中國區(qū)域人居環(huán)境質量時空分異格局及障礙因子診斷*

劉 賀 李雪銘 田深圳 LIU He, LI Xueming, TIAN Shenzhen

0 引言

改革開放以來，中國區(qū)域發(fā)展水平極大提高，區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略的提出也使得中國經濟發(fā)展水平不斷提高，城市化進程也在不斷加快。但隨著人口的加速流動，區(qū)域環(huán)境開始發(fā)生巨大變化，生態(tài)環(huán)境質量下降、交通擁擠、住房緊張等一系列人居環(huán)境問題逐漸出現(xiàn)。針對這種情況，2019年2月22日，住房和城鄉(xiāng)建設部提出要改善人居環(huán)境，建設“整潔、舒適、安全、美麗”的人居環(huán)境[1]。此外，由于各區(qū)域底子不同，區(qū)域人居環(huán)境質量差異大、社會經濟發(fā)展不平衡。黨的十九大報告指出，我國社會主要矛盾已經轉變?yōu)槿嗣袢找嬖鲩L的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾[2]?；诖?，本文對中國區(qū)域人居環(huán)境質量進行定量評估，探討長時間序列下人居環(huán)境質量的時空間演變特征及其障礙因子，以求縮短區(qū)域發(fā)展差距，推動區(qū)域人居環(huán)境建設，為改善不平衡不充分的區(qū)域發(fā)展提供理論指導。

國外關于人居環(huán)境的研究開始得更早一些，研究范圍也較為廣泛，包括：伊拉克地區(qū)人居環(huán)境適宜度的趨勢演變分析[3]；全球化晚期伊比利亞地區(qū)人居環(huán)境探究[4]；北美洲中部史前人居環(huán)境模式研究[5]；墨西哥地區(qū)城市人居環(huán)境空間擴張分析[6]；非洲洪災頻發(fā)區(qū)人居環(huán)境脆弱性評價[7]等。20世紀90年代吳良鏞院士創(chuàng)立人居環(huán)境科學理論框架以來，國內眾多學者開展了人居環(huán)境研究。隨著社會的不斷發(fā)展，提升人居環(huán)境質量成為實現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的主要途徑，人居環(huán)境質量已成為研究熱點。最早關于人居環(huán)境質量的文章發(fā)表于1992年，評述“八五”住宅設計競賽是當時為提高人居環(huán)境質量所做出的新努力[8]。之后關于人居環(huán)境質量的研究逐漸增多且研究更全面，包括：研究南京市城市人居環(huán)境質量并建立預警系統(tǒng)[9-10]；以寧夏鹽池為例分析沙區(qū)人居環(huán)境質量[11]；探究中國地級以上城市人居環(huán)境質量的時空演變特征[12]；評價鄉(xiāng)村人居環(huán)境質量并分析其影響因素或探討其空間格局特征[13-14]；分析城市群人居環(huán)境質量的時空分異特征[15]；研究鄉(xiāng)村人居環(huán)境質量的空間差異特征并據(jù)此制定優(yōu)化調控政策[16]等。

綜上所述，關于人居環(huán)境質量的研究在研究方法與研究尺度上均取得了一定進展，研究方法多集中于定量與定性分析結合、GIS分析等，研究尺度多集中于城市群、省域、市域、鄉(xiāng)村等行政地理尺度，但關于中國省域人居環(huán)境質量的研究相對較少。除此之外，改革開放以來中國社會經濟發(fā)展區(qū)域間差異較明顯，各省市處在不同的社會經濟發(fā)展階段，人居環(huán)境質量存在較大差異，分析長時間序列的人居環(huán)境質量有利于縮短區(qū)域發(fā)展差距，促進人居環(huán)境發(fā)展。省級單元具有鮮明的穩(wěn)定性、差異性特征，省級政府處于承上啟下的地位[17]，因此以各省市作為研究單元有一定的可行性與研究價值?；诖?，本文嘗試從經濟、社會、支撐、生態(tài)、文化五個方面構建人居環(huán)境質量評價指標體系，利用基于熵值法的TOPSIS分析中國省域人居環(huán)境質量的時空分異特征，使用障礙度模型探究人居環(huán)境質量障礙因子，深入研究中國區(qū)域人居環(huán)境質量，將有利于提高中國各省市人居環(huán)境質量，促進區(qū)域和諧發(fā)展，縮短區(qū)域發(fā)展差距。

