基于投影尋蹤模型的中原經(jīng)濟(jì)區(qū)社會經(jīng)濟(jì)－資源環(huán)境耦合研究

蔡文春 張竟竟

摘要：綜合運(yùn)用投影尋蹤模型和協(xié)調(diào)度模型，對中原經(jīng)濟(jì)區(qū)社會經(jīng)濟(jì)—資源環(huán)境系統(tǒng)耦合度進(jìn)行評價。結(jié)果表明，1995—2013年，兩個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性在提升，2008年耦合度達(dá)到0.5以上。從空間分異來看，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)協(xié)調(diào)性整個呈現(xiàn)西北高、東南相對較低的空間分異特征。部分城市因?yàn)槟硞€子系統(tǒng)水平較低而制約了整體協(xié)調(diào)性的提升。分析表明中原經(jīng)濟(jì)區(qū)必須走可持續(xù)發(fā)展道路，摒棄那種資源掠奪式的發(fā)展方式，在資源環(huán)境的承載范圍之內(nèi)發(fā)展復(fù)合型生態(tài)城市。

關(guān)鍵詞：中原經(jīng)濟(jì)區(qū);投影尋蹤模型;耦合度;社會經(jīng)濟(jì);資源環(huán)境

中圖分類號：F121.3? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2018）21-0156-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.040? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

On the Coordination Between Social Economy and Resource Environment of Central Plains Economic Zone Based on Projection Pursuit Model

CAI Wen-chun1，ZHANG Jing-jing2

（1.Department of Economy and Management，Sichuan Information Technology College，Guangyuan 628017，Sichuan，China;

2.School of Economics and Management，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450000，China）

Abstract： The coordination degree between social economy and resource environment system in CPER was evaluated based on the projection pursuit model. Results showed that， in the last twenty years from 1995 to 2013，the coordination between two subsystems was improved，and the coordination degree in 2018 was over 0.5.From the aspect of spatial differentiation，the coordination presented a characteristic of higher in northwest than in southeast in CPER. The low level of one subsystem in some cities restricted the improvement of the overall coordination. The analysis indicated that the Central Plains Economic Zone should take a path of sustainable development，abandon the development mode through plundering recourses，and develop the complex ecological cities within the carrying capacity of resource environment.

Key words： central plains economic zone;projection pursuit model;coordination degree;social economy;resource environment

改革開放以來，中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展大大提高了人們的物質(zhì)生活水平，然而，20世紀(jì)90年代以來，各種自然災(zāi)害頻發(fā)，資源環(huán)境問題日益凸顯。不節(jié)制的資源開發(fā)活動導(dǎo)致了生態(tài)系統(tǒng)失衡，出現(xiàn)了環(huán)境污染、人口膨脹、能源緊張等問題。黨的十八大以來，從中央到地方，堅決向污染宣戰(zhàn)已成為普遍共識。黨中央、國務(wù)院出臺了《關(guān)于加快推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》，對生態(tài)文明建設(shè)和生態(tài)環(huán)境保護(hù)做出了戰(zhàn)略部署。生態(tài)環(huán)境問題的實(shí)質(zhì)是發(fā)展方式問題，關(guān)鍵是要把握好資源環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系。在當(dāng)前生態(tài)文明戰(zhàn)略的指引下，運(yùn)用新的思想理念和方法開展資源環(huán)境—社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的耦合效應(yīng)研究，旨在揭示系統(tǒng)發(fā)展的軌跡和成因。

1? 研究區(qū)域概況

中原經(jīng)濟(jì)區(qū)（CPER）是以鄭汴洛都市區(qū)為核心、以中原城市群為支撐、涵蓋河南全省延及周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)區(qū)域，其地處中國中心地帶，是全國主體功能區(qū)明確的重點(diǎn)開發(fā)區(qū)域，地理位置重要、交通發(fā)達(dá)、市場潛力巨大、文化底蘊(yùn)深厚，在全國改革發(fā)展大局中具有重要戰(zhàn)略地位。該經(jīng)濟(jì)區(qū)包括河南18個地級市、10個省直管縣（市）及山東、河北、安徽、山西省的12個地級市3個縣，共5省30個地級市、10個直管縣（市）及3個縣。總面積約28.9萬km2，2011年末總?cè)丝诩s1.79億人，經(jīng)濟(jì)總量僅次于長三角、珠三角及京津冀，列全國第四位。

