中國城市群科技脆弱性波浪收斂規(guī)律的定量模擬與驗證

曾 鵬，程 寅，魏 旭

(1.廣西民族大學(xué) 民族學(xué)與社會學(xué)學(xué)院；2.廣西民族大學(xué) 經(jīng)濟學(xué)院，廣西 南寧 530006)

0 引言

城市群作為多個城市的集合體，逐漸成為引領(lǐng)我國科技發(fā)展的新動力源[1]。關(guān)于城市或城市群科技創(chuàng)新系統(tǒng)的研究成果較豐富，主要集中在城市科技競爭力評價、城市群科技協(xié)同創(chuàng)新等方面。如有學(xué)者建立了核心城市科技競爭力評價指標(biāo)體系，利用因子分析對核心城市科技競爭力進行綜合評價(吳曉梅，石林芬，2005)；胡翠萍[2]基于城市科技數(shù)據(jù)構(gòu)建城市科技競爭力評價模型與指標(biāo)體系進行實證分析；陳詩波等[3]通過分析京津冀城市群科技協(xié)同創(chuàng)新基礎(chǔ)能力，揭示京津冀城市群科技合作問題；朱鵬頤等[4]利用超效率數(shù)據(jù)包絡(luò)分析視窗模型研究2010-2014年各城市科技創(chuàng)新效率變化，并結(jié)合Malmquist指數(shù)探討城市科技創(chuàng)新效率變化的深層次原因；李光龍等[5]以長江經(jīng)濟帶108個地級城市為樣本，分析長江經(jīng)濟帶經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展時空演變規(guī)律，并利用固定效應(yīng)模型和門檻模型實證分析財政支出、科技創(chuàng)新對經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展的影響。綜上所述，目前關(guān)于城市科技創(chuàng)新系統(tǒng)的研究較成熟，但對于科技創(chuàng)新系統(tǒng)能夠承受的外界壓力和干擾程度缺乏探討，以中國城市群為研究對象分析區(qū)域科技脆弱性以及其變化規(guī)律的研究更是少之又少。隨著城市群空間集聚效應(yīng)增強，城市群發(fā)展對經(jīng)濟增長的貢獻度日益提升。因此，本文將結(jié)合理論與實踐，深入分析城市群整體的科技脆弱性，這對準(zhǔn)確把握城市群科技創(chuàng)新系統(tǒng)敏感度、實現(xiàn)我國城市科技創(chuàng)新能力可持續(xù)發(fā)展具有重要現(xiàn)實意義。

脆弱性是指暴露于自然環(huán)境中的系統(tǒng)因受到壓力與擾動而產(chǎn)生敏感性，并因缺乏足夠適應(yīng)能力或恢復(fù)能力導(dǎo)致自身受到損害的程度[6]，具體包括恢復(fù)性、抵抗性、適應(yīng)性、敏感性等多個方面?？萍即嗳跣愿拍钣纱嗳跣愿拍钛苌鴣?，是指科技系統(tǒng)在受到外界壓力和干擾而產(chǎn)生的敏感性與恢復(fù)性(劉凱,任建蘭,孫雪,等，2016)。

綜合以上研究，本文認為科技脆弱性是脆弱性的一個具體分支，是指科技系統(tǒng)在外部環(huán)境擾動下因缺乏足夠適應(yīng)力而表現(xiàn)出的敏感狀態(tài)以及在遭受擾動后的自身恢復(fù)能力。其中，敏感性由經(jīng)濟、社會、環(huán)境三大外部要素共同決定，反映科技系統(tǒng)在遭受外部環(huán)境擾動時表現(xiàn)出的敏感程度；恢復(fù)性由科技投入、科技產(chǎn)出、科技基礎(chǔ)三方面共同決定，反映科技系統(tǒng)在遭受外部不利影響后能夠恢復(fù)到原有狀態(tài)的能力。因此，科技脆弱性是敏感性與恢復(fù)性的綜合反映。敏感性越強，科技系統(tǒng)脆弱性越高；恢復(fù)性越強，科技系統(tǒng)脆弱性越低。

本文的理論貢獻包括以下方面：第一，運用幾何推導(dǎo)并結(jié)合數(shù)值模擬方法，研究我國城市群科技脆弱性演變規(guī)律以及時空演化格局；第二，綜合運用VHSD-EM法構(gòu)建評價模型，對我國城市群科技脆弱性進行綜合評價；第三，從城市群發(fā)育角度，設(shè)計科技創(chuàng)新系統(tǒng)風(fēng)險防御模型以及系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值計算方法，量化分析核心城市不斷聯(lián)合周邊城市，進而形成城市群并不斷擴張的演化過程。

