城市空間擴張與機動化水平增長之間的互動關(guān)系探析

丁 川，林姚宇，王耀武

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 深圳研究生院，深圳市城市規(guī)劃與決策仿真重點實驗室，廣東 深圳518055）

城市空間擴張與機動化水平增長之間的互動關(guān)系探析

丁 川，林姚宇＊，王耀武

（哈爾濱工業(yè)大學(xué) 深圳研究生院，深圳市城市規(guī)劃與決策仿真重點實驗室，廣東 深圳518055）

城市空間擴張與交通機動化水平增長之間關(guān)系密切.為探討改革開放后我國城市空間擴張與機動化水平增長之間的互動關(guān)系，考察兩者之間相互的影響程度及互動均衡特征，本文采用計量分析方法對1985-2010年的數(shù)據(jù)進行分析.研究結(jié)果表明：①改革開放至今，中國城市空間擴張與機動化水平增長之間存在長期穩(wěn)定的互動均衡關(guān)系；②機動化水平增長對城市空間擴張的影響存在一定的滯后性，初期中國城市空間擴張主要受自身波動的影響，機動化水平的增長對其影響較小，在遠(yuǎn)期兩者之間相互影響趨于穩(wěn)定平衡.該分析結(jié)果有利于深化認(rèn)識現(xiàn)階段我國城市空間不斷擴展現(xiàn)象及其空間擴張同機動化水平之間的關(guān)系，以應(yīng)對現(xiàn)階段我國城市交通問題.

城市交通；互動關(guān)系；計量方法；城市空間擴張；機動化

1 引言

改革開放以來，中國的城市化進程不斷加快，1978年中國城市化率為17.92%，2011年中國城市化率已突破50%.與此同時，城市機動化水平不斷提高，城市空間不斷擴張，中國城市建成區(qū)規(guī)模從1981年的7 438 km2增長到2010年的40 058 km2，千人機動車擁有量從1978年的1.41輛增長到2010年的58.18輛.由此可見，在過去的30年間，中國城市空間規(guī)模與機動化水平都在經(jīng)歷著快速的增長.

機動化水平與城市空間結(jié)構(gòu)互動研究的理論根基源于早期對城市交通系統(tǒng)與土地利用關(guān)系的探討，主要包括古典經(jīng)濟學(xué)的區(qū)位理論、芝加哥學(xué)派的城市地域結(jié)構(gòu)理論和新古典主義學(xué)派的土地價值理論.機動化水平增長提高了人們的空間可達(dá)能力，國內(nèi)外眾多學(xué)者通過研究步行馬車時代、有軌電車時代、汽車時代、高速公路時代的機動化與城市形態(tài)的關(guān)系后發(fā)現(xiàn)，機動化水平的高低對城市規(guī)模具有顯著的影響[1].一方面，機動化水平的增長提高了出行可達(dá)性，城市時間距離不斷增大，城市空間規(guī)模也不斷擴大；另一方面，城市空間規(guī)模的擴大又促進了機動化水平的提高，以便更好地滿足人們的出行需求.古典經(jīng)濟學(xué)原理也認(rèn)為，交通水平是影響城市空間積聚或擴散的主導(dǎo)因素.潘海嘯通過對中國城市機動化20年發(fā)展的回顧，指出城市機動性的改善是促進城市發(fā)展的客觀需要[2].楊濤分析了中國機動化發(fā)展趨勢及其對城市空間發(fā)展的影響，指出現(xiàn)代城市發(fā)展和空間演化是與交通機動化緊密聯(lián)系在一起的[3].國外有學(xué)者研究指出，交通方式與城市空間形態(tài)及結(jié)構(gòu)之間存在密切關(guān)系，且這種關(guān)系并非單向的，而是存在雙向反饋作用，即交通方式的改變影響城市空間形態(tài)及結(jié)構(gòu)的形成，而城市空間形態(tài)及結(jié)構(gòu)反過來也影響城市交通體系的改變[4-10].因此，在理論上城市空間規(guī)模與機動化之間存在一定的互動效應(yīng).

