黃河流域城市群能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)水平評(píng)價(jià)

李治國(guó)，李兆哲，高瑋濃

（中國(guó)石油大學(xué)（華東）經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東 青島 266580）

0 引言

2021年10 月，《黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展規(guī)劃綱要》將黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略，凸顯了黃河流域在國(guó)家發(fā)展全局中的重要地位。隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、云計(jì)算等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，科技助推黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的作用不斷顯現(xiàn)，由此，如何協(xié)調(diào)能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、科技四元系統(tǒng)的發(fā)展，在能源消耗、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、科技進(jìn)步之間找到平衡點(diǎn)，是現(xiàn)階段實(shí)現(xiàn)黃河流域高質(zhì)量發(fā)展亟待解決的問題。

對(duì)于能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和科技關(guān)系的研究經(jīng)歷了“環(huán)境-經(jīng)濟(jì)”“能源-經(jīng)濟(jì)”等二元系統(tǒng)向多元系統(tǒng)逐漸演化的過程。在“環(huán)境-經(jīng)濟(jì)”二元系統(tǒng)研究方面，Grossman 和Krueger（1991）[1]提出了環(huán)境庫(kù)茲涅茨曲線（EKC），反映了理想狀態(tài)下環(huán)境質(zhì)量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的“倒U”型關(guān)系。之后，部分研究根據(jù)中國(guó)現(xiàn)實(shí)情況驗(yàn)證了EKC 曲線真實(shí)存在[2]，但也有研究通過實(shí)證檢驗(yàn)否認(rèn)了EKC 曲線的存在[3]。而針對(duì)“能源-經(jīng)濟(jì)”二元系統(tǒng)，Ashish 和Zhang（2017）[4]認(rèn)為能源效率能夠有效帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，但區(qū)域之間存在差異。隨著研究的不斷深入，二元系統(tǒng)向多元系統(tǒng)拓展，有關(guān)3E系統(tǒng)（Energy-Economy-Environment）的研究逐漸興起。逯進(jìn)等（2017）[5]在分析中國(guó)四大地區(qū)2E與3E系統(tǒng)耦合關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)上，探究了區(qū)域三元統(tǒng)交互關(guān)系的時(shí)空變化特征，并提出雖然三元系統(tǒng)具有相對(duì)獨(dú)立性，但提升各自發(fā)展水平有助于三者協(xié)調(diào)共進(jìn)?，F(xiàn)階段針對(duì)三元以上的多元系統(tǒng)研究還較少[6,7]，難以清晰地展示多系統(tǒng)內(nèi)部的相互影響關(guān)系?？傮w來看，針對(duì)3E 系統(tǒng)的研究已經(jīng)取得了較為豐富的成果，但探究能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的研究卻相對(duì)較少，并且以往研究較多集中于省級(jí)層面，較少有研究通過城市群視角更加微觀地考察區(qū)域耦合協(xié)調(diào)發(fā)展現(xiàn)狀，因此，本文考慮到黃河流域高質(zhì)量發(fā)展的重要戰(zhàn)略地位，擬從城市群視角對(duì)該區(qū)域能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1 研究設(shè)計(jì)

1.1 研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

本文考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，選取黃河流域七大城市群中52個(gè)城市作為研究對(duì)象，具體城市如下頁(yè)表1所示。本文數(shù)據(jù)主要來源于2012—2021年各省份統(tǒng)計(jì)年鑒以及相關(guān)統(tǒng)計(jì)公報(bào)，個(gè)別缺失值采用插值法進(jìn)行填補(bǔ)。

表1 黃河流域城市群所含城市

1.2 研究方法

1.2.1 綜合發(fā)展評(píng)價(jià)模型

先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理以消除量綱差異，同時(shí)為確保賦權(quán)的客觀性，運(yùn)用熵權(quán)法確定各指標(biāo)權(quán)重及最終得分，其公式為：

其中，Uiλ為i城市λ系統(tǒng)的綜合得分，wj為熵權(quán)法所得的第j項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，xij為城市i指標(biāo)j的標(biāo)準(zhǔn)值。

