基于投影寻踪模型的中原经济区社会经济－资源环境耦合研究

蔡文春 张竟竟

摘要：综合运用投影寻踪模型和协调度模型，对中原经济区社会经济—资源环境系统耦合度进行评价。结果表明，1995—2013年，两个子系统之间的协调性在提升，2008年耦合度达到0.5以上。从空间分异来看，中原经济区协调性整个呈现西北高、东南相对较低的空间分异特征。部分城市因为某个子系统水平较低而制约了整体协调性的提升。分析表明中原经济区必须走可持续发展道路，摒弃那种资源掠夺式的发展方式，在资源环境的承载范围之内发展复合型生态城市。

关键词：中原经济区;投影寻踪模型;耦合度;社会经济;资源环境

中图分类号：F121.3        文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2018）21-0156-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.21.040           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

On the Coordination Between Social Economy and Resource Environment of Central Plains Economic Zone Based on Projection Pursuit Model

CAI Wen-chun1，ZHANG Jing-jing2

（1.Department of Economy and Management，Sichuan Information Technology College，Guangyuan 628017，Sichuan，China;

2.School of Economics and Management，Zhongyuan University of Technology，Zhengzhou 450000，China）

Abstract： The coordination degree between social economy and resource environment system in CPER was evaluated based on the projection pursuit model. Results showed that， in the last twenty years from 1995 to 2013，the coordination between two subsystems was improved，and the coordination degree in 2018 was over 0.5.From the aspect of spatial differentiation，the coordination presented a characteristic of higher in northwest than in southeast in CPER. The low level of one subsystem in some cities restricted the improvement of the overall coordination. The analysis indicated that the Central Plains Economic Zone should take a path of sustainable development，abandon the development mode through plundering recourses，and develop the complex ecological cities within the carrying capacity of resource environment.

Key words： central plains economic zone;projection pursuit model;coordination degree;social economy;resource environment

改革开放以来，中国经济的快速发展大大提高了人们的物质生活水平，然而，20世纪90年代以来，各种自然灾害频发，资源环境问题日益凸显。不节制的资源开发活动导致了生态系统失衡，出现了环境污染、人口膨胀、能源紧张等问题。党的十八大以来，从中央到地方，坚决向污染宣战已成为普遍共识。党中央、国务院出台了《关于加快推进生态文明建设的意见》，对生态文明建设和生态环境保护做出了战略部署。生态环境问题的实质是发展方式问题，关键是要把握好资源环境和经济發展的关系。在当前生态文明战略的指引下，运用新的思想理念和方法开展资源环境—社会经济系统的耦合效应研究，旨在揭示系统发展的轨迹和成因。

1  研究区域概况

中原经济区（CPER）是以郑汴洛都市区为核心、以中原城市群为支撑、涵盖河南全省延及周边地区的经济区域，其地处中国中心地带，是全国主体功能区明确的重点开发区域，地理位置重要、交通发达、市场潜力巨大、文化底蕴深厚，在全国改革发展大局中具有重要战略地位。该经济区包括河南18个地级市、10个省直管县（市）及山东、河北、安徽、山西省的12个地级市3个县，共5省30个地级市、10个直管县（市）及3个县。总面积约28.9万km2，2011年末总人口约1.79亿人，经济总量仅次于长三角、珠三角及京津冀，列全国第四位。

该经济主体区河南省的人均水资源占有量不足420 m3，仅相当于全国平均水平的20%。另外，河南省地层齐全，地质构造复杂，矿产资源丰富，是全国矿产资源大省之一。目前已发现各类矿产127种（含亚矿种为158种）。其中，探明储量的75种，已开发利用的有86种。2014年全省生产总值34 939.38亿元，三大产业结构比例为11.9∶51.2∶36.9。轻、重工业比例为34.0∶66.0。从2014年各地发布的环境质量检测报告来看，河南省各地空气质量、水质均不同程度受到污染，而未来开发利用矿产资源必定给生态环境带来更大的压力。

