環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時空格局演變及其障礙因素研究

侯純光，程 鈺，任建蘭，陳延斌

(山東師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，中國 濟(jì)南 250014)

環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時空格局演變及其障礙因素研究

侯純光，程 鈺，任建蘭，陳延斌

(山東師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，中國 濟(jì)南 250014)

基于城市脆弱性概念與內(nèi)在機(jī)制解析，構(gòu)建城市脆弱性評估指標(biāo)體系，運(yùn)用狀態(tài)空間法測度2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性以及城市經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)脆弱性.結(jié)合GIS空間分析技術(shù)、變異系數(shù)、基尼系數(shù)探討環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時空格局演變特征，并運(yùn)用障礙度模型分析環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性演變的障礙因素.研究得出以下結(jié)論：(1)環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性總體呈下降趨勢，脆弱性指數(shù)從2000年的0.718下降到2013年的0.398，經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的脆弱性逐漸降低；(2)環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性在空間分布上呈現(xiàn)由大差距高脆弱性向小差距低脆弱性演變的趨勢，高脆弱性城市主要集中在環(huán)渤海地區(qū)的北部和西南部等地區(qū)，山東半島、遼寧半島及京津地區(qū)城市的脆弱性較低；(3)影響環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性演變的主要障礙因素依次為治理措施、經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新、社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)規(guī)模，障礙度分別為32.27，30.84，20.11和16.78.研究結(jié)果為環(huán)渤海地區(qū)城市實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供決策參考.

城市脆弱性；綜合評價；障礙因素；環(huán)渤海地區(qū)

脆弱性是全球面臨的一個現(xiàn)實(shí)問題，解決發(fā)展的脆弱性是實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要保障[1].城市脆弱性來源于自然災(zāi)害有關(guān)脆弱性的研究[2]，得到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注與重視，成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)問題.作為脆弱性研究領(lǐng)域中一個重要的組成部分，同時由于我國城市面臨越來越大的資源環(huán)境壓力，使我國城市脆弱性問題更加突出與復(fù)雜.因此，在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)、生態(tài)文明建設(shè)、新型城鎮(zhèn)化、綠色化等國家發(fā)展戰(zhàn)略背景下，亟需開展對城市脆弱性研究，以期減緩和遏制我國城市脆弱性的進(jìn)一步惡化，避免城市病大規(guī)模爆發(fā).城市脆弱性研究對我國加快推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)全面協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論和實(shí)踐運(yùn)用價值.

國內(nèi)外學(xué)者對城市脆弱性開展了諸多研究，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：(1)對城市脆弱性概念、內(nèi)涵、分析框架等基礎(chǔ)理論研究，如方創(chuàng)琳等認(rèn)為城市脆弱性是城市發(fā)展過程中抵抗資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等內(nèi)外部要素干擾的應(yīng)對能力[3-4]，馮振環(huán)等認(rèn)為城市脆弱性是城市可持續(xù)發(fā)展的一種度量[5]；(2)對特殊類型城市諸如資源型城市[6-8]、濱海城市[9]、旅游城市[10-11]、綠洲城市[12-13]等城市脆弱性研究；(3)對城市脆弱性驅(qū)動因子及規(guī)避措施的研究，如李麗娜等認(rèn)為城市脆弱性變化的主要驅(qū)動因子包括城市土地利用、人口增長、環(huán)境污染等[14]，程林等認(rèn)為城市規(guī)劃和建設(shè)應(yīng)注重對城市脆弱性的分析[15]；(4)對城市脆弱性開展定量測度研究如城市綜合脆弱性[16-17]、城市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)脆弱性[18-20]、城市社會子系統(tǒng)脆弱性[21-23]、城市生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)脆弱性[24-26]，評價方法主要有：線性加權(quán)求和法(WLC)[27]、函數(shù)模型法[28]、狀態(tài)空間法[29]、情景分析法[30]、集對分析法[29]、數(shù)據(jù)包絡(luò)法[31]等.通過梳理文獻(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)：大多研究只是從全國或某一單個城市的經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)等單一角度評價城市脆弱性，對區(qū)域性的城市群的綜合脆弱性研究有待進(jìn)一步深入.