改革開放后，我國私人汽車保有量不斷增加，城市空間也不斷擴張，已有文獻多采用定性分析或相關(guān)分析方法探討兩者之間的靜態(tài)關(guān)系，忽略了兩者之間的動態(tài)機制問題.然而，在當(dāng)前我國快速城市化和經(jīng)濟增長發(fā)展背景下，基于簡單的靜態(tài)關(guān)系研究方法已經(jīng)不能滿足深刻量化分析的客觀需要.基于計量方法的動態(tài)互動關(guān)系研究已引起眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注.吳次芳等探討了城市化和建成用地不同階段相互影響的動態(tài)機制[11]，趙可等考察了經(jīng)濟增長與城市建成用地之間的動態(tài)關(guān)系[12]，李金昌和程開明探討了城市化與經(jīng)濟增長之間的相互作用和相互影響[13].總體來看，從動態(tài)均衡視角出發(fā)，審視改革開放后中國城市空間擴張與機動化水平之間的互動關(guān)系有待深入研究.本文嘗試運用計量分析方法針對改革開放以來我國城市空間擴張同機動化水平增長之間是否存在動態(tài)互動均衡關(guān)系展開研究，若存在動態(tài)均衡關(guān)系并嘗試對其進行量化描述，尋找出兩者之間的相互影響程度.該研究有助于深化認(rèn)識改革開放后中國城市空間擴張與機動化水平增長之間的互動關(guān)系.

2 研究方法與數(shù)據(jù)

2.1 研究方法

以時間序列數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，本文采用了協(xié)整分析、自回歸模型及方差分解等主要的計量方法，對中國城市空間擴張與機動化水平增長之間的互動關(guān)系進行了計量研究.其中，協(xié)整分析主要應(yīng)用于檢驗城市空間擴張與機動化水平增長之間是否存在協(xié)整關(guān)系，即是否存在長期穩(wěn)定的互動均衡關(guān)系；建立自回歸模型，其目的是定量表征城市空間擴張與機動化水平增長兩者波動所產(chǎn)生的相互影響.采用的具體方法包括：

（1）采用單位根檢驗法對1985-2010年中國城市空間擴張與機動化水平兩個時間序列的平穩(wěn)性進行檢驗，進而確定各自的單整階數(shù)；

（2）如果兩個時間序列具有相同的單整階數(shù)時，采用Johansen法檢驗中國城市空間擴張與機動化水平增長之間是否存在協(xié)整關(guān)系，即驗證是否存在長期穩(wěn)定的互動均衡關(guān)系；

（3）建立中國城市空間擴張與機動化水平的自回歸模型，分析脈沖響應(yīng)函數(shù)，分解自回歸模型的方差，探討互動效應(yīng)下城市空間擴張與機動化水平之間的相互影響程度.

2.2 變量選擇

一般來講，對城市空間結(jié)構(gòu)的描述需要借助城市形態(tài)和相關(guān)指數(shù)來表征其狀態(tài)，而城市空間擴張的描述一般是從人口增長和用地增長來反映[14].本文對城市空間擴張的研究從用地增長的角度出發(fā)，選取城市建成區(qū)面積（Urban spatial size,USS）的增加來表征城市空間擴張.機動化水平增長的含義一般是指機動車擁有量和使用量的增加[15,16].因此，對于機動化水平的度量也應(yīng)該從這兩方面入手：機動車擁有量具體表征所具有的空間移動潛在機動能力，機動車擁有量越高通常被認(rèn)為其機動性水平越高，可達(dá)到的城市空間范圍越大；機動車使用量具體表征采用機動交通方式在空間移動上的實際使用，通常用機動車行駛里程數(shù)指標(biāo)來衡量，機動車行駛里程數(shù)越高，表明居民越依賴機動車出行，其機動化越高.由于機動車的行駛里程數(shù)較難以準(zhǔn)確獲得，對機動化程度的衡量大都是采用機動車保有量這一指標(biāo).因此，本文選取了民用汽車擁有量作為衡量指標(biāo)，同時，為剔除人口規(guī)模的影響，將汽車擁有量調(diào)整為千人汽車擁有量來表征機動化水平(Mobility).

2.3 數(shù)據(jù)來源

由于改革開放初期（1978-1984年）數(shù)據(jù)統(tǒng)計不全，因此本文選取中國1985-2010年城市空間規(guī)模與機動化水平改變的相關(guān)數(shù)據(jù)展開研究.其中，年末總?cè)丝谂c民用機動車擁有量數(shù)據(jù)依據(jù)《中國統(tǒng)計年鑒2011》，城市建成區(qū)面積數(shù)據(jù)則來源于《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒2011》.1985-2010年中國城市空間擴張與機動化水平增長趨勢如圖1所示.

