基于三生空間質量的哈長城市群城市脆弱性時空演變格局及驅動力研究

陳曉紅,許曉慶,*,劉艷軍,王 穎,張明軒,馬靈玉,劉 爽

1 哈爾濱師范大學地理科學學院, 哈爾濱 150025 2 東北師范大學地理科學學院, 長春 130000

城市群作為人類經濟社會政治文化活動的重要場所,其三生空間矛盾日益凸顯,不同功能空間在空間布局與功能相互融合等方面可能出現各種矛盾問題,關系到我國城市經濟社會發展的功能系統性、宜居性與可持續性[1]。降低城市群城市脆弱性以應對沖擊,成為城市群空間高質量發展面臨的重要問題。黨的十八大工作報告明確提出“生產空間集約高效、生活空間宜居適度、生態空間山清水秀”的新型國土空間發展目標。這種空間區域劃分管理方式基本符合環保生態-綠色生產-和諧生活“三大支柱”的可持續發展規劃理念,受到國內外廣泛認可。因此,城市高質量的可持續發展是以三生空間高質量為本的可持續發展,三生空間是存在質量的,高質量的三生空間是城市高品質空間布局、高效率功能體現的重要保障與載體。簡而言之,城市三生空間高質量發展目標是營造生產集約利用與高效益、生活宜居適度與高品質、生態綠色發展與高顏值的人居環境。近年來,有學者從城鄉規劃角度出發,強調城市宜居性,對城市 “三生空間”評價體系進行構建[2]。而除了從國土空間理論以及規劃視角研究“三生空間”之外,李宗陽等則將“三生”概念從二維的土地延伸到一個城市的抽象空間,并運用相關衡量指標對指標體系進行構建,評價城市的綜合承載力[3]。楊發鵬等則采用城市旅游“三生”競爭力模型,對城市的旅游競爭力進行評價[4]。這些研究雖然立足于“三生空間”的角度,但并沒有以二維土地概念的角度,進行空間自身優化,也沒有對此評價研究。在此背景下,基于三生空間質量對哈長城市群城市脆弱性問題展開研究,不僅在理論意義上豐富了城市脆弱性理論,從質量角度為城市脆弱性的研究提供新的方法和思路；而且在實踐意義上有助于識別空間視角下哈長城市群城市脆弱性的癥結,提出因地制宜的空間優化策略,對開展城市空間高質量研究具有重要的研究價值。

城市作為人地互動復雜的系統,其脆弱性特征顯著,近年來,學者們逐漸從多個研究視角對城市脆弱性展開研究,研究成果不斷豐富。隨著城市擾動因子的不斷增多,城市脆弱性研究逐步成為學術界研究的熱點。國外學者基于自然災害[5—8]、氣候[9]、人地協調論[10—11]及城市邊緣區[12]等方面對城市脆弱性的內涵進行闡述,遵循經濟—社會—生態—人地耦合系統測度框架,從歐共體、國家(島嶼)、地區、市域等多個尺度出發,對城市脆弱性的概念框架與評估[13]、時空演化[14]、測度與評估[15—16]、影響機制[17]、規避措施以及治理政策[14]等方面進行了大量研究。而國內學者在城市經濟[18]、社會[19—20]、生態[21]、復合系統[22]、資源環境脆弱性[23]的理論指導下,基于區域、省域、城市群、市域、縣域、社區、城市邊緣區等多個尺度,對城市脆弱性的概念界定[24—25]、定量評估與分類評價[26—29]、空間溢出效應[30]、時空分異特征及影響因素[26]、調控途徑[31]等方面展開研究。縱觀國內外研究,國內外學者對于城市脆弱性的研究主要集中于城市脆弱性定量評估與分類評價上,多從規模和數量的角度對城市脆弱性進行分析,而從三生空間質量的角度,對城市群城市綜合脆弱性研究比較欠缺,研究視角仍需進一步完善。

本文以哈長城市群為研究區域,從生產、生活以及生態空間質量耦合規律與城市脆弱性研究的綜合評價視角,基于三生空間發展質量水平構建城市脆弱性綜合評價質量指標體系,從不同區域空間視角對比相同時間段各個區域城市的脆弱性,并基于發散和收斂的角度對不同時間段的城市脆弱性空間演變趨勢類型及特征進行對比研究。在此基礎上,對哈長城市群城市脆弱性的驅動力進行分析,認知哈長城市群城市脆弱性動態特征并揭示其主要驅動因子,為城市群空間高質量發展提供一定的理論指導,為東北全方位振興提供新思路。

