盧 北,曾俊偉,錢勇生,魏谞婷
(蘭州交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院,蘭州 730070)
區(qū)域之間的協(xié)調(diào)發(fā)展體現(xiàn)在經(jīng)濟水平差距保持在適度范圍內(nèi)、社會事業(yè)資源的合理分布以及人與自然的和諧共處。而西北地區(qū)總體發(fā)展水平不高,各地區(qū)發(fā)展差距較大。提升西北五省(區(qū))的協(xié)調(diào)發(fā)展水平是縮小西部與東部地區(qū)的發(fā)展差異、實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的必經(jīng)之路。交通路網(wǎng)是城市經(jīng)濟活動的重要載體[1],是城市發(fā)展的重要支柱,合理的路網(wǎng)規(guī)劃便于實現(xiàn)區(qū)域之間的互聯(lián)互通[2]。西部大開發(fā)以培育和壯大城市群作為強大競爭力,在幅員遼闊的西北地區(qū),建設(shè)現(xiàn)代化、高質(zhì)量的綜合立體交通網(wǎng)絡(luò)可以進一步提升西部城市空間差異化聯(lián)系效率,以便實現(xiàn)經(jīng)濟的快速發(fā)展[3]。環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展也是重中之重[4],交通和經(jīng)濟的快速發(fā)展將對環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生影響,提升交通、經(jīng)濟和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展水平是推進城市高質(zhì)量建設(shè)無法回避的問題,因此關(guān)于協(xié)調(diào)發(fā)展交通、經(jīng)濟和環(huán)境的研究便顯得尤為迫切。目前,國外側(cè)重于經(jīng)濟和城市其他發(fā)展因素之間因果關(guān)系的確定和耦合協(xié)調(diào)發(fā)展研究。Yu等[5]確定運輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與經(jīng)濟之間存在單向因果關(guān)系;Pradhan等[6]通過矢量誤差校正模型發(fā)現(xiàn)了道路運輸和經(jīng)濟增長之間的雙向因果關(guān)系;Agbelie等[7]應(yīng)用計量經(jīng)濟學(xué)框架分析運輸基礎(chǔ)設(shè)施對經(jīng)濟的影響,發(fā)現(xiàn)相較于鐵路,公路基礎(chǔ)設(shè)施支出對經(jīng)濟的影響更大;Sun等[8]通過構(gòu)建城市交通的耦合協(xié)調(diào)模型分析經(jīng)濟、社會和環(huán)境三者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展,發(fā)現(xiàn)不同子系統(tǒng)之間發(fā)展存在差異,并使用Gini指數(shù)表征發(fā)展的差異性;Taghvaee等[9]通過構(gòu)建交通、健康、環(huán)境和經(jīng)濟模型對伊朗的運輸方式與可持續(xù)發(fā)展的一致性進行了排名,發(fā)現(xiàn)不同運輸方式對可持續(xù)發(fā)展影響不同。國內(nèi)學(xué)者側(cè)重從不同視角對城市交通子系統(tǒng)與其他子系統(tǒng)進行耦合協(xié)調(diào)分析。