姜竹青,劉建江,韓 峰
(1.長沙理工大學經濟與管理學院,湖南 長沙 410076;2.南京審計大學政治與經濟研究院,江蘇 南京 211815)
2000~2015年,中國城市市轄區道路面積由246393萬平方米增至550789萬平方米(年均增長10.30%),而同期城市民用汽車擁有量的年均增長率則高達20.87%。城市民用汽車量的高速增長使城市道路負荷越來越重,甚至造成嚴重的交通擁堵,制約新型城鎮化進程的順利推進。《2015年度中國主要城市交通分析報告》指出,在高德交通大數據監測的45個城市中,44個不同規模的城市和地區擁堵狀況都在進一步惡化,且擁堵已不再是大城市的特有“景觀”,而是已出現在各種規模的城市和地區,并有不斷向中小城市蔓延的趨勢。擁堵的空間擴散和空間關聯使產生于某一城市的交通擁堵效應在空間上進一步放大,阻礙城市群乃至整個區域的城市經濟一體化和城市化水平的有效提升。目前,關于交通擁堵效應的研究大多著眼于單個城市自身的交通擁堵治理問題[1][2],忽視城市交通擁堵可能對周邊其他城市乃至整個城市經濟系統產生的外部性影響,大大低估交通擁堵造成的外部性損失。本文基于空間關聯視角,利用2003~2014年中國城市面板數據,通過構建空間滯后解釋變量模型(Spatial Lag of X Model,SLX),研究城市道路交通密度對人口城市化的影響及其空間效應,重點識別中國城市化進程中的交通擁堵外部性及其在不同地區和不同規模等級城市中的空間尺度,以針對性地制定城市治堵緩堵政策、促進城際交通協調發展,為有效推進新型城鎮化提供依據。與現有文獻相比,本文的貢獻在于:基于空間關聯視角構建空間滯后解釋變量模型,實證檢驗城市化中交通擁堵的空間外溢效應;對參數化地理距離空間權重矩陣的空間衰減參數進行估計,克服空間權重矩陣中衰減參數外生給定的缺陷;系統考察不同地區各等級城市交通擁堵對人口城市化的異質性空間影響。
首先,道路交通密度通過影響企業勞動生產率而作用于城市就業和人口城市化。要素和人口集聚是城市化的主要特征[3],而企業則是生產要素集聚的渠道和載體。城市因擁有大規模專業化勞動力和中間品市場及多樣化的知識溢出機制而使人口和經濟活動不斷向城市集聚[4]。起初,伴隨人口在城市的不斷集中,汽車擁有量的提升和道路交通密度提高有助于降低通勤成本、提高出行效率和廠商勞動生產率[5]。勞動生產率的提高不僅促使現有企業規模不斷擴大,還提高新企業成立概率,進一步擴大企業對勞動力的需求,吸引大量人口向城市部門流動。更多農村剩余勞動力進入城市并逐漸成為城市居民,有助于提升人口城市化水平。但隨著城市中人口集聚水平和道路交通密度的不斷提高,擁堵效應越來越明顯,城市生產率水平最終趨于下降,不利于城市化的進一步推進[6]。因此,隨著城市道路交通密度提高,人口向城市轉移也可能存在臨界點,超過這一臨界點,城市化將是無效率的[7]。
其次,交通擁堵效應通過影響消費者收入和福利水平而作用于人口城市化。新經濟地理理論指出,城市產品多樣化水平提高有助于增進勞動者福利,吸引更多人口向城市集聚。Brakman和Van Marrewijk稱這種由商品多樣化產生的福利效應為“多樣化偏好”效應[8]。經典新經濟地理理論認為,在擁堵效應不存在的情況下,區域勞動力數量與該區域的商品種類數存在一一對應關系[注]在滿足經典新經濟地理假設的情況下,通過求解廠商最大化條件可得到城市j的勞動力總量為Lj=Njfσ,因而城市勞動力數量與商品種類數之間存在一一對應關系。。但Brakman等人進一步指出,當新經濟地理模型中考慮擁堵效應時這一對應關系將不再成立,因為城市中過高人口集聚水平產生的擁堵效應導致商品種類增加幅度相對降低[9]。人口由于偏好多樣化產品而向城市集聚,導致城市道路交通密度提高。在城市路網承載力范圍內,道路交通密度提高有利于提升經濟活動和居民交往頻率,從而吸引廠商集聚,進一步提高城市商品的多樣化水平。隨著人口不斷向城市集中,道路交通密度超過城市路網承載力的某一門檻后,道路交通密度的進一步增加將導致廠商集聚水平下降,降低城市商品多樣化水平及其對勞動力的吸引作用。