1 研究區與數據來源

哈長城市群主要包括哈爾濱市、大慶市、齊齊哈爾市、綏化市、牡丹江市、長春市、吉林市、四平市、遼源市、松原市、延邊朝鮮族自治州,主要集中在黑龍江省中南部和吉林省中部地區(圖1)。近年來,哈長城市群脆弱性日益凸出,其主要體現在經濟發展水平、居民生活狀況、生態環境質量等方面。具體表現如下：①經濟發展水平持續下降。哈長城市群自2010年,經濟增速持續下降,到2019年下降為2.97%。②居民生活質量相對較差。根據《2018年哈長城市群消費活力指數研究報告》顯示,哈長城市群的消費活力指數明顯低于長江中游城市群12.09個百分點。③生態環境惡化。據2019年12月中國氣象局發布的《全國最差空氣質量指數排行榜報告》中顯示,哈長城市群的11個地級市均受到不同程度的污染。因此,基于三生空間質量研究哈長城市群城市脆弱性對該地區如何完善區域產業結構、提升地區居民生活服務質量、改善地區生態環境、降低城市脆弱性、推動城市空間高質量發展具有一定的現實指導意義。

圖1 哈長城市群區位圖Fig.1 Regional overview map of Harbin-Changchun Urban Agglomeration

本文以哈長城市群11個地級市作為研究區域,時間尺度上,起始年份選取“十二五”規劃前的2010年,將“十三五”規劃后期2018年定為目標年份。包括的27項指標的基本統計數據主要來自2011—2019年的《黑龍江省統計年鑒》[32]、《吉林省統計年鑒》[33]、吉林省國民經濟和社會發展統計公報和黑龍江省國民經濟和社會發展統計公報等。由于數據缺失、統計口徑不一致等原因,本文研究區域不包括延邊朝鮮族自治州。并采用指數平滑法進行填補部分相關缺失統計數據,借助EXCEL、SPSS、Matlap和ArcGIS等分析軟件,對相關數據進行綜合統計數據分析。

2 研究方法

2.1 評價指標體系構建

城市三生空間質量與城市脆弱性是辯證統一的關系,二者均在一定程度上反映城市的發展水平,城市群以優化三生空間質量,降低城市脆弱性為出發點構建評價指標體系。為了更好地測度基于三生空間質量的哈長城市群脆弱性發展水平,遵循科學性、可操作性與全面性的原則,依據城市在經濟、社會、生態等不同研究領域的脆弱性特征,綜合現有研究,將基于三生空間質量的城市脆弱性發展概念界定為：以可持續發展為目標,通過生產、生活、生態空間質量三個維度共同作用來降低城市脆弱性以促進城市空間高質量發展。從生產、生活以及生態空間質量耦合規律與脆弱性研究的綜合視角切入,基于三生空間質量的角度,將城市脆弱性劃分為城市生產空間質量、生活空間質量、生態空間質量的脆弱性三個子系統,構建基于三生空間質量的哈長城市群城市脆弱性指標評價體系。基于該研究視角與方向使原有的城市脆弱性研究更具目標性,評價結果具體化,指標選取綜合了脆弱性評價體系,以及與人類密切相關的三生空間體系,側重城市發展中可能面臨的問題,結合哈長城市群的實際情況,整理構建了27個評價指標[34—36],由于數據獲取存在局限性,仍有部分數量指標參雜其中。其中生產空間質量系統脆弱性涵蓋地區總體經濟發展狀況,主要體現在地區的經濟生產總量和增速上,通過提升地區生產總值、加大財政收入、優化產業結構、加大投資力度等來實現哈長城市群生產力的高效發展；生活空間質量脆弱性包含居民生活水平、信息技術水平、基礎設施水平和風險抵御能力,具體通過教育、醫療水平、城鄉差距、互聯網普及率等指標來測度城市生活空間質量脆弱性；而生態空間質量脆弱性主要反映在生態污染與生態治理上,其中城鎮污水集中處理程度、城市綠化水平、生活垃圾無害化處理強度是主要指標。具體指標體系構建如下:見表 1。

