楊 偉， 姜曉麗

(1.太原師范學院地理科學學院，山西晉中 030619；2.太原師范學院城鎮(zhèn)與區(qū)域發(fā)展研究所，山西晉中 030619)

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基于GIS空間分析的汾河流域經濟空間分異分析

楊 偉1， 姜曉麗2

(1.太原師范學院地理科學學院，山西晉中 030619；2.太原師范學院城鎮(zhèn)與區(qū)域發(fā)展研究所，山西晉中 030619)

以汾河流域各縣域為研究單元，選取1994～2013年研究區(qū)人均GDP數據，以GIS空間分析方法為基礎，分別從絕對差異、相對差異、空間分異特征等角度對其20年來的經濟空間分異態(tài)勢進行分析。結果表明：汾河流域縣域經濟發(fā)展兩極分化態(tài)勢明顯；太原市作為區(qū)域核心，對周邊縣市的輻射帶動作用逐漸減弱；流域中部經濟發(fā)展速度較快，以孝義市為核心，依靠資源稟賦以及交通區(qū)位條件等，經濟增速明顯，成為新的高值聚集區(qū)；流域南部缺乏明顯的中心城市，臨汾市作為汾河流域南部人口最為集中的城市，但其經濟發(fā)展相對較慢，對周邊縣域的輻射帶動能力較弱，作為局部核心城市的作用不顯著。

經濟空間分異；汾河流域；GIS；空間自相關

區(qū)域經濟空間分異格局是進行區(qū)域經濟空間開發(fā)的重要基礎，但它卻是一個相對被忽視的研究領域[1]。區(qū)域經濟空間分異是區(qū)域經濟空間差異形成和演變機制的過程表征[2]，伴隨著區(qū)域分工和經濟空間結構演化的整個過程。通過對特定區(qū)域經濟空間結構進行時空分析，可以較為精確地反映出這一地區(qū)各種人文、社會、經濟要素的綜合發(fā)展歷程[3]。早期的研究主要集中于對區(qū)域經濟空間組織形式的判定，即區(qū)域經濟空間分異格局研究，形成了諸多經典空間結構模式，主要包括國外學者提出的核心-邊緣結構[4]、多核心-邊緣結構[5]、網絡結構[6]，以及國內學者提出的點-軸結構[7]、雙核結構[8]、點-軸-面結構[9]和板塊結構[10]。在研究方法上，越來越多的定量分析手段被用于區(qū)域經濟差異測度，主要有主成分分析法、聚類分析法、指標差異分析法(如標準差、變異系數、基尼系數等)，Moran指數[11]、BP神經網絡等[12]。此外，GIS空間分析方法也被用來分析區(qū)域經濟空間差異[13]，以探索地理研究對象的空間關系并對空間集聚及空間異常進行可視化表達。

山西是我國煤炭資源大省，在長期的發(fā)展過程中形成了以煤炭資源開采、加工為主，工農業(yè)聯系薄弱，城鄉(xiāng)發(fā)展差異較大的區(qū)域經濟空間格局。汾河被譽為山西的“母親河”，流域位于山西省中南部，發(fā)揮著承接南北，帶動省域經濟發(fā)展的重要作用。筆者以汾河流域為研究對象，采用定性與定量相結合的分析方法，從相對差異、絕對差異以及空間分異特征等方面對1994～2013年汾河流域縣域經濟的空間分異特征進行探索，探討縣域經濟發(fā)展與區(qū)域空間結構調整的契合點，從而為實現壯大縣域經濟，縮小城鄉(xiāng)差異，促進流域城鄉(xiāng)經濟協(xié)調發(fā)展的目標提供理論支撐。

