西北城市創新能力時空演化及驅動因素研究
——以西北五省地級市為例

李金葉 王福博 戎銘倩 劉媛媛 羅萬云

1（新疆大學經濟與管理學院，烏魯木齊 830046） 2（西安交通大學經濟與金融學院，西安 710061）3（中央民族大學經濟學院，北京 100081）

引 言

自西部大開發政策實施以來，政策效應顯著，西部地區綜合實力得到顯著提升［1］。在2009年完成西部大開發第一個十年計劃后，2010年西部大開發進入了深化階段，國家和政府對西部地區提出了新的規劃與要求，西部地區由政府扶持逐漸向自我發展轉換，面臨著新的轉型。2020年 《關于新時代推進西部大開發形成新格局指導意見》的頒布，明確指出西部地區應加強創新開放合作，打造區域創新高地，此后 《關于加強科技創新促進新時代西部大開發形成新格局的實施意見》的頒布再次強調了西部地區創新驅動的重要性。西北地區雖資源豐富，開發潛力巨大，但特殊的地理位置（自然地理上遠離海洋和發達經濟體）與氣候環境（地處干旱區與半干旱區）阻礙了西北地區經濟社會的發展，產業結構不合理、發展動能不足等因素又影響了西北地區經濟的高質量發展［2，3］。因此，提高創新能力，突破發展瓶頸，成為推動西北地區高質量發展的關鍵所在。

20世紀90年代西方學者為了應對工業城市衰退的需要，陸續開展了城市戰略的研究。城市發展在國家與地區經濟增長中彌足輕重，國家和地區間的競爭往往體現為主要城市的競爭，另外，城市通過集聚和擴散作用帶動區域經濟增長［4］。伴隨著經濟全球化和知識經濟的發展，城市創新能力逐漸成為城市綜合競爭力的重要標志［5，6］。城市創新能力的提升能有效推動區域經濟的高質量發展［7］。在早期城市創新的研究中，西方學者對創新型城市的研究分為 “Creative City”［8］和 “Innovative City”［9］。 “Creative City” 強調文化與理念的創新來帶動城市的復興，而 “Innovative City”則把重點放在創新驅動經濟社會發展上［5］。隨后，部分學者［10-12］從實證的角度將區域創新產出影響因素的研究范圍延伸到了周邊區域知識溢出，包括空間距離、區域知識存量、知識缺口、吸收能力以及溢出意愿等。而Landry［13］則在案例研究的基礎上，提出創新城市應具備的7個要素：富有創意的人、意志與領導力、人的多樣性與智慧的獲取、開放的組織文化、對本地身份的強烈的正面認同感、城市空間與設施、上網便利性，并構建了較完整的城市創新活力評價指標體系。但是并非所有城市都適合建設創新型城市［5］。隨著全球化的深化與城市競爭的加劇，提升城市創新能力成為西方學者關注的焦點。

續 表

創新能力是指在充分利用現有環境與技術的基礎上，不斷將創新資源納入到社會生產過程中的一種能力，而對于城市而言，創新能力是創新系統中所有要素與主體有機結合的綜合體現，具體表現為創新系統的協調、整合能力［14，15］。近年來，“城市創新能力”一直是國內學術領域研究的熱門課題。國內學者對城市創新能力的研究主要集中在創新型城市、城市創新能力評價、城市創新能力影響因素等。楊冬梅等［5］較早地對創新型城市概念模型與發展模式進行了探討，指出創新主體、創新資源、創新制度和創新文化是構成創新型城市的內部核心要素。劉永久等［16］從城市創新能力構成的角度構建了指標評價體系，對山東省17個城市創新能力發展水平進行了測度。部分學者［17，18］發現城市文化開放性、金融資源的空間集聚等能有效影響城市創新能力的發展。楊明海等［19］運用Dagum基尼系數、Kernel密度估計、空間Markov鏈分析方法對京津冀、長三角、珠三角、長江中游、成渝、中原以及哈長城市群創新能力的區域差距及其時空動態演進進行了研究，發現七大城市群創新能力的總體區域差距較大，整體呈現下降趨勢。