張旭等[10]基于人口、經(jīng)濟、教育、醫(yī)療和交通數(shù)據(jù)構(gòu)建引力模型探討了城市群的空間格局,為城市群的進一步發(fā)展規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù);李青峰等[11]構(gòu)建了交通系統(tǒng)和城市系統(tǒng)的耦合協(xié)調(diào)模型分析其時空維度上的變化特征,發(fā)現(xiàn)西北地區(qū)的交通系統(tǒng)發(fā)展滯后于城市總體發(fā)展水平;檀菲菲等[12]基于集對分析理論對社會、經(jīng)濟、環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)發(fā)展水平進行評價,發(fā)現(xiàn)京津冀地區(qū)協(xié)調(diào)能力不均衡且總體發(fā)展較差;王兆峰等[13]在耦合協(xié)調(diào)模型的基礎(chǔ)上借助VAR模型探究交通、旅游產(chǎn)業(yè)和生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系;達成等[14]分析了關(guān)中平原城市群交通、產(chǎn)業(yè)和環(huán)境的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展動態(tài)演化特征;蔡倒錄等[15]利用基于灰色關(guān)聯(lián)分析的耦合協(xié)調(diào)模型指出綜合運輸和區(qū)域經(jīng)濟有顯著相關(guān)性;韓瑞玲等[16]發(fā)現(xiàn)了經(jīng)濟、交通、環(huán)境三者發(fā)展的差異,利用剪刀差法對各系統(tǒng)之間的演化方向及速率進行分析。
大量的研究證明交通、環(huán)境和經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展是城市發(fā)展的關(guān)鍵因素,盡管此類研究比較豐富,但現(xiàn)有研究大多集中在長三角、珠三角、京津冀等地區(qū),對區(qū)域協(xié)調(diào)情況較差的西北地區(qū)進行研究的成果較少,且研究方法較為單一,缺乏對子系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用機理研究。因此,文中以西北五省(區(qū))作為研究對象,通過建立交通、環(huán)境和經(jīng)濟三個子系統(tǒng)所構(gòu)成的總系統(tǒng)即“交通-環(huán)境-經(jīng)濟”耦合協(xié)調(diào)模型和VAR模型,定量評價耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平、分析其時空演變特征,探究三個子系統(tǒng)之間的相互作用機理,分析各城市發(fā)展特征與不均衡之處,并提出促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展建議。
文中選取包括陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)(下文簡稱寧夏)、新疆維吾爾自治區(qū)(下文簡稱新疆)在內(nèi)的西北五省(區(qū))作為研究對象。文中所用數(shù)據(jù)截取自2000—2020年《中國城市統(tǒng)計年鑒》、2000—2020年《甘肅發(fā)展年鑒》、《青海統(tǒng)計年鑒》及國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。
2.1.1 數(shù)據(jù)標準化
為避免相關(guān)數(shù)據(jù)量綱不同對計算造成影響,運用式(1)進行標準化處理,標準化處理公式[17]為:
Uij∈(0,1)
(1)
式中:Uij為對第i項指標在第j時間段的指標值進行標準化后的數(shù)值;rij為第i項指標在第j個時間段的指標值。
2.1.2 各子系統(tǒng)評價指數(shù)
各子系統(tǒng)的評價指數(shù)由加權(quán)法計算得出,如文獻[17]中所述,計算公式如下:
i=1,2,3;j=1,2,…,n
(2)
式中:Ui為子系統(tǒng)評價函數(shù),其數(shù)值代表著每個子系統(tǒng)的發(fā)展水平高低;ωi為第i項指標的權(quán)重,使用熵權(quán)法計算得出。
2.1.3 耦合度和耦合協(xié)調(diào)度
耦合始源于物理學(xué),其含義為一個以上系統(tǒng)之間的相互作用,隨著對各類社會問題研究的深入,耦合這一概念逐漸應(yīng)用于其他領(lǐng)域。文中的耦合協(xié)調(diào)研究中,耦合度為交通、環(huán)境和經(jīng)濟子系統(tǒng)之間的相互作用產(chǎn)生影響的程度,應(yīng)用以下算式[18]計算三個子系統(tǒng)的耦合度:
(3)
式中:C為耦合度且C∈(0,1);k為調(diào)節(jié)系數(shù),計算三個子系統(tǒng)時,k=3;U1、U2、U3分別為交通、環(huán)境、經(jīng)濟子系統(tǒng)的評價指數(shù)。耦合度僅反應(yīng)兩個或者多個系統(tǒng)間相互影響的強弱程度,而不考慮發(fā)展水平的高低,而耦合協(xié)調(diào)度可以綜合反應(yīng)多個子系統(tǒng)的發(fā)展水平和相互影響的強弱程度,故引入耦合協(xié)調(diào)度來避免低水平耦合情況的發(fā)生。耦合協(xié)調(diào)度模型[19]如下:
(4)
式中:α,β,γ分別為各子系統(tǒng)系數(shù),使用熵權(quán)法進行計算得出。耦合協(xié)調(diào)度及其分類與等級參考文獻[10]、[17]中對系統(tǒng)間協(xié)調(diào)度的等級劃分,如表1所示。
表1 耦合協(xié)調(diào)度及其分類與等級
2.1.4 評價指標體系選取
參考分析交通、環(huán)境[20]、經(jīng)濟三個子系統(tǒng)相關(guān)文獻資料,根據(jù)劉錦等[21]的“產(chǎn)業(yè)-人口-空間”指標體系,結(jié)合文中研究對象,選取交通-環(huán)境-經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)模型指標體系,應(yīng)用熵值法計算各子系統(tǒng)權(quán)重,結(jié)果如表2所示。
2.2.1 模型方程
VAR模型利用所構(gòu)造系統(tǒng)中的內(nèi)生變量及其滯后值構(gòu)造函數(shù),常用于時間序列的預(yù)測和隨機擾動對多變量系統(tǒng)的動態(tài)影響分析,模型方程[22]為:
Yt=α+A1Yt-1+A2Yt-2+…+ApYt-p+
B1Xt+…+BrXt-r+εt
(5)
式中:α為常數(shù)項;Yt表示內(nèi)生變量;Xt表示外生變量;t代表期數(shù);p為內(nèi)生變量滯后階數(shù)、r為外生變量滯后階數(shù);Ai、Bi表示待估系數(shù)矩陣;εt表示殘差項。
2.2.2 數(shù)據(jù)和模型穩(wěn)定性檢驗
由于所收集的時間序列數(shù)據(jù)可能遺漏解釋變量或存在設(shè)定誤差、測量誤差或受隨機因素影響,可能出現(xiàn)偽回歸現(xiàn)象,因此要進行平穩(wěn)性檢驗,表3所示的ADF(Augmented Dickey-Fuller test)平穩(wěn)性檢驗結(jié)果,表明交通、環(huán)境和經(jīng)濟各子系統(tǒng)的時間面板數(shù)據(jù)均在5%的顯著性水平上平穩(wěn),所以交通、環(huán)境、經(jīng)濟各子系統(tǒng)發(fā)展水平均為平穩(wěn)序列。滯后階數(shù)如表4所示,其中LogL(Log Likelihood)為對數(shù)似然函數(shù)值;LR(Sequential Modified LR Test Statistic)為順序修改的LR檢驗統(tǒng)計量;FPE(Final Prediction Error)為最終預(yù)報誤差;AIC(Akaike Information Criterion)為赤池信息準則,可以衡量統(tǒng)計模型擬合優(yōu)良性;SC(Schwarz Information Criterion)為施瓦茲準則,通過比較不同分布滯后模型的擬合優(yōu)度來確定合適的滯后期長度;HQ(Hannan-Quinn Information Criterion) 為Hannan-Quinn信息準則。在VAR模型中一般主要依據(jù)AIC和SC信息準則綜合確定階數(shù),當(dāng)AIC值和SC值同時達到最小選定最優(yōu)滯后階數(shù),表4中結(jié)果顯示LR、FPE、AIC、SC、HQ準則最優(yōu)值均在1階,故最優(yōu)滯后階數(shù)為1階,數(shù)據(jù)平穩(wěn),可以應(yīng)用VAR模型進行向量自回歸分析。