1　數據來源與研究方法

1.1研究區(qū)概況汾河流域地跨山西省中部和西南部，地理坐標為110°30′～113°32′E、35°20′～39°00′N。汾河流域面積39 471 km2，約占全省面積的1/4，涉及忻州、太原、晉中、呂梁、臨汾、運城、長治、晉城8個地級市，40多個縣(市、區(qū))，居住人口1 315萬，約占全省人口的38.76%。糧食產量占全省的37%，煤炭資源儲量占全省的30%左右，煤炭產量占全省的26.2%，地區(qū)生產總值占全省的50%左右。汾河流域以占全省1/4的面積，支撐著超過全省1/3的人口，貢獻著占全省近1/2的GDP，同時也是山西省重要的生態(tài)功能區(qū)、人口密集區(qū)、糧棉主產區(qū)、經濟發(fā)達區(qū)，在山西省的經濟社會發(fā)展中占有十分重要的地位。

1.2數據來源選取人均GDP作為區(qū)域經濟分異評價指標，人均GDP可以反映人均經濟增長，能夠比較充分地反映區(qū)域差異的內涵，并且容易獲取，數據的連續(xù)性、可信性以及完整性較好[14]。該研究數據主要來源于《山西統(tǒng)計年鑒》。

參照世界銀行的區(qū)域經濟分類辦法和標準，將觀察年份汾河流域各地區(qū)劃分為4類經濟區(qū)：①經濟不發(fā)達區(qū)，人均GDP低于流域平均值的50%；②經濟欠發(fā)達區(qū)，人均GDP為流域平均值的50%～100%；③經濟較發(fā)達區(qū)，人均GDP為流域平均值的100%～150%；④經濟發(fā)達區(qū)，人均GDP高于流域平均值的150%。

1.3研究方法

1.3.1流域經濟絕對差異評價。流域經濟的絕對差異是指流域內不同縣域之間經濟發(fā)展水平的實際差異，表現為不同縣域經濟數值之間以及與區(qū)域平均數值之間存在的差距。它可以反映流域內部不同地區(qū)，尤其是發(fā)達地區(qū)與不發(fā)達地區(qū)之間的發(fā)展差距，以及流域的平均發(fā)展水平，是流域經濟整體分異情況最直觀最顯著的體現[15]。

該研究選用極差分析和標準差分析來實現對流域經濟絕對差異的分析，前者用于測算區(qū)域內經濟發(fā)展水平最高與最低間的差異；后者則用于測算流域內各個地區(qū)經濟發(fā)展水平與區(qū)域平均值的離散水平，計算公式為：

R=Ymax-Ymin

(1)

式中，R為極差；Ymax為經濟水平最高區(qū)域人均GDP；Ymin為經濟水平最低區(qū)域人均GDP。

(2)

1.3.2流域經濟相對差異評價。相對差異表現為相對于流域平均水平而言不同縣域經濟的分異程度，它反映流域內部各個地區(qū)之間的貧富差異的大小程度，以及各個地區(qū)經濟發(fā)展水平在區(qū)域中所處的地位，是區(qū)域內部分異情況的體現[16]。這里選取變異系數以及洛倫茨曲線對流域經濟相對差異進行分析。

變異系數又稱離散系數，是標準差和均值的比值，反映單位均值上的離散程度，計算公式為：

(3)

洛倫茨曲線用于顯示流域人均GDP分布的集中或離散程度，反映流域經濟相對差異。此外，它還可以反映各縣域在區(qū)域經濟差異變化中的貢獻，展示區(qū)域經濟差異的空間特性[17]。洛倫茨曲線橫軸表示按人均GDP由小到大排列的縣域個數累積百分比，縱軸表示與縣域排列對應的各縣域的累積百分比。

1.3.3空間自相關分析。采用全局Moran’sI指數和局部Moran’sI指數進行空間自相關分析，通過對流域經濟空間分布格局的描述與可視化，發(fā)現空間集聚和空間異常，揭示研究對象之間的空間相互作用機制[18]。全局Moran’sI指數取值范圍為[-1，1]，當其為正時，表示該屬性在空間分布上具有同質(即高值與高值或低值與低值)積聚特征；當其顯著為負時，該屬性在空間分布上具有異質(即高值與低值)積聚的特征；當其趨近于0時，表示該屬性的空間不相關特征顯著。Moran’sI計算公式如下：