表1 基于三生空間質量的哈長城市群城市脆弱性評價指標體系

2.2 熵權-TOPSIS評價模型

熵權-TOPSIS模型適用于多指標綜合評價,具有客觀性、可操作性、對樣本需求較小且結果合理等優點,能夠定量、客觀地評價哈長城市群的脆弱性特征。本文基于熵值權重的TOPSIS評價模型對哈長城市群空間高質量發展系統脆弱性進行測度[37],步驟如下：首先利用熵值法確定指標權重,然后利用TOPSIS評價模型對確定目標進行排序。其值越大則評價子系統的城市脆弱性狀況越嚴峻,受到外界災害和風險擾動的可能性越大,抵抗與適應外界變化的能力越差,進而影響城市三生空間發展質量,越不利于城市發展；相反,城市脆弱性值越小,則城市抵抗與適應外界能力越強,城市三生空間質量越好,越有利于城市發展。

2.3 時空演變分析

運用SPSS軟件中的描述統計工具對2010—2018年哈長城市群城市脆弱性測度的總體特征進行分析,運用ArcGIS軟件中的Jenks自然斷點法對哈長城市群的城市脆弱性進行分級處理,分析其時空格局演變特征,采用全局空間自相關分析方法來分析哈長城市群城市脆弱性的空間集聚性[38]。

2.4 地理探測器

地理探測器模型[39]是一種適用于探測空間分異,并分析其背后驅動力的統計學方法,在分析空間分異特征等方面應用非常廣泛[40]。本文借助地理探測器模型對哈長城市群城市脆弱性空間分異的主導因素進行探測,運用q值來測度某指標對城市脆弱性空間分異的解釋程度[41],其值越大,則驅動力因子對城市脆弱性空間分異的影響越大；其值越小,則驅動力因子對城市脆弱性空間分異的影響越小。

3 結果分析

3.1 城市脆弱性時空格局演變

3.1.1城市脆弱性測度總體時間特征分析

對2010—2018年哈長城市群城市脆弱性指數進行描述性統計分析：見表2,結果表明：①各地區的城市脆弱性指數相對不高,平均值總體呈下降態勢。②標準差是反映地區間發展差異的統計量,標準差越大,地區間發展差異越大。哈長城市群標準差介于0.0466-0.0783之間,表明哈長城市群城市脆弱性指數的離散程度較小,且各地區之間存在差異性。③變異系數是反映地區空間差異大小的統計量,變異系數越大,空間差異越顯著。在2010—2018年,變異系數逐漸上升,說明哈長城市群城市脆弱性指數的空間差異性呈逐漸增加的態勢。④偏態系數是反映城市脆弱性指數高等級地區數量占比變化的統計量。偏態系數均為正值,2010—2014年偏態系數上升趨勢明顯,均值保持在峰右側,逐漸向右移動,說明城市脆弱性指數高等級地區數量占比有所增加；2014—2018年偏態系數又逐步下降,說明城市脆弱性指數較大地區數量下降趨勢顯著。⑤峰態系數是反映城市脆弱性指數相似地區集中分布趨勢變化的統計量。在2010—2014年呈減小態勢,說明城市脆弱性指數相似地區集中分布趨勢減弱；而在2014—2018年峰態系數值呈現增大趨勢,說明了城市脆弱性指數相似地區集中分布趨勢逐漸增強。

表2 哈長城市群城市脆弱性值描述性統計量

3.1.2城市脆弱性空間格局演變

為了便于分析哈長城市群城市脆弱性時空格局演變,本文選取了2010—2018近9年的統計數據,將2010、2014、2018年作為3個時間節點,根據城市脆弱性評價指數的數據特征,采用Jenks自然斷點法將2010年、2014年和2018年哈長城市群城市脆弱性評價指數劃分I級低度脆弱性(C<0.2)、II級較低脆弱性(0.2≤C<0.3)、III級中度脆弱性(0.3≤C<0.4)、VI級較高脆弱性(0.4≤C<0.5)、V級高度脆弱性(C≥0.5)5種類型區：見表3。