1.2.2 耦合協(xié)調(diào)度模型

運(yùn)用多目標(biāo)線性加權(quán)法計(jì)算出能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，其公式為：

其中，Ti為能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，Ui1、Ui2、Ui3、Ui4分別為能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、科技子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)，α、β、γ、δ表示各子系統(tǒng)權(quán)重，本文設(shè)四個(gè)子系統(tǒng)權(quán)重相同，即

同時(shí)，計(jì)算四系統(tǒng)的耦合度，其算法為：

最終，利用耦合度C和綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Ti得到耦合協(xié)調(diào)度D來代表耦合協(xié)調(diào)水平，其算法為：

借鑒文獻(xiàn)[8]，根據(jù)D值將耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度劃分為十級(jí)（見表2）。

表2 耦合協(xié)調(diào)度等級(jí)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

1.2.3 空間計(jì)量模型

先使用空間自相關(guān)模型檢驗(yàn)黃河流域四元系統(tǒng)空間集聚情況，隨后考慮到現(xiàn)階段數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展、能源效率提高、技術(shù)創(chuàng)新突破的中堅(jiān)力量[9,10]，借鑒文獻(xiàn)[11]，選取每百人移動(dòng)電話數(shù)、每百人互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶數(shù)、人均電信業(yè)務(wù)量指標(biāo)對(duì)數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行衡量，并使用熵權(quán)法進(jìn)行測(cè)算?？臻g計(jì)量模型如下：

式中，Dit為能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)水平，Wij為鄰接權(quán)重，digit為數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展指數(shù)，controlit為一組控制變量，β、γ為待估系數(shù)，η、ξ為空間自回歸系數(shù)，δt為時(shí)間固定效應(yīng)，θi為城市固定效應(yīng)，εit表示隨機(jī)干擾項(xiàng)。借鑒文獻(xiàn)[12]，選取政府干預(yù)程度、城鎮(zhèn)化水平、對(duì)外開放水平、金融發(fā)展程度作為控制變量，分別采用地方財(cái)政支出占地區(qū)生產(chǎn)總值比重、城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎?、進(jìn)出口總額占地區(qū)生產(chǎn)總值比重、存貸款余額之和占地區(qū)生產(chǎn)總值比重進(jìn)行衡量。

1.3 指標(biāo)體系構(gòu)建

借鑒文獻(xiàn)[5,13]，依據(jù)科學(xué)性、可獲得性等原則，本文使用19 項(xiàng)指標(biāo)對(duì)黃河流域城市群能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技四元系統(tǒng)綜合水平進(jìn)行衡量（見表3），其中億元GDP能耗使用能源消耗量/地區(qū)生產(chǎn)總值進(jìn)行測(cè)算。

表3 黃河流域能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 實(shí)證分析

2.1 能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技綜合發(fā)展指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果分析

黃河流域七大城市群各子系統(tǒng)及整體綜合評(píng)價(jià)指數(shù)如下頁(yè)表4所示，由于篇幅有限，本文僅展示2011年、2013年、2015 年、2017 年、2020 年的結(jié)果，從黃河流域整體來看，能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)總體呈穩(wěn)定上升態(tài)勢(shì)，由2011 年的0.450 上升至2020 年的0.480。分城市群來看，除呼包鄂榆城市群外，其余城市群整體綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均有不同幅度提升，主要原因在于呼包鄂榆城市群能源和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展指數(shù)下降幅度較大，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)倚能倚重，資源型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)難度大，中心城市能級(jí)不高、輻射帶動(dòng)能力較弱等問題制約著該區(qū)域整體發(fā)展。此外，借鑒文獻(xiàn)[14]，若子系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)極差大于0.3，則記為滯后型，具體包括能源滯后型、經(jīng)濟(jì)滯后型、環(huán)境滯后型和科技滯后型四個(gè)亞類；若小于等于0.3，則記為均衡型。分別計(jì)算2011 年、2014 年、2017 年和2020 年四元系統(tǒng)極差值，能夠發(fā)現(xiàn)各城市群均屬于科技滯后型，科技發(fā)展明顯落后于能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境發(fā)展，但具有上升趨勢(shì)。

