考虑航空影响的长江经济带城市交通通达性与区域经济空间耦合协调研究

田 野,付 晨 玉,蒋 亮,董 莹*,李 嘉 伟

(1.湖北经济学院长江经济带发展战略研究院/财经高等研究院,湖北 武汉 430205;2.碳排放权交易省部共建协同创新中心,湖北 武汉 430205;3.许昌学院城市与环境学院,河南 许昌 461000;4.湖北经济学院会计学院,湖北 武汉 430205)

0 引言

提升交通通达性能降低地区对外联系的时间成本,提高物质、人才、技术、信息、资金等要素的流动效率,使地区相对区位价值发生改变,进而减小区域间的经济差异[1,2]。长江经济带是影响全国发展大局的重大区域发展战略,对于推动全国高质量发展具有重要意义。长江经济带综合立体交通走廊建设自2014年提出以来,受到中央高度重视。2018年4月,在深入推动长江经济带发展座谈会上,习近平总书记强调推动长江经济带发展要在综合立体交通走廊等方面寻找新的突破口;2021年2月,中共中央 国务院印发的《国家综合立体交通网规划纲要》明确指出,要“建设东西畅通、南北辐射、有效覆盖、立体互联的长江经济带现代化综合立体交通走廊。”与此同时,长江经济带横跨我国东、中、西部,地域覆盖11个省市,经济发展水平差异显著,有必要对长江经济带城市交通通达性进行深入解析,并探讨交通通达性与区域经济发展水平间的交互影响关系和空间格局,对于指导未来长江经济带基础设施布局与区域经济政策制定具有重要意义。

交通通达性是交通地理学者关注的热点问题之一,Hansen等首次提出交通通达性概念,认为交通通达性表现了网络中各节点直接能产生相互作用的可能性[3]。随后,众多学者对地区交通通达性评价、交通通达性格局演化、新交通方式变革对交通通达性的影响等展开研究[4-6],并将交通通达性概念进一步延伸至城市经济联系[7]、城市土地利用[8,9]、城市空间结构[10,11]、公共服务设施[12-14]等领域。伴随交通基础设施建设的不断推进,交通通达性与经济发展的互动影响效应引起广泛关注,研究视角主要集中于交通通达性与经济发展水平的交互作用关系[15,16],交通通达性改善的经济集聚[17,18]、产业升级[19]、知识溢出影响[20]以及对不同经济部门的影响效应[21]等。例如,Ribeiro等对葡萄牙中北部相对落后地区公路建设前后的交通通达性进行评价,认为交通通达性改善后出行时间减少强化了该地区与欧盟中心区的联系强度[15];Song等对韩国首尔的交通通达性与产业集聚之间的关系进行评价,发现交通通达性好的地区更易形成强集聚效应,特别对服务业表现得更明显[17];毛琦梁等发现可达性高的地区更易实现区域一体化,并通过知识溢出等方式,有更大机会实现产业转型升级[19]。

综上,目前的研究成果普遍认为交通通达性改善能降低交易成本,促进空间集聚与空间溢出,进而促进区域经济发展。关于交通通达性的评价方法,多通过构建陆路矢量交通网络结合GIS网络分析工具以及通过构建地表时间成本栅格结合成本距离方法计算节点联系时间成本,或通过多指标集成方法,从交通优势度角度对地区交通通达性进行评价,鲜见关于航空交通对外交通联系的直接影响效应分析。航空交通是现代化交通方式的重要构成,对于提升长江经济带的交通通达性以及打造“铁水公空”综合立体交通走廊具有重要影响。鉴于此,本文通过构建航空影响系数模型,结合具有较大覆盖范围、较高数据精度的OpenStreetMap(OSM)交通数据,构建长江经济带综合交通栅格成本数据集,并对130个城市的交通通达性进行评价;利用熵权-TOPSIS法对城市经济发展水平进行评价,并在此基础上对二者之间的耦合协调关系和空间格局进行分析,以期为未来长江经济带综合立体交通走廊建设与区域经济发展政策制定提供科学参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 综合交通通达性评价

