基于主成分分析的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力評價

李朝旗　李朝赟　劉　沛

內(nèi)容提要：科學(xué)評價江蘇省區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力是制定其發(fā)展戰(zhàn)略的基礎(chǔ)。通過建立江蘇省區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系，主成分分析法對江蘇13個地級市的34個統(tǒng)計指標(biāo)進行了分析，并在綜合評價和空間差異分析的基礎(chǔ)上提出了江蘇區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的對策建議。

關(guān)鍵詞：區(qū)域可持續(xù)發(fā)展；主成分分析；江蘇

中圖分類號：F127.53文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-4161(2009)01-0064-04

1.引言

區(qū)域是一個復(fù)雜的多層次的空間系統(tǒng)［1］，它是一定的地域空間范圍內(nèi)由社會、經(jīng)濟、生態(tài)三個相互作用、相互依賴的子系統(tǒng)組成的復(fù)合系統(tǒng)。區(qū)域可持續(xù)發(fā)展作為一種系統(tǒng)的發(fā)展觀，一方面要求區(qū)域內(nèi)部各子系統(tǒng)及其構(gòu)成要素之間具有較高的協(xié)同程度，另一方面要求同一層次和不同層次的區(qū)域之間能夠更加協(xié)同一致、均衡發(fā)展，以保證區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)。區(qū)域可持續(xù)發(fā)展是指區(qū)域的經(jīng)濟、社會、環(huán)境和資源相互協(xié)調(diào)，使經(jīng)濟效益、社會效益、資源效益和環(huán)境效益得到統(tǒng)一的發(fā)展［2］。區(qū)域可持續(xù)發(fā)展包含著極其豐富的內(nèi)涵，其基本特征主要表現(xiàn)在以下方面:

1.1 發(fā)展

可持續(xù)發(fā)展鼓勵經(jīng)濟增長，因為它是區(qū)域?qū)嵙蜕鐣敻坏捏w現(xiàn)。發(fā)展是人類的基本權(quán)利，也是改善和保護自然生態(tài)環(huán)境的物質(zhì)保障，沒有發(fā)展也就不可能持續(xù)，因為缺少持續(xù)的動力，所以保持高質(zhì)量的經(jīng)濟增長是實現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。同時，可持續(xù)發(fā)展不僅重視增長數(shù)量，更追求改善質(zhì)量、提高效益、節(jié)約能源、減少廢物，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)和消費模式，實施清潔生產(chǎn)和文明消費。

1.2 協(xié)調(diào)

可持續(xù)發(fā)展要以保護自然為基礎(chǔ)，與資源環(huán)境的承載能力相協(xié)調(diào)。因此，發(fā)展的同時必須保護環(huán)境，包括控制環(huán)境污染，改善環(huán)境質(zhì)量，保護生命支持系統(tǒng)，保護生物多樣性，保持地球生態(tài)的完整性，保證以可持續(xù)的方式使用可再生資源，使人類的發(fā)展保持在區(qū)域承載能力范圍之內(nèi)。區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的核心問題就是如何實現(xiàn)長期尺度上人類社會、經(jīng)濟活動與區(qū)域范圍內(nèi)的生態(tài)系統(tǒng)脆弱性和恢復(fù)能力相協(xié)調(diào)。要實現(xiàn)區(qū)域長期健康發(fā)展，必須考慮發(fā)展過程中經(jīng)濟增長是否與資源存量、生態(tài)環(huán)境和社會水平相協(xié)調(diào)以及協(xié)調(diào)的程度如何。

1.3持續(xù)

可持續(xù)是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展追求的目標(biāo)，區(qū)域內(nèi)資源的存量在現(xiàn)有的經(jīng)濟增長方式與速度的消耗下能夠維持多久;是否有足夠的動力或新的增長點來支撐區(qū)域經(jīng)濟與社會的長期發(fā)展，這種能力有多大.這些都是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究中的重要問題。

因此，對于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的分析和評價需要以系統(tǒng)觀作為指導(dǎo)?；谙到y(tǒng)發(fā)展的理論，本文首先將區(qū)域可持續(xù)發(fā)展界定為一個系統(tǒng)，通過對該系統(tǒng)構(gòu)成要素的分解來建立評價區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的指標(biāo)體系。用這個指標(biāo)體系對江蘇區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力進行分析、評價，以期為江蘇區(qū)域可持續(xù)發(fā)展建設(shè)和決策提供科學(xué)依據(jù)。