(4)

2　結果與分析

1994和2013年汾河流域經濟區(qū)空間分布見圖1。由圖1可以看出，汾河流域整體經濟發(fā)展較為落后，流域內經濟欠發(fā)達區(qū)占主要地位，無論是1994年還是2013年，經濟欠發(fā)達區(qū)所占比重均超過流域所轄縣域的半數以上。與1994年相比，流域內經濟不發(fā)達區(qū)數量有所減少，由1994年的13個縣市減少到2013年的8個縣市，其中部分縣市發(fā)展緩慢，始終為經濟不發(fā)達區(qū)，如靜樂、嵐縣等。此外，流域內經濟發(fā)達區(qū)縣市個數略有增加，由1994年的2個增加到2013年的6個，其中流域中部部分縣市發(fā)展迅速，如孝義市、靈石縣等，特別是孝義市，已躋身全國百強縣的行列。在過去的20年中，汾河流域經濟發(fā)展水平有了較大的提高，人均GDP由1994年的3 319元增加到2013年的36 324元，但流域整體仍以經濟欠發(fā)達區(qū)占主體地位，部分縣市經濟發(fā)展后勁不足，流域內經濟差異仍較為明顯。

2.1汾河流域經濟絕對差異分析1994～2013年汾河流域人均GDP標準差及極差變化情況見圖2。由圖2可以看出，1994～2013年用標準差和極差測算的汾河流域經濟絕對差異整體上呈現擴大趨勢，除去2000年略有下降之外，其余年份均呈現增長趨勢。汾河流域經濟絕對差異變化過程可以大致劃分為兩個階段，1994～2002年的緩慢增長階段，即各縣域經濟差異較小，經濟空間分異特征不明顯；以及2002～2013年的快速增長階段，即各縣域經濟差異逐漸拉大，經濟空間分異特征越來越明顯。

2.2汾河流域經濟相對差異分析1994～2013年汾河流域人均GDP變異系數變化情況見圖3。由圖3可知，1994～2013年用變異系數測算的汾河流域經濟相對差異呈現出波動狀態(tài)，變異系數最小值出現于2004年，流域經濟相對差異較小。在2006和2008年出現連續(xù)兩年的增長，并在2008年出現變異系數最大值，流域經濟相對差異出現擴大趨勢。但在之后的2010及2013年，變異系數又連續(xù)下降，流域經濟相對差異減小。

1994～2013年汾河流域各縣域人均GDP變異系數及洛倫茲曲線變化情況見表1。由表1可知，在變異系數增大的年份(1998、2002、2006、2008年)，洛倫茨曲線多表現為偏離45°對角線，區(qū)域趨于不均衡，其中只有2002年雖然變異系數增大，但曲線變化并不明顯，主要是由于曲線整體均發(fā)生變化。而變異系數減小的年份(1996、2000、2004、2010、2013年)，洛倫茨曲線均整體或部分表現為靠近45 °對角線，區(qū)域更趨向于均衡發(fā)展。在研究時段內，1998年曲線中下段發(fā)生較明顯偏離，說明流域的不均衡主要是由人均GDP較高的縣域造成的，它們的發(fā)展速度明顯快于其他地區(qū)(比重增長，造成人均GDP較低縣域的比重降低，進而多個人均GDP較低縣域的累積值占總數百分比降低)，而2006年表現出中上段發(fā)生明顯偏離的現象，表明在該年份內流域內的不均衡主要是由人均GDP較低的縣域造成的，其發(fā)展速度明顯慢于其他地區(qū)。

圖1　1994和2013年汾河流域經濟區(qū)空間分布Fig.1　The spatial distribution of economic zone in Fen River valley in 1994 and 2013