1.1.1 水陆交通栅格成本数据集构建 利用网格分析方法,将长江经济带划分为84 278个5 km×5 km的规则网格,分别统计网格内不同类型交通线路长度。由于OSM的交通线路分类与国内道路类型划分存在差异,因此,参考OSM官方网站的路网类型与我国道路分类进行匹配(具体道路匹配信息见http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Key:highway),根据《中华人民共和国公路工程技术标准(JTG B01-2014)》的速度设定要求,并结合相关学者在道路速度赋值上的研究成果[22],设定线路运行速度(表1)。另外,设置长江及其主要支流时速为35 km/h,其他水域设置为10 km/h,除交通线路和水域以外的陆地通行速度统一设置为2 km/h。因此,在网格大小相同的情况下,网格内交通线路等级越高、密度越大,意味着通过该网格所花费的时间成本越少,空间阻抗越小。在对网格内不同类型交通线路长度以及水域和陆地面积进行统计后,按照其通行速度计算通行时间成本,即可构建长江经济带水陆交通栅格成本数据集。

表1 OSM道路与国内道路类型匹配及其速度设定Table 1 Type matching and speed setting of OSM and domestic roads

1.1.2 航空影响系数模型构建 由于地理空间具有较显著的二维平面特征[23],当只考虑水陆交通联系方式时,位于区域中间的城市到达其他城市的时空成本要显著少于边缘城市,进而大大弱化了航空交通对于地区交通通达性的提升作用。因此,本文构建航空影响系数A0(式(1))作为交通栅格成本数据集构建的影响系数,对A0进行标准化处理,使其值在(0,1)之间,之后与水陆交通栅格成本相乘,即可得到考虑航空影响的综合交通栅格成本数据集。以中国民用航空局发布的《全国民用机场布局规划》确定的机场服务半径100 km为搜索距离阈值,对130个城市进行缓冲区分析,缓冲区内拥有的机场等级越高,机场数量越多,则该城市利用航空交通突破地理空间限制的潜力越大,相应的空间阻抗与栅格成本则越小,其中,机场等级优先于机场数量。

(1)

式中:Pm为m等级机场数量;b0为常数,其值越大,则机场等级的优先度越高;wm为m等级机场的权重,根据机场等级、数量并结合各机场客货运吞吐量与起降架次,通过熵值法最终确定不同等级机场的权重分别为3C(0.063)、4C(0.101 3)、4D(0.132 2)、4E(0.291 1)、4F(0.412 4)。

1.1.3 平均旅行时间 依托考虑航空影响的综合交通栅格成本数据集,利用GIS成本距离分析工具,分别计算长江经济带130个城市到任一栅格的时间成本均值H(式(2)),该值越小,则交通通达性越好。

(2)

式中:Tid为i城市到第d个栅格的时间成本,q为长江经济带内的栅格总数。

1.2 区域经济发展水平评价

1.2.1 指标选取 基于数据的可获取性、指标的代表性和可比性并参考文献[24,25],从区域经济实力、经济结构、人口集聚能力和人民生活水平四方面,分别选取人均GDP、人均地方财政收入、人均固定资产投资,第二产业产值、第三产业产值,人口密度、城镇化率、全社会从业人数,居民人均可支配收入、人均社会消费品零售总额,构建区域经济发展水平的综合评价指标体系。

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1.3 空间耦合评价

通常耦合度用于表征两个或多个复杂系统相互作用与影响程度[24],本文使用耦合度模型衡量城市交通通达性与经济发展水平的耦合度I(式(9)),I的取值范围为0～1,数值越大,意味着交通通达性与经济发展水平的耦合水平越高。引入耦合协调度D用于衡量两系统的协调程度,D的取值范围为0～1,数值越大,表明交通通达性与经济发展水平越协调。

(9)

式中:R为交通通达性与经济发展水平的综合调和指数,u1和u2分别为规范化处理后的交通通达性和经济发展水平,a、b分别为二者的贡献度,本文中均取0.5。

1.4 数据来源

本文以长江经济带130个地级行政单元作为研究对象,包含直辖市、副省级城市、地级市、自治州等不同类型行政单元,为便于行文,统称为“城市”。不同等级类型的交通线路数据来源于OpenStreetMap(https://www.openstreetmap.org/),数据截至2019年12月;长江经济带矢量数据来自国家基础地理信息中心1∶400万中国基础地理信息数据,上述数据经校准后统一投影至Lambert正型圆锥投影;机场及客货吞吐量数据来自中国民用航空局《2019年民航机场生产统计公报》,经济发展数据来自各城市2020年《统计年鉴》《国民经济和社会发展统计公报》《政府工作报告》等。