圖1 1985-2010年中國城市空間擴張與機動化水平增長趨勢曲線Fig.1 Urban spatial expansion and the growth of mobility in China,1985-2010

由1985-2010年中國城市空間擴張與機動化水平增長的散點圖可以看出（圖2），兩者之間并不是呈線性關(guān)系，而是雙曲線的非線性關(guān)系.因此理論模型的設(shè)定采用雙對數(shù)形式，一方面提高模型擬合的優(yōu)度，消除異方差對擬合效果的影響，另一方面雙對數(shù)模型的參數(shù)具有更直接的含義即為彈性系數(shù).

圖2 1985-2010年中國城市空間擴張與機動化水平增長散點圖Fig.2 Scatter of urban spatial expansion and motorization ratio in China,1985-2010

3 城市空間規(guī)模與機動化水平之間的長期關(guān)系

（1）平穩(wěn)性檢驗.

采用單位根檢驗法中的ADF檢驗法對城市空間規(guī)模與機動化水平兩個時間序列數(shù)據(jù)進行檢驗，一方面該方法與圖示判斷法相比更精確，另一方面也避免了自相關(guān)隨機干擾項問題.檢驗結(jié)果表明，在10%顯著性水平下，城市空間規(guī)模和機動化水平的ADF檢驗值均大于臨界值，表明兩時間序列數(shù)據(jù)都是非平穩(wěn)的，它們的一階差分序列也是如此.而城市空間規(guī)模和機動化水平的二階差分序列均通過了1%顯著性水平下的臨界值，表明其二階差分序列為平穩(wěn)序列.因此，1985-2010年中國城市空間規(guī)模和機動化水平兩時間序列都是二階單整序列，可進行協(xié)整關(guān)系的檢驗.

（2）協(xié)整關(guān)系檢驗.

對于非平穩(wěn)變量不能使用經(jīng)典回歸模型，否則會出現(xiàn)虛假回歸等諸多問題.Granger首次提出了協(xié)整關(guān)系的概念，Engle和Granger提出了完整的協(xié)整理論及方法，該理論認(rèn)為如果時間序列通過了協(xié)整關(guān)系檢驗，即認(rèn)為變量之間存在長期穩(wěn)定的互動均衡關(guān)系，這種均衡關(guān)系的存在意味著變量之間不存在破壞互動均衡的內(nèi)在機制[17].采用Johansen檢驗法對城市空間規(guī)模與機動化水平進行協(xié)整關(guān)系檢驗，檢驗結(jié)果如表1所示.

表1 城市空間規(guī)模與機動化水平之間的Johansen檢驗結(jié)果Table1 Multivariate co-integration test between urban spatial expansion and motorization ratio

檢驗結(jié)果表明，以顯著性水平10%判斷，跡統(tǒng)計量19.847 4>17.980 4，5.802 4<7.556 7，最大特征值統(tǒng)計量14.044 9>13.905 9，5.802 4< 7.556 7.因此，1985-2010年中國城市空間擴張與機動化水平增長之間存在協(xié)整關(guān)系，即長期穩(wěn)定的互動均衡關(guān)系.這種均衡關(guān)系的存在，表明改革開放以來中國城市空間擴張與機動化之間呈現(xiàn)出一定的協(xié)調(diào)性，在兩者快速增長的同時并沒有出現(xiàn)一方嚴(yán)重滯后或超前偏離兩者互動均衡的現(xiàn)象.

將城市空間擴張作為被解釋變量，機動化水平作為解釋變量，兩者之間這種長期的動態(tài)互動均衡關(guān)系可由式（1）進行表述.由于雙對數(shù)模型的參數(shù)具有更直接的含義，即為彈性系數(shù)，因此由動態(tài)互動均衡關(guān)系式可知，從長期來看，中國機動化水平增長對城市空間擴張的彈性系數(shù)為0.682 6，即城市機動化水平每提高1%，城市空間規(guī)模就增長0.682 6%.

同理，將機動化水平作為被解釋變量，城市空間擴張作為解釋變量，兩者之間這種長期的動態(tài)均衡關(guān)系可由式（2）進行表述.由動態(tài)互動均衡關(guān)系式可知，從長期來看，中國城市空間擴張對機動化水平增長的彈性系數(shù)為1.464 9，即城市空間規(guī)模擴張每增長1%，機動化水平就提高1.464 9%.

