子系统的协同关系，学者们引入了耦合协调度模型（董会忠等，2021；简新华等，2020；刘波等2020；ZENG et al.，2022）对我国省际与城市群高质量发展各子系统耦合协调情况进行了评价。然而，随着城市群规模扩大，城市间联系日益紧密，中心城市的高质量发展将对周边城市产生扩散和辐射带动效应（马海涛等，2020；张振等，2021），因此学者们进一步对城市群高质量发展的空间相关性进行了研究（夏祖强，2022；杨孟阳等，2023），认为中国省际地区间集聚方式不同，经济高质量发展情况也表现出多样性（孙慧等，2022）。

通过梳理相关文献，发现国内外学者对高质量发展评价和城市群空间溢出效应进行了大量的理论和实证研究，对于高质量发展评价的研究主体大多为省级行政单位，评价方法也各具特色，但对于城市群高质量发展子系统的耦合协调性研究及中心城市的空间溢出效应研究较少，因此有必要全面、系统地揭示城市群多维度发展质量、耦合协调性及其空间相关性。京津冀城市群是中国最具创新能力、开放程度和经济活力的地区之一，也是国民经济和社会发展的战略核心区和高质量发展的典型示范区，因此，选择京津冀城市群作为本文的研究对象，从空间效应视角研究该城市群高质量发展的耦合协调情况和时空分异特征，以期为京津冀协同发展提供科学参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 高质量发展评价指标体系构建

指标体系构建一般遵循科学性、区域性、动态性、可比性与可操作性、系统性与全面性原则。在过往研究的基础上 （金延杰，2007；董会忠等，2021；薛明月，2021；季永月等，2021；程永生等，2021），响应《京津冀协同发展报告（2022）》的内涵要求，在经济增长、生态环境保护和社会民生三维目标基础上增加科技创新维度，构建京津冀城市群高质量发展4维评价指标体系（表1）。

表1 京津冀城市群高质量发展评价指标体系Table 1 Evaluation index system for the high-quality development of JJJ's cities

1.2 数据来源及处理

数据来源于2012—2021年的《中国城市统计年鉴》《北京统计年鉴》《天津统计年鉴》《河北经济统计年鉴》，以及2012—2021年河北省11个地级市的统计年鉴，缺失数据通过统计局网站数据、各市国民经济及社会发展状况报告等加以补全。在综合评价分析中，由于评价指标的目的和意义不同，导致指标的量纲和数量级也不同，本文采用极差标准化处理方法对指标进行无量纲化处理，对于正向指标，指标越大越好，对于负向指标，指标越小越好。再运用线性加权方法分别计算出经济发展、生态环境、科技创新、社会民生子系统和城市高质量发展综合评价指数值。

1.3 基于熵权-TOPSIS法的高质量发展指数测度

熵权-TOPSIS方法本质上是对传统TOPSIS评价方法的改进，评价指标的权重由熵值法确定，评价对象的排序由TOPSIS方法采用理想决策近似技术确定（杜挺等，2014）。一方面，熵权法根据各评价指标提供的信息，客观地将权重确定为熵权，不仅客观地反映了决策时某一指标在指标体系中的重要性，而且直观地反映了指标权重随时间变化的状况，适用于城市发展质量的评价研究；另一方面，TOPSIS方法的主要目的是计算出每个方案与理想方案的相对接近程度，并产生方案的排名。TOPSIS方法中权重的确定是一个重要的环节，使用信息熵法可以有效地消除主观因素的影响（赵明华等，2013）。熵权-TOPSIS方法的主要计算过程（ZENG et al.，2022；ZHANG，2021；马海涛等，2020）如下。