1 城市群科技脆弱性收斂規(guī)律的理論解析與幾何表達

1.1 城市群科技脆弱性呈波浪性收斂原理

我國經(jīng)濟發(fā)展正由高速增長轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，空間結(jié)構(gòu)也發(fā)生深刻變化，中心城市與城市群成為重要的空間載體。國家“十四五”發(fā)展規(guī)劃指出，“應(yīng)當(dāng)建立健全城市群一體化協(xié)調(diào)發(fā)展機制和成本共擔(dān)、利益共享機制，統(tǒng)籌推進基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)調(diào)布局、產(chǎn)業(yè)分工協(xié)作、公共服務(wù)共享、生態(tài)共建、環(huán)境共治”，為推動中心城市與周邊城市一體化協(xié)調(diào)發(fā)展提供重要引領(lǐng)。因此，城市群科技創(chuàng)新系統(tǒng)發(fā)展就是中心城市通過與周邊城市聯(lián)合、降低科技系統(tǒng)脆弱性的過程。基于城市群的創(chuàng)新引領(lǐng)效應(yīng)和輻射帶動效應(yīng)，本文提出城市群在形成與發(fā)展過程中不斷擴大范圍，逐步具備面對不確定性的抗風(fēng)險能力，但過密的內(nèi)在聯(lián)系易使城市群科技系統(tǒng)陷入鎖定而缺乏有效應(yīng)變[7]，特別是面臨外部沖擊時會因科技系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)性衰退導(dǎo)致城市群科技系統(tǒng)脆弱性較高。伴隨新城市不斷加入，科技創(chuàng)新系統(tǒng)不斷演化到一個合適狀態(tài)，其抵御外界風(fēng)險的能力逐步趨于穩(wěn)定。因此，隨著城市間不斷聯(lián)合，形成一體化協(xié)調(diào)發(fā)展體，其科技系統(tǒng)脆弱性也呈現(xiàn)振幅縮小并最終趨于穩(wěn)定的發(fā)展形態(tài)，具體見圖1。

圖1 城市群科技脆弱性演變規(guī)律Fig.1 Evolution of science and technology vulnerability in urban agglomeration

當(dāng)只有一個城市時，城市科技系統(tǒng)對外界反應(yīng)較敏感，同時，科技系統(tǒng)本身的恢復(fù)能力也處于較低水平，此時城市科技系統(tǒng)尚不具備抵御外界潛在風(fēng)險的能力。當(dāng)多個城市形成城市群且發(fā)展到一定規(guī)模和程度后，城市間會產(chǎn)生集聚效應(yīng)并通過整個城市群的一體化增強風(fēng)險抵御能力。但在城市集聚初期，由于新城市加入需要時間磨合，使得城市群科技系統(tǒng)面對外部沖擊時處于較弱狀態(tài)，因此整體科技脆弱性較高。此后，伴隨磨合期結(jié)束以及新城市不斷加入，城市群聯(lián)合防控風(fēng)險能力逐漸趨于穩(wěn)定，科技系統(tǒng)抗風(fēng)險能力和自身恢復(fù)能力提高，科技脆弱性處于較低水平。因此，推動城市聯(lián)合、形成一體化協(xié)調(diào)發(fā)展，是促使城市群科技脆弱性降低并維持相對穩(wěn)定狀態(tài)的重要路徑。

綜上所述，研究城市群科技脆弱性演變規(guī)律以及科技系統(tǒng)融合擴張過程，對于解決“如何實現(xiàn)城市群科技系統(tǒng)穩(wěn)定性”、 “城市群發(fā)展過程中核心城市如何聯(lián)合周邊城市共同承擔(dān)風(fēng)險”、“城市群內(nèi)部科技系統(tǒng)如何順暢運行”等現(xiàn)實問題具有重要意義。

1.2 城市群科技脆弱性波浪式收斂曲線函數(shù)模型

城市群科技脆弱性演化規(guī)律是指在時間序列下隨著時間推移和聯(lián)合城市數(shù)量增加而形成的非線性復(fù)合變化曲線，也稱為城市群科技脆弱性波浪收斂曲線。根據(jù)城市群科技脆弱性演化原理，利用數(shù)理函數(shù)進行如下表示：

(1)

其中，Vt表示t時期城市群科技脆弱性;c表示城市群科技脆弱性最終穩(wěn)定值；Δt是函數(shù)波動周期，且Δt=π/β；α是三角函數(shù)振幅，表示城市群科技脆弱性阻滯系數(shù)；β表示城市群科技脆弱性周期系數(shù)，π/β為三角函數(shù)頻率。為了提高數(shù)理模型準(zhǔn)確性，對其進行優(yōu)化。對核心城市分別賦予科技脆弱性初始時間t0和初始值V0，分別代表初期時間和初期城市群科技脆弱性指數(shù)。優(yōu)化后的函數(shù)曲線模擬公式為：