以人均GDP为横轴，污染物排放量为纵轴，做散点图（图1），在对环境库茨涅茨曲线修正的基础上建立多项式回归模型。按照环境库茨涅茨理论的倒U型假说，一个国家的污染水平会先随着经济发展水平的增长而增长，当经济发展到一定水平时，污染水平会随着国民收入的增长而下降。由图1a、b、c、d可以看出，河南的环境库兹涅茨曲线并不完全遵循倒“U”形曲线的特征，而是随着人均GDP的增加呈现出多峰特征的波动性，如工业生产中万元GDP能耗偏大，污染物排放强度较高。与国外发达国家相比，按2000年数据计算，1美元产值能耗中，日本为1.00，法国为1.50，英国为2.17，美国为2.67，中国为11.50，河南为13.85，河南相当于全国平均水平的1.2倍[1]。这在一定程度上说明了影响河南经济资源环境关系的因素具有多样性和不确定性。

2  研究方法与数据来源

2.1  评价指标体系的构建

资源和环境作为一个相互依存的具有紧密联系的整体，早在人类出现以前就客观存在。资源和环境可以通过提供开发利用对象和经济生产活动场所对人类的社会和经济活动产生强烈的根本性影响。人类的经济和社会行为对资源环境又具有一定程度的反作用，并因此对资源环境的演变施加影响，而且这种反作用随着人类发展阶段的提高逐渐加强。因此，资源环境和社会经济的相互作用在人类生存和社会发展进程中具有举足轻重的作用。资源环境和社会经济以人类社会为联系纽带，是一个复杂的开放巨系统。该系统的稳定性、鲁棒性及可控性决定了地球生命支持系统与人类社会经济可持续发展目标能否实现，因此，对于资源环境与社会经济系统的研究成为自然与社会科学领域学者共同关注的焦点[2，3]。

结合中原经济区的实际情况，遵循科学性、简明性、全面性、可操作性等原则，建立了一个由目标层、准测层、领域层所构成的具有递阶层次结构的评价指标体系[4]（表1）。

2.2  研究方法

2.2.1  协调度模型  应用协调度模型对f（u）和g（r）进行处理。具体如下：

式中，C为协调系数，0≤C≤1。K为调节系数，当区域社会经济水平与资源环境质量一定的条件下，为使区域社会经济与资源环境之间的综合效益最大，即f（u）与g（r）之积最大，区域社会经济与资源环境之间进行组合协调的数量等级，K≥2，本研究取K=2。

2.2.2  投影寻踪模型  投影寻踪方法属于直接由样本数据驱动的探索性数据分析方法，是美国科学家Kruscal于20世纪70年代提出的，在高维性、非线性、非正态数据分析处理方面有独到之处[5]。其具体方法如下：

设第i个样本的第j个指标为xij（i=1，2，3，…，n，j=1，2，3，…，m），其中n为样本数，m为指标个数，依据投影寻踪理论建立中原地区社会经济与资源环境耦合度综合评价模型。

1）指标体系无量纲化。由于指标体系中各指标的量纲不尽相同，为消除量纲的影响需对数据进行无量纲化处理，这里采用极差法进行原始数据的归一化处理。

2）构造投影指标函数。选用线性投影将研究数据投影到一维线性空间。设a=（a1，a2，…，am）为m维单位投影方向向量，则xij的一维投影特征值zi可表示为：

3）构造投影目标函数。为便于在多维指标中发现数据的结构组合特征，在投影时要求投影值特征值zi尽可能多地提取xij的变异信息，即zi在一维空间分布的类间距（Sz）尽可能大;同时投影值特征值zi的局部密度（Dz）最大，即相同投影空间中指标尽量集中;所构建的投影目标函数为：

Q（a）=Sz×Dz     （4）

式中，Sz的计算公式是Sz=∑（zi-Ez）2（n-1）0.5（Ez为投影特征值zi的均值），Dz的计算公式是：

Dz=∑∑（R-rij）.u（R-rij）    （5）

式中，R为局部密度窗口半径，其大小与数据特征本身有关。选取R时，为避免滑动平均偏差太大，既要保证窗口内投影点的平均个数不能太少，又不能使之随着n的增大而增加太多，一般可取值为αSz（α可以取0.1、0.01或0.001等，依据投影点zij在区域间的分布情况而调整）。距离rij=∣zi-zk∣（k=1，2，3，…，n）为投影特征值间的距离。u为单位阶跃函数，当R-rij≥0时，其值為1;当R-rij≤0时，其值为0。

