黃珺嫦，張二超，汪 松,2

(1.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002； 2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101)

我國是能源生產(chǎn)和需求大國，也是煤炭生產(chǎn)和煤炭消費大國。近年來，隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，我國對煤炭資源的生產(chǎn)和需求也在不斷增加。從世界范圍來看，2016年全世界煤炭生產(chǎn)35.564億t油當(dāng)量，中國煤炭生產(chǎn)16.857億t油當(dāng)量，占全世界煤炭生產(chǎn)總量的47.40%；2016年全世界煤炭消費37.32億t油當(dāng)量，中國煤炭消費18.876億t油當(dāng)量，占全世界煤炭消費的50.58%。從能源結(jié)構(gòu)看，2016年中國煤炭生產(chǎn)占能源總量生產(chǎn)的76.7%，煤炭消費占能源消費的66.7%。由此可以看出，煤炭資源在中國能源生產(chǎn)與消費仍然占據(jù)著絕對重要的位置[1]。當(dāng)前我國煤炭生產(chǎn)基地主要分布在北方的晉陜蒙寧新地區(qū)，而煤炭消費主要在東部沿海地區(qū)[2]，總體呈現(xiàn)出“生產(chǎn)北多南少、消費東多西少”的煤炭生產(chǎn)消費格局。煤炭生產(chǎn)中心和經(jīng)濟中心不匹配的問題，造成了我國區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展不平衡的問題。因此，研究煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的變化規(guī)律，對解決我國經(jīng)濟發(fā)展不均衡的問題有著十分重要的作用。

黃賢金等[3]運用重心模型從一次能源消費的角度研究人均產(chǎn)生的碳排放變化的區(qū)域差異；任志遠(yuǎn)等[4]從我國能源生產(chǎn)、能源消費和GDP重心角度進(jìn)行測定，探析我國能源生產(chǎn)、能源消費和經(jīng)濟發(fā)展省域差異的動態(tài)變化及相互關(guān)系；王培宏等[5]從原煤生產(chǎn)和煤炭消費角度，通過構(gòu)建Panel-Data模型，來探析地區(qū)性煤炭消費的差異影響。趙冠偉等[6]利用重心模型研究能源足跡的區(qū)域差異及變化，研究表明能源重心呈現(xiàn)逐步向西南方向移動。梁中等[7]利用重心模型研究省域碳壓力重心在經(jīng)濟重心相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，持續(xù)保持向西北方向移動的趨勢。孫旭東等[8]建立重心模型來研究中美煤炭生產(chǎn)和煤炭消費重心的演變軌跡。

通過總結(jié)前人的研究，主要有以下特征：從國家宏觀視角分析能源與碳排放較多，從省域視角分析煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的較少；利用重心模型分析重心遷移軌跡的較多，分析重心耦合態(tài)勢的較少。本研究基于1985～2016年我國煤炭生產(chǎn)和煤炭消費數(shù)據(jù)，運用變異系數(shù)法對全國各省(區(qū)、市)的煤炭生產(chǎn)和煤炭消費變化情況進(jìn)行分析，利用重心模型、重心耦合度模型，剖析煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心移動軌跡和空間分布態(tài)勢，以期探究各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費規(guī)律。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于《中國能源統(tǒng)計年鑒》(1986～2017年)及各省(區(qū)、市)統(tǒng)計年鑒(1986～1995年)的煤炭生產(chǎn)和煤炭消費數(shù)據(jù)(鑒于缺少西藏、香港、澳門、臺灣地區(qū)的能源數(shù)據(jù)，天津和上海無煤炭生產(chǎn)數(shù)據(jù)，故將就近合并到北京和江蘇，共28個地區(qū)，特此說明)[9]。地理數(shù)據(jù)選用國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)2015版。

1.2 研究方法

1.2.1 變異系數(shù)法

煤炭生產(chǎn)和煤炭消費可以較好地反映能源的持續(xù)供給度和經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量，本研究運用變異系數(shù)法來反映各地區(qū)時間煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的變動情況[10]。變異系數(shù)(D)表示標(biāo)準(zhǔn)差與平均值之比，計算公式為式(1)。