1 研究數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文研究數(shù)據(jù)主要來源于2001—2020年《中國統(tǒng)計年鑒》與中國各省統(tǒng)計年鑒，部分數(shù)據(jù)來源于2000—2019年各省統(tǒng)計公報，對于個別缺失數(shù)據(jù)進行科學補充。參考前人的研究成果[18-19]，基于可比性、科學性、可操作性原則，從經濟、社會、支撐、生態(tài)、文化五個方面構建人居環(huán)境質量指標體系，共22項指標（表1）。

1.2 研究方法

1.2.1 基于熵值法的TOPSIS分析

基于熵值法的TOPSIS分析是在傳統(tǒng)TOPSIS方法的基礎上進行創(chuàng)新，通過熵值法計算得出各項指標權重之后[20]，通過TOPSIS計算得出各評價對象的最優(yōu)解與最劣解，最后計算貼近度Tj，表征評價對象與最優(yōu)方案的接近程度，取值范圍為[0,1]，愈接近1，表示評價對象愈接近最優(yōu)水平。反之，愈接近0表示該評價對象愈接近最劣水平[21]。

1.2.2 曼-肯德爾法突變檢驗

曼-肯德爾法檢驗是由世界氣象組織推薦并被廣泛使用的非參數(shù)檢驗方法，主要用于時間序列趨勢檢驗分析，其檢驗值Z值的計算詳見文獻[22]。突變檢測統(tǒng)計量曲線UFk計算公式如下：

其中：dk為第1到第i個樣本中小于mi的數(shù)量，E(dk)表示均值，var(dk)表示方差，計算公式如下：

通過信度檢驗發(fā)現(xiàn)曲線UFk存在明顯變化趨勢之后，將此計算方法應用于反序列中，得到曲線UBk，置信區(qū)間內兩條曲線的交叉點為突變點。本研究通過99%的顯著性檢驗，因此其置信區(qū)間為±2.58。

1.2.3 G*統(tǒng)計分析

高/低聚類反映的是研究區(qū)域人居環(huán)境質量高低水平的集聚狀況，探究不同空間位置上的熱點區(qū)與冷點區(qū)。計算公式如下[23]：

當G*i(d)為正值時，表明該區(qū)域為熱點區(qū)，當其值為負值時，該區(qū)域為冷點區(qū)。其中Xi為區(qū)域人居環(huán)境質量TOPSIS值，Wij為空間權重矩陣。

1.2.4 障礙度模型

利用障礙度模型分析單一指標對區(qū)域人居環(huán)境質量影響力的大小，據(jù)此分析其主次關系[22]。計算公式如下：

其中，F(xiàn)ij表示第i年j項指標的障礙度數(shù)值，zij為標準化后的數(shù)值，wj為第j項指標的權重。其zij計算公式如下;