圖1 研究區(qū)示意圖Fig.1 The location of the studied area

環(huán)渤海地區(qū)位于我國華北、東北、西北3大區(qū)域結(jié)合部，包括3省兩市，即北京市、天津市、山東省、河北省和遼寧省(圖1)，是我國經(jīng)濟(jì)增長和轉(zhuǎn)型升級新引擎.環(huán)渤海地區(qū)面臨 “大城市病”突出，大中小城市發(fā)展不協(xié)調(diào)，城市體系和空間布局亟待優(yōu)化、環(huán)境承載能力接近上限、區(qū)域城鄉(xiāng)發(fā)展不平衡等諸多問題和挑戰(zhàn).基于此，研究以環(huán)渤海地區(qū)這一特殊區(qū)域?yàn)檠芯繂卧?，根?jù)城市脆弱性的敏感性、適應(yīng)性、應(yīng)對力、恢復(fù)力等多種概念集合的特點(diǎn)，構(gòu)建涵蓋城市經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境等綜合評價城市脆弱性的指標(biāo)體系具有重要意義.

1 城市脆弱性的概念與內(nèi)在機(jī)制

1.1 城市脆弱性的概念

城市脆弱性是影響城市可持續(xù)發(fā)展的核心問題之一，是城市“人—地”系統(tǒng)特殊性的表現(xiàn)形式，城市脆弱性是對城市可持續(xù)發(fā)展能力的一種綜合度量，是指城市發(fā)展過程中受到自然和人為因素共同影響下，城市經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境等遭到破壞，超出了城市自我恢復(fù)能力，嚴(yán)重制約城市的可持續(xù)發(fā)展.粗放的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，過大的人口壓力等都有可能使城市的“人—地”系統(tǒng)發(fā)生改變，超出城市承受范圍，各種城市病集中爆發(fā)，最終導(dǎo)致城市進(jìn)入脆弱狀態(tài).根據(jù)對城市脆弱性概念的理解，研究將城市視為一個由經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)耦合而成的復(fù)合系統(tǒng).城市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)脆弱性受城市經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效率及經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新脆弱性的綜合影響；城市社會子系統(tǒng)脆弱性受城市社會生活、社會服務(wù)及社會進(jìn)步脆弱性的綜合影響；城市生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)脆弱性受城市人類壓力、污染壓力及治理措施脆弱性的綜合影響.

1.2 城市脆弱性的內(nèi)在機(jī)制

圖2 城市經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境脆弱性的相互作用機(jī)制Fig.2 The interaction mechanism of urban economy,society and eco-environment vulnerability

城市脆弱性的理論前提是城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的共生性，由此也決定了3個子系統(tǒng)間復(fù)雜的交互作用，既有正向的交互機(jī)制也有負(fù)向的交互機(jī)制.基于城市經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)共生性與交互機(jī)制，研究構(gòu)建“三圈模型”對城市脆弱性進(jìn)行內(nèi)在機(jī)制分析.該模型包括城市經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境3個子系統(tǒng)(圖2).(1)從城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的正向交互機(jī)制來看，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，而經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可以為改善生態(tài)環(huán)境提供資金支持；兩者的負(fù)向交互機(jī)制體現(xiàn)為：經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)如果對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生了過度的負(fù)外部性，自然系統(tǒng)將失去對經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的支持作用，甚至產(chǎn)生破壞性作用.(2)從城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與城市社會系統(tǒng)的正向交互關(guān)系來看，經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可為社會系統(tǒng)提供就業(yè)崗位與各種必需品，社會系統(tǒng)可為經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)提供勞動力和制度保障.從兩者的負(fù)向交互機(jī)制來看，經(jīng)濟(jì)發(fā)展成果如若分配不均，將會引起社會沖突，而社會的不安定將會抑制經(jīng)濟(jì)發(fā)展.(3)從城市生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)與城市社會系統(tǒng)的正向交互關(guān)系來看，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是社會系統(tǒng)的自然基礎(chǔ)，而社會系統(tǒng)可以通過社會進(jìn)步改善生態(tài)環(huán)境；從兩者的負(fù)向交互關(guān)系來看，社會環(huán)境意識弱會加劇生態(tài)環(huán)境危機(jī)，而生態(tài)環(huán)境惡化會加大社會系統(tǒng)的脆弱性.