4）确定最佳投影方向。当评价的样本值给定时，投影指标函数只随投影方向而定。通过求解投影指标函数的最大值来估算其最佳投影方向，即：

maxQ（a）||aj||=1    （6）

5）确定投影值。把（6）式中求得的aj带入（3）式得各样本投影值zi，反映了各评价指标的综合评价结果。

2.3  数据来源

研究数据主要来源于1995—2014年《河南统计年鉴》《河北经济年鉴》《山西统计年鉴》《山东统计年鉴》《安徽统计年鉴》，2014年《中国城市统计年鉴》和2014年河南省统计公报及部分省辖市统计年鉴，少量数据通过咨询相关职能部门和查阅文献数据获取。

3  中原经济区社会经济与资源环境协调度评价

3.1  时序演变特征分析

1995—2013年中原经济区的社会经济协调系数、资源环境协调系数以及协调度演变情况见图2。由图2可知，从社会经济子系统来看，1995—2014年，社会经济协调系数处于上升状态，这与全国经济发展水平整体上升相契合。经济结构进一步优化，投资环境改善，人口素质不断提高，农民人均纯收入提高，人口结构进一步改善等因素促进了社会发展。

从资源环境子系统来看，资源环境协调呈上升趋势，稍有波动。值得注意的是，2012年之前资源环境协调水平高于社会经济协调水平，2012年之后则相反，这表明单方面追求经济发展给资源环境造成了较大的压力。提示在追求社会经济水平提升的过程中，不能忽视对资源环境的合理利用和保护。

从社会经济子系统与资源环境子系统之间的协调度来看，整体上是改善的。根据协调度划分标准，可划分为以下六种类型[6-8]：①当D=0时，三个系统不存在协调，处于无序发展状态;②当0

3.2  空间格局分析

对中原经济区30个地级市的社会经济与资源环境耦合协调度进行了空间上的测算（表2）。这样有利于从空间对比各个区域存在的问题，从横向上找到区域之间协调发展的切入点。

将30个省辖市的耦合协调度值导入Arc GIS软件，利用Natural Breaks（Jenks）最佳分类法将其分为五类，以更清楚地分析其空间分异特征（表3，图3）。

总体看来，中原经济区30个地级市社会经济与资源环境协调度都界于0.3

第一层次由邯郸市、聊城市两个城市构成。这两个城市的资源环境得分排名分别为第一、第二，社会经济得分分别排名第四、第九。第二层次以郑州为中心，向西部形成较大范围的集中区，另外还包括中部的漯河市、周口市以及东部的濮阳市和菏泽市。值得注意的是，郑州市社会经济水平排名第一，但是资源环境水平的落后制约了系统协调度的提升。第三层次由新乡、商丘、许昌、蚌埠和信阳构成。第四、五层次比较分散。从社会经济—资源环境的耦合来看，形成了以郑州为中心的西部中高水平区域以及东南部较低水平区域，整个形成了西北较高、东南较低的区域分异特征。

从分布情况来看，部分城市的社会经济—资源环境耦合度因为其中一个子系统水平的落后而制约了整个系统水平的提升，如郑州市、济源市社会经济水平排名分别为第一、第二，但因环境质量较差，导致资源环境水平靠后，排名分别为第11、第25。相反，邯郸、聊城两市资源环境排名位列第一、二，提升了整个系统的耦合水平。这说明整个系统的耦合水平与每一个子系统的水平密切相关，要促进系统整体朝良性发展，不能只注重经济社会水平的提升，应该在资源环境系统承载的范围之内，注重对资源环境的合理利用和适度保护。

4  结论与讨论

从时间和空间两维上探讨了中原经济区经济社会和资源环境两个子系统之间的协调性，得出如下结论。

从时间维度上来看，1995—2014年中原经济区经济社会和资源环境两个子系统之间的协调性整体是改善的，2007年之前系统处于中水平的耦合状态，之后若干年协调度达到0.5左右，说明两系统协调性向良性方向发展。

从空间分异来看，中原经济区经济社会和资源环境两个子系统之间的协调度呈现西北高、东南低的分异特征。部分城市人口迅速扩张，过分追求经济水平的提升对资源环境发展造成了很大的压力，阻碍了两系统之间的协调发展。而日益恶化的资源环境水平又会制约社会经济水平的提升。因此，中原经济区的发展一定要坚持可持续发展战略，转变资源掠夺式的发展方式，发展复合型生态城市[9]。

两系统之间的协调度只是一个相对值[10]，只有选取不同的区域或时间段作为参照物，进行对比分析，才能表现出定量评价数值的相对意义[11-15]。

参考文献：

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