(2)

X=xij(tk),i=1,2,…,m;j=1,2,….n;k=1,2,…,K

(3)

2 研究設(shè)計與計算

2.1 城市群樣本選擇

近年來城市群逐漸成為世界各國空間組織形式上的新型主體單元[8]。2013年中央城鎮(zhèn)化工作會議中明確將城市群列為未來國家城鎮(zhèn)化的主體形態(tài)。本文參照國務(wù)院、國家發(fā)展和改革委員會以及各省(直轄市、區(qū))批復(fù)印發(fā)的19個城市群發(fā)展規(guī)劃文件，以重點建設(shè)的五大國家級城市群(長江三角洲、珠江三角洲、京津冀、長江中游、成渝)、穩(wěn)步建設(shè)的八大區(qū)域級城市群(遼中南、山東半島、海峽西岸、哈長、中原、關(guān)中平原、北部灣、天山北坡)、引導(dǎo)培育的六大地區(qū)級城市群(晉中、呼包鄂榆、滇中、黔中、蘭西、寧夏沿黃)，共計227個城市為案例樣本進行研究。

2.2 指標(biāo)體系構(gòu)建

本研究以考察中國城市群科技脆弱性為目的，遵循全面性、系統(tǒng)性、典型性和數(shù)據(jù)可得性等原則，在借鑒已有研究成果的基礎(chǔ)上，構(gòu)建科技脆弱性評價體系，具體包含敏感性和脆弱性兩個維度，共涉及經(jīng)濟要素、社會要素、環(huán)境要素、科技投入、科技產(chǎn)出、科技基礎(chǔ)6個要素層以及25個指標(biāo)層。

本研究構(gòu)建的科技脆弱性指標(biāo)體系分為敏感性和恢復(fù)性兩個維度。其中，敏感性反映科技系統(tǒng)對外界不利擾動的敏感程度，主要包括經(jīng)濟、社會、環(huán)境三大外部要素影響。本文選取人均地區(qū)生產(chǎn)總值、地區(qū)生產(chǎn)總值增長率等指標(biāo)表征經(jīng)濟要素，選取在崗職工平均工資、人口密度等指標(biāo)表征社會要素，選取工業(yè)廢水排放量比重指數(shù)、城鎮(zhèn)生活污水處理率等表征環(huán)境要素。恢復(fù)性反映科技系統(tǒng)在遭受外部環(huán)境擾動后的系統(tǒng)自我恢復(fù)能力，主要由科技投入、科技產(chǎn)出、科技基礎(chǔ)三大系統(tǒng)要素共同決定。其中，選取科技強度指數(shù)、財政支出中科學(xué)技術(shù)支出比重等作為科技投入替代指標(biāo)，選取發(fā)明專利授權(quán)量、實用新型專利授權(quán)量等作為科技產(chǎn)出替代指標(biāo)，選取科學(xué)技術(shù)人員、普通高等學(xué)校在校學(xué)生數(shù)等作為科技發(fā)展基礎(chǔ)替代指標(biāo)?？萍即嗳跣宰罱K取決于敏感性與恢復(fù)性的共同作用。

2.3 模型構(gòu)建

2.3.1 “縱橫向”拉開檔次法(VHSD)

根據(jù)時間序列函數(shù)，可將科技脆弱性研究涉及的m個城市、n個基本指標(biāo)和K個年份數(shù)據(jù)排列成矩陣，如下所示：

X=xij(tk),i=1,2,…,m;j=1,2,…,n;k=1,2,…,K

(4)

其中，X=xij(tk)表示第i個城市在第k年的第j項指標(biāo)值。

城市科技脆弱性時序立體數(shù)據(jù)如表1所示。其中，ui代表第i個城市。

(5)

表1 城市科技脆弱性時序立體數(shù)據(jù)Tab.1 Time-series three-dimensional data of urban science and technology vulnerability

其次，設(shè)定科技脆弱性評價函數(shù)為

(6)

式中，δj為指標(biāo)權(quán)重，zi(tk)為樣本i在第k年的綜合評價值。利用公式(7)確定指標(biāo)權(quán)重。

(7)

當(dāng)δTδ=1時，取H的最大值對應(yīng)的特征向量時，σ2得到最大值。權(quán)重向量δj由特征向量進行歸一化處理得到。

2.3.2 熵值賦權(quán)法(EM)