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系與數(shù)據(jù)來源

遵循指標(biāo)選取的科學(xué)性、系統(tǒng)性、全面性、合理性和可獲得性等原則，構(gòu)建環(huán)渤海地區(qū)涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境3個子系統(tǒng)的城市脆弱性評價指標(biāo)體系(表1).根據(jù)前述城市脆弱性的內(nèi)涵要求，對每個子系統(tǒng)脆弱性指數(shù)分別從敏感性和應(yīng)對能力兩方面進(jìn)行指標(biāo)的選擇確立，具體包括10類要素，其中敏感性包括經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效率、社會生活、社會服務(wù)、人類壓力和污染壓力等6類要素，應(yīng)對能力包括經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新、社會進(jìn)步和治理措施等4類要素，指標(biāo)層則是代表敏感性和應(yīng)對能力的具體測度指標(biāo).

本文選取了環(huán)渤海地區(qū)44個地級以上的城市為研究對象，包括北京市、天津市、山東省17個地市、河北省11個地市和遼寧省14個地市.研究所需要的數(shù)據(jù)主要來自2001—2014年《中國城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《北京市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《天津市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《河北省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《遼寧省統(tǒng)計(jì)年鑒》、各地市2001—2014年的統(tǒng)計(jì)年鑒、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報和環(huán)境公報.

表1 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性測度指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)權(quán)重確定

確定指標(biāo)權(quán)重的方法主要有層次分析法、專家評分法、主成分析法和熵權(quán)法等主客觀賦權(quán)法.熵權(quán)法由于其適應(yīng)性強(qiáng)，相對那些主觀賦值法，精度較高，客觀性更強(qiáng)，能夠更好的解釋所得到的結(jié)果，被經(jīng)濟(jì)社會領(lǐng)域的學(xué)者廣泛應(yīng)用.研究采用熵權(quán)法確定環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性測度指標(biāo)體系指標(biāo)層權(quán)重系數(shù)，計(jì)算過程如下：

(1)對涵蓋44個城市的多維面板數(shù)據(jù)采用離差標(biāo)準(zhǔn)化的方法進(jìn)行無量綱化處理；

2.3 城市脆弱評估模型

從城市是由經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境3個子系統(tǒng)耦合而成的復(fù)合系統(tǒng)出發(fā)，采用加權(quán)求和法測度城市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)脆弱性指數(shù)(urbaneconomicvulnerabilityindex,UECVI)、城市社會子系統(tǒng)脆弱性指數(shù)(urban society vulnerability index,USOVI)和城市生態(tài)環(huán)境脆弱性指數(shù)(urban environment vulnerability index,UENVI)，采用狀態(tài)空間法計(jì)算城市脆弱性指數(shù)(urban vulnerability index,UVI)：

(1)

式中，w1，w2，w3分別表示UECVI，USOVI和UENVI的權(quán)重.

城市各子系統(tǒng)脆弱性指數(shù)模型：

UECVI=α1·EScVI+α2·EStVI+α3·EFfVI+α4·EInVI，

(2)

USOVI=β1·SLiVI+β2·SSeVI+β3·SPrVI，

(3)

UENVI=δ1·HStVI+δ2·PPrVI+δ3·RMeVI，

(4)

式中，EScVI，EStVI，EFfVI和EInVI分別代表經(jīng)濟(jì)規(guī)模、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)效率及經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新脆弱性指數(shù)，α1，α2，α3和α4分別代表EScVI，EStVI，EFfVI和EInVI的權(quán)重；SLiVI，SSeVI和SPrVI分別代表社會生活、社會服務(wù)及社會進(jìn)步脆弱性指數(shù)，β1，β2和β3分別代表SLiVI，SSeVI和SPrVI的權(quán)重；HStVI，PPrVI和RMeVI分別代表人類壓力、污染壓力及治理措施脆弱性指數(shù)，δ1，δ2和δ3分別代表HStVI，PPrVI和RMeVI的權(quán)重.