2.區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評價指標(biāo)體系的建立

從整體角度看，一個區(qū)域系統(tǒng)可以分解為多個子系統(tǒng)。就區(qū)域系統(tǒng)而言，由上述對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵分析可知，可持續(xù)發(fā)展不是單指經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展或社會可持續(xù)發(fā)展，也不是單指環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，而是“環(huán)境——社會——經(jīng)濟”復(fù)合系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展［3］。

由于區(qū)域復(fù)合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、層次多變，子系統(tǒng)之間既有相互作用，又有相互間的輸入和輸出。某些層次、某些元素及某些子系統(tǒng)的改變可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)由優(yōu)到劣或由劣到優(yōu)的變化。因此，要在眾多的指標(biāo)中篩選出那些最靈敏的、便于度量且內(nèi)涵豐富的主導(dǎo)性指標(biāo)作為評價指標(biāo)，確實不是一件容易的事。對于區(qū)域復(fù)合系統(tǒng)這樣的復(fù)雜巨系統(tǒng)而言，目前還不可能用少數(shù)幾個指標(biāo)來描述系統(tǒng)的狀態(tài)和變化，因而需要用多個指標(biāo)組成一個有機的整體，通過建立指標(biāo)體系來描述系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。既然作為指標(biāo)體系，就其構(gòu)建的一般原則來說，不外乎必須遵循客觀性、完整性、穩(wěn)定性和有效性等普遍原則。但作為評價區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)體系，除了應(yīng)遵循普遍原則外，還應(yīng)滿足以下原則［4］［5］。

2.1 科學(xué)性和系統(tǒng)性原則

指標(biāo)體系一定要建立在科學(xué)基礎(chǔ)上，要能真實反映各子系統(tǒng)和指標(biāo)間的相互聯(lián)系，指標(biāo)概念必須明確，并且符合區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)涵，能夠科學(xué)、客觀、真實地度量和反映區(qū)域符合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的現(xiàn)狀以及發(fā)展的趨勢、發(fā)展?jié)摿湍繕?biāo)的實現(xiàn)程度。

2.2整體性原則

設(shè)置指標(biāo)時，應(yīng)能綜合反映影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的各種主要因素。既要有反映人口、經(jīng)濟、社會、資源與環(huán)境等各子系統(tǒng)發(fā)展的指標(biāo)，又要有表征以上各子系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)的指標(biāo)。盡可能地全面反映區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，不可以偏概全。

2.3實用性和可操作性原則

指標(biāo)的建立要能為實證分析服務(wù)，能為決策提供依據(jù)。這就要求指標(biāo)體系中的指標(biāo)內(nèi)容要簡單明了，要考慮指標(biāo)量化和數(shù)據(jù)取得的難易程度等問題。同時指標(biāo)要有明確的含義，要盡量選擇那些有代表性的綜合指標(biāo)和主要指標(biāo)。指標(biāo)的設(shè)置要盡可能利用現(xiàn)有統(tǒng)計資料，數(shù)據(jù)易于獲得，便于操作。

2.4動態(tài)性和可比性原則

區(qū)域復(fù)合系統(tǒng)運行過程是一個動態(tài)過程，可持續(xù)發(fā)展對于區(qū)域來說，既是一個目標(biāo)，也是一個過程，這就決定了指標(biāo)體系應(yīng)具有動態(tài)性，綜合反映區(qū)域的現(xiàn)狀特點和發(fā)展趨勢。指標(biāo)體系應(yīng)符合縱向可比和橫向可比的原則，要求指標(biāo)數(shù)據(jù)的選取和計算做到口徑一致。

2.5區(qū)域性和針對性原則

不同的區(qū)域，自然條件、社會經(jīng)濟條件有較大差異，影響可持續(xù)發(fā)展的要素及其重要性也不盡相同，不同區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展也具有各自不同的特點。應(yīng)根據(jù)各地區(qū)的特點，建立適合當(dāng)?shù)厍闆r的具有地方特色的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系。因此應(yīng)在充分研究所評價的區(qū)域的基礎(chǔ)上，選出最能反映該區(qū)域發(fā)展特征的指標(biāo)。對于不同層次的區(qū)域或不同的區(qū)域單元，應(yīng)做到因地制宜。