yij為標準化值，取值范圍為(0,1]，xij為第i年j項指標的原始數(shù)值，mij為第i年j項指標的理想數(shù)值。

表1 人居環(huán)境質量評價指標體系Tab.1 human settlements quality evaluation index system

2 結果分析

2.1 人居環(huán)境質量時間變化

2.1.1 整體性特征

中國區(qū)域人居環(huán)境質量總體呈逐漸上升趨勢，人居環(huán)境質量由0.230 1上升至0.290 4，人居環(huán)境質量水平提高26.18%。由圖1可知，中國區(qū)域人居環(huán)境質量整體上表現(xiàn)出增加的趨勢，東部地區(qū)與全國2012年出現(xiàn)最高值，中部地區(qū)與西部地區(qū)2016年出現(xiàn)最高值，東部地區(qū)2006年出現(xiàn)最低值，西部地區(qū)2001年出現(xiàn)最低值，但2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量總體保持著由西到東遞增的局面。2012年出現(xiàn)最高值的原因主要是福建、廣東、海南、河北、江蘇、遼寧、浙江、甘肅等77.42%的區(qū)域2012年城市人居環(huán)境質量得分高于2011年與2013年。其中江蘇省2012年城市人居環(huán)境質量分值高于2011年與2013年主要是由于其社會環(huán)境和經濟環(huán)境與2011年和2013年相比處于優(yōu)勢地位。

2.1.2 差異性特征

圖1 中國區(qū)域人居環(huán)境質量時間變化趨勢Fig.1 the trend of regional quality of human settlements in China

中國區(qū)域人居環(huán)境質量空間差異波動明顯，整體呈縮小趨勢，變異系數(shù)由0.694 1下降至0.446 6，區(qū)域差異縮小了35.66%（圖2）。圖2顯示全國區(qū)域人居環(huán)境質量空間差異曲線波動明顯，除此之外，東部區(qū)域差異的變化趨勢與全國區(qū)域差異變化趨勢基本相同。總體而言，東部地區(qū)、中部地區(qū)與西部地區(qū)差異曲線波動情況存在較大區(qū)別，其中雖然2000—2019年東部地區(qū)、中部地區(qū)與西部地區(qū)的區(qū)域差異整體呈縮小趨勢，但波動較明顯，其中西部與中部地區(qū)的變異系數(shù)數(shù)值小于東部地區(qū)且中部地區(qū)變異系數(shù)數(shù)值波動較平穩(wěn)、西部地區(qū)變異系數(shù)數(shù)值波動較明顯。

2.2 人居環(huán)境質量突變檢測

2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量變化共分為兩個階段，即2000—2009年和2009—2019年。計算得出中國區(qū)域人居環(huán)境質量TOPSIS值后利用曼-肯德爾法檢測中國區(qū)域人居環(huán)境質量的突變點，繪制出中國區(qū)域人居環(huán)境質量的曼-肯德爾法變化曲線（圖3）。其中曼-肯德爾法檢驗值Z值為5.403 5，通過99%的顯著性檢驗，說明2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量整體呈上升趨勢；根據(jù)圖3，UF(k)和UB(k)的交叉點位于2009年，說明中國區(qū)域人居環(huán)境在此段時間內發(fā)生了變化。因此本文將2000年、2009年與2019年作為時間節(jié)點，研究中國區(qū)域人居環(huán)境質量的時空演變特征。

圖2 中國區(qū)域人居環(huán)境質量空間差異演變Fig.2 spatial differences in the quality of human settlements in China

2.3 人居環(huán)境質量空間變化

2.3.1 整體性特征

2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量區(qū)域分異特征明顯。為更直觀地反映中國區(qū)域人居環(huán)境質量的空間分布狀況，利用ArcGIS中的自然斷點法將2000年、2009年、2019年的中國區(qū)域人居環(huán)境質量分為五種類型，分別是低水平省份、較低水平省份、中等水平省份、較高水平省份與高水平省份（表2）。由表2可知，2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量發(fā)生了較為明顯的變化。其中低水平省份數(shù)量基本未發(fā)生明顯變化，2000、2009、2019年人居環(huán)境質量低水平省份分別為5、6、4個，多分布在中西部地區(qū)，東部地區(qū)鮮有低水平省份存在；較低水平省份以西部地區(qū)為主，數(shù)量由2000年的14個減少到2019年的10個，說明我國區(qū)域人居環(huán)境質量的整體水平在逐漸提高；中等水平省份的數(shù)量有所增加，由2000年的6個增加到2019年的10個，主要代表省份有內蒙古等；較高水平省份主要分布在我國東中部地區(qū)，數(shù)量由4個降為3個，變化幅度相對較小；高水平省份數(shù)量有所增加，由2000年的2個增加到2019年的4個，集中于我國東部地區(qū)。

