基于GIS主成分聚類分析的山西省縣域經(jīng)濟(jì)差異研究*

盧柳葉，張青峰，李光錄

(西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西楊凌 712100)

縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異是近20年來(lái)我國(guó)區(qū)域研究的一個(gè)重點(diǎn)，也是國(guó)民經(jīng)濟(jì)宏觀調(diào)控致力于解決的重大戰(zhàn)略問(wèn)題［1］。縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一個(gè)綜合性的范疇，從橫向上看，它是指一個(gè)地區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)經(jīng)濟(jì)各方面的綜合發(fā)展?fàn)顩r;從縱向上看，它表現(xiàn)為該地區(qū)發(fā)展?jié)摿涂沙掷m(xù)發(fā)展的可能性［2］。山西省由于其地理位置、自然條件和要素稟賦等客觀因素，造成該區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)差異明顯。區(qū)域間適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)差異為落后地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)的動(dòng)力，但區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異過(guò)大，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題［3］。為此，諸多學(xué)者分別應(yīng)用主成分分析法［4-6］、聚類分析法［7-8］就區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異問(wèn)題開展了有益的探索［9-10］，并取得了一定的進(jìn)展。然而，目前相關(guān)研究主要集中在內(nèi)陸與沿海經(jīng)濟(jì)差異［11］、區(qū)域海洋產(chǎn)業(yè)與陸域產(chǎn)業(yè)的關(guān)聯(lián)分析以及海岸帶經(jīng)濟(jì)狀況分析［12］等方面，對(duì)于山西省縣域經(jīng)濟(jì)差異的研究鮮有報(bào)道。加之，基于主成分與聚類分析相結(jié)合的區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異分析方法研究尚處于探索階段。為此，該文以山西省為研究對(duì)象，詳細(xì)了解該區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異的特征，通過(guò)對(duì)縣域經(jīng)濟(jì)差異性確定合理的分類方案，研究其縣域經(jīng)濟(jì)差異，以期為制定切實(shí)可行的對(duì)策，縮小區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異，促進(jìn)山西省區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。論文的研究成果也可為其它縣域進(jìn)行區(qū)域差異分析提供重要的方法參考。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)源

山西省因居太行山之西而得名，南北長(zhǎng)約680km，東西寬約380km，總面積15.63萬(wàn)km2。該區(qū)境內(nèi)有山地、丘陵、高原、盆地、臺(tái)地等多種地貌類型，地形多樣，高差懸殊，因而既有緯度地帶性氣候，又有明顯的垂直變化。由于資源稟賦、環(huán)境條件、地理位置的差異，使山西省各縣域經(jīng)濟(jì)出現(xiàn)較大的地區(qū)不平衡性。

該文以山西省行政區(qū)劃的107個(gè)縣域?yàn)檠芯繂卧A(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)源于《山西統(tǒng)計(jì)年鑒 (2001～2007)》及相關(guān)專題地圖。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)選取

經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異性分類可通過(guò)綜合因素加權(quán)評(píng)分后分級(jí)，即依靠建立用于分類的指標(biāo)體系來(lái)實(shí)現(xiàn)。而建立合理的指標(biāo)體系以綜合反映市縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平［13］成為關(guān)鍵所在。根據(jù)區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異內(nèi)涵，在進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)時(shí)，遵循以下原則選取指標(biāo):(1)指標(biāo)的綜合性;(2)指標(biāo)的代表性;(3)易得性原則;(4)可比性和科學(xué)性原則。該文選取城鎮(zhèn)化指數(shù) (X1)、在崗職工平均工資 (X2)、第一產(chǎn)業(yè) (X3)、第二產(chǎn)業(yè) (X4)、第三產(chǎn)業(yè) (X5)、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 (X6)、人均國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 (X7)、農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值(X8)、工業(yè)總產(chǎn)值 (X9)、社會(huì)消費(fèi)品總值 (X10)、財(cái)政一般預(yù)算收入 (X11)、財(cái)政一般預(yù)算支出(X12)、煤炭收入 (X13)、煤炭銷售量 (X14)、糧食總產(chǎn)量 (X15)等15項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。

2.2 主成分分析法

在進(jìn)行主成分分析時(shí)，首先分別構(gòu)建2001～2007年各指標(biāo)原始數(shù)據(jù)矩陣，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除量綱不同的影響;繼而求得標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)矩陣并計(jì)算特征值和特征向量;之后計(jì)算貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率，求解特征向量，確定主成分個(gè)數(shù) (累積貢獻(xiàn)率大于80%的綜合指標(biāo)稱為主成分);最后將得到的特征向量矩陣分別與標(biāo)準(zhǔn)化后的相應(yīng)數(shù)據(jù)相乘，得到各縣域的綜合主成分表達(dá)矩陣及主成分綜合得分。