3 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性演變特征

3.1 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時序演變特征

3.1.1 環(huán)渤海地區(qū)城市經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境脆弱性時序演變特征 2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)城市經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的脆弱性逐漸降低(圖3)，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)的脆弱性總體上呈波動迅速下降的趨勢，從2000年的0.673下降到2013年的0.305，但是在2003年和2008年出現(xiàn)反復(fù)，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)脆弱性指數(shù)均比上一年有所升高.環(huán)渤海地區(qū)城市的經(jīng)濟(jì)規(guī)模逐漸擴(kuò)大、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)逐漸優(yōu)化、科技創(chuàng)新能力顯著增強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效率逐漸提高，這些變化使城市經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)脆弱性逐漸減低；社會子系統(tǒng)脆弱性變化趨勢可分為兩個階段：第一階段(2000—2007年)，城市社會子系統(tǒng)脆弱性指數(shù)下降較快，從2000年的0.727下降到2007年的0.524，第二階段(2008—2013年)，城市社會子系統(tǒng)脆弱性變化緩慢，個別年份還有升高.這一階段隨著環(huán)渤海地區(qū)城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口開始向城市大量聚集，城市公共文化、醫(yī)療衛(wèi)生、教育、民生科技等建設(shè)有待進(jìn)一步完善，社會進(jìn)步脆弱性、社會服務(wù)脆弱性及社會生活脆弱性變化緩慢；生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)脆弱性的演變大致可以分為兩個階段：第一階段(2000—2006年)，環(huán)渤海地區(qū)城市生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的脆弱性呈現(xiàn)波動上升的趨勢，從2000年0.766升高到2006年的0.796，第二階段(2007—2013年)，這一階段環(huán)渤海地區(qū)加大了環(huán)境治理的力度使環(huán)渤海地區(qū)城市生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)的脆弱性明顯減弱，從2007年0.755下降到2013年的0.471.

3.1.2 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時序演變特征 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性總體呈下降趨勢(圖3)，根據(jù)城市脆弱性指數(shù)變化的特點(diǎn)，可將其分為兩個階段：第一階段(2000—2007年)，這階段城市脆弱性指數(shù)下降較緩慢，從2000年的0.718下降到2007年的0.594，平均每年下降0.018.由于這一階段環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式是以高資源消耗、高污染排放、高碳排放為基本特征的黑色發(fā)展模式，導(dǎo)致環(huán)渤海地區(qū)出現(xiàn)嚴(yán)重的環(huán)境污染和生態(tài)危機(jī)，城市社會子系統(tǒng)方面，由于環(huán)渤海地區(qū)城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)導(dǎo)致人口向城市迅速聚集，人口壓力較大，這些原因促使這一階段環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性指數(shù)較高且變化緩慢；第二階段(2008—2013年)，這階段環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性指數(shù)從2008年的0.616下降到2013年的0.398，較2008年下降了35.39%.在這一階段隨著環(huán)渤海地區(qū)低碳經(jīng)濟(jì)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)等綠色經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，綠色城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，使環(huán)渤海地區(qū)城市在經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境方面大為改善，城市脆弱性指數(shù)下降較快.2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)低脆弱性和較低脆弱性城市所占比例迅速上升，分別從2000年的2.3%和6.8%上升到2013年的32.4%和50.2%，其中2013年低脆弱性城市個數(shù)是2000年的14倍(圖4).高脆弱性、較高脆弱性和中脆弱性城市所占比例迅速減少，說明環(huán)渤海地區(qū)城市發(fā)展和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)取得快速發(fā)展，環(huán)渤海地區(qū)城市的可持續(xù)發(fā)展能力得到加強(qiáng).