運用極差標(biāo)準(zhǔn)化法處理指標(biāo)數(shù)據(jù)：

(8)

其中，第i個樣本第j項指標(biāo)在第k年的指標(biāo)值經(jīng)過極差標(biāo)準(zhǔn)化后得到y(tǒng)ijk。

計算指標(biāo)值的變異程度：

(9)

其中，第j項指標(biāo)下第i個評價對象在第k年的特征比重表示為vijk。

由此，計算第j項指標(biāo)的EM值，Ejk表示為：

(10)

其中，當(dāng)vijk=0或1時，令vijkln(vijk)=0。令指標(biāo)的差異系數(shù)為Djk，則：

Djk=1-Ejk

(11)

指標(biāo)EM權(quán)重計算公式為：

(12)

2.3.3 VHSD-EM評價模型基本原理及檢驗

VHSD-EM分析可將通過VHSD法與EM法分別計算出的指標(biāo)權(quán)重相結(jié)合，得到最終權(quán)重并計算各指標(biāo)綜合評價值。運用MATLAB(R2016a)對VHSD法和EM法計算結(jié)果進行Spearman相關(guān)性檢驗。表2顯示，結(jié)果具有較強正相關(guān)性，均在1%的水平下顯著，由此可知VHSD和EM法計算結(jié)果具有較高一致性。因此，本文建構(gòu)的VHSD-EM模型具有較好穩(wěn)健性。

表2 Spearman相關(guān)性檢驗結(jié)果Tab.2 Spearman correlation test results

將由VHSD法與EM法確定的權(quán)重δj和wjk組成如下矩陣：

(13)

每個指標(biāo)的最終權(quán)重Wjk是由Cjk中的每行元素進行算術(shù)平均值得到。

將上述所得標(biāo)準(zhǔn)化值與相關(guān)權(quán)重加權(quán)求和，得到科技敏感性指數(shù)Si和科技恢復(fù)性指數(shù)Ri，由此計算城市科技脆弱性為：

(14)

2.4 城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求實證方法

2.4.1 城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度

通過構(gòu)建城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度模型反映科技系統(tǒng)風(fēng)險分擔(dān)需求強度，具體可分解為聯(lián)合城市的科技脆弱性開方比上聯(lián)合城市的科技強度指數(shù)開方與城市空間直線距離的平方。因此，不同城市科技系統(tǒng)的風(fēng)險分擔(dān)需求強度可表示如下：

(15)

(16)

2.4.2 城市群科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻

利用科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度模型計算城市群不同城市間科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度，將所有城市科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度均值的1/2作為衡量核心城市是否應(yīng)聯(lián)合新城市提高科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻的標(biāo)準(zhǔn)，計算公式如下：

(17)

其中，λij表示城市群不同城市間科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值；Fij表示科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度；i表示評價年數(shù)，j表示評價數(shù)量。

2.5 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究樣本數(shù)據(jù)選為2009-2019年，由于城市群樣本中包含部分地級市代管的縣級市或省直管的縣級市，數(shù)據(jù)樣本可能出現(xiàn)重疊，同時，部分城市數(shù)據(jù)缺失嚴重，因此均予以剔除，最后選取201個地級市數(shù)據(jù)。其中，城市人口、經(jīng)濟總量與科技相關(guān)數(shù)據(jù)均來自2010-2020年的《中國城市統(tǒng)計年鑒》、國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報；全國數(shù)據(jù)來自2010-2020年《中國統(tǒng)計年鑒》；缺漏數(shù)據(jù)通過搜尋中國國家統(tǒng)計局官網(wǎng)或各省市統(tǒng)計局官網(wǎng)予以補充。

3 城市群科技脆弱性實證結(jié)果分析

3.1 城市科技脆弱性“縱橫向”拉開檔次法與熵值賦權(quán)法(VHSD-EM)分析

首先通過VHSD法中的綜合評價函數(shù)計算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，再通過EM法將歷年城市的各項指標(biāo)數(shù)據(jù)進行處理，得出各年份的評價指標(biāo)值變異程度，進而運用熵權(quán)法計算各項科技指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；接著，對VHSD法中的權(quán)重系數(shù)與EM法中的權(quán)重系數(shù)取算術(shù)平均值，得到最終權(quán)重系數(shù)；最后，將各城市指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)合權(quán)重系數(shù)，通過線性加權(quán)法逐層進行加權(quán)匯總，得到歷年中國城市群各城市科技脆弱性指數(shù)，而后對各城市科技脆弱性進行評價。根據(jù)歷年各城市科技脆弱性得分進行描述性統(tǒng)計，具體見表3。