圖3 中國區(qū)域人居環(huán)境質量的曼-肯德爾法變化曲線Fig.3 Mann-Kendall variation curve of regional human settlements environment quality in China

表2 2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量時空演變Tab.2 time and space evolution of China’s regional human settlements environment from 2000 to 2019

2.3.2 結構性特征

2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量呈現(xiàn)出“階梯”式的空間分布結構，具體表現(xiàn)為自東向西遞減。根據(jù)圖1-2可知，東、中、西部地區(qū)人居環(huán)境質量空間差異明顯，東部地區(qū)人居環(huán)境質量普遍高于中、西部地區(qū)。從表2也能看出人居環(huán)境質量高水平與較高水平省份大多分布在我國的東、中部地區(qū)，而低水平與較低水平省份多分布在我國西部地區(qū)。

2.3.3 分異性特征

2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量熱點區(qū)域變化明顯，主要集中在東部地區(qū)。利用G*指數(shù)法將中國區(qū)域人居環(huán)境質量劃分為“冷點區(qū)”“次冷點區(qū)”“隨機分布區(qū)”“次熱點區(qū)”“熱點區(qū)”來探究局部空間關系（表3），表3中除“冷點區(qū)”“次冷點區(qū)”“次熱點區(qū)”“熱點區(qū)”外，其余地區(qū)均為“隨機分布區(qū)”。2000—2009年，中國區(qū)域人居環(huán)境質量空間關系變化幅度相對較小，熱點區(qū)、次冷點區(qū)及次熱點區(qū)數(shù)量有所增加，冷點區(qū)數(shù)量保持不變。其中江蘇為穩(wěn)定熱點區(qū)；2009—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量空間關系變化幅度相對較大，冷點區(qū)減少至消失，次冷點區(qū)、次熱點區(qū)數(shù)量減少，熱點區(qū)數(shù)量增加。其中山東、安徽、江蘇為穩(wěn)定熱點區(qū)。綜合而言，2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量冷點區(qū)與次冷點區(qū)數(shù)量有所減少，說明人居環(huán)境質量低水平省份與較低水平省份的集聚趨勢有所減緩，且低水平省份的集聚趨勢減緩得更明顯。冷點區(qū)與次冷點區(qū)均分布在我國西部地區(qū)，次熱點區(qū)分布在我國東、中部地區(qū)，熱點區(qū)則分布在我國東部地區(qū)，中國區(qū)域人居環(huán)境質量的“階梯”式空間分布結構明顯。

2.4 人居環(huán)境質量障礙因子

2.4.1 指標層障礙因子

探究中國區(qū)域人居環(huán)境質量障礙因子對提高人居環(huán)境質量、促進區(qū)域和諧發(fā)展有重要意義。本文將障礙度大于0.03設定為顯著性障礙因子的識別標準，對2000、2009、2019年各個顯著性障礙因子進行頻次統(tǒng)計（圖4）。由圖4可以看出2000—2019年，制約區(qū)域人居環(huán)境質量的顯著性障礙因子逐漸由區(qū)域擁有博物館數(shù)量、每十萬人高等學校在校生數(shù)等文化性因素以及人均財政收入、人均地區(qū)生產總值、農村居民人均純收入等經濟性因素轉變?yōu)槿司丈钣盟俊⒊鞘形鬯仗幚砟芰Φ壬鐣砸蛩?。其中每十萬人高等學校在校生數(shù)、區(qū)域擁有博物館數(shù)量等文化性因素的障礙度數(shù)值有所降低，城鎮(zhèn)登記失業(yè)率、人均日生活用水量等社會性因素的障礙度數(shù)值有所上升。除此之外，2000及2019年工業(yè)固體廢棄物綜合利用率對區(qū)域人居環(huán)境質量的發(fā)展也有制約。