該經(jīng)濟(jì)主體區(qū)河南省的人均水資源占有量不足420 m3，僅相當(dāng)于全國平均水平的20%。另外，河南省地層齊全，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，礦產(chǎn)資源豐富，是全國礦產(chǎn)資源大省之一。目前已發(fā)現(xiàn)各類礦產(chǎn)127種（含亞礦種為158種）。其中，探明儲量的75種，已開發(fā)利用的有86種。2014年全省生產(chǎn)總值34 939.38億元，三大產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例為11.9∶51.2∶36.9。輕、重工業(yè)比例為34.0∶66.0。從2014年各地發(fā)布的環(huán)境質(zhì)量檢測報告來看，河南省各地空氣質(zhì)量、水質(zhì)均不同程度受到污染，而未來開發(fā)利用礦產(chǎn)資源必定給生態(tài)環(huán)境帶來更大的壓力。

以人均GDP為橫軸，污染物排放量為縱軸，做散點(diǎn)圖（圖1），在對環(huán)境庫茨涅茨曲線修正的基礎(chǔ)上建立多項(xiàng)式回歸模型。按照環(huán)境庫茨涅茨理論的倒U型假說，一個國家的污染水平會先隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的增長而增長，當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定水平時，污染水平會隨著國民收入的增長而下降。由圖1a、b、c、d可以看出，河南的環(huán)境庫茲涅茨曲線并不完全遵循倒“U”形曲線的特征，而是隨著人均GDP的增加呈現(xiàn)出多峰特征的波動性，如工業(yè)生產(chǎn)中萬元GDP能耗偏大，污染物排放強(qiáng)度較高。與國外發(fā)達(dá)國家相比，按2000年數(shù)據(jù)計算，1美元產(chǎn)值能耗中，日本為1.00，法國為1.50，英國為2.17，美國為2.67，中國為11.50，河南為13.85，河南相當(dāng)于全國平均水平的1.2倍[1]。這在一定程度上說明了影響河南經(jīng)濟(jì)資源環(huán)境關(guān)系的因素具有多樣性和不確定性。

2? 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1? 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

資源和環(huán)境作為一個相互依存的具有緊密聯(lián)系的整體，早在人類出現(xiàn)以前就客觀存在。資源和環(huán)境可以通過提供開發(fā)利用對象和經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)活動場所對人類的社會和經(jīng)濟(jì)活動產(chǎn)生強(qiáng)烈的根本性影響。人類的經(jīng)濟(jì)和社會行為對資源環(huán)境又具有一定程度的反作用，并因此對資源環(huán)境的演變施加影響，而且這種反作用隨著人類發(fā)展階段的提高逐漸加強(qiáng)。因此，資源環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)的相互作用在人類生存和社會發(fā)展進(jìn)程中具有舉足輕重的作用。資源環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)以人類社會為聯(lián)系紐帶，是一個復(fù)雜的開放巨系統(tǒng)。該系統(tǒng)的穩(wěn)定性、魯棒性及可控性決定了地球生命支持系統(tǒng)與人類社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)，因此，對于資源環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的研究成為自然與社會科學(xué)領(lǐng)域?qū)W者共同關(guān)注的焦點(diǎn)[2，3]。

結(jié)合中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的實(shí)際情況，遵循科學(xué)性、簡明性、全面性、可操作性等原則，建立了一個由目標(biāo)層、準(zhǔn)測層、領(lǐng)域?qū)铀鶚?gòu)成的具有遞階層次結(jié)構(gòu)的評價指標(biāo)體系[4]（表1）。

2.2? 研究方法

2.2.1? 協(xié)調(diào)度模型? 應(yīng)用協(xié)調(diào)度模型對f（u）和g（r）進(jìn)行處理。具體如下：

式中，C為協(xié)調(diào)系數(shù)，0≤C≤1。K為調(diào)節(jié)系數(shù)，當(dāng)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)水平與資源環(huán)境質(zhì)量一定的條件下，為使區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境之間的綜合效益最大，即f（u）與g（r）之積最大，區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境之間進(jìn)行組合協(xié)調(diào)的數(shù)量等級，K≥2，本研究取K=2。