由表3可知，2019年與2018年科技脆弱性分值最低的為珠江三角洲城市群的深圳，其余年份最低值由京津冀城市群的北京包攬，說明以北京、深圳等一線城市為代表的城市科技系統(tǒng)受外界不利影響與損害的可能性較低，即科技脆弱性較小。2019年與2018年科技脆弱性分值最高的是哈長城市群中的松原，其它年份除2015年外均由哈長城市群包攬。從分值看，哈長城市群科技系統(tǒng)運行情況不容樂觀。

將城市群所轄城市的科技脆弱性分值進行算術(shù)平均，得到我國城市群科技脆弱性綜合分值，并利用Stata將各城市群科技脆弱性評價值進行算數(shù)平均，得到城市群整體的科技脆弱性評價值并進行描述性統(tǒng)計，見表3。同時，利用ArcGIS10.2繪制中國城市群科技脆弱性分級圖，見圖2。根據(jù)圖表分析可以發(fā)現(xiàn)，不同城市群科技脆弱性差距較大，其中，重點建設(shè)的國家級城市群的科技脆弱性較低，特別是隸屬于五大國家級城市群的長江三角洲、珠江三角洲城市群的科技脆弱性均處于較低水平，而哈長城市群和蘭西城市群的科技脆弱性均處于較高水平。從空間演化格局看，東部沿海和珠三角城市群的科技脆弱性較低，說明這些城市的科技系統(tǒng)受到外界經(jīng)濟、環(huán)境、社會等因素的影響較小，對外界壓力的敏感度也較小，同時，這些城市的科技系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，受到不利影響后的恢復(fù)能力也較強。

表3 城市科技脆弱性描述性統(tǒng)計結(jié)果Tab.3 Descriptive statistical results of vulnerability of urban science and technology

圖2 城市群科技脆弱性分級結(jié)果Fig.2 Results of science and technology vulnerability classification in urban agglomerations

3.2 城市群科技脆弱性演化分析

由上述分析可知，城市群科技脆弱性整體振幅漸小并最終趨于固定值。其中，珠江三角洲城市群科技脆弱性顯著低于其它城市群且波動幅度較小，說明珠三角城市群科技系統(tǒng)較為穩(wěn)定，面對外界壓力具有一定程度的自我調(diào)節(jié)能力。而哈長城市群科技系統(tǒng)脆弱性整體上略高于其它城市群，防御外界風(fēng)險的能力較差、遭受破壞時的恢復(fù)能力也較弱。

3.3 城市群科技脆弱性全局分析

以2012年、2014年、2016年和2018年為樣本，繪制中國城市群科技脆弱性空間演化趨勢，由于篇幅限制，僅展示2014年和2018年的趨勢面分析，見圖3。圖中，X軸表示東方，Y軸表示北方，線1與線2分別代表我國城市群不同科技脆弱性在東西、南北方向上的投影。

從整體趨勢看，城市群科技脆弱性在東西方向上呈現(xiàn)“東低西高”的空間特征，表明東部地區(qū)城市群的整體科技脆弱性低于西部地區(qū)；在南北方向上呈現(xiàn)總體向下的空間發(fā)展趨勢，即東南部兩端較低，表明東南部地區(qū)城市群的整體科技脆弱性低于東北部和西北部地區(qū)。

從投影弧度看，東部地區(qū)城市群科技脆弱性投影弧度與西部地區(qū)城市群極其相似，表明東部地區(qū)城市群的科技脆弱性差異程度也與西部地區(qū)相似；北部地區(qū)城市群科技脆弱性投影弧度相較于南部地區(qū)更陡峭，表明北部地區(qū)城市群不僅整體科技脆弱性低于南部地區(qū)，而且北部地區(qū)城市群科技脆弱性差異程度相較南方地區(qū)也更顯著。

從時間序列看，2012年以前南北方城市群科技脆弱性相差不大，2012-2018年南北方城市群科技脆弱性差距逐漸增大，特別是2014年后中西部地區(qū)科技脆弱性呈降低趨勢。從整個時間范圍看，東南部地區(qū)的科技脆弱性都優(yōu)于其它地區(qū)。整體而言，我國東部、南部沿海地區(qū)城市群的科技脆弱性顯著低于華中、西南、西北、東北地區(qū)城市群。

為了更直觀地觀察我國城市群科技脆弱性演化情況，結(jié)合不同城市群所轄城市的科技脆弱性值，運用ArcGIS10.2軟件繪制2012年、2014年、2016年和2018年我國城市群脆弱性區(qū)域分級圖，具體見圖4。由于篇幅限制，僅展示2014年和2018年的演化圖。