圖3 2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性變化趨勢圖Fig.3 The trend of vulnerability of urban in Bohai Sea ring area in 2000—2013

圖4 2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)各類型脆弱性城市所占比例Fig.4 Various types of the proportion of urban vulnerability in Bohai Sea ring area in 2000—2013

3.2 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性空間演變特征

3.2.1 環(huán)渤海地區(qū)城市經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境脆弱性空間分異特征 環(huán)渤海地區(qū)城市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)脆弱性較低的城市主要集中在京津及山東半島和遼寧半島地區(qū)，有北京、天津、石家莊、沈陽、大連、濟(jì)南、青島、煙臺等16個城市；經(jīng)濟(jì)脆弱性較高的城市主要分布在冀魯交界地區(qū)和內(nèi)蒙古與遼寧和河北的交界地區(qū)，有鐵嶺、阜新、承德、衡水、德州、東營等9個城市，主要由于這兩大區(qū)域的城市經(jīng)濟(jì)效率較低，經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新等級較低，高污染高耗能產(chǎn)業(yè)較多.環(huán)渤海地區(qū)城市社會脆弱性呈現(xiàn)北高南低的空間格局特征，社會脆弱性較高的城市主要集中在冀北、遼北、遼西等地，有本溪、撫順、錦州、阜新、朝陽、承德等6個城市，由于這些地區(qū)城市的社會生活、社會服務(wù)、社會進(jìn)步等滯后于經(jīng)濟(jì)發(fā)展；社會脆弱性較低的城市主要分布在遼寧、冀南、魯東、魯中等地，有北京、天津、大連、沈陽、濟(jì)南、青島、煙臺等20個城市，主要由于這些城市經(jīng)濟(jì)規(guī)模不斷增大，城市基礎(chǔ)設(shè)施投資和城市維護(hù)建設(shè)基金投入不斷增加，城市公共文化、醫(yī)療衛(wèi)生、教育、民生科技等建設(shè)日益完善，人民生活水平不斷提高，社會脆弱性迅速降低.環(huán)渤海地區(qū)城市生態(tài)環(huán)境脆弱性空間差異較大，河北省大部分城市生態(tài)環(huán)境脆弱性等級較高，其次是魯西、魯北、遼中、遼北等地，主要由于這些地區(qū)人口密度較大、城市化率較低、人類壓力脆弱性等級較高，長期粗放的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式使環(huán)境污染的負(fù)外部性對生產(chǎn)、生活的破壞性較大.生態(tài)環(huán)境脆弱性較低的城市有北京、天津、大連、營口、青島、煙臺、威海等10個城市，主要因?yàn)檫@些城市城市化率較高，注重綠色發(fā)展，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的負(fù)外部性較小，環(huán)境規(guī)制效率較高(圖5).

圖5 2013年環(huán)渤海地區(qū)城市經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境脆弱性空間分異示意圖Fig.5 The spatial differentiation of urban economy,society and eco-environment vulnerability in 2013

3.2.2 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性空間演變特征 結(jié)合2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)各城市脆弱性指數(shù)并運(yùn)用相關(guān)公式計(jì)算得出環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性極差、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和基尼系數(shù)(表2).從城市脆弱性指數(shù)的極差來看，環(huán)渤海地區(qū)各城市脆弱性的差距呈現(xiàn)先增大后縮小的特點(diǎn)，2005年極差為0.532達(dá)到峰值，而后慢慢縮小，到2013年極差降為0.297.城市脆弱性指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差從2000年的0.071上升到2005年的0.086而后又降到2013年的0.036，說明環(huán)渤海地區(qū)各城市脆弱性的絕對差異也是呈現(xiàn)先增大后縮小的趨勢.變異系數(shù)從2000年的0.172降到2013年的0.121，說明環(huán)渤海地區(qū)各城市脆弱性的相對差異總體上在變小.基尼系數(shù)從2000的0.216升高到2005年的0.504而后降到2013年的0.321，進(jìn)一步印證了標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)等表明的環(huán)渤海地區(qū)各城市之間的脆弱性由2005年以前的高脆弱性、大差距朝著低脆弱性、小差距發(fā)展.