由回歸方程可知，機動化水平增長對城市空間擴張的彈性系數(shù)為0.682 6，絕對值小于1，表明機動化水平增長對城市空間擴張是缺乏彈性的，而城市空間擴張對機動化水平增長的彈性系數(shù)為1.464 9，絕對值大于1，表明城市空間擴張對機動化水平增長是富有彈性的.上述分析結(jié)果與預(yù)期相一致：相對于城市空間規(guī)模的擴張而言，城市機動化水平提高的幅度更大，時間效應(yīng)更短，因此二者之間呈現(xiàn)出不同的彈性效應(yīng).張庭偉也指出，造成城市空間變化是政策力、經(jīng)濟力和社會力的共同作用的結(jié)果[18].不難理解，城市空間規(guī)模的變化需要更長的作用時間，而且變化幅度相對于機動化水平增長要小很多.

4 城市空間規(guī)模與機動化水平之間的相互影響程度

為研究互動均衡關(guān)系下中國城市空間擴張與機動化水平增長之間的相互影響程度及動態(tài)均衡特征，首先建立兩個變量的自回歸模型，在此基礎(chǔ)上利用脈沖響應(yīng)函數(shù)和方差分解法進行具體分析.

（1）自回歸模型的建立.

建立自回歸模型的關(guān)鍵在于選擇合適的滯后期，由滯后期長度準(zhǔn)則檢驗可知，建立中國城市空間擴張與機動化水平增長的滯后1階自回歸模型比較合理.自回歸模型估計如表2所示，估計結(jié)果表明：城市空間擴張與機動化水平增長自回歸模型的擬合優(yōu)度均達(dá)到了0.99，對數(shù)似然值也很大，模型擬合結(jié)果較為理想.

（2）脈沖響應(yīng)函數(shù)分析.

脈沖響應(yīng)函數(shù)是隨機擾動項的一個標(biāo)準(zhǔn)差沖擊對內(nèi)生變量的當(dāng)前值和未來值所產(chǎn)生的影響軌跡，能夠直觀地刻畫出內(nèi)生變量之間的動態(tài)交互作用與效應(yīng)，基于脈沖響應(yīng)函數(shù)可分析出中國城市空間擴張與機動化水平增長之間的相互影響程度及動態(tài)均衡特征.首先，計算自回歸模型特征方程根的倒數(shù)值，發(fā)現(xiàn)有1個特征根在單位圓外，表明所建立的模型是非穩(wěn)定的.在此模型基礎(chǔ)上，采用漸近解析法計算脈沖響應(yīng)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，進而得到城市空間擴張與機動化水平增長之間的脈沖響應(yīng)函數(shù).由圖3也可看出，系統(tǒng)對沖擊的反應(yīng)是不穩(wěn)定的.

表2 城市空間擴張與機動化水平增長的自回歸模型估計結(jié)果Table2 VAR model of urban spatial expansion and motorization ratio

圖3 城市空間擴張和機動化水平增長對各自一個標(biāo)準(zhǔn)差沖擊的響應(yīng)Fig.3 Impulse response functions of urban spatial expansion and motorization ratio

雖然非穩(wěn)定VAR模型得到的脈沖響應(yīng)函數(shù)是不穩(wěn)定的，不能準(zhǔn)確獲得城市空間擴張與機動化增長之間的沖擊反應(yīng)，但根據(jù)前10期的響應(yīng)變化仍能得出部分重要信息：城市空間擴張對自身的一個標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)比機動化對自身的一個標(biāo)準(zhǔn)差反應(yīng)強烈，機動化水平增長對城市空間擴張的一個標(biāo)準(zhǔn)差的沖擊在第1期的響應(yīng)程度為0，表明機動化水平增長對城市空間擴張的影響存在一定的滯后性.為對中國城市空間擴張與機動化水平增長之間的相互影響程度進行準(zhǔn)確驗證和具體量化，需要進一步的方差分解來檢驗.

（3）方差分解分析.

方差分解是通過分析每一個結(jié)構(gòu)沖擊對內(nèi)生變量變化的貢獻度，來進一步評價不同結(jié)構(gòu)沖擊的重要性.分別以20，40，60，80和100為預(yù)測期進行方差分解，以觀測隨著時間推移，城市空間擴張與機動化水平增長之間的相互影響程度的變化，并找尋平穩(wěn)狀態(tài).預(yù)測期40之后的變化相對緩慢，而此時機動車水平增長的方差分解已經(jīng)趨于平衡穩(wěn)定，因此本文列出了預(yù)測期為40時的方差分解結(jié)果，如表3所示.標(biāo)準(zhǔn)差為給定預(yù)測水平上的變量的預(yù)測誤差.