圖3 城市群科技脆弱性空間演變趨勢Fig.3 Spatial evolution trend of science and technology vulnerability in urban agglomerations

圖4 我國城市群各城市脆弱性分級演化情況(2014年與2018年)Fig.4 Urban vulnerability classification evolution of urban agglomerations in China (2014 and 2018)

由圖4可知，從整體空間演化格局看，內(nèi)陸地區(qū)城市群科技脆弱性稍處劣勢，而東南沿海地區(qū)城市群科技脆弱性較低，這與城市群區(qū)位優(yōu)勢、經(jīng)濟發(fā)展水平及政府政策密切相關(guān)。從時間演化格局看，整體來講，城市群科技系統(tǒng)穩(wěn)定性穩(wěn)步提升，低科技脆弱性城市數(shù)量明顯增多，高科技脆弱性城市數(shù)量明顯減少。

4 城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求實證分析

根據(jù)城市群分布，可劃分為三大類城市群，具體包括5個國家級城市群、8個區(qū)域級城市群、6個地區(qū)級城市群。鑒于篇幅和圖像空間有限，本文僅展示2009-2019年國家級城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度高于科學(xué)系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值的城市，如圖5所示。

從圖5(a)- 5(d)中可以看到，2009-2019年科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度整體呈波浪式變化并最終趨于穩(wěn)定，超過門檻值則表明該城市已融入其所屬城市群，開始聯(lián)合其它城市進行科技風(fēng)險防控。2009-2019年國家級城市群科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值高達7.37，科技風(fēng)險聯(lián)合防控強度超過系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值的城市達到23個，其中，無錫、常州、蘇州、南通等城市在2012年之前就已經(jīng)融入長江三角洲城市群，南京、蕪湖、鎮(zhèn)江等城市相繼于2013年、2014年融入；北京、天津處于京津冀城市群的中心，鄰近的廊坊市于2009年融入該城市群，唐山、張家口于2014年才融入京津冀城市群；珠江三角洲城市群的城市聯(lián)合較早，如珠海、佛山、惠州、中山等城市早在2009年就已融入珠三角城市群；長江中游城市群中越過聯(lián)合防控門檻值的城市僅有鄂州、孝感，它們相繼于2014年、2015年融入其城市群；成渝城市群中各城市科技系統(tǒng)融合程度還不高。

圖5 城市群科技風(fēng)險聯(lián)防過程演化Fig.5 Evolution of scientific and technological risk joint prevention process in urban agglomerations

區(qū)域級城市群科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值為0.893，而科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度高于聯(lián)合防控門檻值的城市有38個，其中，鐵嶺早在2009年就已融入遼中南城市群，盤錦和葫蘆島相繼于2012年、2013年融入該城市群；淄博、煙臺、濰坊、泰安、德州早在2012年之前就已融入山東半島城市群，東營、濟寧、威海相繼于2012年、2013年融入；海峽西岸城市群中的莆田、泉州、漳州早在2009年融入城市群，溫州于2014年融入；哈長城市群中僅有吉林于2013年融入；開封、洛陽、平頂山、新鄉(xiāng)于2012年前就已融入中原城市群，晉城、漯河、周口于2012年融入該城市群；關(guān)中平原城市群中僅有咸陽早于2012年融入，銅川、商洛在2012年融入，寶雞、渭南于2013年融入；北部灣城市群中的欽州、崇左于2012年融入，北海、防城港于2014年融入。

地區(qū)級城市群科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值為0.613，科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度高于系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值的城市有15個。其中，晉中城市群中只有臨汾才于2014年融入，其余越過聯(lián)合防控門檻的城市早在2009年就已融入；呼包鄂榆城市群中僅有包頭于2014年融入；黔中城市群中僅有畢節(jié)于2012年才融入，其余越過聯(lián)合防控門檻的城市均于2012年之前就已融入；蘭西城市群中除海東在2014年才融入外，其余城市均于2012年前融入；寧夏沿黃城市群除吳忠早在2009年就已融入外，其余城市相繼于2012年、2013年融入。綜上可見，各城市融入時間大致與城市群發(fā)展過程同步，其中，國家級城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度遠高于其它兩個層級城市群。

根據(jù)上述計算結(jié)果，利用ArcGIS10.2繪制中國城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度圖，由于篇幅限制，故未展示。

由城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度圖可知， 2012年前越過科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值的城市有無錫、常州、蘇州、杭州、寧波、珠海、佛山等42個城市；在2012年越過聯(lián)合防控門檻值的城市有蕪湖、威海、聊城、濟寧、晉城、漯河、欽州等17個城市； 2014年后越過科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值的城市有鎮(zhèn)江、唐山、張家口、鄂州、日照、溫州、包頭、鶴壁、寶雞等18個城市。這些說明城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度與所轄城市科技脆弱性正相關(guān)，與城市間距離負相關(guān)。