1）基于标准化方法对指标进行无量纲化处理。

2）计算城市群高质量发展水平测度体系中各测度指标yij的信息熵Ej，

3）计算城市高质量发展水平测度体系中各测度指标yij的权重wj，

4）构建城市高质量发展水平测度指标的加权矩阵R，

其中，rij＝wj×yij。

5）根据加权矩阵R确定最优方案Qj＋与最劣方案，

6）计算各测度方案与最优方案Qj＋及最劣方案的欧氏距离和，

7）计算各测度方案与理想方案的相对接近度Ci，

其中，相对接近度Ci介于0～1，Ci值越大表明城市i的高质量发展水平越优；反之，城市i的高质量发展水平越差（魏敏等，2018）。

1.4 耦合协调度模型

1.4.1 耦合度模型

耦合度是一个物理学概念，是指两个或多个系统通过受自身和外界的各种相互作用而彼此影响的现象。由于本文研究4个子系统，其计算公式可以表示为

式中：Qkt为第t年高质量发展第k个子系统指数，k＝1，2，3，4；Ct为耦合度，其大小介于0到1之间，耦合度越大，表明各子系统间的互动作用越强。

1.4.2 协调度模型

用耦合度衡量的结果只能反映系统之间的接近程度和方向，它并不能传递耦合度高时系统之间是否相互促进、耦合度低时是否相互阻碍的信息。为了更好地判断4个系统之间的协调发展程度，本文构建协调度模型，其计算公式为

式中：Gt为高质量发展综合指数；β1、β2、β3、β4为待定权重，分别为经济发展、生态环境、科技创新和社会民生对高质量发展的贡献份额。考虑到这四者同等重要，所以取β1＝β2＝β3＝β4＝0.25。Dt为高质量发展系统协调度，用以衡量系统间协调状态，数值越高则4个系统间的协调程度越强。

1.4.3 耦合协调度等级划分

借鉴物理学关于协调类型的划分和其他学者的划分为依据，将京津冀城市群高质量发展的耦合度与协调度划分为10个等级（周蕾等，2016），3个综合类别（梁龙武等，2019），具体结果见表2所示。

表2 耦合协调度等级划分Table 2 Degree classification of coupling coordination

1.5 空间相关性检验

空间自相关是从数据角度对事物的空间依赖性和空间异质性进行分析。如果存在空间自相关特征，则说明研究区内事物分布存在空间上的相互影响（田泽等，2023）。1950年Moran基于空间随机分布现象提出了空间相关测度指标Moran's I指数（Moran，1950），之后在地理学研究中得到了广泛应用。本文使用Moran's I指数作为空间自相关性检验的指标，具体分为全局空间自相关和局部空间自相关。

1.5.1 全局空间自相关指数

全局空间自相关是用来判断某一属性在整体上是否存在空间集聚或分散特征，其计算公式为

式中：Moran's I为全局空间自相关指数；wij为空间权重矩阵元素；yi、yj分别为i、j地区的高质量发展指数；n为研究的地区个数；y-为地区高质量发展指数平均值（张樨樨等，2021）。

1.5.2 局部空间自相关指数

全局空间自相关分析反映了特征的空间聚类，但不能确定空间聚类的具体区域。局部空间自相关指标解决了聚类的显著度和聚类类型的区域位置确定问题，具体公式为

式中：wij为空间权重值；n为地区总数；Ii为局部莫兰指数；yi为地区高质量发展水平指数；y-为高质量发展指数地区平均值。

2 京津冀高质量发展耦合协调度分析

为研究京津冀城市群高质量发展耦合协调度的空间分布特征，本文采用空间统计分析中的自然断裂点分类法恰好得到2011年、2015年和2020年3个时间节点为转折点，故选取2011年、2015年和2020年这3个时间节点进行重点分析。以表2中耦合协调度不同等级以及协调发展综合类别的划分为依据，利用ArcGIS工具对各地级市高质量发展耦合度和协调度进行空间可视化分析。

2.1 整体耦合协调度特征

研究期内京津冀城市群高质量发展的耦合协调度呈现先弱后强的态势（图1）。2011—2015年京津冀城市群由协调发展城市数量居多转为转型发展城市数量居多，耦合协调度明显下降；2015—2020年高质量发展耦合协调度则明显回升，协调发展的城市越来越多，这表明各子系统之间的联系程度愈加紧密，高质量发展的耦合协调情况有所改善。说明，研究期前期京津冀大部分城市经历工业化赶超阶段，注重追求经济增长，而忽视其他子系统的协调发展，而自2015年以后，城市群逐步注重生态环境、社会民生的同步提升，四维目标之间的耦合协调度得以提高。

图1 2011—2020年京津冀城市群高质量发展耦合协调度时空演变Fig.1 Spatio-temporal evolution of the coupling coordination degree for high-quality development in JJJ's cities from 2011 to 2020