表2 2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性極差、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和基尼系數(shù)

2000—2013年環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性在空間分布上呈現(xiàn)由大差距高脆弱性向小差距低脆弱性演變的趨勢(圖6).2000年城市脆弱性屬于高脆弱性等級的城市主要集中在環(huán)渤海地區(qū)的西北和西南地區(qū)，主要有阜新、朝陽、承德、張家口、邯鄲、邢臺、德州、聊城、菏澤等19個城市，聊城的脆弱性指數(shù)最高，達(dá)到0.511，主要因?yàn)檫@些地區(qū)人口較多，人地矛盾尖銳，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后，社會發(fā)展水平較低，資源型城市較多，生態(tài)環(huán)境壓力大，脆弱性較高.低脆弱性等級城市只有北京市1個，脆弱性指數(shù)為0.292，較低脆弱性等級城市主要有天津、濟(jì)南、青島、沈陽、大連等5個城市，這與這些城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，城市基礎(chǔ)設(shè)施、公共服務(wù)設(shè)施等較為完善，生態(tài)環(huán)境壓力較小等有關(guān).2013年環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性空間上呈現(xiàn)比較均衡的態(tài)勢，無高脆弱性等級和較高脆弱性等級的城市，中等脆弱性等級的城市主要有邢臺、承德、阜新、錦州、本溪等5個城市，屬于較低脆弱性等級的城市占環(huán)渤海地區(qū)城市總數(shù)的52.27%，主要有石家莊、唐山、秦皇島、營口、撫順、葫蘆島、日照、濰坊、泰安等23個城市，低脆弱性等級的城市主要有北京、天津、濟(jì)南、青島、沈陽、大連等16個城市，占城市總數(shù)的36.36%，主要因?yàn)榻陙憝h(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不斷得到優(yōu)化，創(chuàng)新驅(qū)動逐漸增強(qiáng)，城鎮(zhèn)化水平和質(zhì)量進(jìn)一步提升，社會迅速發(fā)展，生態(tài)赤字逐漸縮小.

圖6 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性空間格局演變圖Fig.6 The spatial pattern evolution of urban vulnerability in Bohai Sea ring area

4 環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性障礙因素分析

在城市脆弱性綜合評價的基礎(chǔ)上，確定城市脆弱性的障礙因素，對降低城市脆弱性行為與政策進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，從而有效地降低城市的脆弱性，實(shí)現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo).因此為實(shí)現(xiàn)環(huán)渤海地區(qū)城市的可持續(xù)發(fā)展，需要對其城市脆弱性進(jìn)行障礙性因素診斷.因障礙度模型能夠很好診斷制約城市脆弱性應(yīng)對能力提高的因素，研究采用障礙度模型對環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性演變的障礙因素進(jìn)行診斷，具體公式如下：

(5)

Ai=∑Oi,j.

(6)

式中：Oi為研究指標(biāo)城市脆弱性演變的障礙度；wi為指標(biāo)權(quán)重；yi為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化值；n為城市經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)脆弱性、社會子系統(tǒng)脆弱性和生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)脆弱性應(yīng)對能力指標(biāo)總個數(shù)；Ai為城市脆弱性應(yīng)對能力要素層指標(biāo)的障礙度.

按照影響環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性演變的因素的障礙度大小排列順序，主要障礙因素依次為建成區(qū)綠化覆蓋率、R&D人員數(shù)量、GDP、R&D投入占GDP的比重、人均綠地面積、財政科技支出比重、大中型企業(yè)R&D支出、財政教育支出比重、萬人大學(xué)生數(shù)、工業(yè)污染治理投資占GDP比重、財政收入、固定資產(chǎn)投資(表3).由影響城市脆弱性因素的障礙度大小可見擴(kuò)大建成區(qū)綠化覆蓋率、加強(qiáng)R&D人才隊(duì)伍建設(shè)、增加對R&D的投入比重、擴(kuò)大人均綠的面積以及增加財政科技支出的比重是提高環(huán)渤海地區(qū)各城市脆弱性應(yīng)對能力的最根本途徑.按照環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性要素層指標(biāo)障礙度大小的排列順序，主要障礙因素依次為治理措施脆弱性、經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新脆弱性、社會進(jìn)步脆弱性、經(jīng)濟(jì)規(guī)模脆弱性，障礙度分別為32.27，30.84，20.11和16.78.有效地降低環(huán)渤海地區(qū)的城市脆弱性，需要增強(qiáng)城市脆弱性應(yīng)對措施的強(qiáng)度、提高城市創(chuàng)新能力、提高社會進(jìn)步的速度，但同時還需要保障城市經(jīng)濟(jì)在新常態(tài)下健康穩(wěn)步發(fā)展.