按照可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)體系的設(shè)計原則，本文針對江蘇的具體情況，并著重可操作性和可比性的原則，以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，選取具體的量化指標(biāo)，構(gòu)成區(qū)域可持續(xù)發(fā)展定量研究的指標(biāo)體系。該指標(biāo)體系分為三層，目標(biāo)層為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力，準(zhǔn)則層為經(jīng)濟發(fā)展能力、社會發(fā)展能力和資源環(huán)境發(fā)展能力，指標(biāo)層為34個具體指標(biāo)（表1）。

3.區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力評價方法選擇

區(qū)域作為一個復(fù)合系統(tǒng)，其可持續(xù)發(fā)展能力受到經(jīng)濟、社會、環(huán)境等多方面因素的強烈影響，這些因素不僅與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力之間具有相關(guān)性，而且自身之間也相互關(guān)聯(lián)，所以用單純的相關(guān)分析，不能解決誤差的冗余。

主成分分析法(Principal Component Analysis－PCA)是一種通過降維技術(shù)把多個指標(biāo)約化為少數(shù)幾個綜合指標(biāo)的統(tǒng)計分析方法。其基本思想是：設(shè)法將原來眾多具有一定相關(guān)性的指標(biāo)重新組合成一組新的相互無關(guān)的綜合指標(biāo)，即將原來的指標(biāo)做線性組合，成為若干個新的指標(biāo)。通常要求第一個線性組合方差最大，即第一個綜合指標(biāo)包含的信息最多，如果第一個主成分不足以代表原來所有指標(biāo)的信息，再考慮選取第二個主成分，并要求已有的信息不出現(xiàn)在其中，依次類推，直到選取的主成分能夠包含評價所需要的足夠的信息［6］。

主成分分析方法在簡化區(qū)域復(fù)合系統(tǒng)評價指標(biāo)結(jié)構(gòu)、消除變量之間的相關(guān)性方面可起到明顯的效果。主成分分析法可以將若干變量壓縮為幾個獨立的成分，以此來減弱各自變量之間的相互干擾。同時主成分分析法可以把影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的眾多指標(biāo)進行線性組合，使原始變量減少為有代表意義的少數(shù)幾個新的變量，以少數(shù)幾個指標(biāo)來代替多個指標(biāo)，既能更集中更典型地表明研究對象的特征，也能避免大量重復(fù)的工作。進行主成分分析的主要步驟如下：［7］

①指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化（SPSS軟件自動執(zhí)行）；

②確定主成分個數(shù)m；

③主成分命名；

④確定主成分與綜合主成分評價分值。

確定各主成分得分公式為：

F璸=a1mZX1+a2mZX2+…a璸mZX璸（1）

式中F璸為各主成分得分，p為原始數(shù)據(jù)指標(biāo)個數(shù)，ZX璸是原始數(shù)據(jù)X璸經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理的值，a1i，a2i，…，a璸i（i=1,2,…,m）為X的協(xié)方差矩陣的特征值所對應(yīng)的特征向量。

確定綜合主成分評價分值公式為：

F=（λ1F1+λ2 F2+…+λ璵F璵）/∑mi=1λ璱（2）

其中λ璱為每個主成分所對應(yīng)的特征值，F(xiàn)璵為確定的各主成分得分。

4.實證研究——江蘇省區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力評價

江蘇省作為我國東部沿海地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)達省份之一，盡管其經(jīng)濟發(fā)展能力、人民生活水平相對較高，但從可持續(xù)發(fā)展水平來看，各地市可持續(xù)發(fā)展水平不一。有些地市盡管經(jīng)濟發(fā)展水平較高，但是可持續(xù)發(fā)展受到資源瓶頸制約，環(huán)境問題日益突出；而有些地市經(jīng)濟水平雖然還較落后，但是資源豐富，后發(fā)優(yōu)勢明顯。因此，如何區(qū)分江蘇不同區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平，分析不同區(qū)域可持續(xù)發(fā)展存在的問題，并針對不同區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的狀況提出不同的對策就成了促進目前江蘇可持續(xù)發(fā)展的重要問題［8］。

