1996–2012年中国科技创新重心的空间演变及其影响因素分析：基于省域数据的研究

李恒,杜德斌,肖刚

(1.华东师范大学科技创新与发展战略研究中心,上海200062; 2.华东师范大学城市与区域科学学院,上海200241)

1996–2012年中国科技创新重心的空间演变及其影响因素分析：基于省域数据的研究

李恒,杜德斌,肖刚

(1.华东师范大学科技创新与发展战略研究中心,上海200062; 2.华东师范大学城市与区域科学学院,上海200241)

科技创新能力对区域社会经济发展起到日益重要的作用,在已有研究基础上,将重心模型引入到我国区域科技创新能力差异演变的研究当中,计算了1996—2012年我国科技创新重心并分析了其演变特征,通过比较分析和定量研究总结了驱动我国科技创新重心演变的主要因素.研究结果表明：我国科技创新重心16年来快速向东南方向移动,逐渐偏离我国几何中心;我国科技创新重心与高技术产业重心、经济重心和研发投入重心具有较强的相关性;经济结构与增长方式、科技资源的空间集聚、科技创新环境是驱动我国科技创新重心移动的主要因素.

科技创新能力;科技创新重心;区域差异;比较分析;驱动机制

0 引言

科技创新能力即利用科学技术解决当前发展中所面临的社会经济问题的能力[1],是区域创新系统的核心能力.区域发展不均衡是我国基本国情之一,科技创新发展的区域不均衡也是我国区域差异研究的重要方面,通过对区域科技创新能力的评价分析有助于从整体上认识全国各区域的创新能力,通过分析发现存在的问题进而找到解决的方法和途径.随着知识经济的发展和科技全球化时代的到来,国家和区域社会经济发展目标的实现将越来越依赖科技创新,科技创新能力及其区域差异研究已成为重要研究课题.在已有研究中,学者们主要采用不同方法[2-5],从不同区域尺度[6-8],从区域整体、高校[9]和农业[10]等角度对区域科技创新能力进行了分析研究.已有的研究中对某一时间截面科技创新能力区域差异有较好的表达,但是对全国科技创新能力格局及其演变的表达不够直观清晰,本文将重心方法引入到区域科技创新能力差异演变的研究当中,力图解决这一问题.

重心随着时间在经纬度上的变化能够表示区域差异的动态演变过程,目前被广泛运用到了人口重心[11-12]、经济重心[13-14]、产业重心[15-16]、污染重心[17]和耕地重心[18]等动态演变规律研究当中.本文将重心模型引入到科技创新能力区域差异研究当中,将科技创新重心定义为区域创新网络空间中能够保持其前后左右各个方向上科技创新能力对比相对均衡的点.通过对科技创新重心点的区位、与几何中心的位置关系和移动轨迹的分析,可以直观地反映我国科技创新能力空间格局特征和演化趋势;通过对科技创新重心移动的原因和机理的分析,为制定科学的区域科技发展战略,促进区域科技经济协调发展具有重要意义.

1 研究方法与指标选取

1.1 重心方法

假设(X,Y)为区域科技创新重心的经纬度坐标,则科技创新重心的计算公式为

式中,(xi,yi)为某一区域(国家或地区)中第i(i=1,2,3,···,n)个空间单元的地理中心坐标, Gi为平面单元i的科技创新能力.

除了可以用经纬度来表示地球表面上两点之间的位置关系外,还可以通过两点之间的位置和方向以及距离某个参照点(如几何中心)的方向和距离来确定.假设第i年的科技创新重心坐标为(Xi,Yi),第j年的重心坐标为(Xj,Yj),则从第i年到第j年科技创新重心移动距离D和移动方向θ分别为

式中,R为距离系数,取值111.111,是把地理坐标转化为平面距离的系数.θ(-180◦≤θ≤180)表示重心移动的角度,正东方向为0◦,正西方为±180◦,正南方为-90◦,正北方为90◦;当θ在(0◦,90◦)范围内为东北方向,在(90◦,180◦)范围内为西北方向,在(-90◦,0◦)范围内为东南方向,在(-180◦,-90◦)范围内为西南方向.

1.2 探索性空间数据分析

在实证分析中,通常采用探索性空间数据分析中的Moran′s I指数来检验相关指标的空间相关性.Moran′s I指数的定义为

式中,yi为i地区的观测值(如研发人员),µ为所有空间单元观测值的平均数,n为地区总数,(Wij)为邻接空间权重矩阵.Moran′s I指数的绝对值反映观测对象的空间相关程度, Moran′s I的取值范围在[-1,1],大于0表示地区之间存在空间正相关关系;小于0表示空间负相关;等于0说明空间相互独立分布.