表4 黃河流域城市群能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技子系統(tǒng)與整體綜合評(píng)價(jià)指數(shù)

2.2 能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)發(fā)展時(shí)空演變分析

各城市群及流域整體的耦合協(xié)調(diào)度類型如表5所示，受篇幅限制，僅展示2011 年、2013 年、2015 年、2017 年、2019年、2020年的結(jié)果。從區(qū)域分布特征來看，該區(qū)域耦合協(xié)調(diào)程度大致表現(xiàn)為下游＞中游＞上游，主要原因可能是下游地區(qū)原本基礎(chǔ)設(shè)施條件優(yōu)越，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)相較中上游地區(qū)而言更為多元，區(qū)位優(yōu)勢(shì)也有利于對(duì)內(nèi)對(duì)外貿(mào)易發(fā)展，造就了下游地區(qū)耦合協(xié)調(diào)水平相對(duì)較高的局面，而中上游地區(qū)受制于自然條件，加之資源依賴型城市與老工業(yè)城市占比較高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一，并且在發(fā)展過程中承接了下游地區(qū)轉(zhuǎn)移的產(chǎn)業(yè)，導(dǎo)致產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)難以進(jìn)行有效調(diào)整，倚能倚重發(fā)展導(dǎo)致環(huán)境污染加劇，而且相較下游地區(qū)而言，中上游地區(qū)人才、企業(yè)引進(jìn)政策缺乏吸引力，科技創(chuàng)新支撐平臺(tái)較少，科技發(fā)展緩慢；此外，上游部分地區(qū)貫徹生態(tài)文明建設(shè)全局理念，承擔(dān)生態(tài)保護(hù)角色，依靠生態(tài)補(bǔ)償制度補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)發(fā)展，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)發(fā)展難以與其余系統(tǒng)發(fā)展相協(xié)調(diào)，進(jìn)而耦合協(xié)調(diào)發(fā)展程度較低。

表5 黃河流域城市群及流域整體耦合協(xié)調(diào)類型

2.3 能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)度空間自相關(guān)分析

本文利用鄰接權(quán)重矩陣進(jìn)行空間自相關(guān)分析。首先進(jìn)行全局空間自相關(guān)檢驗(yàn)，所得全局莫蘭指數(shù)如表6 所示，從中可以看出，在研究期間內(nèi)莫蘭指數(shù)均為正值且均通過了顯著性檢驗(yàn)，但空間相關(guān)性系數(shù)有所降低。

表6 黃河流域全局莫蘭指數(shù)

為更加清晰地觀察各地級(jí)市集聚特征及時(shí)空躍遷路徑，借鑒文獻(xiàn)[15]，將能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平劃分為四種空間關(guān)聯(lián)模式：（1）高水平集聚區(qū)（HH），該地區(qū)與鄰近地區(qū)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平均較高，且存在正向關(guān)聯(lián)；（2）發(fā)展過渡區(qū)（LH），該地區(qū)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平明顯低于鄰近地區(qū)，且存在負(fù)向關(guān)聯(lián)；（3）低水平集聚區(qū)（LL），該地區(qū)與鄰近地區(qū)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平均較低，且存在正向關(guān)聯(lián)；（4）輻射帶動(dòng)區(qū)（HL），該地區(qū)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平明顯高于周邊地區(qū)，且存在負(fù)向關(guān)聯(lián)。隨后采用文獻(xiàn)[16]提出的時(shí)空躍遷法，分析2011—2020年黃河流域城市群內(nèi)各地域四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平空間關(guān)聯(lián)模式的動(dòng)態(tài)變化，躍遷路徑主要包括躍遷至相鄰象限、躍遷至相間象限、未發(fā)生躍遷且與周邊地區(qū)存在正向關(guān)聯(lián)或負(fù)向關(guān)聯(lián)四種情況。