(1)

1.2.2 重心模型

“重心”的概念來自于物理學(xué)，經(jīng)過長時間發(fā)展，1874年美國學(xué)者弗沃爾克把“重心模型”運用到人口問題研究中，之后重心模型在其他領(lǐng)域的運用更加廣泛。利用重心模型來研究煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的變化規(guī)律，重心移動軌跡代表了各地區(qū)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的空間變化規(guī)律[11-13]。煤炭生產(chǎn)和煤炭消費重心的測算方法：假定一個宏觀區(qū)域由n個微觀區(qū)域i組成，區(qū)域i的重心坐標(biāo)為(x_i，y_i)，區(qū)域n的重心坐標(biāo)C為(X，Y)，M為煤炭生產(chǎn)和煤炭消費量[10,14-15]，計算公式為式(2)。

(2)

經(jīng)過重心坐標(biāo)測算出區(qū)域重心移動的距離di，i、j代表不同年份，(x_i，y_i)、(x_j，y_j)分別代表第i年和第j年重心的重心地理坐標(biāo)，k為常數(shù)，一般取值111.11 km2[16]。公式為式(3)。

(3)

1.2.3 重心耦合模型

采用煤炭生產(chǎn)和煤炭消費在空間分布上的重疊性及其變動軌跡的一致性為指標(biāo)分別從靜態(tài)和動態(tài)的角度考察兩個重心空間耦合的態(tài)勢[17]?？臻g重疊性用煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心之間的距離表示，距離越近則重疊性越高，計算公式為式(4)。

(4)

變動一致性是指重心坐標(biāo)移動軌跡的一致性，通過煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心與上一個時間節(jié)點發(fā)生位移的交角θ[0，180°]來表征，θ值越大變動越不一致性，利用θ的余弦值表示變動一致性指數(shù)C[-1，1]，C值越小，變動越不一致，C值為1時，則變動完全相同，C值為-1則變動完全相反。Δx和Δy為煤炭生產(chǎn)與消費重心與上一時間點經(jīng)緯度的變化量，依據(jù)余弦定理，見式(5)。

(5)

2 實證分析

2.1 各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費變異分析

觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，1985～2016年各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費變異系數(shù)均差異明顯。各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費變異系數(shù)曲線整體走向趨同，說明各省(區(qū)、市)煤炭生產(chǎn)量變化和煤炭消費量變化具有一致性。

海南、內(nèi)蒙古、陜西三個省(區(qū))的煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費變異系數(shù)均為最高。煤炭生產(chǎn)方面，海南1999年前有少量的煤炭生產(chǎn)量，之后停止了煤炭開采，因此煤炭生產(chǎn)變化較大。內(nèi)蒙古和陜西由于煤炭儲藏量較大，近年來逐漸加大開采量，因此煤炭生產(chǎn)變化較大；煤炭消費方面，海南1990～2016年煤炭消費量持續(xù)增長，因此煤炭消費變化較大；內(nèi)蒙古和陜西近年來也新建和擴建了大批高耗煤企業(yè)，同時為提高煤炭利潤附加值，煤炭生產(chǎn)企業(yè)與電力企業(yè)采取煤電聯(lián)營模式，使得當(dāng)?shù)孛禾肯M量持續(xù)增長，因此煤炭消費變化也較大。

蘇滬、遼寧、河北三個省(市)的煤炭生產(chǎn)變異系數(shù)和煤炭消費變異系數(shù)均為最低，這三個省(市)煤炭生產(chǎn)和煤炭消費均相對穩(wěn)定，因此煤炭生產(chǎn)變化和煤炭消費變化均較小。

圖1 1985～2016年各省(區(qū)、市)變異系數(shù)曲線

2.2 我國煤炭生產(chǎn)和煤炭消費時空演變過程

本研究以省級行政單位為基本統(tǒng)計單元，運用重心模型來計算我國1985～2016年32個時間點的煤炭生產(chǎn)中心和煤炭消費中心，并繪制出我國煤炭生產(chǎn)和煤炭消費重心遷移軌跡圖(圖2～4)，計算煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心偏移距離(圖5)。