基于以上文獻不難發現：（1）國內大多數學者多采用單一式的城市創新能力評價體系，而多維度體系多從創新型城市的內涵、創新能力構成要素、投入產出的角度對城市創新能力進行評價，從創新系統角度進行評價的較少；（2）研究范圍主要集中在沿海、中部地區等大中型城市，有關西部地區，尤其是西北地區創新能力的研究較少。因此，本文從創新系統的角度出發，構建城市創新能力評價體系，運用重心模型、空間耦合分析模型及地理探測器模型對西北五省地級市創新發展水平及驅動因素進行測度，以期為加快形成西部大開發新格局，推動西部地區經濟高質量發展提供可靠的理論依據。

1 研究對象及數據來源

西北五省（新疆維吾爾自治區、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區、陜西省）的土地面積約占全國總面積的32%，地域遼闊，自然資源豐富。自西部大開發政策實施以來，西北五省經濟社會得到了長足的發展，GDP由1999年的4068.02億元增長至2020年的55922.61億元，增長了近13倍之多，2020年人均GDP為53979元，相比1999年的4526元增長了近12倍之多。伴隨著西部地區經濟增長放緩，西北地區進入了經濟發展的新常態階段，面臨著區域經濟發展由粗放向高質量轉型、生態環境脆弱、新舊動能轉換等一系列問題。

西北五省下轄33個地級市，鑒于數據的可得性，本文選取30個地級市①作為研究對象，對2011～2020年西北五省30個地級市的創新能力進行測度，所用數據主要來源于2012～2021年 《中國城市統計年鑒》、Wind數據庫以及各市統計公報，缺失數據運用SPSS17.1采用臨近點均值法、線性插值法補齊。

2 評價體系與研究方法

2.1 城市創新系統結構及運行

在西部大開發戰略的政策背景下，盡快構建西部區域創新系統是西部地區趕超東部地區改善區域不平衡現狀的根本途徑［20］。但是西北地區的創新能力現狀（城市創新能力多處于低水平，創新溢出效應較弱）及特殊的地理環境（地廣人稀）阻礙了西部區域創新系統的形成與發展。城市創新系統作為區域創新系統的基本構成單位，其創新能力的提升能有效突破西北地區創新發展瓶頸，促進西北地區城市創新協同，增強城市創新的溢出，進而推動西部區域創新系統的形成與發展。因此， 本文在創新系統研究［14，21，22］的基礎上， 構建城市創新系統運行簡圖（見圖1）。城市創新系統主要由創新環境、創新資源、創新主體及創新績效組成。良好的創新環境能吸引資源流入、優化資源配置，同時為創新主體提供良好的社會經濟基礎及基礎設施，助力企業、高校等主體的成長與發展，創新主體通過對創新資源進行整合產出創新績效，進而優化創新資源配置，改善經濟社會環境，鞏固基礎設施建設。

圖1 城市創新系統運行簡圖

2.2 西北五省城市創新能力評價體系

2020年5月中共中央、國務院頒布了 《關于新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見》，明確指出西部地區應該不斷提升創新發展能力，以創新能力建設為核心，加強創新開放合作，打造區域創新高地，推動西部地區經濟高質量發展。但西部地區科技資源匱乏，創新能力較弱，區域發展不平衡不充分，實現創新驅動、打造創新高地仍面臨巨大挑戰［23］。其中西北地區尤為突出，西北地區城市創新能力水平較低，多以低-低集聚區為主，甚至部分城市還出現了創新能力的退化［24］。這種情況絕不是國家與政府對西北地區創新能力發展的期待。

因此，為進一步探究西北地區創新能力不足的原因，本文在區域創新系統及城市創新系統研究［14，21，22］的基礎上， 結合西北五省區域特點及西部大開發的新要求，從城市創新系統構成的角度出發，構建西北五省城市創新能力指標評價體系（見表1），選取4個一級指標，10個二級指標，23個三級指標對城市創新能力進行評價，能較好地反映西北五省城市創新能力發展現狀。