表3 城市脆弱性測度等級劃分標準

將城市脆弱性結果與分級情況空間可視化(圖2),結果表明：①2010年松原市為V級區,綏化市、遼源市為IV級區。長春市、吉林市、四平市、牡丹江市、齊齊哈爾市為II級區。哈爾濱市、大慶市等地區為I級區。②2014年綏化市由IV級區提升為V級區,齊齊哈爾市由II級區上升為IV級區,吉林市由II級區上升為III級區,長春市由II級區下降為I級區,遼源市由IV級區下降為II級區,松原市由V級區下降為IV級區,哈爾濱市、大慶市、牡丹江市和四平市同2010年一樣,無明顯變化。③2018年松原市上升為為V級區,綏化市下降為II級區,吉林市、牡丹江市與齊齊哈爾市均下降為I級區。哈爾濱市、大慶市、長春市、四平市、遼源市同2014年,無明顯變化。④總體來看,哈長城市群2010—2018年城市脆弱性在空間上呈現“非均衡性”,齊齊哈爾市、牡丹江市、綏化市、吉林市、長春市、遼源市城市脆弱性指數均呈現下降趨勢。哈爾濱、大慶市、松原市和四平市無明顯變化。其中I級區和II級區占絕大部分,分布較廣,I級數量逐步增多。而IV級區數量顯著較少。可見,哈長城市群城市脆弱性整體處于較低水平,V、IV級區主要分布在哈長城市群的邊緣地區,呈現“邊緣式”的空間分布格局,而II、I級區主要分布在核心地區,呈點狀零散分布,如哈爾濱、長春、大慶。IV級區與V級區多分布于哈長城市群的北部和西部,與其他城市空間差異較大。

圖2 哈長城市群城市脆弱性時空格局演變Fig.2 The evolution of the spatial and temporal pattern of urban vulnerability in Harbin-Changchun Urban Agglomeration

3.1.3城市脆弱性的空間集聚性

采用空間自相關方法,分別計算了2010年、2014年、2018年哈長城市群各地區城市脆弱性的Moran′sI指數值：見表4,結果表明：總體上全局Moran′sI指數均為負值,且在2010—2014年呈下降趨勢,2014—2018年有所上升,表明哈長城市群各地區城市脆弱性總體上呈空間負相關,哈長城市群城市脆弱性的空間分布“隨機化”,集聚特征不顯著。從整體來看,哈長城市群的城市脆弱性空間集聚性不強,核心城市對周圍的帶動作用不顯著。

3.1.4城市脆弱性空間演變趨勢類型特征

從發散和收斂的角度出發,總結分析哈長城市群空間高質量發展城市脆弱性空間演變的趨勢特征。本文選取2010、2014、2018年3個時間節點,通過計算城市單體脆弱性與哈長城市群歷年平均脆弱性的比值,選取2010—2014 年、2014—2018年兩個時間段,從總體上分析城市單體脆弱性的空間格局演變趨勢對哈長城市群城市脆弱性分異演變的具體影響。城市單體在某個時間段內脆弱性提升或降低趨近于哈長城市群歷年平均脆弱性,則認為這個城市是收斂的,分為向下收斂和向上收斂；反之,則為發散,包括向上發散和向下發散。

表4 哈長城市群城市脆弱性的全局Moran′s I指數

2010—2014年時間段內(圖3),5個大于哈長城市群歷年平均脆弱性的城市中,齊齊哈爾市、綏化市、吉林市城市脆弱性指數出現不同程度的提升,有向上遠離哈長城市群歷年脆弱性均值的趨勢,呈現向上發散特性。遼源市和松原市的城市脆弱性指數出現下降,有向下接近哈長城市群歷年平均脆弱性的趨勢,呈現向下收斂的特性。5個小于哈長城市群歷年平均脆弱性的城市中,牡丹江市城市脆弱性指數呈現出上升的趨勢,趨近于哈長城市群歷年脆弱性均值,呈現向上收斂的特征。哈爾濱市、大慶市、長春市、四平市的脆弱性指數均出現下降的趨勢,呈現向下發散的特性。2014—2018年時間段內(圖3),5個大于歷史均值的城市中,四平市和松原市的城市脆弱性指數出現上升,有向上遠離哈長城市群歷年脆弱性均值的趨勢,呈現向上發散特性；齊齊哈爾市、綏化市、吉林市的城市脆弱性指數出現下降,有向下接近哈長城市群歷年平均脆弱性的趨勢,呈現向下收斂的特性,此外,5個小于歷史均值的城市中,哈爾濱市、牡丹江市、長春市的城市脆弱性指數出現不同程度的下降,屬于向下發散特性。大慶市和遼源市城市脆弱性指數呈現出上升的趨勢,趨近于哈長城市群歷年脆弱性均值,呈現向上收斂的特征。總體上,2010—2018年間,呈現發散趨勢的城市多于呈現收斂趨勢的城市,但其差距越來越小,這說明哈長城市群城市脆弱性分異呈現逐漸增大態勢。