1.3 指标选取与说明

在参考相关研究的基础上,从科技创新环境、科技创新投入和科技创新产出三个主要方面构建我国区域科技创新能力综合评价指标体系(见表1).科技创新环境方面,选取了人均GDP、地方科技拨款占财政的比重、全社会固定资产投资额、高等院校在校学生数和教育经费总额占GDP的比重等5个指标;科技创新投入指标包括科技研发人员数、研发人员全时当量、专业技术人员数、研发经费和研发强度;科技创新产出指标方面,选取了专利申请受理数、专利申请授权数、国际科技论文数、高技术产业增加值和技术市场交易额等指标.在地理坐标的选取上,采用省会城市的地理坐标作为各省科技创新重心所在,因为我国各省省会城市通常是本省的政治、经济、文化和科教中心,在创新方面也引领全省并形成以省会城市为核心的区域创新网络.需要说明的是,重庆市1996年的数据主要从从四川省剥离得到,少部分由重庆1997年数据代替.

表1 科技创新能力综合评价指标体系Tab.1 Synthetic evaluation index system of S&Tinnovation capability

2 科技创新能力与科技创新重心

2.1 科技创新能力指数

从1996–2012年《中国统计年鉴》、《中国科技统计年鉴》、《中国高技术产业统计年鉴》、《中国教育统计年鉴》以及各省市统计年鉴中搜集相关指标数据,在标准化处理的基础上,结合专家打分法和熵值法确定指标权重,继而计算出各省区的科技创新能力综合指数.鉴于图幅,文中绘制了1996年、2000年、2004年、2008年和2012年5个时间截面的科技创新能力得分图(见图1),可以看出研究期内我国各省区的科技创新能力综合指数得分不断增高,其中东部省份得分占全国比重及其得分增长幅度都远远大于我国中西部省份.

图1 中国区域科技创新能力综合指数得分图Fig.1 Figure of China regional S&Tinnovation capability index

2.2 科技创新重心区位与演变

根据1996–2012年中国各省区的科技创新能力综合指数值,利用重心模型计算出1996–2012年中国科技创新重心点的地理坐标、移动方向和移动距离(见表2),输出中国科技创新重心空间分布图(见图2).

表2 中国科技创新重心的位置、移动方向和距离Tab.2Location,variation direction and distance of China S&Tinnovation gravity center

从表2来看,1996–2012年中国科技创新重心位于东经113.223◦–115.017◦和北纬33.612◦–32.586◦之间.科技创新重心整体直线移动距离为229.63 km,整体移动角度为-60.23◦,其中除了2002年和2010年科技创新重心向东北方向(0◦,90◦)移动外,其他时间我国科技创新重心均往东南方向(-90◦,0◦)移动.从移动速度上看,1998–2000年、2000–2002年和2008–2010年科技创新重心移动较慢,其他时间段移动速度均较快,这说明我国各地区的科技创新能力发展在不同年度存在着较大的差距.

从空间分布看(见图2),我国科技创新重心点全部分布在河南省境内,具体分布在河南南部的平顶山、漯河、驻马店和信阳4个地级市内.以几何中心(103◦50’E,36◦N)为参照,我国科技创新重心分布在几何中心的东南方向,呈现明显的向几何中心东南方向偏离的趋势,1996年偏离几何中心的距离是1 076.54 km,到了2012年偏离距离增加到1 299.27 km.科技创新重心向几何中心的东南方向偏移,主要是因为我国科技创新能力的“高密度”地区指向我国东南地区,而且随着时间的推移我国科技创新能力的东西差距还在不断拉大.研究期内我国科技创新重心总共移动了269.73 km,其中东西移动了199.33 km,南北移动了114 km,经度方向移动距离大于纬度方向移动距离,表明我国科技创新重心在东西方向上的变化大于南北方向上的变化,东部地区在我国科技创新能力空间格局中的地位不断增强.

图2 1996—2012年中国科技创新重心区位和移动轨迹Fig.2 Location and movement path of China S&Tinnovation gravity center from 1996 to 2012

3 科技创新重心的比较分析

在影响科技创新重心变动的诸多因素当中,经济发展水平、高新技术产业和科技投入等因素无疑是最为关键的,因此文章根据各省区的GDP、高技术产业产值、研究与发展人员和研究与发展经费数据,计算了1996–2012年我国的经济重心、高技术产业重心、研发人员重心和研发经费重心(见图3),通过比较揭示这些因素与我国科技创新重心的关系.