2.2.2? 投影尋蹤模型? 投影尋蹤方法屬于直接由樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動的探索性數(shù)據(jù)分析方法，是美國科學(xué)家Kruscal于20世紀(jì)70年代提出的，在高維性、非線性、非正態(tài)數(shù)據(jù)分析處理方面有獨(dú)到之處[5]。其具體方法如下：

設(shè)第i個樣本的第j個指標(biāo)為xij（i=1，2，3，…，n，j=1，2，3，…，m），其中n為樣本數(shù)，m為指標(biāo)個數(shù)，依據(jù)投影尋蹤理論建立中原地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境耦合度綜合評價模型。

1）指標(biāo)體系無量綱化。由于指標(biāo)體系中各指標(biāo)的量綱不盡相同，為消除量綱的影響需對數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化處理，這里采用極差法進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的歸一化處理。

2）構(gòu)造投影指標(biāo)函數(shù)。選用線性投影將研究數(shù)據(jù)投影到一維線性空間。設(shè)a=（a1，a2，…，am）為m維單位投影方向向量，則xij的一維投影特征值zi可表示為：

3）構(gòu)造投影目標(biāo)函數(shù)。為便于在多維指標(biāo)中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)組合特征，在投影時要求投影值特征值zi盡可能多地提取xij的變異信息，即zi在一維空間分布的類間距（Sz）盡可能大;同時投影值特征值zi的局部密度（Dz）最大，即相同投影空間中指標(biāo)盡量集中;所構(gòu)建的投影目標(biāo)函數(shù)為：

Q（a）=Sz×Dz? ? ?（4）

式中，Sz的計算公式是Sz=∑（zi-Ez）2（n-1）0.5（Ez為投影特征值zi的均值），Dz的計算公式是：

Dz=∑∑（R-rij）.u（R-rij）? ? （5）

式中，R為局部密度窗口半徑，其大小與數(shù)據(jù)特征本身有關(guān)。選取R時，為避免滑動平均偏差太大，既要保證窗口內(nèi)投影點(diǎn)的平均個數(shù)不能太少，又不能使之隨著n的增大而增加太多，一般可取值為αSz（α可以取0.1、0.01或0.001等，依據(jù)投影點(diǎn)zij在區(qū)域間的分布情況而調(diào)整）。距離rij=∣zi-zk∣（k=1，2，3，…，n）為投影特征值間的距離。u為單位階躍函數(shù)，當(dāng)R-rij≥0時，其值為1;當(dāng)R-rij≤0時，其值為0。

4）確定最佳投影方向。當(dāng)評價的樣本值給定時，投影指標(biāo)函數(shù)只隨投影方向而定。通過求解投影指標(biāo)函數(shù)的最大值來估算其最佳投影方向，即：

maxQ（a）||aj||=1? ? （6）

5）確定投影值。把（6）式中求得的aj帶入（3）式得各樣本投影值zi，反映了各評價指標(biāo)的綜合評價結(jié)果。

2.3? 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)主要來源于1995—2014年《河南統(tǒng)計年鑒》《河北經(jīng)濟(jì)年鑒》《山西統(tǒng)計年鑒》《山東統(tǒng)計年鑒》《安徽統(tǒng)計年鑒》，2014年《中國城市統(tǒng)計年鑒》和2014年河南省統(tǒng)計公報及部分省轄市統(tǒng)計年鑒，少量數(shù)據(jù)通過咨詢相關(guān)職能部門和查閱文獻(xiàn)數(shù)據(jù)獲取。

3? 中原經(jīng)濟(jì)區(qū)社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)度評價

3.1? 時序演變特征分析

1995—2013年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)系數(shù)、資源環(huán)境協(xié)調(diào)系數(shù)以及協(xié)調(diào)度演變情況見圖2。由圖2可知，從社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)來看，1995—2014年，社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)系數(shù)處于上升狀態(tài)，這與全國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平整體上升相契合。經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，投資環(huán)境改善，人口素質(zhì)不斷提高，農(nóng)民人均純收入提高，人口結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善等因素促進(jìn)了社會發(fā)展。

從資源環(huán)境子系統(tǒng)來看，資源環(huán)境協(xié)調(diào)呈上升趨勢，稍有波動。值得注意的是，2012年之前資源環(huán)境協(xié)調(diào)水平高于社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)水平，2012年之后則相反，這表明單方面追求經(jīng)濟(jì)發(fā)展給資源環(huán)境造成了較大的壓力。提示在追求社會經(jīng)濟(jì)水平提升的過程中，不能忽視對資源環(huán)境的合理利用和保護(hù)。