圖2　1994～2013年汾河流域人均GDP標準差及極差變化情況Fig.2　Standard deviation and range changes of GDP per capita in Fen River valley during 1994-2013

圖3　1994～2013年汾河流域人均GDP變異系數變化情況Fig.3　CV changes of GDP per capita in Fen River valley during 1994-2013

由于曲線較多，不能一一列出，選取研究時段的起始和終結年份1994和2013年，以及研究時段內變化較大的年份2008年作為對比，結果見圖4。從圖4可以看出，汾河流域縣域經濟洛倫茨曲線存在較大的彎曲程度，區(qū)域發(fā)展不均衡現象較為明顯。較之1994年，2008年彎曲程度發(fā)生較大幅度偏離，表明在這個時間段內汾河流域經濟空間分異程度不斷加大，財富向更發(fā)達地區(qū)集中。而到2013年，曲線彎曲程度又逐漸較小，汾河流域在經濟總量不斷增加的同時，區(qū)域間發(fā)展更趨向于均衡發(fā)展。

2.3汾河流域經濟空間分異特征分析

2.3.1整體空間分異特征。通過計算汾河流域各縣市的Moran’s I指數來分析1994和2013年流域縣域經濟的地理空間集聚情況。1994年Moran’s I值為0.31，且P值小于0.01，表明該年份內汾河流域經濟水平相近縣域的空間集聚特征明顯，即經濟水平高的縣域和經濟水平低的縣域各自具有顯著的空間集聚特征。2010年Moran’s I值為0.07，P值大于0.1，表面經濟水平相近縣域的空間集聚特征不顯著，呈隨機分布的特征。

表11994～2013年汾河流域各縣域人均GDP變異系數及洛倫茨曲線變化情況

Table 1CV and Lorenz curve changes of GDP per capita in Fen River valley during 1994-2013

年份Year變異系數變化ChangeofCV數值Numericalvalue趨勢Trend洛倫茨曲線變化ChangeofLorenzcurve中上端Middleupperend中下端Middlelowerend1994————————————1996-0.0454--靠近———19980.0499++———偏離2000-0.0225-靠近———20020.0124+——————2004-0.0620--靠近———20060.0917++偏離———20080.0177+偏離偏離2010-0.0467--靠近靠近2013-0.0491--靠近靠近

注：表中，“變異系數變化”一列，“+”表示概念的變異系數比上一年變大，“-”則表示變小，“+ +”或“- -”表示變化較為明顯?！奥鍌惔那€變化”一列，“——”表示變化不明顯，“靠近”表示曲線比上一年更靠近45°對角線，亦即更趨于均衡；“偏離”表示曲線比上一年更偏離45°對角線，亦即更遠離均衡。

Note：In the column of “change of CV”,+ stands for CV is bigger than the previous year,- stands for CV becomes smaller,++ or -- indicates the change is obvious.In the column of “change of Lorenz curve”,—— stands for the change is not obvious,“close to” stands for the curve is closer to the 45 degree diagonal line than the previous year,namely tends to be more balanced; “deviate” stands for the curve is more deviation to the 45 degree diagonal line than the previous year.

圖4　1994、2008、2013年汾河流域縣域經濟洛倫茨曲線Fig.4　Lorenz curve of county-level economy in Fen River valley in 1994,2008,2013