基于以上理論分析,本文提出假說1:由于擁堵效應,人口城市化隨城市道路交通密度提高而呈現倒U型發展趨勢。
正如經濟增長和集聚效益在城市間存在溢出效應一樣,交通擁堵產生的負外部性也在關聯城市間不斷擴散,影響城市群乃至整個區域系統的城市化效率。城市化與勞動力、資本、技術和信息等生產要素在城市間的高效流動密不可分。新經濟地理的中心-外圍理論認為城市發展受向心力和離心力的共同作用[10]。在城市發展初期,向心力大于離心力,吸引周邊地區人口和資本等向城市集聚,給周邊地區城市化帶來負的外部性。隨著城市發展,交通擁堵使離心力大于向心力,要素和資源分散布局,又給周邊地區城市化帶來正的外部性。可見,根據中心-外圍理論,城市道路交通密度對周邊地區城市化產生U型影響。不僅如此,城市道路交通密度提升帶來的正(或負)外部性還通過影響人口和要素在城市內部的運行效率作用于人口的城鄉和城際流動,最終對其他地區的人口城市化產生影響。適當的城市道路交通密度提高有助于加強本市與鄰市間的經濟聯系、促進周邊地區城市化,但當城市道路交通密度超過某一臨界值而出現擁堵效應時,道路交通密度提高導致區際聯系中城市內部消耗時間占比不斷增大,進而制約區際有效聯系[11],阻礙區域一體化的順利推進和規模經濟效應在更大空間范圍內的充分發揮,抑制本市以外其他地區的城市化進程。
據此,本文提出假說2:交通擁堵對城市化的外部性影響存在空間外溢效應,當交通擁堵對城市間交流聯系和要素流動的抑制作用大于人口的流出效應時,本地道路交通密度與周邊地區城市化之間存在倒U型關系;反之,則與周邊地區城市化存在U型關系。
在城市化進程中,交通擁堵的空間外溢效應有效邊界與城市規模密不可分。與小城市相比,大城市擁有更長的通勤距離和更多的公車和軍車,這些特點使大城市交通設施同時可為鄰近甚至更大空間范圍內的城市車輛服務。這意味著城市規模越大,其對腹地的交通輻射能力越強、輻射范圍越大,改善交通的經濟效益越明顯;反之,大城市擁堵效應對周邊地區造成的外部性損失也越大,影響范圍更廣。正如柯善咨和鄭騰飛所言,由于規模越大的城市往往對腹地擁有較強的輻射能力和較廣的輻射范圍,因而大城市交通基礎設施建設的經濟效益和交通擁堵的經濟損失都可能被大大低估[1]。可見,交通擁堵效應在空間上的傳導范圍與城市規模密切相關,城市規模越大,交通擁堵的空間外溢效應越明顯,且空間范圍亦越大。
據此,本文提出假說3:交通擁堵對人口城市化的空間外溢效應及其作用邊界與城市規模呈正相關,即城市規模越大,交通擁堵的空間外溢效應越明顯,其作用范圍也越大;反之亦然。
本文通過在計量方程中加入道路交通密度的二次項(D2)來表示道路交通密度對城市化的非線性影響。根據理論機制和Vega and Elhorst的研究,包含解釋變量空間滯后項的SLX模型可表示為[12]:

(1)
其中,j和t分別代表城市和年份,α為常數,β1~β10及θ1、θ2為變量的彈性系數,ξjt為隨機擾動項,X′表示除道路交通密度外的其他控制變量,包括城市全要素生產率(A)、國內市場潛力(DMP)、國際市場潛力(FMP)、工資水平(w)、人力資本(EDU)、外商直接投資(FDI)、通訊技術(TEL)和環境質量(ENV)等。θ′為除道路交通密度外的其他控制變量的空間滯后項系數。式(1)的系數θ和θ′表示城市v的解釋變量變化對其他城市j的被解釋變量產生的影響(即空間外溢效應)。