2.3 聚類分析

主成分分析只是確定了各縣域經(jīng)濟(jì)差異性的主要影響因素。因此，在主成分分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，利用聚類分析對(duì)各主成分值進(jìn)行計(jì)算以確定科學(xué)可靠的經(jīng)濟(jì)性差異方案。由于各主成分值已經(jīng)消除了量綱的影響，因此，可直接建立聚類相似矩陣，利用離差平方和法對(duì)相似矩陣進(jìn)行變換，求解聚類結(jié)果，得到聚類譜系圖。

2.4 GIS制圖分析

將聚類分析的結(jié)果在ArcGIS中落實(shí)到圖斑上，參考主成分綜合得分，求大同存小異，并制圖輸出。基于主成分聚類分析與GIS相結(jié)合的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 主成分聚類分析與GIS相結(jié)合進(jìn)行差異性分析

3 結(jié)果分析

3.1 主成分分析

2001～2007年各因子的特征值、累計(jì)貢獻(xiàn)率見表1。

表1 2001～2007年各因子初始特征值、貢獻(xiàn)率表

9 0.175 98.731 0.103 98.969 0.161 98.378 0.201 98.956 0.183 98.404 0.047 99.607 0.071 99.185 10 0.066 99.172 0.055 99.338 0.098 99.031 0.103 99.642 0.129 99.262 0.032 99.819 0.056 99.555 11 0.061 99.581 0.048 99.657 0.068 99.486 0.033 99.862 0.058 99.649 0.016 99.925 0.034 99.781 12 0.041 99.855 0.035 99.890 0.056 99.863 0.013 99.947 0.043 99.937 0.007 99.974 0.014 99.872 13 0.017 99.967 0.016 99.995 0.020 99.998 0.008 99.997 0.009 99.998 0.004 99.998 0.009 99.933 14 0.005 100.00 0.001 100.00 0.000 100.00 0.000 100.000 0.000 100.00 0.000 100.00 0.008 99.987 15 0.000 100.00 2.22E-16 100.00 0.000 100.00 0.000 100.000 0.000 100.00 0.000 100.00 0.002 100.00

由表1可知，2004年有4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%，其余年份前3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率均大于80%，故分別選取4個(gè) (2004年)或3個(gè) (其余年份)主成分進(jìn)行分析計(jì)算。

以各主成分的方差貢獻(xiàn)率所占比重作為權(quán)重，與各主成分得分的加權(quán)求和得到各縣 (市)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的綜合得分，以此為據(jù)分析山西省縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異。其中，2001年排序結(jié)果如表2所示。綜合得分越高，說(shuō)明縣域經(jīng)濟(jì)綜合發(fā)展水平越高。

表2 2001年主成分綜合得分排序

由表2可知，2001年在山西省107個(gè)縣 (市)中，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高的是太原市 (不含郊區(qū)縣)，其綜合得分為5.718，太原市作為山西省能源重化工基地的中心城市，區(qū)位條件比較優(yōu)越，交通通信較為便利，礦產(chǎn)資源頗為豐富，工業(yè)基礎(chǔ)比較雄厚，無(wú)論在全國(guó)還是在山西都處在十分重要的地位;經(jīng)濟(jì)發(fā)展第二位是臨汾市，分值為4.978，豐富的自然資源和地理位置使得其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高;而處于經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對(duì)落后狀態(tài)的是永和、方山和石樓，得分分別為-1.921，-1.942和-2.143，這些地方以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)為主，礦產(chǎn)資源缺乏，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)低，經(jīng)濟(jì)比較落后。

3.2 聚類分析與GIS制圖

在主成分分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)2001～2007年山西各縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展綜合主成分表達(dá)矩陣，選擇離差平方和法 (Ward＇s method)在SPSS統(tǒng)計(jì)軟件中進(jìn)行聚類分析，并生成聚類樹狀圖。將聚類分析的結(jié)果在ArcGIS9.3中落實(shí)到圖斑上，通過(guò)區(qū)域經(jīng)濟(jì)差異圖能夠更直觀的反映山西省縣域間的經(jīng)濟(jì)差異 (見圖2)。