2.3.2局部空間分異特征。1994和2013年汾河流域經濟空間分異特征見圖5。從圖5可以看出，1994年“高高”(HH)類型包括太原市、古交市、晉中市以及清徐縣，“低低”(LL)類型包括靜樂縣和嵐縣。表面在汾河流域以省域中心城市太原為核心，包含周邊各縣市的經濟水平較高的縣域集聚區(qū)。在這一時期，太原作為區(qū)域核心城市，通過與周邊區(qū)域的合作，對周邊縣域產生較強經濟輻射和帶動作用，并形成共同發(fā)展的良好局面。而在流域北部，由于區(qū)位條件和經濟基礎等因素的影響，經濟發(fā)展緩慢，形成經濟相對落后區(qū)域。其他縣市經濟的空間極化特征不顯著。而到2013年，“高高”類型城市為孝義市和靈石縣，“低低”類型城市沒有變化。表明在過去的20年中，流域中部孝義市和靈石縣發(fā)展速度較快，經濟水平高于周邊縣市。其他縣市空間極化特征不明顯?？h域經濟局部空間分異特征的變化表明，由于汾河流域各縣域的發(fā)展基礎、速度和態(tài)勢的不同，縣域經濟的空間極化特征有所弱化，相鄰縣域經濟水平的極度同質和異質特性正逐漸減弱，加之流域內縣域經濟多依靠資源來發(fā)展的特有情況，縣域經濟越來越趨向參差不齊的隨機分布狀態(tài)。

圖5　1994和2013年汾河流域經濟空間局部分異特征Fig.5　Economic spatial dissimilarity characteristics of Fen River valley in 1994 and 2013

3　結論

以汾河流域為研究對象，基于GIS空間分析方法，分別從絕對差異、相對差異以及空間分異特征等方面對其經濟空間分異變化特征進行了分析，得出以下結論：①汾河流域縣域經濟發(fā)展兩極分化態(tài)勢明顯，經濟發(fā)達區(qū)與經濟不發(fā)達區(qū)所占比重雖較少，但二者之間的差距在逐漸擴大。②太原市作為區(qū)域核心，對周邊縣市的輻射帶動作用逐漸減弱。1994年以太原市為核心形成縣域經濟的高值聚集區(qū)，而到2013年這一區(qū)域消失，且古交市由1994年的經濟發(fā)達區(qū)退化為2013年的經濟欠發(fā)達區(qū)，晉中市及清徐縣則由1994年的經濟較發(fā)達區(qū)變?yōu)?013年的經濟欠發(fā)達區(qū)。③流域中部經濟發(fā)展速度較快，以孝義市為核心，依靠資源稟賦以及交通區(qū)位條件等，經濟增速明顯，成為新的高值聚集區(qū)。④流域南部缺乏明顯的中心城市，臨汾市作為汾河流域南部人口最為集中的城市，但其經濟發(fā)展相對較慢，對周邊縣域的輻射帶動能力較弱，作為局部核心城市的作用不顯著。

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Analysis on Spatial Differentiation of Economy in Fen River Valley Based on GIS

YANG Wei1,JIANG Xiao-li2

(1.School of Geography Science,Taiyuan Normal University,Jinzhong,Shanxi 030619; 2.Institute of Urban and District Development,Taiyuan Normal University,Jinzhong,Shanxi 030619)

With counties of Fen River valley as the study area,selecting GDP per capita during 1994-2013,based on GIS spatial analysis method,economic spatial differentiation in recent 20 years were analyzed from perspectives of absolute difference,relative difference,spatial differentiation characteristics.The results showed that：the phenomenon of polarization is obvious in economic development of counties in Fen River valley; as the core of the region,the radiation and driving function of Taiyuan to neighboring county has been weakened gradually; the speed of economic development in middle part of Fen River valley is faster,depend on its endowment of resources and specific geographic position,the economic growth is apparent and become the new high value accumulation area; the south part of Fen River valley is short of core city,as the most population concentrated city in this area,the economic growth of Linfen is relatively slow,and lack the radiation and driving function to neighboring area,and can not play the role of core city in this area.

Economic spatial dissimilarity; Fen River valley; GIS; Spatial autocorrelation

山西省高等學校人文社會科學重點研究基地項目(2015333)；山西省高等學校哲學社會科學研究一般項目(2016261)。

楊偉(1984- )，男，山西太原人，講師，博士，從事城市與區(qū)域發(fā)展研究。

2016-06-17

S-9

A

0517-6611(2016)21-196-05