根據(jù)所劃空間關(guān)聯(lián)模式可以得到該區(qū)域2011 年、2014年、2017年、2020年各城市耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平集聚情況，如表7 所示。集聚特征主要表現(xiàn)為：下游地區(qū)主要落在高水平集聚區(qū)，中上游大部分地區(qū)落在低水平集聚區(qū)，且各地區(qū)發(fā)展水平之間呈現(xiàn)正向關(guān)聯(lián)，而省會(huì)城市除濟(jì)南、鄭州外，大多落在輻射帶動(dòng)區(qū)，地區(qū)差異顯得尤為突出。對(duì)躍遷路徑而言，多數(shù)城市未發(fā)生躍遷，具有較強(qiáng)的空間穩(wěn)定性，只有少數(shù)城市發(fā)生了躍遷現(xiàn)象，且躍遷路徑存在差異：大部分躍遷路徑表現(xiàn)為躍遷至相鄰象限，個(gè)別城市躍遷路徑表現(xiàn)為躍遷至相間象限。

表7 黃河流域地級(jí)市能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)集聚情況

2.4 能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)度驅(qū)動(dòng)因素分析

通過Hausman、LR和Wald檢驗(yàn)，可知個(gè)體固定效應(yīng)的SDM模型為最優(yōu)選擇。為了更加全面地測(cè)度數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平的空間溢出效應(yīng)，將總效應(yīng)分解為直接效應(yīng)與間接效應(yīng)，分解結(jié)果見表8。從中可以看出，數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展無論對(duì)本地區(qū)還是對(duì)周邊地區(qū)四系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平而言均具有正向促進(jìn)作用，但對(duì)周邊地區(qū)的影響較小。可能原因是數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施條件的完善不僅提高了區(qū)域生活的便捷程度，有利于吸引專業(yè)化人才集聚，形成人才優(yōu)勢(shì)，而且為經(jīng)濟(jì)、科技發(fā)展提供了強(qiáng)有力的平臺(tái)支撐，共同推動(dòng)了區(qū)域創(chuàng)新發(fā)展，科技創(chuàng)新水平的提高有利于促進(jìn)能源效率提高，減輕環(huán)境污染程度，經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展水平進(jìn)而得到提升，促使能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技四系統(tǒng)協(xié)調(diào)向好發(fā)展。并且數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展使得地理邊界逐漸模糊，區(qū)域間交流合作更加高效，有利于發(fā)展水平較高的地區(qū)發(fā)揮輻射帶動(dòng)作用，給予周邊地區(qū)資源、技術(shù)等支持，從而促進(jìn)周邊地區(qū)耦合協(xié)調(diào)發(fā)展水平進(jìn)一步提高。

表8 空間效應(yīng)分解結(jié)果

3 結(jié)論

本文以黃河流域七大城市群作為研究對(duì)象建立了能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)發(fā)展指標(biāo)體系，采用綜合發(fā)展評(píng)價(jià)模型、耦合協(xié)調(diào)度模型、空間計(jì)量模型等方法，測(cè)算該區(qū)域2011—2020 年能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技四元系統(tǒng)發(fā)展水平及耦合協(xié)調(diào)度，在此基礎(chǔ)上利用空間計(jì)量模型探究耦合協(xié)調(diào)度時(shí)空演變格局及外部驅(qū)動(dòng)因素，主要結(jié)論如下：（1）2011—2020 年黃河流域能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)總體呈穩(wěn)定上升態(tài)勢(shì)。從系統(tǒng)滯后類型來看，各城市群均屬于科技滯后型，科技發(fā)展明顯落后于能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境發(fā)展。（2）在研究期間內(nèi)，黃河流域四元系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度有所提升，由勉強(qiáng)協(xié)調(diào)提高至初級(jí)協(xié)調(diào)，黃河流域耦合協(xié)調(diào)度區(qū)域分布特征表現(xiàn)為下游＞中游＞上游。（3）各地級(jí)市能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)發(fā)展存在顯著正空間相關(guān)性，但存在弱化傾向，少數(shù)地級(jí)市集聚特征發(fā)生了躍遷現(xiàn)象，躍遷路徑存在差異。對(duì)驅(qū)動(dòng)因素而言，數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)成為推動(dòng)黃河流域能源-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境-科技耦合協(xié)調(diào)發(fā)展的重要外部驅(qū)動(dòng)力。