2.4.2 準則層障礙因子

中國區(qū)域人居環(huán)境質量的主要障礙為社會環(huán)境。對2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量準則層障礙度進行測算，由于各個準則層的指標數(shù)量不一致，為使其具有可比性，準則層障礙度用平均值來衡量。所得結果如表4所示。經濟環(huán)境、文化環(huán)境對區(qū)域人居環(huán)境質量的障礙度逐漸減少，但文化環(huán)境在2000與2009年是區(qū)域人居環(huán)境質量的主要障礙力；支撐環(huán)境障礙度數(shù)值處于先升后降的狀態(tài)；社會環(huán)境、生態(tài)環(huán)境的障礙度處于逐漸增加的狀態(tài)，其中2019年五類環(huán)境中最大的是社會環(huán)境障礙度值。因此，促進區(qū)域人居環(huán)境質量均衡發(fā)展與提高人居環(huán)境質量水平應先加強社會環(huán)境建設力度，在注重生態(tài)環(huán)境保護工作的同時完善公共基礎設施，推動文化環(huán)境建設，提升經濟環(huán)境水平。

表3 2000—2019年中國區(qū)域人居環(huán)境質量冷熱點時空演變Tab.3 time-space evolution of cold hotspots in China’s regional human settlements environment from 2000 to 2019

3 結論與討論

3.1 結論

本文利用基于熵值法的TOPSIS法測度區(qū)域人居環(huán)境質量，利用曼-肯德爾法突變檢驗、局部高/低聚類及障礙度模型深入分析區(qū)域人居環(huán)境質量空間分布特征與障礙因子，得出以下結果。

3.1.1 時間變化

2000—2019年區(qū)域人居環(huán)境質量總體呈上升趨勢，整體提高26.18%；區(qū)域人居環(huán)境質量差異性波動明顯，東部地區(qū)、中部地區(qū)與西部地區(qū)的人居環(huán)境質量差異逐漸縮小。

3.1.2 突變檢測

2000—2019年區(qū)域人居環(huán)境質量突變時間點為2009年，可將2000年、2009年與2019年作為研究時間節(jié)點。

圖4 中國區(qū)域人居環(huán)境質量障礙因子頻次統(tǒng)計Fig.4 frequency statistics of regional barriers to quality of human settlements in China

3.1.3 空間變化

2000—2019年區(qū)域人居環(huán)境質量區(qū)域分異明顯，主要表現(xiàn)為“階梯”式空間分布結構；人居環(huán)境質量熱點區(qū)域變化明顯，熱點區(qū)域主要分布在我國東部地區(qū)，“階梯”式的空間分布結構明顯。

3.1.4 障礙因子

2000—2019年區(qū)域人居環(huán)境質量障礙因子逐漸由文化性因素轉變?yōu)樯鐣砸蛩?；阻礙區(qū)域人居環(huán)境質量的主要力量為社會環(huán)境。

3.2 討論

本文從經濟、社會、支撐、生態(tài)、文化五個方面構建人居環(huán)境質量指標體系，分析其時空演變特征與障礙因子，雖取得一定成果，但仍然存在一些缺陷：首先，由于指標可獲取性的限制，可能對研究結果產生一定影響，因此在接下來的研究中需要繼續(xù)完善指標體系；其次，本文研究內容為省域范圍內的人居環(huán)境質量，多停留在宏觀層面，需要加強微觀層面的研究；最后，有關影響因素方面，區(qū)域人居環(huán)境質量必然會受政府政策的影響，但政府政策等信息難以進行量化分析，以上問題將在未來的研究中進一步深化。