圖2 1985～2016年我國煤炭生產(chǎn)和煤炭消費重心遷移

圖3 1985～2016年我國煤炭生產(chǎn)重心演變軌跡

2.2.1 煤炭生產(chǎn)重心演變軌跡分析

從圖2和圖3可知，煤炭生產(chǎn)重心移動總體可分為兩個階段。

1) 1985～2005年：煤炭生產(chǎn)重心從開始的不規(guī)則運動逐漸向西南移動。21年間煤炭生產(chǎn)重心經(jīng)向移動1.30°，緯向移動0.08 °，累計移動了615.81 km。從煤炭生產(chǎn)重心偏移距離看(圖5)，2000年達(dá)到偏移最大值77.97 km。

圖4 1985～2016年我國煤炭消費重心演變軌跡

圖5 1985～2016年我國煤炭生產(chǎn)和 煤炭消費重心偏移距離

20世紀(jì)80年代，隨著改革開放政策的實施，各個行業(yè)發(fā)展趨于活躍，1985年政府提出“國家集體個人一齊上，大中小煤炭一起搞”的方針，其結(jié)果是我國煤礦數(shù)量迅速增加，產(chǎn)業(yè)集中度極低，尤其是1993年國家放開煤炭價格和改革訂貨制度，煤炭生產(chǎn)量隨之大幅增長，到1997年我國煤炭市場已經(jīng)供大于求，而1998年亞洲金融危機使得我國煤炭需求大幅下降，受內(nèi)外部環(huán)境的共同影響，我國煤炭生產(chǎn)量逐漸降低，到2000年到達(dá)最低點，期間我國絕大多數(shù)煤炭企業(yè)陷入困境；2000年之后我國經(jīng)濟加快增長，煤炭生產(chǎn)量也大幅增加，國家加大對西南地區(qū)的煤炭開發(fā)，重慶、四川、貴州和云南4省(市)2005年煤炭總生產(chǎn)量比2000年增長了230%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同時期全國101%的平均增長率。

2) 2006～2016年：煤炭生產(chǎn)重心穩(wěn)步向西北移動。11年間煤炭生產(chǎn)重心經(jīng)向移動0.6°，緯向移動0.95°，累計移動了262.19 km。

煤炭生產(chǎn)重心向西北轉(zhuǎn)移是因為內(nèi)蒙古、陜西和寧夏煤炭資源的大幅度開采，2016年三省(區(qū))煤炭生產(chǎn)總量比2006年增長93 948.23 t，占同時期全國煤炭增長總量的89.26%，這是因為國家推進(jìn)了煤炭資源整合，培育發(fā)展大型煤炭企業(yè)集團，組織開展了14個大型煤炭基地，而絕大部分煤炭生產(chǎn)基地都分布在西北地區(qū)。

2.2.2 煤炭消費重心演變軌跡分析

從圖2和圖4可知，1985～2016年煤炭消費重心變化幅度遠(yuǎn)小于煤炭生產(chǎn)中心，整體呈現(xiàn)向西、南移動的趨勢，其中經(jīng)向移動1.24°，緯向移動0.62°，累計移動了186.96 km。從煤炭消費重心偏移距離看(圖5)，2013年達(dá)到偏移最大值48.26 km。

其中2002年前煤炭消費重心較為波動，這主要是由經(jīng)濟發(fā)展的波動性引起的，尤其是1998年亞洲金融危機后，各地區(qū)煤炭需求下降，煤炭消費量呈現(xiàn)不規(guī)則變化；2013年后煤炭消費重心整體向西、南移動。煤炭消費重心向西移動是隨著2000年西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施，高耗煤產(chǎn)業(yè)逐漸由東部向西部轉(zhuǎn)移，因此西部煤炭消費量大大增加；煤炭消費重心向南移動是因為廣東、浙江、蘇滬等南方省(區(qū)、市)經(jīng)濟發(fā)展較快，能源消耗增多，而我國煤炭資源占到一次能源消費的2/3以上，因此南方煤炭消費增長量大于北方，從而使得煤炭消費重心向南移動。