2.2 高质量发展耦合度特征

研究期内京津冀城市群高质量发展耦合度呈现出持续上升趋势（图2），协调发展城市数量和转型发展城市数量持续增加，耦合情况向好及以上的城市占京津冀城市群城市数量的84%以上，说明绝大多数城市的经济发展、生态环境、科技创新、社会民生关联性较强。邢台和邯郸距离京津地区较远，京津地区对其拉动和辐射作用相比于其他城市较差。承德由于地处山区、缺乏发展腹地等多种原因导致发展受限，生态环境优势也并未全面释放，导致其高质量发展耦合度一直以来都低于区域平均水平。

图2 2011—2020年京津冀城市群高质量发展耦合度时空演变Fig.2 Spatio-temporal evolution of the coupling degree for high-quality development in JJJ's cities from 2011 to 2020

2.3 高质量发展协调度特征

高质量发展协调度时空格局基本未变（图3），北京的协调度始终很高，符合“国际一流和谐宜居之都”的称号，而津冀地区中环渤海的沧州、天津、唐山、秦皇岛四个城市被纳入转型发展城市，原因在于科技创新已逐渐成为提高民生福祉的强劲引擎，但沧州、唐山和秦皇岛都具有科技创新短板，导致社会民生发展缓慢。其他城市表现出发展不协调，说明这些城市的经济发展、生态环境、科技创新、社会民生四大维度的发展尚未形成良好的互动关系，表现为城市群高质量发展失衡状态，尤其是邯郸和邢台近年来快速发展工业，一定程度上对当地环境污染产生负面影响，大气污染严重。

图3 2011—2020年京津冀城市群高质量发展协调度时空演变Fig.3 Spatio-temporal evolution of the coordination degree for high-quality development in JJJ's cities from 2011 to 2020

3 京津冀城市群高质量发展时空演变特征

为了更直观地反映京津冀城市群内部高质量发展时空演变格局，本文基于城市群高质量发展评价指标体系，借助熵权-TOPSIS法计算2011—2020年京津冀城市群高质量发展水平及子系统指数，采用自然断裂点分类法将2011、2015、2020年高质量发展水平及其经济发展、生态环境、科技创新和社会民生共五类指数划分为5个等级并进行可视化处理。

3.1 高质量发展时空演变特征

2011—2015年京津冀城市群高质量发展水平以北京、天津和廊坊为核心，整体呈现出“中心-东南外围”的结构特征，高质量发展水平表现出从东南向东北依次递减的空间格局；高质量发展水平保持相对平稳状态，空间分布格局相对稳定，发展质量较高的城市数量始终很少 （图4），这表明2011—2020年京津冀城市群高质量发展水平并没有显著提升，且区域高质量发展仍处于起步阶段。

图4 2011—2020年京津冀城市群高质量发展水平时空演变格局Fig.4 Spatial-temporal evolution pattern of the high-quality development level in JJJ's cities from 2011 to 2020

3.2 经济发展的时空演变特征

2011—2015年京津冀城市群经济发展呈现以北京和天津为 “双核”的空间分布格局，随后2015—2020年呈现以北京为主的“单核”空间格局（图5），可见京津冀协同一体化战略实施后城市群内部差距并没有有效缩小。其中，北京和天津经济相对发达，而河北大多数城市在2011年、2015年和2020年均显示出经济活跃度不足的问题，原因在于这些城市主要位于河北的北部和南部，远离京津冀城市群核心区域，受到北京和天津的辐射作用有限，故经济发展指数一直处于较低水平，经济实力相对薄弱。这使得京津冀内部各个城市的经济发展水平高低不一，差距逐渐拉大，不利于共同富裕目标的实现。

图5 2011—2020年京津冀城市群经济发展指数时空演变格局Fig.5 Spatial-temporal evolution pattern of the economic development index in JJJ's cities from 2011 to 2020

3.3 生态环境的时空演变特征

2011—2015年京津冀城市群生态环境指数呈现逐渐上升趋势（图6），表明近年来随着中央政府对可持续发展的高度重视，京津冀地方对生态环境政策落实到位，环境质量和生态保护工作取得良好成效。具体来看，京津冀城市群内部各城市的生态环境在空间分布中呈现不断变化的趋势，起初京津冀城市群生态环境整体呈现南高北低，且南北差异显著，随后演变为自东南向西北逐渐递减的带状分布格局，随后又呈现高低交替分布的格局。各地区生态环境的空间差异主要受产业结构的影响，京津地区以第三产业为主，河北北部以农业和轻工业为主，对重工业的依赖程度较低，生态环境维护成本较低，而河北西部和南部地区则主要发展制造业和重工业，导致该地区的工业污染较为严重（樊鹏飞等，2016），但随着相关政策法规的出台，对生态环境的重视度越来越高，生态环境得以维持和改善。