表3 2013年環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性應(yīng)對能力指標(biāo)障礙因素排序

5 結(jié)論與討論

環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時空格局演變，不僅取決于各城市自身治理措施、經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新、社會進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)規(guī)模等主要障礙因素的優(yōu)化，也與環(huán)渤海地區(qū)發(fā)展的整體外部環(huán)境有關(guān)，區(qū)域發(fā)展理念、國家戰(zhàn)略規(guī)劃、區(qū)域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、空間布局優(yōu)化、環(huán)境政策設(shè)計(jì)、創(chuàng)新制度體系等因素通過作用于微觀層面進(jìn)而反映到宏觀層面，從不同方面作用于環(huán)渤海地區(qū)城市的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、社會系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，從而使城市脆弱性發(fā)生改變，微觀層面的城市脆弱性促使宏觀層面的環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時空格局動態(tài)演變.

研究從城市經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)環(huán)境3方面對城市脆弱性概念、內(nèi)在機(jī)制進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上對環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性進(jìn)行測度分析，但由于數(shù)據(jù)資料的限制，研究僅探究環(huán)渤海地區(qū)44個地級及其以上的城市脆弱性時空格局演變，并沒有開展縣級市城市脆弱性時空格局演變研究；在環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性評價指標(biāo)體系構(gòu)建上，研究選取了32個代表性指標(biāo)，但是不夠具體.今后還應(yīng)繼續(xù)收集相關(guān)數(shù)據(jù)資料，研究環(huán)渤海地區(qū)縣級市城市脆弱性時空格局演變；在掌握豐富數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，構(gòu)建更加具體化的指標(biāo)體系評價環(huán)渤海地區(qū)城市脆弱性時空格局演變.

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(編輯 HWJ)

Studies on Spatial Temporal Pattern Evolution and Barrier Factors of Urban Vulnerability in Bohai Sea Ring Area

HOUChun-guang,CHENGYu,RENJian-lan*，CHENYan-bin

(College of Geography and Environment Sciences,Shandong Normal University,Jinan 250014,China)

Based on the analysis of the concept and mechanism of the urban vulnerability,we construct urban vulnerability assessment index system.The state space method is adopted to measure the urban vulnerability and urban economy,society and ecological environment subsystems’ vulnerability in Bohai Sea ring area from 2000 to 2013.Urban vulnerability temporal and spatial evolution characteristics in Bohai Sea ring area are analyzed by combining GIS spatial analysis technology,coefficient of variation and Gini coefficient.Obstacle degree model is applied to analyze the obstacle factors and driving mechanism of urban vulnerability in Bohai Sea ring area.The research draws the following conclusions:(1)The urban vulnerability showed a downward trend in Bohai Sea ring area,the vulnerability index decreased from 0.718 to 0.398 during 2000—2013,the urban economy,society and the ecological environment sub systems’ vulnerability gradually decreased in Bohai Sea ring area;(2)The spatial distribution of the urban vulnerability evolutes from the large gap between the high vulnerability to the small gap between the low vulnerability.High urban vulnerability mainly concentrated in northern and southwestern far inland from Bohai Sea,while the vulnerability of the coastal cities are relatively low; (3)The main obstacle factors that affect the urban vulnerability are governance measures,economic innovation,social progress,economic scale,with degree of obstructions 32.27,30.84,20.11,16.78,respectively.The research results can provide decision reference for the sustainable development of cities in Bohai Sea ring area.

urban vulnerability; comprehensive evaluation; obstacle factors; Bohai Sea ring area

10.7612/j.issn.1000-2537.2017.01.001

2015-05-20

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41501124；41571525)；山東省然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(ZR2015DQ008)；山東省高等學(xué)?？萍加?jì)劃資助項(xiàng)目(J15LH07)

* 通訊作者,E-mail：renjianlan@sina.com

F127

A

1000-2537(2017)01-0001-09