本文樣本為2003~2014年除拉薩、三沙、海東、巢湖、隴南和中衛等六個城市外的全國283個地級及以上城市的面板數據。數據主要來自2004~2015年的《中國城市統計年鑒》《中國人口和就業統計年鑒》和《中國區域經濟統計年鑒》,各省價格指數來自《中國統計年鑒》。
1.城市道路交通密度(D)。交通擁堵不僅與人們的交通需求有關,還與交通基礎設施供給密不可分,導致交通擁堵的直接原因在于過高的道路交通密度。本文從交通基礎設施的供給和需求兩方面,采用城市民用汽車擁有量與道路面積的比值(輛/萬平方米)來測度道路交通密度。2014年的城市民用汽車擁有量數據主要從各省統計年鑒收集。
2.國內市場潛力(DMP)可表示為:
(2)
其中,Iv為城市消費支出,djj為城市自身距離,參照HeadandMayer的研究,令djj=(2/3)Rjj,Rjj=π-1/2S1/2為城市半徑,S為市轄區建成區面積[13],djv為城市間距離,設衰減參數δ等于1[4]。
3.國際市場潛力(FMP)可表示為:
(3)
其中,IjF為中國重要的海路與陸路貿易伙伴國內生產總值①,F代表中國重要的海陸與陸路貿易國,dj,port為城市j到最近港口的距離②,dport,F為城市j最近的對外口岸與某貿易伙伴首都之間的距離。
4.其他變量。本文采用魏后凱對城市化的衡量方法,以城市市轄區非農業人口與總人口的比例表示地級及以上城市的城市化水平(Urban)[14]。使用每萬人中的中學生和大學生作為人力資本(EDU)的代理變量。全要素生產率(A)采用索洛余值法計算,非農業GDP(萬元)和非農業就業(萬人)的數據直接取自《中國城市統計年鑒》③。城市資本存量和FDI存量則采用韓峰和柯善咨的方法,利用永續盤存法來計算[15]。勞動工資(元)以單位從業人員平均工資表示。通訊條件以每萬人固定電話和移動電話(TEL,臺/萬人)表示。本文采用主成分分析法對市轄區二氧化硫排放量(噸)、工業廢水排放量(萬噸)、工業煙塵排放量(噸)和建成區綠化覆蓋率(%)等指標提取公因子來表示城市環境質量(ENV)。所有貨幣價值的數據以2003年為基期進行調整。
本文通過構造參數化的地理距離空間權重矩陣,并采用SLX模型來估計空間衰減參數的具體數值。地理距離權重矩陣可設定為:
(4)
其中,djv是使用經緯度數據計算的城市間距離且j(v,γ為待估地理衰減參數。
多數空間計量文獻中的空間權重矩陣及其空間衰減參數往往是外生給定的。然而,由于不同經濟活動的空間衰減特征各異,人為設定統一的空間衰減參數實際上掩蓋各類經濟現象的空間衰減特征差異。本文借鑒Vega and Elhorst的方法,采用SLX模型估計得到式(4)中參數化權重矩陣的空間衰減參數[12]。面板數據的Hausman檢驗結果顯示,應采用固定效應模型估計。考慮到城市化與道路交通密度、國內市場潛力之間可能存在聯立內生性,本文采用各城市“地理中心度”指標作為國內市場潛力的工具變量④,以地表粗糙度和地面平均坡度兩個指標作為道路交通密度的工具變量[16],并對SLX模型進行2SLS估計⑤。F檢驗結果顯示,工具變量與內生變量高度相關;Sargan檢驗結果也無法拒絕“所有工具變量均有效”的原假設。
① 中國重要的海路貿易伙伴包括美國、日本、德國、法國、英國、韓國、澳大利亞、中國香港、中國臺灣、加拿大、新加坡和馬來西亞等,重要的陸路貿易伙伴包括俄羅斯、印度、泰國、越南、老撾、哈薩克斯坦、巴基斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、烏茲別克斯坦和蒙古等。
② 中國主要的沿海港口城市包括丹東、大連、營口、錦州、秦皇島、唐山、天津、煙臺、威海、青島、連云港、鎮江、南通、上海、寧波、福州、廈門、汕頭、廣州、中山、深圳、珠海、湛江、海口和三亞,主要的陸路口岸包括憑祥、東興、喀什、阿拉山口、漠河和滿洲里。
③ 城市非農業就業為市轄區單位從業人員與個體從業人員之和。