从空间位置来看,高技术产业重心轨迹位于图中右下角偏离几何中心距离最远的区域,说明我国东南部地区在高技术产业领域具有十分突出的优势地位,大于其在科技创新、经济、科技投入方面的优势;经济重心位于科技创新重心的东南,随时间推移两者逐渐趋近,说明总体上我国区域科技创新与经济发展之间的关系趋于协调;研发人员重心和研发经费重心整体上位于科技创新重心的东偏北部,说明在研究期内我国科技投入向东部倾斜明显.

从重心移动过程来看,研究期内我国经济重心总体较为稳定,2002年前经济重心缓慢向东南移动,2002年以后经济重心缓慢向西北方向移动,说明我国中西部地区在全国经济格局中的地位在2002年后有所提高.高技术产业重心在2004年前总体上向东南方向移动,2004年以后开始在波动中向西北方向移动,说明2004年以后,我国中西部地区的高技术产业在全国的地位开始提升.我国研发人员重心呈现明显的向南移动的趋势,说明研究期内我国研发人才不断向南方迁移流动.我国研发经费重心波动较大,2006年以前主要是向南和向东移动,2006年后开始向西南方向移动,表明我国研发资金开始向西南地区倾斜.

图3 中国科技创新重心与其他重心移动轨迹比较图Fig.3 Moving track of China S&Tinnovation gravity center and other gravity centers

从经度上来看(见图4a),与科技创新重心相比,高技术产业、研发人员和研发经费重心的位置明显偏东,空间分布更加不均衡,其中高技术产业重心偏东最多,说明其区域差异最明显.从走势上看,高技术产业重心、经济重心和科研经费投入重心呈现先升后降的趋势,说明在研究期内我国高技术产业、GDP和科研经费投入的东西差距开始缩小.经济重心走势平稳且不断与科技创新重心趋于一致,2012年两者重合,说明我国东西方向上科技和经济趋于均衡发展.2005年后我国科技创新重心和高技术产业重心、经济重心、研发人员重心和研发经费重心在走向上不断靠近,说明2005年以来,中国科技创新和高技术产业、经济、研发投入不断走向区域均衡发展.

图4 中国科技创新重心和其他重心经纬度演变轨迹对比Fig.4 The longitude and latitude variation track in S&Tinnovation and other gravity center of China

从纬度上来看(见图4b),经济重心走势平稳,说明期间全国经济格局变化不大;科技创新重心与研发人员和研发经费走向基本一致、距离不断趋近,说明研发投入与和科技创新能力在南北方向上趋于均衡发展.2008年后科技创新重心在纬度上低于经济重心,说明南方在科技创新能力方面的优势地位逐步超越其在经济上的地位.高技术产业重心比科技创新重心更靠南分布,高技术产业南北差距对我国科技创新重心由北向南移动产生重要影响.

由于某些指标数据客观上无法获取,导致1996年前的区域科技创新能力综合指数无法得到,而为了反映1996年以前中国科技创新重心的变化趋势,文章选用1985–2012年我国各省区的专利授权数据用于替代区域科技创新能力综合指数,因为专利授权数是反映一个地区科技创新能力最为重要的指标.结果显示1985–1995年我国专利重心不断向西南方向移动,1995年以后我国科技创新重心则总体上向东向南移动,这于1996年后我国科技创新重心的移动态势基本一致,因此用1996年专利数据代替科技创新能力综合指数是可行的(见图5).1985–1995年以前由于受到“三线建设”政策因素的后续影响,我国科技创新重心继续保持向西南“三线地区”方向移动的态势,与同时期我国经济重心不断向东南移动的态势相背离,因而这一趋势是不可持续的.90年代以后随着改革开放的深入,人才、经费等科技资源不断向东部地区集聚,东部地区在全国科技创新中的地位不断提升,拉动了科技创新重心不断向东南方向移动.未来一段时间内我国科技创新重心仍将保持向东南方向移动的总体态势,这是由东部地区充足的科技资源投入、高水平的科技创新效率和发达的高技术产业所决定的,也是东部地区社会经济可持续发展的需要,这对于东部地区率先实现创新驱动、转型发展,进而拉动全国整体经济又好又快地发展具有重要的意义.

图5 中国科技创新重心和专利重心移动轨迹图Fig.5 The moving track in S&Tinnovation and patent gravity center of China

4 科技创新重心变动影响因素分析

4.1 影响因素定量分析

科技创新重心的演变是我国区域科技创新能力格局变动的直观显现,是由各区域科技创新基础和科技创新发展速度的差异所造成的.影响区域科技创新能力变动的因素主要包括科技资源投入强度、高技术产业发展水平、经济发展水平、外商投资水平、高等教育水平和城市化水平等方面.