表2 交通-環(huán)境-經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)模型指標體系
應(yīng)用EViews進行VAR模型穩(wěn)定性檢驗,所有根模倒數(shù)值絕對值小于1,因此該VAR模型穩(wěn)定。
表3 ADF 檢驗結(jié)果
表4 滯后階數(shù)
2.2.3 格蘭杰因果檢驗
確定VAR模型穩(wěn)定后,進行格蘭杰因果檢驗[23]。其檢驗結(jié)果給出了不同子系統(tǒng)之間的 “預(yù)測能力”,即綜合考慮了某子系統(tǒng)過去信息的情況下,對目標系統(tǒng)的預(yù)測效果比原來更優(yōu),如文獻[17]所述,所考慮的子系統(tǒng)有助于解釋原變量的未來趨勢。但是如果檢驗結(jié)果顯示接受原假設(shè),并不代表解釋變量和被解釋變量不存在關(guān)系。
2.2.4 脈沖響應(yīng)分析和方差分解
脈沖響應(yīng)指在原系統(tǒng)上施加另一個變量,在未來時間里整個系統(tǒng)做出的響應(yīng),體現(xiàn)了耦合協(xié)調(diào)系統(tǒng)中某一個變量對其他變量的擾動程度。方差分解體現(xiàn)了某些子系統(tǒng)對目標系統(tǒng)的解釋力度,隨著方差分解值增大,對應(yīng)的子系統(tǒng)對目標系統(tǒng)的解釋程度越高。通過進行脈沖響應(yīng)分析和方差分解,表征三個子系統(tǒng)之間的相互解釋和影響程度,以進一步分析三個子系統(tǒng)之間的相互作用機理。
3.1.1 時序演變分析
根據(jù)選取的指標體系,運用式(3)、式(4)計算西北五省(區(qū))2000—2020年各子系統(tǒng)的評價值、耦合度和耦合協(xié)調(diào)度,結(jié)果如圖1所示。
圖1 西北五省(區(qū))交通-環(huán)境-經(jīng)濟各子系統(tǒng)及綜合發(fā)展指數(shù)
各子系統(tǒng)呈差異化提升趨勢,后期出現(xiàn)了較大波動,交通子系統(tǒng)發(fā)展相對滯后?!笆濉睍r期,隨著“一帶一路”互聯(lián)互通開放通道逐漸打開,多向連通的綜合運輸通道逐漸完備。2016年迎來了西北地區(qū)的交通大發(fā)展,平均增長率遠遠高于此前任何時期,也超過了另外兩個子系統(tǒng)。在2016年環(huán)境子系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)驟降的情況下,憑借交通的快速發(fā)展,維持了城市發(fā)展水平和耦合協(xié)調(diào)度的總體水平。2000—2020年,交通、環(huán)境和經(jīng)濟三個子系統(tǒng)的平均發(fā)展水平分別為0.26、0.43、0.27,三個子系統(tǒng)的發(fā)展水平存在明顯的差異性。從權(quán)重來看(見表2),交通子系統(tǒng)權(quán)重較低,對城市總體發(fā)展水平貢獻較小,在一定程度上說明了交通子系統(tǒng)制約了西北五省(區(qū))的發(fā)展。高質(zhì)量的交通子系統(tǒng)是實現(xiàn)各個城市之間互聯(lián)互通的基礎(chǔ),如果沒有強大的交通基礎(chǔ),城市群很難實現(xiàn)高質(zhì)量協(xié)調(diào)發(fā)展。從時間發(fā)展來看,耦合協(xié)調(diào)度和城市發(fā)展水平趨勢較為一致,除2019年之后受疫情影響,總體均呈上升趨勢,并且自2006年就已經(jīng)進入?yún)f(xié)調(diào)階段。西北五省(區(qū))的耦合協(xié)調(diào)度峰值出現(xiàn)在2017年,寧夏最高,甘肅最低。從地區(qū)角度看,如表5所示耦合協(xié)調(diào)度峰值出現(xiàn)在2016年,新疆平均水平最高,甘肅平均水平最低,從側(cè)面反映出西北五省(區(qū))之間與整體的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展差異依然較大。耦合協(xié)調(diào)度水平、城市發(fā)展水平與交通子系統(tǒng)水平呈現(xiàn)高度一致性,說明交通子系統(tǒng)的發(fā)展對于提升耦合協(xié)調(diào)度和城市發(fā)展水平具有重要意義。