從社會經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與資源環(huán)境子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度來看，整體上是改善的。根據(jù)協(xié)調(diào)度劃分標(biāo)準(zhǔn)，可劃分為以下六種類型[6-8]：①當(dāng)D=0時，三個系統(tǒng)不存在協(xié)調(diào)，處于無序發(fā)展?fàn)顟B(tài);②當(dāng)0

3.2? 空間格局分析

對中原經(jīng)濟(jì)區(qū)30個地級市的社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行了空間上的測算（表2）。這樣有利于從空間對比各個區(qū)域存在的問題，從橫向上找到區(qū)域之間協(xié)調(diào)發(fā)展的切入點(diǎn)。

將30個省轄市的耦合協(xié)調(diào)度值導(dǎo)入Arc GIS軟件，利用Natural Breaks（Jenks）最佳分類法將其分為五類，以更清楚地分析其空間分異特征（表3，圖3）。

總體看來，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)30個地級市社會經(jīng)濟(jì)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)度都界于0.3

第一層次由邯鄲市、聊城市兩個城市構(gòu)成。這兩個城市的資源環(huán)境得分排名分別為第一、第二，社會經(jīng)濟(jì)得分分別排名第四、第九。第二層次以鄭州為中心，向西部形成較大范圍的集中區(qū)，另外還包括中部的漯河市、周口市以及東部的濮陽市和菏澤市。值得注意的是，鄭州市社會經(jīng)濟(jì)水平排名第一，但是資源環(huán)境水平的落后制約了系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的提升。第三層次由新鄉(xiāng)、商丘、許昌、蚌埠和信陽構(gòu)成。第四、五層次比較分散。從社會經(jīng)濟(jì)—資源環(huán)境的耦合來看，形成了以鄭州為中心的西部中高水平區(qū)域以及東南部較低水平區(qū)域，整個形成了西北較高、東南較低的區(qū)域分異特征。

從分布情況來看，部分城市的社會經(jīng)濟(jì)—資源環(huán)境耦合度因?yàn)槠渲幸粋€子系統(tǒng)水平的落后而制約了整個系統(tǒng)水平的提升，如鄭州市、濟(jì)源市社會經(jīng)濟(jì)水平排名分別為第一、第二，但因環(huán)境質(zhì)量較差，導(dǎo)致資源環(huán)境水平靠后，排名分別為第11、第25。相反，邯鄲、聊城兩市資源環(huán)境排名位列第一、二，提升了整個系統(tǒng)的耦合水平。這說明整個系統(tǒng)的耦合水平與每一個子系統(tǒng)的水平密切相關(guān)，要促進(jìn)系統(tǒng)整體朝良性發(fā)展，不能只注重經(jīng)濟(jì)社會水平的提升，應(yīng)該在資源環(huán)境系統(tǒng)承載的范圍之內(nèi)，注重對資源環(huán)境的合理利用和適度保護(hù)。

4? 結(jié)論與討論

從時間和空間兩維上探討了中原經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會和資源環(huán)境兩個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性，得出如下結(jié)論。

從時間維度上來看，1995—2014年中原經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會和資源環(huán)境兩個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性整體是改善的，2007年之前系統(tǒng)處于中水平的耦合狀態(tài)，之后若干年協(xié)調(diào)度達(dá)到0.5左右，說明兩系統(tǒng)協(xié)調(diào)性向良性方向發(fā)展。

從空間分異來看，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)經(jīng)濟(jì)社會和資源環(huán)境兩個子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)西北高、東南低的分異特征。部分城市人口迅速擴(kuò)張，過分追求經(jīng)濟(jì)水平的提升對資源環(huán)境發(fā)展造成了很大的壓力，阻礙了兩系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)發(fā)展。而日益惡化的資源環(huán)境水平又會制約社會經(jīng)濟(jì)水平的提升。因此，中原經(jīng)濟(jì)區(qū)的發(fā)展一定要堅持可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)變資源掠奪式的發(fā)展方式，發(fā)展復(fù)合型生態(tài)城市[9]。

兩系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)度只是一個相對值[10]，只有選取不同的區(qū)域或時間段作為參照物，進(jìn)行對比分析，才能表現(xiàn)出定量評價數(shù)值的相對意義[11-15]。

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