圖2 山西省縣域經(jīng)濟(jì)差異

由圖2可以看出，各年份各個(gè)分類結(jié)果的數(shù)目一直呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，太原市始終屬于最高等級(jí)。作為山西省省會(huì)，太原市擁有絕對(duì)的地理區(qū)位優(yōu)勢(shì)和便利的交通條件，經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚。從2001～2007年的5個(gè)分類并結(jié)合實(shí)際情況可以看出，第1類和第2類的縣域的個(gè)數(shù)都是最少的，說(shuō)明山西省經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的縣域占總的比重比較小，而大部分的縣域?qū)儆诘?、4、5類，即經(jīng)濟(jì)中等型或落后的地區(qū)，占總縣域的80%以上，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)中等和落后的地區(qū)占山西省縣域的絕大部分。2001～2003第5類 (經(jīng)濟(jì)較落后的縣域)所占的比重大于30%，而第1、2類只約占15%左右，說(shuō)明山西經(jīng)濟(jì)差異大;2004～2007各個(gè)類別所占的比重相差不是很大，說(shuō)明差距正在逐漸縮小。太原作為山西省的省會(huì)城市，具有絕對(duì)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，經(jīng)濟(jì)狀況一直很發(fā)達(dá)，臨汾和晉中次之。經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化較大的是臨汾市和晉中，2001年臨汾市工業(yè)總產(chǎn)值38.9億元，2002年46.8億元，比2001年增長(zhǎng)20.38%;2003、2004年臨汾市實(shí)施 “121” “311” “356”和“161”四大調(diào)產(chǎn)基礎(chǔ)上，突出農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化以龍頭帶動(dòng)基地，以加工促增收，農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)呈現(xiàn)多年來(lái)少有的好形勢(shì)，糧食較上年增長(zhǎng)了15%，機(jī)構(gòu)調(diào)整取得明顯成效。同時(shí)由于礦產(chǎn)資源種類多且儲(chǔ)量大，產(chǎn)業(yè)調(diào)整向縱深推進(jìn)，堅(jiān)持規(guī)?；⑿滦突?、現(xiàn)代化的發(fā)展方向，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)也得到調(diào)整，呈現(xiàn)了較好的發(fā)展趨勢(shì)。大同以它豐富的礦產(chǎn)資源優(yōu)勢(shì)、旅游優(yōu)勢(shì)和在中西部地區(qū)的區(qū)位優(yōu)勢(shì)、交通優(yōu)勢(shì)迎來(lái)了自己發(fā)展的新機(jī)遇，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平比較高。在大城市周邊的縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，如晉中一方面靠近大城市(太原)，另一方面有便利的交通和自身的條件，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也較為迅速。平遙、原平等縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為穩(wěn)定，而北部和東西部如呂梁市、忻州，位于山地、丘陵帶，地處偏遠(yuǎn)，交通不便，社會(huì)生活條件差，長(zhǎng)期處于以傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)為主，廠礦資源缺乏，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)層次偏低，一直都是山西省經(jīng)濟(jì)發(fā)展的落后區(qū)域。

從整體情況來(lái)看，山西省縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展有了快速的增長(zhǎng)勢(shì)頭，縣域經(jīng)濟(jì)差距正在逐步縮小。

3 多年人均GDP分析

人均GDP是反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要指標(biāo)，該指標(biāo)越高說(shuō)明該縣 (市)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越發(fā)達(dá)［14］。選取2001年～2007年人均GDP數(shù)據(jù)作為新的指標(biāo)，通過(guò)SPSS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，得出反映人均GDP的樹狀圖。通過(guò)樹狀圖，利用GIS軟件對(duì)山西省縣域經(jīng)濟(jì)差異進(jìn)行分區(qū)，經(jīng)過(guò)與山西省縣域經(jīng)濟(jì)差異圖作比對(duì)，人均GDP區(qū)域差異圖基本能夠反應(yīng)山西省的經(jīng)濟(jì)在地理分布上的差異?，F(xiàn)將結(jié)果分為五類，分類結(jié)果見圖2。

從2001年至2007年，山西省各縣域的人均GDP雖然有了較大幅度的增長(zhǎng)，但縣域間的差異仍然很大。臨縣在2001～2007年平均人均GDP只達(dá)到1 368.57元，而河津達(dá)到了28 421.71元，是臨縣的20多倍。