表1 城市創新能力指標評價體系

2.3 研究方法

2.3.1 權重的確定

鑒于不同學者對城市創新能力的評價持有不同觀點，故本文采用客觀賦權法——熵權法，根據各指標的變異程度對其進行賦權。

鑒于各項指標在單位及數量上存在較大差異，故確定指標權重前，需要先對指標進行歸一化處理，為了避免歸一化后的0值影響后期計算，同時又要盡可能保證數據原有的屬性，本文將歸一化后的數據統一平移0.001。

2.3.2 重心分析模型

重心這一物理概念，在地理學中是指能讓四周的力量對比保持平衡，20世紀70年代，國外學者開始將重心模型引入到社會科學，80年代引入國內后，國內學者進行了大量運用［25］。為了進一步研究分析西北五省地級市創新能力的空間演化過程，本文運用重心分析模型對西北五省地級市創新能力的重心遷移進行測度分析，具體計算步驟如下：

式 （1）～（3） 中，xi、yi表示單位i的重心坐標。α表示重心年際移動角度，α＝0°時為正東方，逆時針旋轉為正，順時針為負，當重心向東北方向轉移時，0°＜α＜90°；向西北方向轉移時，90°＜α＜180°； 向東南方向轉移時， -90°＜α＜0°；向西南方向轉移時， -180°＜α＜-90°。d表示兩個不同年際間重心移動的距離（xi，yi）、 （xj，yj）分別表示第i年和第j年的重心地理坐標，R為常數取111.11［25］。

2.3.3 重心耦合性分析模型

為了進一步探究西北五省地級市創新能力的重心時空演化的驅動因素，本文采用重心耦合分析模型將西北五省地級市創新能力重心分別與創新環境、創新資源、創新主體及創新績效的重心做空間重疊性及變動一致性分析，具體計算步驟如下：

式 （4）、 （5）中，D表示空間的重疊性（用空間距離來衡量），距離越近說明空間耦合性越高，反之，耦合性越低。C＝1，表明二者移動方向相同，反之，二者移動方向相反。

2.3.4 地理探測器模型

鑒于城市創新能力的驅動因素涉及多個方面，并且驅動因素也在時刻演變。為了更好地探測出城市創新能力驅動因素及驅動因素的演變，本文采用地理探測器模型中的因子探測器，對驅動城市創新能力的微觀指標變化進行進一步的探索。具體步驟如下：

式 （6）中，m是城市創新能力驅動因子的分層，na，h為層h上的個數，分別是觀測區域和層h的城市創新能力的方差，Pa，b取值在0～1之間，Pa，b值越大說明a因子的驅動作用越大，反之，驅動作用越小。

3 結果與分析

3.1 西北五省城市創新能力時空演進分析

整體來看，2011～2020年西北五省城市創新能力呈現波動上升趨勢（年均增長率4.39%），由2011年的0.115上升至2020年的0.170，但整體水平不高。2019年底新冠肺炎疫情的爆發雖然導致區域經濟出現了負增長，但是對西北地區城市創新環境的影響并不顯著。創新環境（年均增長率7.64%）增長顯著，成為西北五省城市創新能力提升的主要驅動因素。而創新績效（年均增長率3.93%）、創新主體（年均增長率2.93%）以及創新資源（年均增長率1.86%）呈現低速增長趨勢。創新主體與創新資源雖有增長，但整體水平較低，創新主體作為城市創新系統中整合創新資源產出創新績效的關鍵因素，其發展的低水平直接導致了創新績效的低增長，而創新資源的低水平與低增速也反映出了西北五省創新資源缺乏的現狀。