圖3 2010—2018年城市脆弱性演變的收斂與發散圖Fig.3 Convergence and divergence diagram of urban vulnerability evolution from 2010 to 2018

3.2 空間分異的驅動力

哈長城市群生產空間質量、生活空間質量和生態空間質量的脆弱性受多因素的影響,采用地理探測器模型對各驅動因子影響力進行探測,并列出前10位的主要影響指標：見表5,指標用Xn表示。結果顯示：2010年、2014年和2018年3個時點的q值均較大的指標有經濟增長情況、經濟總量、投資強度、外貿依存度、交通設施水平、污水處理強度、城市綠化水平、燃氣資源供給、城鎮人口集中度、城鄉差距、教育水平和信息化水平。

表5 哈長城市群城市脆弱性影響因子驅動力q值

3.2.1生產空間質量脆弱性驅動因素

公共財政收入占GDP的比重為首要驅動力,它反映該地區的經濟增長情況。哈長城市群的公共財政收入占GDP的比重在很大程度上決定公共財政支出的規模,從而決定政府的活動范圍,進而影響到哈長城市群的經濟增長,經濟增長狀況是生產空間質量發展的關鍵；經濟總量反映地區生產空間質量發展程度,哈長城市群各地市間經濟總量差異呈現逐漸增大的態勢,經濟總量因子影響力于2018年僅次于公共財政收入水平。投資強度在一定意義程度上主要反映該國家地區固定資產市場投資目標完成程度情況和固定生產活動空間經濟質量綜合發展水平增長變動情況；對外貿易依存度主要反映一個地區國家對境內國際資本市場的貿易依賴嚴重程度,是一個地區國家對外開放繁榮程度的重要衡量指標,對提升生產空間質量貢獻較大,其q值逐年下降,對空間分異的影響逐漸減弱。哈長城市群生產空間質量外向度低,投資強度與外貿依存度對經濟發展影響較大,投資強度因子決定力2014—2018年有所減小,外貿依存度因子決定力在2015年持續減少。

3.2.2生活空間質量脆弱性驅動因素

哈長城市群城市脆弱性指數與生活空間質量脆弱性各因子在空間分布上高度重合。燃氣資源供給主要是地區居民的基本公共生活質量保障,2010—2018年q值一直呈持續上升趨勢,說明天然氣資源供應對其生活空間質量分異產生持續影響；城市信息化進程水平主要反映了一個地區城市移動互聯網發達迅速程度,其q值在2010—2018年持續不斷下降,表明城市信息化水平對其分異呈現持續性影響；交通設施水平主要反映一個地區公共交通狀況,是反映地區居民生活空間水平質量差異發展的重要質量支撐,2014—2018年q值持續減小,說明地區交通設施進程水平對生活空間質量差異的影響力持續減弱；城鎮人口集中度應該地區的整體城鎮化水平,揭示地區城鎮化發展進程的一個重要質量指標,是反映地區居民生活空間水平質量差異發展的重要標志,2014—2018年因子決定力持續不斷減小,說明地區城鎮化進程水平對生活空間質量差異的影響力還在持續不斷減少；城鄉居民收入差距拉大,關系到經濟增長,進而影響經濟和社會秩序,不利于生活質量的穩定,從而影響全面建設小康社會。2014—2018年因子決定力持續增加,說明城鄉收入差距對空間差異的影響力持續增加；教育水平為居民生產生活提供教育服務,2010—2014年教育水平因子決定力有所減少,教育水平影響力有所減弱；2014—2018年教育水平因子決定力增加明顯,教育水平影響力有所增強。