⑤ SLX模型的Matlab估計程序見網站https://spatial-panels.com/software/。

表1 城市道路交通密度影響人口城市化的面板SLX估計結果
注:*** 、** 和*分別表示在1%、5%和10%的水平上顯著;圓括號內為t統計值,方括號內為伴隨概率。
第(1)、(3)列的道路交通密度一次項(lnD)系數顯著為正、二次項系數顯著為負,說明城市道路交通密度對人口城市化水平具有先增后減的倒U型非線性影響。道路交通密度一次項與二次項空間交互項的系數一正一負且均通過顯著性檢驗,說明本地城市化水平與鄰市道路交通密度之間也存在倒U型非線性關系。因此,在中國城市化進程中,城市道路交通密度提升具有明顯的空間外溢效應并隨城市道路交通密度的提高而先增后減。城市道路交通密度在空間上必然存在某一最優值,使各地區城市化達到最優水平。
為考察交通擁堵效應,還需進一步測度道路交通密度的最優值。若道路交通密度一次項(lnD)和二次項(lnD2)的系數分別為m1、m2,則最優道路交通密度可用X=-m1/(2×m2)來測度。令城市道路交通密度實際均值與理論極值的差異為Z,則實際均值大于最優值時,Z>0表示城市化進程中多數城市存在交通擁堵效應,且該值越大,交通擁堵效應越明顯;當Z<0時,多數城市的道路交通密度與人口城市化要求的最優值尚有一定差距,道路交通密度增加有利于促進人口向城市流動[注]SLX模型的直接效應為解釋變量的估計系數,間接效應為解釋變量空間交互項的估計系數。直接效應對應的道路交通密度均值為本城市民用汽車擁有量與道路面積的比值,間接效應對應的道路交通密度均值為除本城市外的其他所有城市民用汽車擁有量與道路面積的比值。。

表2 SLX模型估計中城市道路交通密度的臨界值及影響效果
由表2看出,城市道路交通密度的直接效應和間接效應理論極值均小于實際均值,意味著中國多數地級及以上城市在空間上已存在明顯的交通擁堵效應。實際上,表1第(2)列的道路交通密度及其空間交互項的估計結果均為負,說明我國目前多數城市道路交通密度過高,不利于人口城市化的順利推進。第(2)、(3)列的地理距離權重矩陣的空間衰減參數分別為2.1829和2.5017且均高度顯著,說明與單純考慮道路交通密度對人口城市化的影響相比,由道路交通密度一次項和二次項共同反映的交通擁堵對人口城市化的空間外溢效應具有更強的衰減特征。
本文基于衰減參數為2.5017時的地理距離空間權重矩陣,通過連續估計50公里空間間隔的SLX模型來進一步研究交通擁堵效應的空間邊界。

表3 不同空間距離范圍內的SLX模型估計結果

圖1 城市道路交通密度實際均值與最優值差異的空間變化
表3顯示,700公里范圍內城市道路交通密度及其二次項的參數估計均至少在10%的顯著性水平上通過檢驗,說明700公里范圍內的城市道路交通密度與人口城市化水平之間均存在明顯的倒U型關系。空間距離超過800公里之后,道路交通密度提高未對本地城市化產生明顯的外溢效應。進一步利用道路交通密度一次項和二次項的系數測算不同空間尺度內使城市化達到最優水平的道路交通密度,并分別計算每個城市700公里范圍內每隔50公里的城市道路交通密度的實際均值,通過道路交通密度實際均值與最優值的差異(Z)來識別交通擁堵外溢效應的空間邊界。圖1顯示,其他地區道路交通密度提高對本地城市化產生的擁堵效應隨地理距離增加而降低,交通擁堵的外溢效應具有明顯的空間衰減特征。交通擁堵的空間外溢效應在300公里范圍內顯著為正,在300~550公里范圍內趨于零,在550公里以上范圍變為負值且有不斷降低的趨勢。可見,交通擁堵對人口城市化的有效空間作用邊界大概為300公里,而超過這一范圍,道路交通密度的進一步提升不再對本地城市化推進產生擁堵效應。這說明交通擁堵通過抑制城市間交流聯系和要素流動對更近地區的人口城市化產生較大的負向影響,而交通擁堵導致的人口外流則可能使人口流向更加外圍的地區,推動更遠地區的人口城市化進程。