2.2.3 煤炭生產(chǎn)和煤炭消費空間耦合特征

從靜態(tài)來看(圖6)，1985～2012年煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心距離越來越遠(yuǎn)，表明它們之間的重疊性越來越低，也就是煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心越來越分散；2012～2016年煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心的距離越來越近，表明它們之間的重疊性越來越高，兩個重心趨向一致。這主要是因為2012年以后我國經(jīng)濟由高速增長向中高速增長，從而帶動煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，煤炭的生產(chǎn)與消費開始趨于一致。

圖6 1985～2016年我國煤炭生產(chǎn)重心和 煤炭消費重心重疊性曲線

從動態(tài)來看(圖7)，我國煤炭生產(chǎn)重心和煤炭消費重心重疊性呈現(xiàn)持續(xù)波動趨勢，具體可以分為兩個階段：第一階段自1985～2002波動較大，在-1～1之間來回震蕩，說明煤炭生產(chǎn)與煤炭消費在相反方向與相同方向波動；第二階段自2003～2016穩(wěn)定在0.5～1之間，說明煤炭生產(chǎn)和煤炭消費變動性趨向一致，呈現(xiàn)相同方向變化。

圖7 1985～2016年我國煤炭生產(chǎn)重心和 煤炭消費重心變動一致性曲線

3 討論與結(jié)論

利用變異系數(shù)法、重心模型、重心耦合模型對我國煤炭生產(chǎn)和煤炭消費重心、重心移動軌跡以及空間耦合態(tài)勢進(jìn)行測算和剖析，結(jié)果顯示我國煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的重心、移動軌跡以及空間耦合態(tài)勢整體受社會經(jīng)濟發(fā)展以及國家宏觀政策影響，呈現(xiàn)出不同的特征。

1) 從省域煤炭生產(chǎn)變異曲線和煤炭消費變異曲線來看，海南、內(nèi)蒙古、陜西變化最大，蘇滬、遼寧和河北變化最小，這與煤炭資源儲量、經(jīng)濟發(fā)展形勢等均有著密切的關(guān)系。東部地區(qū)作為能源調(diào)入?yún)^(qū)應(yīng)繼續(xù)調(diào)整能源消費結(jié)構(gòu)，降低煤炭消費比重、提高核能、太陽能消費比重；西部地區(qū)作為我國煤炭和電力供應(yīng)區(qū)，應(yīng)充分有效利用煤炭，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟優(yōu)勢。

2) 從煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的重心移動軌跡來看，我國煤炭生產(chǎn)重心的移動軌跡為不規(guī)則運動-西南-西北移動，煤炭消費重心呈現(xiàn)向西、南移動的趨勢。西部地區(qū)作為我國的能源儲量和開發(fā)基地，應(yīng)該充分利用好國家宏觀政策，抓住機遇加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快經(jīng)濟的發(fā)展，縮小東西部之間的經(jīng)濟差距；但要切實做好生態(tài)型經(jīng)濟發(fā)展，探索適合自身可持續(xù)開發(fā)模式，緊跟社會經(jīng)濟發(fā)展形勢。

3) 從煤炭生產(chǎn)和煤炭消費重心重疊性和變動一致性來看，煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的重心重疊性先分散后集聚的過程，煤炭生產(chǎn)和煤炭消費的變動一致性近年來呈現(xiàn)相同趨勢變化。說明各省份煤炭生產(chǎn)和煤炭消費近年來變化較為趨同，中西部地區(qū)不僅煤炭開發(fā)有了較大的發(fā)展，社會經(jīng)濟方面也取得了長足進(jìn)步，但是由于煤炭資源是有限的，中西部地區(qū)應(yīng)該提前布局清潔能源產(chǎn)業(yè)。