表3 城市空間擴張與機動化水平增長之間的相互影響程度Table3 Variance decompositions of urban spatial expansion and motorization ratio

方差分解結(jié)果表明，初期中國城市空間擴張主要受自身波動的影響，在前10期其貢獻度均高達(dá)90%，隨著時間的推移，中國城市空間擴張受自身的波動影響程度逐漸衰弱，而機動化水平增長對城市空間擴張的影響在前23期持續(xù)增強，其影響程度在第23期達(dá)到峰值63.02%，之后經(jīng)歷一段時間的小幅度降低后便趨于平穩(wěn).通過觀察第100期結(jié)果發(fā)現(xiàn)，遠(yuǎn)期機動化水平增長對城市空間擴張的影響程度穩(wěn)定在55%左右.在中國機動車水平波動的影響因素中，城市空間擴張波動貢獻度在第1期為31.38%，隨后急劇下降，在第5期達(dá)到最低值7.33%，而后逐漸上升，最終在35期之后趨于平衡，達(dá)到45%.由此可知，改革開放初期，機動化水平的增長對城市空間擴張的影響較小，城市空間擴張對機動化水平的影響要更為顯著.隨著時間的推移，兩者之間的相互影響程度逐漸趨于平穩(wěn)，最終機動化增長對城市空間擴張的貢獻度為55%左右，而城市空間擴張對機動車水平增長的貢獻度為45%左右.從遠(yuǎn)期看，城市空間擴張與機動車水平增長之間的相互影響程度并不是對等的，機動化水平增長對城市空間擴張的貢獻要大于城市空間擴張對機動車水平增長的貢獻，約10%左右.

5 研究結(jié)論

根據(jù)1985-2010年中國城市空間擴張與機動化水平增長的時間序列數(shù)據(jù)，利用計量分析方法對兩者之間的動態(tài)互動均衡關(guān)系進行研究，表明改革開放后中國城市空間擴張與機動化水平增長之間存在一種長期互動均衡關(guān)系，具體結(jié)論如下：

（1）中國城市空間擴張與機動化水平增長之間存在長期互動均衡關(guān)系.這種均衡關(guān)系的存在，表明改革開放以來中國城市空間擴張與機動化水平增長之間呈現(xiàn)出一定的協(xié)調(diào)性，在兩者快速增長的同時并沒有出現(xiàn)一方嚴(yán)重滯后或超前，從而導(dǎo)致兩者偏離互動均衡的現(xiàn)象.

（2）機動化水平增長對城市空間擴張的影響存在一定的滯后性.在初期，中國城市空間擴張主要受自身波動的影響，機動化水平的增長對城市空間擴張的影響較小.遠(yuǎn)期兩者相互之間的影響程度則趨于平穩(wěn)，機動化水平增長對城市空間擴張的貢獻要大于城市空間擴張對機動車水平增長的貢獻.

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Interactive Relationship between Urban Spatial Expansion and Mobility Growth in China

DING Chuan,LIN Yao-yu,WANG Yao-wu
(Shenzhen Key Laboratory of Urban Planning and Decision Making Simulation,Shenzhen Graduate School,Harbin Institute of Technology，Shenzhen 518055，Guangdong，China)

There is a close relationship between urban spatial expansion and mobility growth.To investigate the degree of mutual influences and characteristics of interactive equilibrium between them since the reform and opening in China,this paper uses the econometric methods based on the data of urban spatial expansion and mobility growth during the period 1985-2010.The empirical results show that there is a long-term stable interactive equilibrium relationship between urban spatial expansion and mobility growth.The study finds that the mobility growth exerts a hysteretic impact on the urban spatial expansion.The dominant factor influencing the urban spatial expansion is from its own and the impact of mobility growth on urban spatial expansion is little in early years.However,the mutual impacts between them reach a stable equilibrium in the long-term.It is helpful to recognize the relationship between urban spatial expansion and mobility growth in China,so that some measures can be taken to response to the urban expansion problems.

urban traffic;interactive relationship;quantitative methods;urban spatial expansion;mobility

1009-6744（2014）03-0009-07

TU984

A

2013-10-15

2014-01-05錄用日期：2014-01-23

國家自然科學(xué)基金面上項目（41371169）；廣東省自然科學(xué)基金（S2012040007176）；深圳市科技研發(fā)基礎(chǔ)研究項目（JCYJ20120615145601342）；生態(tài)規(guī)劃與綠色建筑教育部實驗室（清華大學(xué)）專項經(jīng)費資助（2013U-6）.

丁川（1986-），男，山東聊城人，博士生.*通訊作者：linyaoyuhit@163.com