3.1.2 空間分布特征
根據(jù)耦合協(xié)調(diào)度計算結(jié)果及等級劃分,選取2000—2020年中6個時間節(jié)點,對其空間演化情況進行可視化分析,結(jié)果如圖2所示(地圖引用自:中國地圖(自然資源部監(jiān)制),審圖號:GS(2016)1600)。
2000年,西北五省(區(qū))均處于中間過渡階段,2005年之后越來越多的省份轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)調(diào)提升類型,2011年均進入?yún)f(xié)調(diào)階段,2020年受疫情影響,耦合協(xié)調(diào)度出現(xiàn)下降情況。發(fā)展較好的省份集中在東南方位,甘肅省之外的其他四省均曾進入中級協(xié)調(diào)階段,但由于西北地區(qū)欠發(fā)達,總體發(fā)展水平并不高。結(jié)合西北五省(區(qū))耦合協(xié)調(diào)度,可以看出青海省耦合協(xié)調(diào)發(fā)展較為穩(wěn)定,新疆最先進入?yún)f(xié)調(diào)提升階段。2011年,五個省份全部達到耦合協(xié)調(diào)狀態(tài)。研究期內(nèi),空間區(qū)位上的耦合協(xié)調(diào)度演變穩(wěn)定性不強,前10 a時有瀕臨失調(diào)的情況發(fā)生,后10 a總體呈提升狀態(tài)但也時常趨勢走低,說明西北地區(qū)耦合協(xié)調(diào)度尚未達到穩(wěn)步提升狀態(tài),且交通-環(huán)境-經(jīng)濟耦合協(xié)調(diào)水平的提升到達一定瓶頸。發(fā)展較慢的城市的水平提升是突破瓶頸的關(guān)鍵因素,因此提升交通子系統(tǒng)發(fā)展水平具有重要意義。
表5 西北五省(區(qū))耦合協(xié)調(diào)度
圖2 西北五省(區(qū))耦合協(xié)調(diào)度空間演化
3.2.1 格蘭杰因果檢驗結(jié)果分析
應(yīng)用軟件EViews 8.0進行格蘭杰因果檢驗,結(jié)果如表6所示。交通和經(jīng)濟的發(fā)展對環(huán)境沒有預(yù)測能力,經(jīng)濟和環(huán)境的發(fā)展可以預(yù)測未來交通的變化趨勢,通過交通和環(huán)境的發(fā)展也可以預(yù)測經(jīng)濟的未來發(fā)展趨勢,即綜合考慮環(huán)境和經(jīng)濟的影響,預(yù)測交通子系統(tǒng)未來的發(fā)展情況會更符合實際情況,對于預(yù)測經(jīng)濟未來發(fā)展情況,環(huán)境和交通子系統(tǒng)的影響也比較顯著,所以建立VAR模型有意義。
表6 格蘭杰因果檢驗結(jié)果
3.2.2 脈沖響應(yīng)和方差分解結(jié)果分析
應(yīng)用軟件EViews 8.0進行脈沖分析,結(jié)果如圖3(a)~(c)所示。由圖3(a)可以看出,交通子系統(tǒng)在第4期之前總體對環(huán)境子系統(tǒng)呈負向擾動且波動較大,在第6期之后對環(huán)境子系統(tǒng)影響逐漸消失,由圖3(b)可以看出環(huán)境子系統(tǒng)對交通子系統(tǒng)的作用一直呈正向,交通的發(fā)展會給環(huán)境子系統(tǒng)帶來壓力,但環(huán)境子系統(tǒng)為交通子系統(tǒng)的發(fā)展提供了良好的基礎(chǔ)。解決交通與環(huán)境二者之間的發(fā)展矛盾,對于其自身和城市群整體的良性發(fā)展有至關(guān)重要的意義。對比圖3(b)和圖3(c)發(fā)現(xiàn),交通子系統(tǒng)與經(jīng)濟子系統(tǒng)之間也存在一定的矛盾,交通子系統(tǒng)在最開始對經(jīng)濟子系統(tǒng)有短暫的負向作用,而經(jīng)濟子系統(tǒng)對交通子系統(tǒng)一直呈較強的積極影響。由圖3(a)和圖3(c)可以看出,經(jīng)濟和環(huán)境之間的相互作用一直呈積極狀態(tài),環(huán)境子系統(tǒng)對經(jīng)濟的正向作用更強,說明環(huán)境的高質(zhì)量穩(wěn)步發(fā)展為產(chǎn)業(yè)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ),必然會促進經(jīng)濟的穩(wěn)步增長。交通子系統(tǒng)對本身的擾動最開始非常巨大,在短時間內(nèi)迅速下降至負向干擾并波動,直至第5期之后趨于平穩(wěn)。