由于城市化進程中交通擁堵效應的空間尺度與城市規模密切相關,本文進一步考察不同規模等級城市交通擁堵對城市化的外部性影響[注]本文的城市規模等級劃分標準參照國務院頒布的《關于調整城市規模劃分標準的通知》,按市轄區常住人口將中國城市劃分為Ⅰ型及以上大城市(人口300萬以上)、Ⅱ型大城市(人口100萬至300萬)、中等城市(人口50萬至100萬)和小城市(人口50萬以下)四類。。在式(4)的基礎上,利用潛力模型(Potential Model)分別構建不同距離范圍內Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市、中等城市和小城市道路交通密度空間交互指標,進而借助空間滯后解釋變量模型(SLX),采用2SLS估計各等級城市交通擁堵效應的空間邊界。Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市、中等城市和小城市的道路交通密度空間交互指標分別為:
(5)
其中,H、B、M、S分別代表Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市、中等城市和小城市,HDj、BDj、MDj、SDj依次表示任意城市j受到的d范圍內以上各類城市道路交通密度的空間影響。本文以50公里為空間間隔,分別計算相應距離圈層的道路交通密度空間滯后變量,按照表3和圖1的方法分析不同距離范圍內各等級城市道路交通密度對本地區城市化的空間外溢效應。圖2顯示,除個別異常值外,各距離范圍內Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市、中等城市和小城市的交通擁堵效應在整體上依次降低。Ⅰ型及以上大城市的交通擁堵的空間外溢效應邊界大概為450公里,Ⅱ型大城市的空間邊界大概為350公里,中等城市約為300公里,而小城市的空間邊界最小(約為150公里)。可見,城市化進程中各城市的交通擁堵效應與城市規模密切相關,即城市規模越大,交通擁堵效應的空間外溢尺度及其作用效果也越大[注]限于篇幅,本文未報告各等級城市不同距離范圍內道路交通密度一次項和二次項對本地區城市化影響的參數估計結果,作者備索。。
為得到更有針對性的結論,本文進一步分析中國東中西部地區各等級城市的交通擁堵狀況及其空間外溢效應[注]東部地區包括北京、福建、廣東、海南、河北、江蘇、遼寧、山東、上海、天津和浙江等11個省(市),中部地區包括安徽、河南、黑龍江、湖北、湖南、吉林、江西和山西等8個省(市),西部地區包括廣西、貴州、內蒙古、寧夏、青海、陜西、甘肅、四川、新疆、云南和重慶等11個省(市)。。圖3~5顯示,東部地區Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市和中等城市的交通擁堵外溢效應的空間邊界與全國情況一致,分別約為450公里、350公里和300公里,但小城市的空間邊界約為200公里,大于全國平均的150公里。在作用效果上,東部小城市交通擁堵在有效空間范圍內的外溢效應明顯高于中等城市,其原因可能是伴隨新型城鎮化不斷推進,多數農業轉移人口出于遷移成本的考慮而更傾向于在附近的小城市實現就地城鎮化。但與不斷增加的人口和車輛相比,小城市交通基礎設施的供給能力相對滯后,導致一些小城市的擁堵效應不斷提高甚至超過多數中等城市。2003~2014年,東部小城市的民用汽車擁有量和道路面積年均分別增長32.76%和6.41%,而同期中等城市則分別增長27.33%和10.52%。可見,小城市交通基礎設施發展相對滯后導致比中等城市更為明顯的擁堵效應。