5 城市群科技脆弱性波浪式收斂曲線模擬與驗證

表4 中國城市群科技脆弱性波浪式變化曲線最優(yōu)函數(shù)表達式Tab.4 Optimal function expression of wave-like change curve of science and technology vulnerability in urban agglomerations of China

擬合所用程序代碼如下：

t=[t0;t1; t2; t3; …;tn];

y=[y0;y1; y2; y3; …;yn];

p=fittype('a+(b*sin(c*(t-t0)))/(d*(t-t0))', 'independent', 't');

plot(f,t,y);

f=fit(t,y,p);

cfun=fit(t,y,p)

以此繪制城市群科技脆弱性模擬圖，見圖6。從圖6可以看出，三大類城市群科技脆弱性變化曲線與2009-2019年城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度演化曲線具有較大相似性，說明從整體上看城市群科技脆弱性演化曲線擬合效果較好，反映出城市群科技脆弱性呈波浪式變化發(fā)展趨勢，適合采用科技脆弱性變動函數(shù)模型分析與預(yù)測城市群科技脆弱性發(fā)展走勢。其中，由圖6可以看出，國家級城市群科技脆弱性波動較顯著且波動頻率適中，區(qū)域級城市群與地區(qū)級城市群科技脆弱性波動幅度比國家級城市群平緩且波動頻率低于國家級城市群。

6 結(jié)論與建議

6.1 研究結(jié)論及討論

本文通過構(gòu)建科技脆弱性評價指標(biāo)體系，對我國城市群科技脆弱性收斂規(guī)律及聯(lián)合擴張演化過程進行分析，得出以下結(jié)論：

(1)我國城市群科技脆弱性總體呈波浪式收斂特征，最后逐漸降低并趨于一個最佳穩(wěn)定值，此外，不同城市群科技脆弱性差距較大，重點建設(shè)的國家級城市群科技脆弱性最低。其中，長三角、珠三角城市群的科技脆弱性均穩(wěn)定在較低水平。另外，科技脆弱性長期處于較高值的是哈長和蘭西城市群，科技脆弱性下降速度最快和最慢的城市群分別為寧夏沿黃與蘭西城市群。通過對城市群科技脆弱性進行全局空間分析發(fā)現(xiàn)，我國城市群科技脆弱性分布具有不均衡性，主要表現(xiàn)為“東南高-西北低”，胡煥庸線以東地區(qū)城市群科技系統(tǒng)的穩(wěn)定性優(yōu)于西部地區(qū)[9]。不同城市群科技發(fā)展質(zhì)量差距顯著，國家級城市群科技發(fā)展質(zhì)量較高；脆弱性低值區(qū)由國家級城市群逐步向區(qū)域級和地區(qū)級城市群擴張。原因在于不同城市群區(qū)位條件不同，基于國家戰(zhàn)略層面的國家級城市群政策比地方性城市群政策對城市群發(fā)展的扶持力更大[10]。

(2)科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度整體上趨于波浪式收斂且存在聯(lián)合防控門檻效應(yīng)，目前國家級城市群已有較多城市聯(lián)合其它城市進行風(fēng)險防控，區(qū)域級和地區(qū)級城市群則較少。研究發(fā)現(xiàn)，2009-2019年全國科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度整體上呈波浪式變化并最終趨于穩(wěn)定形態(tài)；2009-2019年國家級城市群科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值高達7.37，科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度超過系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值的城市達到23個；區(qū)域級城市群科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值為0.893，科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度高于聯(lián)合防控門檻值的城市有38個；地區(qū)級城市群科技系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值只有0.613，科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度高于系統(tǒng)聯(lián)合防控門檻值的城市有15個。總體而言，各城市科技系統(tǒng)向城市群融合的時間點與城市群發(fā)展過程大致同步，其中，國家級城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度遠高于其它兩個層級城市群。

圖6 城市群科技脆弱性波浪式收斂曲線擬合結(jié)果Fig.6 Wave-type convergence curve fitting results of technological vulnerability in urban agglomerations

(3)各城市群科技脆弱性擬合曲線的相似性較大，與各城市科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度演化趨勢一致，且城市群科技脆弱性演變規(guī)律與城市群科技脆弱性收斂函數(shù)曲線基本一致，說明我國城市群科技脆弱性收斂曲線模擬效果較好。其中，國家級城市群科技脆弱性最低，區(qū)域級城市群次之，地區(qū)級城市群科技脆弱性最高。