具體來看，2011年，西安市（0.543）、烏魯木齊市（0.264）、 蘭州市（0.248）、 銀川市（0.204）和西寧市（0.187）創新能力穩居前五，首府城市區位優勢顯著，西安市城市創新能力遙遙領先于其他城市，但首府城市創新能力溢出效應不強，與鄰近城市創新能力差異顯著，高水平的空間集聚群尚未形成，多呈現出低水平的空間集聚狀態。而慶陽市（0.057）、 武威市（0.056）、 平涼市（0.054）、金昌市（0.053）以及隴南市（0.051）創新能力水平較低，位于后五位，與前五位差距顯著，強弱分明，雖在2016年以后極差有所降低（由2016年的0.622減少至2017年的0.617），但創新極差仍以每年2.18%的速率增加，說明西北五省城市創新能力的區域不平衡問題顯著。至2020年，西北五省地級市創新能力雖有所提升，但區域不平衡仍然存在，以首府城市為增長極的空間分布狀態并未得到明顯改善，核心城市創新能力的空間溢出效應仍然不強，商洛市（0.091）、慶陽市（0.090）以及定西市（0.088）城市創新能力仍處于低水平。

3.2 西北五省城市創新能力重心演進分析

3.2.1 西北五省城市創新能力重心變動分析

本文運用地理重心模型對西北五省地級市創新能力重心演化過程進行研究分析，并運用ARCGIS 10.8進行可視化展示（圖略）。西北五省城市創新能力重心以年均7.808km的速度向西北方向移動，累計移動70.274km。由2011年的（103.991°N，36.991°E）移至 2020 年 的 （103.406°N，37.152°E）。 整體呈現出東南（2011～2013 年）-西北（2013～2016年）-東南（2016～2018年）-西北（2018～2020年）的演進過程，移動規律明顯。

2009年西部大開發戰略完成了第一個十年計劃，2010年西部大開發進入了深化階段，國家和政府對西部地區提出了新的要求，即更加注重生態文明建設與自我發展能力，政策逐漸由 “輸血”向 “造血”轉換［26］。西北地區為了響應政策的轉換，進行了自身發展的調整。在發展調整的背景下，2011年蘭州市、漢中市憑借16.53%、15.62%的年均增長率，促使創新能力重心向東南移動。2013年經過短暫的調整，白銀市、天水市、隴南市等東部城市的創新環境得到明顯改善，進而推動城市創新能力的快速提升（白銀市增長率50.90%，天水市增長率18.43%，隴南市增長率16.68%），從而促使城市創新能力重心向東南移動40.352km。2013年以后，克拉瑪依市、武威市逐漸完成了調整，創新績效水平得到快速提升，促使創新能力重心持續向西北移動，累計向西北移動112.722km，直至2016的（103.401°N， 37.160°E）。 隨后， 由于寶雞市（年均增長率為7.54%）、吳忠市（年均增長率為7.22%）創新能力的快速提升，重心在2017年、2018年經歷了短暫的東南折回后，再次向西北移動。

3.2.2 西北五省城市創新能力分維度重心演進分析

為了進一步探究西北五省城市創新系統內部各要素重心演化進程，本文通過ARCGIS 10.8對創新環境、創新資源、創新主體及創新績效重心演化進程進行進一步分析與展示（圖略）。

創新環境重心以年均10.238km的速度向東南方向移動，累計移動92.139km。由2011年的（103.335°N， 37.299°E）移至 2020 年的（104.065°N，36.906°E），整體呈現螺旋式向西北方向移動；創新資源重心以年均0.648km的速度向西北方向移動，累計移動5.834km。由2011年的（104.441°N，36.790°E）移至 2020 年的（104.389°N， 36.786°E），移動規律并不明顯，整體移動距離較短；創新主體重心以年均6.940km的速度向西北方向移動，累計移動 62.457km。由2011年的（104.455°N，36.485°E）移至 2020 年的（103.968°N， 36.767°E），整體呈現出東南（2011～2012年）-西北（2012～2018年）-東南（2018～2019年）-西北（2019～2020年）的演進過程；創新績效重心以年均40.345km的速度向西北方向移動，累計移動363.109km。由2011 年的（103.778°N， 37.046°E）移至 2020年的（100.768°N， 38.319°E）， 整體呈現螺旋式演進過程。