從圖2中反映了山西省人均GDP區(qū)域差異的地理分布格局，山西省中部地區(qū)最發(fā)達(dá)，煤炭、電力工業(yè)是山西最大的支柱產(chǎn)業(yè)，在全國(guó)的經(jīng)濟(jì)布局中處于重要的戰(zhàn)略地位。產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整合理，工業(yè)產(chǎn)值逐年增加，煤炭資源豐富，種類齊全，質(zhì)量較高，有利于大規(guī)模機(jī)械化開采。因此，山西煤對(duì)外部世界的吸引力很大，促使山西省中部地區(qū)經(jīng)濟(jì)獨(dú)樹一幟。相比之下，山西北部地區(qū)和東西部部分市縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展較低，城鎮(zhèn)化水平較低，工業(yè)產(chǎn)值緩慢增長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值較其他地方也是很低的，影響了山西省整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展。

4 結(jié)論和討論

(1)根據(jù)聚類樹狀圖、山西省經(jīng)濟(jì)差異圖和山西省實(shí)際情況，研究分析山西省縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，系統(tǒng)、客觀、定量地反映山西省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況，山西省中部和東南部地區(qū)經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，北部地區(qū)和東西部部分地區(qū)經(jīng)濟(jì)比較薄弱，部分市縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)于緩慢，但經(jīng)過(guò)他們不斷的深化改革和發(fā)展，經(jīng)濟(jì)落后的現(xiàn)象有所改觀。從聚類分析的結(jié)果來(lái)看，2001～2007年山西縣域間經(jīng)濟(jì)差距逐步縮小。

(2)2001～2007年山西省各個(gè)縣 (市)人均GDP都有明顯的增加，人均GDP較高的縣和周邊較低的縣發(fā)展差異在不斷的縮小，人均GDP較高的縣利用自身的條件吸收大量的資金和發(fā)展機(jī)會(huì)，逐步帶動(dòng)周圍的縣 (市)的發(fā)展。

(3)定性和定量相結(jié)合，是目前公認(rèn)的最有效的分類方法。該文利用主成分分析方法，將復(fù)雜的指標(biāo)數(shù)據(jù)信息簡(jiǎn)單化，用較少的15個(gè)綜合指標(biāo)來(lái)代替原來(lái)較多的變量指標(biāo)，同時(shí)各指標(biāo)之間又彼此獨(dú)立，提高了縣域經(jīng)濟(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)的客觀性和準(zhǔn)確度，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行聚類分析，以各樣本的綜合主成分得分聚類，避免了因原始指標(biāo)間存在相關(guān)性所造成的聚類偏差，聚類結(jié)果較為客觀準(zhǔn)確。利用主成分聚類分析的方法對(duì)縣域經(jīng)濟(jì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，克服了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法的缺陷，并應(yīng)用ARCGIS9.3將分類結(jié)果落實(shí)到圖上，取得了較為滿意的效果。該方法也為評(píng)價(jià)縣域經(jīng)濟(jì)差異提供了重要的參考依據(jù)。

山西省各個(gè)縣域間經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平差異很大，經(jīng)濟(jì)實(shí)力高的地區(qū)人均GDP也比較高。此外，礦產(chǎn)資源豐富的縣 (市)其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平也相對(duì)比較高，這就從側(cè)面反映造成山西縣域經(jīng)濟(jì)差異的最大問(wèn)題是資源問(wèn)題。平原地區(qū)比山區(qū)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平高。

由于山西省各縣域特有的地理?xiàng)l件、自然資源及風(fēng)俗習(xí)慣和文化差別，造成不同縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平有很大的差異性。要根據(jù)地域合理分工的原則，發(fā)揮地域優(yōu)勢(shì)，因地制宜，制定出符合各地區(qū)實(shí)際情況的總體發(fā)展戰(zhàn)略。針對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，要立足自己的基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)和區(qū)位優(yōu)勢(shì)，積極引進(jìn)和吸收先進(jìn)的技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，走新型工業(yè)化和城市化發(fā)展道路，要加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級(jí)，帶動(dòng)不發(fā)達(dá)地區(qū)加快發(fā)展。不發(fā)達(dá)地區(qū)和落后地區(qū)則要努力爭(zhēng)取和充分利用省內(nèi)及國(guó)家的扶持政策，加強(qiáng)與發(fā)達(dá)地市的交流與合作，積極引進(jìn)新技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，提高競(jìng)爭(zhēng)力;同時(shí)要積極發(fā)揮自身的比較優(yōu)勢(shì)，積極吸收發(fā)達(dá)區(qū)域成熟的產(chǎn)業(yè)，逐漸形成自身的特色產(chǎn)業(yè)。

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