圖3 脈沖響應(yīng)和方差分解結(jié)果
從全局來看,經(jīng)濟和環(huán)境沖擊造成的響應(yīng)基本呈正向,環(huán)境對另外兩個子系統(tǒng)干擾相對較大,交通對其他子系統(tǒng)的影響最不穩(wěn)定,存在消極、積極作用互相轉(zhuǎn)化的情況,其自身與其他發(fā)展因素之間的互動機制浮動性較強,將消極作用轉(zhuǎn)化為積極作用,形成良好互動機制以長期維持交通子系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展是提升西北五省(區(qū))耦合協(xié)調(diào)度的關(guān)鍵之一。
3.2.3 方差分解結(jié)果分析
應(yīng)用軟件EViews 8.0進行方差分解,結(jié)果如圖3(d)~(f)所示。另外兩個子系統(tǒng)對環(huán)境子系統(tǒng)的解釋力度較小,說明環(huán)境主要依靠自身調(diào)節(jié)。結(jié)合脈沖分析結(jié)果,要想提升環(huán)境子系統(tǒng)的發(fā)展水平,應(yīng)該提升經(jīng)濟對其正向調(diào)節(jié)作用,增強交通子系統(tǒng)對環(huán)境子系統(tǒng)的正向調(diào)節(jié)作用。對于交通子系統(tǒng)而言,經(jīng)濟和環(huán)境子系統(tǒng)具有近百分之五十的解釋力度,而經(jīng)濟和環(huán)境對其一直為積極影響,因此交通子系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵是自身的穩(wěn)定向好發(fā)展。對于經(jīng)濟子系統(tǒng),在第2期之前,自身解釋力度占絕對地位,但隨著時間推移,環(huán)境對其解釋力度大幅增長,超過了50%,說明要想發(fā)展經(jīng)濟,首先必須保護生態(tài)環(huán)境,環(huán)境子系統(tǒng)的發(fā)展是經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ),交通對其解釋力度較弱,說明交通并沒有承擔(dān)起城市之間經(jīng)濟互聯(lián)互通的作用,因此交通子系統(tǒng)有待進一步優(yōu)化和發(fā)展。
文中應(yīng)用耦合協(xié)調(diào)模型和VAR模型,對西北五省(區(qū))耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平時空演變以及交通-環(huán)境-經(jīng)濟的相互作用機制進行分析,得出以下結(jié)論:
1)交通子系統(tǒng)的發(fā)展趨勢與西北五省(區(qū))的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展趨勢呈現(xiàn)高度一致性;
2)交通子系統(tǒng)對環(huán)境和經(jīng)濟子系統(tǒng)都存在消極影響,對系統(tǒng)整體積極作用不強,因此加快交通子系統(tǒng)對其他子系統(tǒng)從消極影響到積極影響的轉(zhuǎn)變是提升西北地區(qū)整體發(fā)展水平和耦合協(xié)調(diào)水平的重中之重;
3)交通的發(fā)展更加側(cè)重于依賴交通自身發(fā)展趨勢和基本情況,在經(jīng)濟互聯(lián)互通方面的作用有待于進一步加強。
4)構(gòu)建高質(zhì)量交通網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通體系是實現(xiàn)西北五省(區(qū))交通、環(huán)境、經(jīng)濟子系統(tǒng)高質(zhì)量耦合協(xié)調(diào)的必經(jīng)之路。