整體來看，西北五省城市創新系統內部協同性較低，創新資源、創新主體、創新績效重心均向西北方向移動，而創新環境重心的移動整體呈現出反方向（東南方向）移動趨勢。創新資源與創新主體重心的空間重疊性較高，但變動一致性較低，反映出西北五省創新資源配置效率不高的現狀。創新環境與創新主體、創新資源重心的空間重疊性有所加強，說明良好的經濟與社會環境，是吸引創新人才與其他資源流入的關鍵。創新主體與創新績效重心的變動一致性較強，且創新主體重心的變化早于創新績效，但是空間重疊性較弱，說明2011年以來西北五省中西北部城市創新主體的產出效率有所提高。

3.2.3 西北五省城市創新能力重心演化驅動分析

本文在重心模型的基礎上，進一步通過重心耦合分析模型，對西北五省城市創新能力重心空間演變的驅動因素進行分析。

從空間的重疊性來看（見圖2），創新能力與創新績效的重心距離呈現波動上升的趨勢；創新能力與創新資源的重心距離呈現出先下降后上升的 “U”型趨勢，2015年為最低點（0.748km）；創新能力與創新環境、創新主體的重心距離逐漸趨于穩定，分別在0.135～0.762km之間和0.380～1.079km之間上下波動，具有較強的空間重疊性，其中創新能力與創新環境空間重疊性最強，集聚效果最為顯著。

圖2 空間的重疊性

從變動的一致性來看（見圖3），創新能力與創新環境重心的變動一致性系數呈現先 “W”型后下降的變動趨勢，在2012年、2013年、2016年、2018年、2019年兩者變動方向相同，而其他年份兩者變動方向相反；創新能力與創新資源的重心變動方向逐漸由反向向同向演變，2016年以后兩者變動方向呈相同方向（變動一致性系數趨近于1）；創新能力與創新主體重心的變動一致性系數呈現出左窄右寬的 “W”型變動趨勢，兩者的重心變動方向逐漸由同向向反向演變；而創新能力與創新績效重心的變動一致性系數呈上下波動趨勢，同向與反向變動交替出現，但持續時間變短。

圖3 變動的一致性

綜合來說，西北五省城市創新能力與創新環境、創新主體的重心具有較強的空間耦合性，在地理上表現為重心的空間重疊性較高，其中與創新環境的空間耦合性最高。說明城市創新能力的發展需要城市擁有良好的經濟社會環境與基礎設施建設。2017年以前，創新能力與創新主體、創新績效的重心變動具有顯著的一致性，2017年以后創新資源對創新能力重心轉移的驅動作用逐漸顯現。說明城市創新能力重心變動的核心驅動力逐漸由創新主體、創新績效向創新資源轉換。

3.3 全域視角下西北五省城市創新能力驅動探測

為進一步探究西北城市創新能力的微觀驅動因素，本文借鑒辛龍等［27］的做法，先進行離散化和類別化處理（運用自然斷裂法將各因子分為5級），再通過地理探測器模型中的因子探測器模型，對影響城市創新能力的微觀驅動因素的演變進行探究。如圖4所示，西北城市創新能力核心驅動因素主要集中在創新主體。各因子對西北城市創新能力均具有一定的驅動作用，但也存在一定的差異。核心驅動因素依次為（平均水平）：高等學校個數（0.830）、規模以上企業數量（0.771）、普通高等學校學生占比（0.764）、科學研究與技術服務業人員數（0.733）、萬人專利授權量（0.729）。

圖4 西北五省城市創新能力探測因子結果

高等學校作為創新成果產出的重要陣地，是科研機構落戶的重要場所。高校與企業產學研的深度融合，能有效促進創新成果的轉化，進而提高城市創新能力。規模以上企業作為推動城市經濟發展的關鍵主體之一，是技術創新成果產出的另一個重要陣地。規模以上企業為追求利潤最大化，會加大創新投入，提高生產效率，充分利用資源稟賦差異，優化資源配置，形成集聚經濟，以降低生產成本，進而提高企業競爭力。科學研究與技術服務業人員數和普通高等學校學生占比在一定程度上衡量了城市人力資本結構與文化水平，人力資本結構的改善和文化水平的提升能有效提高城市創新吸收能力、創新效率，推動創新的溢出，對吸收知識溢出和促進二次創新具有重要的作用［28］。而萬人專利授權量作為創新活動的主要產出成果之一，是創新成果轉化的主要來源，萬人專利授權數量的增加在一定程度上推動了城市創新能力的提升。