图6 2011—2020年京津冀城市群生态环境指数时空演变格局Fig.6 Spatial-temporal evolution pattern of the ecological environment index in JJJ's cities from 2011 to 2020

3.4 科技创新的时空演变特征

2011—2015年京津冀城市群科技创新指数整体呈现上升趋势（图7），科技创新指数均表现为以京津高、河北中部和南部阶梯式分布、河北北部低的空间分布特征。研究期内呈现出由以北京为中心的“单核”空间格局演变为以北京、天津为“双核”中心的空间格局，北京的绝对实力强化了对周边河北省地区在科技人才和技术资本方面的虹吸效应，使得区域差距凸显。在科技引领的新时代，环首都贫困带问题更加难以消除，雄安新区的建设恰合时宜，可以有效促进环首都地区在科技创新方面的梯度发展。

3.5 社会民生的时空演变特征

京津冀城市群社会民生的空间分布从2011年的以北京、天津、廊坊为中心、河北北部和南部明显较弱转变为2020年的以东南地区为中心、从东南向西北递减的分布特征（图8）。由于历史原因，北京和天津积累了大量的优势资源，导致城市群中各城市的社会民生指数存在较大差距，实现京津冀协同发展的必要性和紧迫性得到进一步证明。从图8中可以看出，近年来京津冀协同发展在社会民生方面成果显著，高社会民生指数的空间覆盖率呈现明显上升趋势，城际差距逐步缩小，人民生活水平有所提高，社会均衡化发展成效显著。

总体而言，京津冀城市群高质量发展综合指数呈现出“中心-外围”空间结构，其他4个子系统的空间分布特征也基本如此。由于直辖市和省会城市的城市等级较高，地理条件优越，社会公共服务完善，吸收优质资源能力较强，发展质量往往优于其他城市；与此同时，在国家政策引导和有效支持下，其他城市在经济发展、科技创新、生态环境和社会民生方面均得以稳步发展，有利于推动该城市群的协同一体化发展。

4 京津冀城市群高质量发展空间相关性分析

为了进一步验证地理上临近城市发展的空间关联效应，本文以2011年、2015年、2020年作为3个截面，选择构建邻接矩阵作为本文的空间权重矩阵，运用Geoda软件和Stata软件分析研究京津冀地区13个城市10年来城市发展质量空间分异演变特征，从而找出其中的空间关联模式。

4.1 各市发展质量全局自相关分析

从表3可以看出，Moran's I从2011年的0.14上升到2015年的0.159，又逐渐下降到2020年的0.057，表明京津冀地区各城市间发展质量的相关性先提高再降低，其中2011—2015年符合城市发展集聚与扩散的空间分布规律。13个城市在2011年、2015年和2020年3个时间截面的城市发展质量的莫兰指数值均大于零，这表明整个京津冀城市群发展质量在空间结构上存在正的全局自相关，发展质量较高的城市在地理上往往更接近，发展质量较低的城市也往往相互接近。其中，2011年和2015年京津冀13个城市的城市发展质量的全局莫兰指数值在5%显著性水平下，所得Z值均大于1.96，这说明2011—2015年京津冀城市发展质量的分布具有明显的空间聚集趋势；而2020年的全局莫兰指数值未能通过显著性检验，是因为中美贸易摩擦、新冠肺炎疫情等加剧了京津冀产业链不强、创新链不牢、供应链不稳的风险 （赵霄伟，2020），进而增加了城市群协同发展的不确定性，导致该年出现离散分布的趋势。

表3 城市高质量发展的Moran指数计算结果Table 3 Results of Moran's I for the cities'high-quality development

4.2 各市发展质量局部自相关分析

利用局部自相关分析可进一步确定京津冀地区13个城市之间的空间相关模式和聚集类型。根据莫兰指数，将城市高质量发展划分为4种空间关联模式：第一象限为促进区（High-High），即观察区自身高质量发展水平高，周边地区也高，呈正相关；第二象限为过渡区（Low-High），即观察区自身高质量发展水平低，而周边地区高，呈负相关；第三象限为低水平区（Low-Low），即观察区自身高质量发展水平低，周边地区也低，呈正相关；第四象限为辐射区（High-Low），即观察区自身高质量发展水平高，而周边地区低，呈负相关。