用2012年中国31个省区的科技创新能力作为被解释变量,选择x1(研发人员占人口比重,%)、x2(研发强度,%)、x3(高技术产值占工业总产值比重,%)、x4(人均GDP,万元)、x5(外商直接投资额,亿美元)、x6(毕业研究生人数,万人)和x7(非农人口比重,%)作为解释变量.首先对2012年各省区变量做Pearson相关分析,发现科技创新能力变量与各个解释变量显著正相关,说明各个解释变量的提高会推动科技创新能力的提升;另外部分解释变量之间存在大于0.8的显著正相关关系,这就说明解释变量之间存在共线性的问题,于是采用逐步回归分析处理共线性问题,剔除了x1、x2、x4和x74个变量,最后进入模型的变量为高技术产值占工业总产值比重、外商直接投资额和毕业研究生人数3个变量.模型表达式为

从模型结果可以看出,毕业研究生人数对区域科技创新能力提升的影响最大,每增长一个百分点.科技创新能力将会增长3.968个百分点.其次是高技术产业比重每增加一个百分点,科技创新能力会提升1.069个百分点,外商直接投资对区域创新能力的提升也有正面的影响,每增长一个百分点会带动创新能力提升0.018个百分点.由此也可以说明科技创新重心向东南移动源于东部省份在高端人才培养和高技术产业发展方面日益突出的优势地位.

图6 经济、高技术产业和研发投入Moran′sI指数变化图Fig.6 Moran′s I index of China GDP and High-tech Industry and R&D input

根据公式(4)利用OpenGeoDa软件计算影响我国科技创新重心变动因子的空间自相关性的Moran′s I指数(见图6),总体来看,1996–2012年我国各省区GDP和高技术产业在显著性水平下都呈现出较强的空间正相关性,并且相关性不断增强.研发人员由不显著空间正相关向10%显著性水平下空间正相关变化,研发经费由不显著空间负相关向5%水平显著空间正相关变化.说明我国的经济发展水平和高技术产业在空间上呈现高度集聚的特征,研发人员和经费投入也不断由空间离散分布向集聚分布转变,通过LISA散点图(鉴于篇幅省去)发现,这些因子呈现不断向我国东部经济发达省区集聚的趋势.

4.2 科技创新重心演变驱动机制

4.2.1 经济结构与增长方式

从经济增长方式来看,我国中西部地区经济增长长期依赖要素投入,而东部地区近年来经济增长方式逐步由要素驱动向科技创新驱动转变.从产业结构来看,东部地区二、三产业占比高,近年来东部地区高技术产业和科技服务型企业发展迅速,成为推动东部地区科技创新发展的重要力量;而中西部地区第一产业占比较高,第二产业偏重,第三产业偏向旅游业.高技术产业是由知识、技术密集度高,具有高投入和高创新性特征的企业组合而成,在区域科技创新体系中扮演着重要的角色,2012年我国东、中、西部地区高技术企业营业收入占比分别为78.77%、12.48%和8.75%,东部地区在高技术产业发展方面优势突出,拉动了东部地区科技创新能力的快速提升.外商直接投资对区域经济发展和技术进步起到了重要的贡献,我国东部地区凭信良好的市场环境和区位条件,吸引了大批跨国公司在这里投资设立生产与研发机构,同时也成长起来了一大批本土科技公司,形成了良好的产学研创新互动环境,极大地提升了东部地区的科技创新能力.

4.2.2 科技资源的空间集聚

人才是科技创新的第一要素,东部地区高水平大学众多,为地区培养了包括硕、博士在内的大量高水平研究型人才;20世纪90年代以来,大量高素质创新人才随着人口迁移大潮来到了东部地区,为东部地区提供了充足的科技人才资源;东部地区还吸引了大量海归人才和外籍科技人才.研发人员不断向东部地区集聚,为东部地区科技实力的快速提升提供了充足的人才保障.从研发经费投入来看,研究期内我国东、中、西部地区的研发投入持续增加,但是东部地区增长幅度最大,科研经费投入向东部地区集聚的趋势明显.从研发强度来看,1996年我国东、中、西部地区的研发强度分别为0.62%、0.4%和0.53%,2012年为2.27%、1.24%和1.09%.科技资源不断向东部地区集聚,一方面提升了东部地区的科技创新能力,另一方面由于科技人才增长缓慢、科研经费投入不足且使用效率偏低,限制了中西部地区的科技发展.