6.2 政策建議

通過上述對我國城市群科技脆弱性的分析，可以為我國城市群科技系統(tǒng)運行提供參考，有助于提升城市群經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量，提高科技系統(tǒng)穩(wěn)定性，促進我國城市群科技進步。

第一，探索一體化科技創(chuàng)新規(guī)劃。首先，各級政府應(yīng)將企業(yè)、科研機構(gòu)及大學(xué)、中介機構(gòu)等聯(lián)合起來，不斷解決產(chǎn)學(xué)研過程中的困難，探索可持續(xù)發(fā)展路徑，形成輻射城市群其它城市的科技創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)，提升城市群科技系統(tǒng)一體化程度[11]；其次，在科技、人才政策的制定與落實中，形成市鎮(zhèn)聯(lián)動；最后，從供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革著手，推動區(qū)域科技創(chuàng)新體系建設(shè)[12]。

第二，深入推進創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略實施?；谖覈鞘腥嚎萍即嗳跣灾饾u降低并趨于一個最佳穩(wěn)定值，但仍存在區(qū)域差異的現(xiàn)實，具體建議如下：首先，城市群各級政府應(yīng)深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，推動科技創(chuàng)新和高技術(shù)發(fā)展工作邁上新臺階[13]；其次，不斷創(chuàng)新發(fā)展路徑、厚植區(qū)域發(fā)展優(yōu)勢，為我國經(jīng)濟發(fā)展開辟新空間；最后，應(yīng)當(dāng)激活人才福利，倡導(dǎo)“工匠精神”，激發(fā)人才創(chuàng)造力。

第三，孕育世界級科技創(chuàng)新生態(tài)。由于我國國家級城市群科技風(fēng)險分擔(dān)需求強度遠高于其它兩級城市群，因此建議如下：首先，城市群應(yīng)當(dāng)構(gòu)建系統(tǒng)、開放的科技創(chuàng)新生態(tài)[14]，形成融合科技、社會、經(jīng)濟、生態(tài)、文化等多維度價值的科技創(chuàng)新評價體系；其次，面向國際發(fā)展培養(yǎng)新型高端科技人才；最后，鼓勵本土企業(yè)加大科技創(chuàng)新、調(diào)整與優(yōu)化跨國布局，使我國城市群更具國際競爭力[15]。

第四，著眼系統(tǒng)性科技創(chuàng)新治理。首先，城市群應(yīng)加強科技數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)[16]；其次，鼓勵社會機構(gòu)將科創(chuàng)成果推廣科普給大眾；最后，營造有助于科技人才涌現(xiàn)的良好環(huán)境，使他們能夠為破解難題、開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)提供有效幫助。

6.3 研究不足與展望

本文對中國城市科技脆弱性進行了綜合評價，但仍存在一定不足。

第一，中國城市群科技脆弱性指標(biāo)體系構(gòu)建有待完善。城市群作為區(qū)域國民經(jīng)濟的重要組成，需從動靜態(tài)結(jié)合角度體現(xiàn)城市群科技脆弱性發(fā)展規(guī)律，但由于數(shù)據(jù)獲取和研究尺度的局限性，相關(guān)研究有待深入。

第二，對中國城市群科技脆弱性波浪收斂規(guī)律的形成原因缺乏深度分析。囿于宏觀經(jīng)濟數(shù)據(jù)獲取的有限性，雖能保證數(shù)據(jù)分析結(jié)果的正確性，但未充分開展關(guān)于中國城市群科技脆弱性波浪收斂規(guī)律的原因分析，后續(xù)可進一步收集相關(guān)數(shù)據(jù)予以拓展。

第三，在數(shù)據(jù)預(yù)處理和計算過程中所用方法較單一。本文應(yīng)用VHSD-EM法計算中國城市群科技脆弱性水平，計算過程中對指標(biāo)體系進行了無量綱化處理，雖降低了數(shù)據(jù)偏差，但難免存在個別數(shù)據(jù)差異較大；在熵值法計算中，根據(jù)各指標(biāo)權(quán)重相較于指標(biāo)體系的重要性進行了評定，避免了人為因素的干擾，但也存在權(quán)重漏洞，易造成結(jié)果偏差。因此，關(guān)于權(quán)重的處理有進一步優(yōu)化的空間。

通過分析中國城市群科技脆弱性水平，有助于為我國城市群科技系統(tǒng)運行提供參考，提高城市群經(jīng)濟發(fā)展質(zhì)量。但本文對城市群科技脆弱性波浪收斂規(guī)律的內(nèi)在運行邏輯未作進一步研究，因此未來研究可從城市群科技脆弱性影響因素及產(chǎn)生原因進行深入刨析。