值得注意的是，金融深化作為衡量區域金融發展水平的主要指標，其對西北五省城市創新能力的驅動作用卻在逐漸減弱，由2011年的0.653下降至2020年的0.355。而創新績效對城市創新能力的驅動主要體現在萬人專利授權量上，結構優化和效率導向的驅動作用較小，尤其是效率導向，反映出西北五省產業結構不合理、效率水平不高的現狀。

4 結論與討論

4.1 結論

本文運用重心模型、空間耦合分析模型及地理探測器模型對2011～2020年西北五省30個地級市創新能力重心的動態演化及驅動因素進行分析研究。得出以下結論：（1）2011～2020年，西北五省城市創新能力呈現波動上升趨勢（年均增長率4.39%），由2011年的0.115上升至2020年的0.170。但整體上仍處于較低水平，首府城市創新能力溢出效應不強；（2）西北五省城市創新能力重心以年均7.808km的速度向西北方向移動，累計移動70.274km，區域不平衡的發展現狀有所改善。城市創新系統內部協同性不足，創新資源配置效率不高；（3）西北五省城市創新能力與創新環境的重心具有較強的空間耦合性，創新能力重心變動的核心驅動力逐漸由創新主體、創新績效向創新資源轉換；（4）西北五省創新能力核心驅動因素主要集中在創新主體層面，金融深化的驅動作用在逐漸減弱，科技成果轉化能力不足。

4.2 討論

2020年5月中共中央、國務院頒布了 《關于新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見》，明確指出要不斷提升西部地區創新發展能力，以創新能力建設為核心，加強創新開放合作，打造區域創新高地。而西北地區特殊的地理位置與氣候環境，以及產業結構升級與新舊動能轉換的相對滯后，制約了社會經濟的高質量發展。因此創新驅動成為了提高西北地區經濟發展質量、改善生態環境、縮小東西差距的關鍵。

（1）自2011年以來西北五省城市創新能力水平呈波動上升趨勢，但整體上創新能力仍處于較低水平，這與周銳波等［24］觀點一致。創新環境（年均增長率7.64%）增長顯著，而創新績效（年均增長率3.93%）、創新主體（年均增長率2.93%）以及創新資源（年均增長率1.86%）卻呈現低速增長趨勢，創新環境水平較高，對城市創新能力提升的推動效應較強。

（2）本文發現2011～2020年西北五省城市創新能力重心以年均7.808km的速度向西北方向移動，累計移動70.274km。西北地區 “東高西低”的發展現狀有所改善，但首府城市的極化效應仍然存在，中心城市創新能力溢出效應較弱，這與何舜輝等［29］對全國樣本測度的結論基本一致。在進行城市創新能力分維度重心演進分析時，本文又進一步發現西北城市創新系統內部協同性不足，創新資源配置效率不高。

（3）本文進一步運用空間耦合分析模型和地理探測器模型探究了西北五省創新能力重心時空間演化的驅動因素，發現創新能力與創新環境具有較強的空間耦合性，創新能力重心變動的核心驅動力逐漸由創新主體、創新績效向創新資源轉換，驅動西北城市創新能力提升的核心驅動因素主要集中在創新主體層面，科技成果轉化能力不足。因此，在未來研究中應重點關注以下兩個問題：（1）如何打破西北地區城市創新能力現有的增長極模式，改善創新環境吸引創新資源及創新人才，提高創新資源配置效率，增強創新的空間溢出效應，推動西北城市創新能力由增長極模式向核心-邊緣模式轉變； （2）助力科技成果的轉化與應用，推動產業結構轉型、提高勞動效率與能源利用率。進而提升西北地區創新能力，加快打造西北地區經濟發展新格局。

注釋：

①哈密市、吐魯番市、海東市數據缺失嚴重。

②人均二氧化碳排放量參考吳建新和郭智勇［30］的方法測算得出。