4.1數(shù)據(jù)來源及處理

分析所用計算數(shù)據(jù)全部來自《江蘇統(tǒng)計年鑒—2005》［9］。我們按上述（表1）所述指標(biāo)體系，收集江蘇13個地級市34個量化指標(biāo)的數(shù)據(jù)，運用統(tǒng)計分析軟件SPSS12.0進行主成分分析。

4.2確定主成分

根據(jù)特征根大于1,累積貢獻率大于80％的原則得出主成分特征根、主成分貢獻率和累計貢獻率（如表2所示）。由表2可知第一、第二、第三主成分的累計貢獻率已達83.317%，說明前3個主成分已提供了原始數(shù)據(jù)的足夠信息，完全符合分析的要求。

表2 特征根及主成分貢獻率

主成分特征根貢獻率（％）累積貢獻率（％）

122.4535056366.0397224566.03972245

23.3364129399.81297923375.85270169

32.5380243957.46477763483.31747932

表3 主成分載荷矩陣

變量第一主成分第二主成分第三主成分變量第一主成分第二主成分第三主成分

X10.9390.248-0.181X180.613-0.258-0.088

X2-0.877-0.209-0.287X190.9500.166-0.181

X30.9210.298-0.190X200.974-0.1460.029

X40.9620.139-0.114X210.583-0.5340.569

X50.975-0.053-0.044X220.9700.118-0.170

X60.957-0.011-0.182X230.630-0.6280.063

X70.947-0.165-0.105X240.924-0.0680.063

X80.6950.3120.545X250.966-0.218-0.028

X90.881-0.1030.049X260.950-0.011-0.097

X10-0.921-0.003-0.073X270.929-0.140-0.096

X110.8320.300-0.006X28-0.939-0.030-0.270

X120.675-0.5040.175X290.568-0.2350.548

X130.8430.284-0.243X300.482-0.469-0.115

X140.7640.198-0.314X310.4590.7020.114

X150.9670.075-0.163X320.580-0.038-0.401

X160.9620.053-0.158X33-0.0330.7180.424

X170.591-0.1730.650X340.2590.5630.446

通過主成分分析，提取出3個主成分作為江蘇區(qū)域可持續(xù)發(fā)展系統(tǒng)的分析指標(biāo)。主成分的載荷矩陣（如表3所示）。由表3可知，第一主成分在人均社會消費品零售額、醫(yī)院床位數(shù)及機動車擁有量、第三產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、旅游、財政收支、職工平均收入、人均耕地、第一產(chǎn)業(yè)構(gòu)成、人均農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值等指標(biāo)的載荷量絕對值較大，因此，第一主成分反映區(qū)域的經(jīng)濟實力、社會進步等現(xiàn)狀，其中耕地、第一產(chǎn)業(yè)構(gòu)成及農(nóng)業(yè)產(chǎn)值指標(biāo)的載荷系數(shù)為負值，表明第一主成分與它們之間呈負相關(guān)。第二主成分在城市固體廢棄物處理率、廢水排放密度、城市人均擁有道路面積、人均用水量、三產(chǎn)構(gòu)成及園林綠地擁有量等指標(biāo)的載荷量絕對值較大，因此，它主要反映區(qū)域的污染治理、環(huán)境狀況等現(xiàn)狀，經(jīng)濟發(fā)展速率、對外開放程度和環(huán)境污染等現(xiàn)狀，并與環(huán)境污染指標(biāo)呈負相關(guān)。第三主成分在人口密度、公路密度等指標(biāo)的載荷量絕對值較大，因此，它主要反映區(qū)域的人口、基礎(chǔ)建設(shè)等的發(fā)展現(xiàn)狀。

4.3 區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的空間差異分析

根據(jù)上述進行主成分分析的主要步驟中公式（1）、（2），運用SPSS軟件分析數(shù)據(jù)得出江蘇省各區(qū)域可持續(xù)發(fā)展各主成分及綜合主成分排名（如表4所示），這些綜合指數(shù)把區(qū)域可持續(xù)發(fā)展綜合現(xiàn)狀進行了數(shù)量化。