为了呈现京津冀城市群2011—2020年高质量发展局部Moran's I区域分布情况，制作相应莫兰散点图（图9），并对其结果进行统计分类（表4）。研究结果表明，京津冀地区的高质量发展存在空间相关性，即集群趋势。其中，京津冀省会（直辖市）城市主要位于促进区，而更靠近内陆的城市则主要集中在低水平区，均呈现正相关关系，大部分地区在研究期内没有跃升。京津冀城市群高质量发展水平空间异质性明显，主要体现在沧州、衡水、秦皇岛等地处于过渡区以及廊坊等地处于辐射区，呈负相关性。此外，京津冀城市群大部分城市处于低水平区且长期未变动，因此，京津冀城市群高质量发展水平仍有待提高，弥合区域间的发展鸿沟是京津冀城市群高质量发展的重要命题。

图9 京津冀城市群高质量发展指数局部莫兰散点图Fig.9 Localmoran scatter chart of high-quality development index of JJJ's cities

表4 2011—2020年局部Moran's I区域分布情况Table 4 Regional divition of Moran's I from 2011 to 2020

5 京津冀城市群高质量发展对策建议

为了提升京津冀城市发展质量，推动各系统耦合协同发展，从经济、生态、科技、社会4个维度提出了以下对策建议。

1）加快产业转型，缩小区域落差。在京津中心城市的辐射带动下，加快次级枢纽城市的建设，使城市群内部在交通联系、产业转移和服务功能等方面相互补充（董微微等，2019）。转变经济增长方式，调整优化产业结构，加快淘汰落后产能、压缩过剩产能，尤其要强力扶持河北省实现高耗能高污染行业的产能压缩任务，通过跨地区的产业对接实现资本、技术密集型行业的合理布局（李惠茹等，2017）。同时，全区域从源头出发，积极推进能源供给侧绿色化转型，大力发展太阳能、风能、生物质能等清洁能源，逐步形成有序发展、良性互动的城市群产业发展格局，逐步缩小区域内部差距。

2）加强环保合作，促进绿色发展。首先，建立京津冀跨区域生态环境联防联控联治协同机制（申伟宁等，2022），设立协同治理专门机构，搭建协同治理大数据管理平台，设立协同治理专项基金，创新资金使用方式，提升资金使用效率和治理效果；其次，完善生态补偿机制和公平发展的市场化长效机制，合理界定生态保护城市和生态受益城市，在区域内实现大气、水资源、土地等生态资源价值核算、生态资产市场化、多元化补偿，通过资金补偿、对口协作、产业转移、人才培训、园区共建等多种方式，建立由政府主导、企业和社会共同参与的可持续生态补偿机制（王瑞娟等，2021），促进生态环境的根本性改善。

3）盘活区际资源，驱动科技创新。首先，破除各地区妨碍生产要素市场化配置和商品服务流通的体制机制障碍，建设综合性交通网络体系，优化商贸流通基础设施布局，推动技术、劳动力及数据要素畅通流动（李兰冰等，2023）。其次，有效盘活北京、天津现有科技资源存量，打造区域创新源头，建立创新资源通道（叶堂林等，2022），通过区域高校间的创新联动，激发其他城市的原始创新动力，鼓励研发设计企业成为创新成果产出的供给主体。最后，提高北京研发端与天津、河北两地产业需求端的匹配效率，推动科技成果更多的在京津冀城市群内部有效转化及应用，实现区域内产业链与创新链深度融合。

4）共建公共服务，共享协同红利。京津冀三地要打破行政藩篱，统筹规划，形成目标同向、措施一体、优势互补、互利共赢的社会公共服务发展新格局。其中，北京和天津侧重于教育、医疗、养老等基本公共服务的供给质量提升，河北省则侧重于社会保障、医疗卫生等基础服务条件的夯实和巩固（杨健，2020），促进区域整体公共服务均等化发展（孙久文，2016）。在教育方面，环京津城市应积极引进北京优质教育资源，均衡发展义务教育，大力发展职业教育，推进高等教育创新；在医疗领域，推动北京优质医疗资源扩容下沉，深化完善区域间医保互通，持续满足三地人民基本公共服务需求，共享区域协同发展红利。