中部地區各等級城市交通擁堵的空間外溢效應及其作用邊界均低于東部地區。中部地區的Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市、中等城市和小城市的交通擁堵外溢效應空間邊界分別為350公里、250公里、150公里和100公里。但出人意料的是,中部地區Ⅱ型大城市交通擁堵的空間外溢效應的作用效果在有效空間范圍內最小,說明中部地區一些Ⅱ型大城市在現有城市化水平和交通狀況下仍具有進一步吸納人口流動和集聚的潛力,城市化有望從Ⅱ型大城市的發展中獲益。西部地區城市交通擁堵對城市化的空間外溢效應具有明顯的兩極化傾向,表現為Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市的交通擁堵效應在有效空間范圍內普遍偏高甚至高于東中部地區的一些城市,而中等城市和小城市并不存在明顯的交通擁堵,其道路交通密度進一步提高對城市化產生正向的空間外溢效應。與東中部相比,西部地區各城市交通擁堵的空間外溢范圍最小,Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市、中等城市和小城市的交通擁堵外溢效應空間邊界分別為250公里、150公里、100公里和50公里,這可能與西部城市間的空間關聯效應依然偏低有關。

圖2 全國各等級城市交通擁堵的空間外溢效應

圖3 東部地區各等級城市交通擁堵的空間外溢效應

圖4 中部地區各等級城市交通擁堵的空間外溢效應

圖5 西部地區各等級城市交通擁堵的空間外溢效應
本文以中國2003~2014年地級及以上城市的面板數據為樣本,利用空間滯后解釋變量模型,探討交通擁堵的人口城市化效應及其空間作用機制。結果顯示,人口城市化與城市自身及周邊城市道路交通密度均存在先上升后下降的倒U型關系,且多數城市的道路交通密度已超過最優值,出現明顯的擁堵效應。在城市化進程中,交通擁堵效應的有效空間作用邊界平均為300公里,但不同等級城市差異較大,Ⅰ型及以上大城市、Ⅱ型大城市、中等城市和小城市的交通擁堵外溢效應空間邊界分別為450公里、350公里、300公里和150公里,且城市規模等級越高,交通擁堵的空間外溢效應越大。進一步分析表明,各等級城市交通擁堵效應的空間外溢邊界均由東向西依次遞減,但不同地區各等級城市交通擁堵效應對城市化的作用效果表現各異。東部地區小城市交通擁堵的外溢效應高于中等城市,中部地區Ⅱ型大城市交通擁堵的外溢效應低于中等城市和小城市,西部地區Ⅱ型及以上大城市的交通擁堵效應偏高,而中等城市和小城市交通擁堵的空間外溢效應為負。
本文研究結論的政策含義在于:首先,各城市在制定城鎮化發展戰略及規劃建設交通基礎設施時應統籌城市自身及周邊城市路網的承載能力,從城市群和區域經濟系統的整體視角科學評估有效空間范圍內道路交通密度的適宜性及擁堵效應給城市化和經濟效率產生的效果差異,為降低交通擁堵損失、有效推進城市化提供科學指導;其次,各地區在關注大型城市交通狀況惡化的同時,還應給予中小城市交通問題的足夠重視,著力加強中小城市特別是大型城市周邊的中小城市的交通基礎設施建設力度,使中小城市在緩解自身交通擁堵的同時又能有效分流周邊大型城市的人口和車輛,促進交通設施供給與車輛交通需求相吻合、相協調;再次,中部地區要合理引導擁堵城市人口向周邊有潛力的Ⅱ型大城市流動,著力發揮Ⅱ型大城市在疏導擁堵、調節城市群各等級城市人口配比中的作用,在整體上降低城市群的交通擁堵效應;最后,西部地區城市化和城市群發展中要進一步加強中小城市的車輛承載能力和人口吸納能力,加強大城市與中小城市之間交通基礎設施建設,增強城市間空間關聯效應和一體化水平,促進大城市對中小城市發揮外溢效應的同時,合理引導擁堵城市產業和人口向有條件的中小城市轉移,有效緩解大城市擁堵效應。