表4 江蘇各區(qū)域主成分得分及排名

區(qū)域第一主成分排名第二主成分排名第三主成分排名綜合主成分排名

無錫市7.00 2 1.50 4 0.55 4 4.51 1

蘇州市7.3212.361-2.19124.352

南京市6.653-4.63130.3172.893

常州市3.4141.5820.3462.404

鎮(zhèn)江市1.245-0.288-0.4690.575

南通市-0.696-1.43122.321-0.276

揚州市-0.7470.2760.345-0.307

泰州市-2.0381.3452.072-0.488

徐州市-2.609-0.7490.228-1.639

連云港市-3.7910-0.8711-0.8910-2.5710

宿遷市-5.66131.5331.663-2.6211

淮安市-4.82110.197-1.0211-2.9612

鹽城市-5.2912-0.8110-3.2513-3.8913

從最后的得分結(jié)果看，還是符合江蘇各個地區(qū)的實際情況的。在最后的加權(quán)得分中，蘇南五城市排在前列，蘇中三城市處在中間行列，蘇北五城市則靠尾。江蘇13個地級市可持續(xù)發(fā)展能力的不平衡，將是江蘇未來區(qū)域可持續(xù)發(fā)展急需解決的問題。第一主成分主要反映了區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展的水平，從其得分看，江蘇區(qū)域之間經(jīng)濟的發(fā)展極不平衡，增強蘇北地區(qū)的經(jīng)濟實力，是提高這些地區(qū)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。第二主成分反映了資源環(huán)境系統(tǒng)對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的影響。南京的得分在這個主成分排名上竟然最低。具體的考察，發(fā)現(xiàn)在影響該主成分的污水處理率及固體廢棄物處理率上，南京的排名都是很靠后的?？梢姡暇┍绕溆喑鞘忻媾R更大的資源環(huán)境問題。鹽城、南通與連云港在這個主成分上排名也靠后。蘇州在第一、第二主成分上排名第一，但是在與人口有關(guān)的第三主成分上排名靠后，說明蘇州在其經(jīng)濟發(fā)展保持領(lǐng)先的前提下，要重視人口問題對其區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的制約。

5.結(jié)論及展望

（1）利用主成分分析法，可以很方便地使用統(tǒng)計年鑒或其他區(qū)域統(tǒng)計資料等現(xiàn)有的量化數(shù)據(jù)，定量評價區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力。該方法將分析指標(biāo)由多個降維綜合為少數(shù)幾個主成分，并把分析指標(biāo)轉(zhuǎn)化為描述區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的綜合指數(shù)。本文實例驗證了其分析結(jié)果能夠客觀地反映區(qū)域的發(fā)展現(xiàn)狀，可為決策管理部門制定發(fā)展方案提供理論依據(jù)。

（2）江蘇各個地市在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展方面各自面臨的問題有所不同，提高其區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展水平，應(yīng)分區(qū)域有所針對，有所側(cè)重。

（3）江蘇省區(qū)域可持續(xù)發(fā)展空間差異明顯。其中經(jīng)濟發(fā)展的水平是影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。如何提高經(jīng)濟實力，縮小空間差異，同時兼顧資源的合理利用與環(huán)境保護，應(yīng)是今后制定江蘇區(qū)域可持續(xù)發(fā)展實施方案的主要內(nèi)容。

（4）本文雖然對江蘇省區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力進行了評價并對其可持續(xù)發(fā)展的空間差異進行了分析，但是如何縮小區(qū)域發(fā)展差異、引導(dǎo)生產(chǎn)要素跨區(qū)域合理流動、探討實現(xiàn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展的政策機制等等仍是今后需要進一步研究的課題。

基金項目：東南大學(xué)SRTP（大學(xué)生科研創(chuàng)新計劃）重點項目，項目編號：064220010。

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［作者簡介］李朝旗（1981—），男，南京大學(xué)博士生，研究方向為土地資源管理與區(qū)域經(jīng)濟。

［收稿日期］2008-11-03

（責(zé)任編輯：黃曉梅）