4.2.3 科技创新环境

科技创新活动不同于一般的经济活动,它对环境条件的要求较高.首先我国东南部地区是典型的亚热带和暖温带季风气候,气候宜人,自然环境较好,城市宜居水平较好.其次东部地区的工作生活环境优越、基础设施完善收入水平较高,对创新人才有很强的吸引力.另外,在经济发达的东部地区,科技创新在驱动地方经济发展中的重要性得到普遍认可,财政支出有目的的向重点高校、研究机构和科技创新型企业倾斜.东部地区市场经济活跃,技术交易市场完善,知识产权保护力度较大,风险投资体系完备,社会经济活动效率较高,政府部门服务意识与办事效率较好,官产学研协同创新合作紧密,这些因素都在某些程度上促进东部地区形成较高的科技资源配置效率.相较而言,我国中西部地区受制于创新环境建设不足,面临着人才流失、创新成本高和创新效率低下等问题,近年来科技创新总体能力虽有所提升,但在全国创新能力格局中的地位却不断下降.

5 结论与讨论

研究期内我国整体区域科技创新能力不断提升,其中东部地区在全国科技创新能力格局中占据主导地位且这一地位不断上升;我国科技创新重心分布在河南省南部地区,总体上由西北向东南方向移动,不断偏离我国几何中心.比较发现,我国科技创新重心的变动与高技术产业重心、经济重心、研发人员重心和研发经费重心的变动有很大关联.科技创新重心不断与经济重心走势趋于一致,说明我国区域科技和经济不断趋于协调发展,高技术产业南北发展差距对于拉动我国科技创新重心由北向南移动产生重要影响.通过定量分析研究了影响我国科技创新能力格局演变的主要因素,结果发现高技术产业、外商投资和研究型人才培养三个方面对我国区域科技创新能力格局的变动有很大影响.最后通过分析总结,认为经济结构和增长方式、科技资源集聚和科技创新环境等因素是驱动科技创新重心变动的主要因素.

科技创新重心不断向我国东南移动,转变了以往重大科技项目和科研经费向“三线地区”集中、科技创新与经济发展空间分离的态势,这对于增强东部地区科技创新与经济发展的互动衔接,促进东部地区的科技经济协调发展具有重要意义.东部地区科技实力的提升对缩短中国与世界一流科技强国的科技发展差距,不断攀登世界科技制高点,建设一批具有示范和引领效应的世界科技创新中心城市都现实有意义.与此同时,也要兼顾中西部地区的科技发展,逐步增加科教领域公共财政投入,不断改善提升科技创新环境;吸引创新人才向中西部流动,改善营商环境积极吸引外资研发机构和高技术产业入驻中西部地区,促进中西部地区的科技发展和经济增长方式的转变;在全国整体科技创新能力上升的同时,推进中西部地区科技创新能力的加快提升,促进中西部地区的科技经济协调,缓解我国科技创新能力和经济发展水平不断拉大的区域差距.已有的研究中,学者们采用了不同的方法和视角对我国科技创新能力区域差异进行研究,本文把重心模型引入到科技创新区域差异的研究中,为我国区域科技创新能力空间格局演变分析提供了一种视角和方法.

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(责任编辑：李万会)

Spatial evolution of science and technology innovation gravity center and its factors in China from 1996 to 2012：An analysis based on provincial data

LI Heng,DU De-bin,XIAO Gang
(1.Institute for Innovation and Strategic Studies,East China Normal University, Shanghai 200062,China;
(2.School of Urban and Regional Science,East China Normal University, Shanghai 200241,China;

Regional science and technology(S&T)innovation capacity p lays an increasingly important role in regional socioeconomic development.On the base of current research,we introduced gravity center model to the regional differences research of China S&Tinnovation and work out S&Tinnovation gravity center and its evolution characteristics in the period of 1996-2012.We summarize the main factors which drive the evolution of S&Tinnovation gravity center by comparative analysis and quantitative study.The results are showed as follows.The S&Tinnovation gravity center has been moving quickly to the southeast direction in the past 16 years,and departure increasingly from the geometric center of China.There is a strong correlation between S&Tinnovationgravity center and economic gravity center and Hi-tech Industry gravity center and R&D investment gravity center.The main d riving factors of China S&Tinnovation gravity center movement consist of economic structure and grow th mode,agglomeration of S&Tresources and S&Tinnovation environment.

S&Tinnovation capacity;S&Tinnovation gravity center;regional differences;comparative analysis;driving mechanism

F204

A

10.3969/j.issn.1000-5641.2016.03.013

1000-5641(2016)03-0115-10

2015-06

国家自然科学基金(41471108,41501141);教育部哲学社会科学重大攻关项目(11JD 039)

李恒,男,博士研究生,研究方向为科技创新与区域发展.E-mail：liheng968@qq.com.