3.2.3生態空間質量脆弱性驅動因素

哈長城市群城市脆弱性較高的有綏化、松原等不同地區,這些地區城市污水綜合處理利用強度、城市綠化處理水平、生活固廢垃圾無害化綜合處理利用強度均較弱,致使哈長城市群城市生態空間質量脆弱性相對較高,是目前造成不同地區間城市脆弱性水平差異的主要影響因素。居民生活環境q值在2010年為 0.8 左右,而后逐漸減弱,說明部分地區注重保護居民環境。污水處理強度因子決定力在2018年有所增強,表明了各地區開展生態環境綜合保護與污染治理工作力度加大,其對城區空間結構分異的直接影響逐漸明顯增強。

總體上,城市生活質量脆弱性的驅動因子比重較大,相比而言,城市生產空間質量脆弱性和生態空間質量脆弱性的驅動因子比重較小。說明基于三生空間質量哈長城市群城市脆弱性的空間分異主要是由城市生活空間質量脆弱性的差異所引起,其次是城市生產空間質量脆弱性與生態空間質量脆弱性。其中,經濟增長水平和經濟總量是城市生產空間質量脆弱性的首要因素；交通設施、燃氣資源供給、城鄉差距、教育水平、城鎮居民生活水平是城市生活空間質量脆弱性的關鍵因素；污水處理強度、城市綠化水平和生活垃圾無害化處理強度是影響哈長城市群城市生態空間質量脆弱性的基礎要素。

4 結論與討論

4.1 結論

基于“生產空間質量-生活空間質量-生態空間質量”的城市脆弱性評估框架對哈長城市群城市脆弱性的測度、時空格局演變及驅動力展開研究,結果表明：

(1)整體來看,2010—2018年哈長城市群城市脆弱性指數呈下降的趨勢,城市間空間差異呈逐漸增強的趨勢。城市脆弱性高等級地區數量呈現“先增強后減弱”的趨勢,而城市脆弱性指數相似地區集中分布呈現先減弱后增強態勢。

(2)V、IV級區城市脆弱性主要分布在哈長城市群的邊緣地區,呈現“邊緣式”的空間分布格局,且多分布于哈長城市群的北部和西部,與其他城市空間差異較大。而II、I級區主要分布在核心地區,呈“點狀零散”分布。從集聚特征來看,哈長城市群的城市脆弱性空間集聚性不強,核心城市對周圍的帶動作用不顯著。從其演化趨勢類型特征上看,在2010—2018年間,呈現發散趨勢的城市多于呈現收斂趨勢的城市,但其差距逐漸減小,這說明哈長城市群城市脆弱性在演化過程中空間差異呈現逐漸增大態勢。

(3)基于三生空間質量哈長城市群城市脆弱性的空間分異主要取決于城市生活空間質量脆弱性,其次是城市生產空間質量脆弱性與生態空間質量脆弱性。其中,經濟增長水平不高是城市生產空間質量脆弱性的首要因素；交通設施水平不完善、燃氣資源供給力度不夠、城鄉差距偏大、教育水平程度偏低、城鎮居民生活水平低下是城市生活空間質量脆弱性的關鍵影響因素；污水處理強度不夠等是影響哈長城市群城市生態空間質量脆弱性的基礎要素。

4.2 討論

由于當前對城市脆弱性內涵認知及評價指標的獲取存在局限性,未能對未來哈長城市群脆弱性動態特征加以掌握,因此今后研究仍需補充。①要在長時間序列尺度研究基礎上,基于多維度視角,從發展歷史、社會文化、資源稟賦等多個方面對哈長城市群城市脆弱性的動態特征進行監測。②應加入空間分析、計量模型等多種分析方法,從多個角度進一步研究城市系統間脆弱性相互作用機制,并為此提出針對性的規避措施。③將哈長城市群與全國其他城市群的橫向對比,研究其時空尺度的地域差異,對降低區域城市脆弱性和城市可持續發展具有重要作用。④哈長城市群的城市脆弱性水平與區域發展政策密切相關,未來應將區域發展政策與制度因素納入到的城市脆弱性評估框架,在此基礎上,注重創新性研究,應將研究視角多元化、尺度多樣化與多學科交叉相結合。