2 长江经济带城市交通通达性分析

2.1 整体交通通达性分析

长江经济带130个城市到区内任意一点的平均时间成本为7.25 h。以3 h为界对时间成本进行分时段统计(表2),发现有128个城市的平均通达时间在12 h以内,占比高达98.46%,表明长江经济带绝大部分城市利用水、陆、空等交通方式在12 h内即可到达区内任意一点,且85.38%的城市平均时间成本在9 h以内,其中37.69%的城市低至6 h,交通通达性区间为(4.92 h,12.71 h),对比文献[26]可知,2019年长江经济带城市总体交通通达性较好。

表2 长江经济带城市交通通达性的分时段分布Table 2 Time cost distribution of urban traffic accessibility in the Yangtze River Economic Belt

进一步对东、中、西部及其各省城市交通通达性进行统计(表3),发现长江经济带城市交通通达性呈现出显著的东西差异,东、中、西部交通通达性平均时间成本分别为5.77 h、6.63 h、8.80 h,呈现由东至西阶梯下降态势。东部上海、江苏、浙江的平均通达时间成本分别为5.75 h、5.49 h和6.11 h,比均值分别低26.09%、32.06%、18.66%,明显优于中、西部大部分地区。

表3 长江经济带分区城市交通通达性时间成本分布Table 3 Time cost distribution of urban traffic accessibility of different regions in the Yangtze River Economic Belt 单位:h

2.2 航空扰动效应分析

经计算,无航空影响下城市平均通达时间成本为9.27 h,而有航空影响下时间成本降至7.25 h,降幅达到27.89%,说明航空交通显著提升了城市对外交通通达性;东、中、西部时间成本分别下降了40.91%、18.23%、15.76%,表明东部地区在航空交通影响下交通通达性提升最明显。为更好地表现城市交通通达性变化的空间分异,分别对130个城市有无航空交通影响下的交通通达性进行空间克里金插值并提取等值线(图1),可以发现,变幅最大的城市均集中于东部沿海的上海、浙江和江苏三省域,特别是上海的平均时间成本由10.25 h降至5.75 h,交通通达性提升幅度高达43.86%,江苏、浙江两省4D以上的高等级机场多于其他省市,导致其对外联系能力大幅增强;西部少数城市交通通达性提升明显,西部城市高等级机场数量不显著,但机场总数多于中部省(市),进而提升了西部城市的对外交通联系能力。

图1 有无航空影响下的长江经济带交通通达性空间格局Fig.1 Spatial pattern of traffic accessibility with and without aviation influence in the Yangtze River Economic Belt

从空间分布格局来看,无航空影响下高交通通达性城市集中于湖北、湖南交界地区,即以江汉平原为核心的长江经济带中部区域,低时间成本区域呈现出由长江经济带中心向东、西外围地区环状增大的变化趋势,距离中心区域越远,交通通达性越低,总体呈现出近规则型核心—边缘格局;有航空影响下的时间成本等值线则在中、东部分别形成两个显著的低值区,特别是以上海为核心的长三角区域和以武汉为核心的江汉平原核心区,交通通达性显著高于其他区域,形成由东至西长三角(高)—徽赣(低)—鄂湘(高)—川渝云贵(低)的分布格局(图1a)。根据地理学第一定律,地理要素之间的联系存在着距离衰减效应,表现出空间上的近二维平面特征。因此,当不考虑航空交通的影响时,位于长江经济带中部的城市到其他地区的空间距离和时间成本要显著小于外围城市,并由此形成近规则型的核心—边缘交通通达性格局;但由于航空交通的影响,东部城市的交通通达性得到显著提升,其对外联系能力不再显著遵循地理衰减规律,大大突破了地理空间的二维平面特征限制,表现出一定程度的超平面特征。

3 交通通达性与区域经济空间耦合协调分析

3.1 经济发展水平分析

为更好地表现区域间经济发展水平差异,以经济发展水平均值0.34为断点,以均值的30%为间隔,将各城市划分为高(≥0.44)、较高(0.34,0.44)、较低[0.24,0.34]和低(<0.24)4个等级水平(图2a)。可以发现,长江经济带城市经济发展水平存在极显著的东西差异,发展水平最高的上海达到0.74,是发展水平最低的昭通(0.18)的4.1倍。在24个高水平城市中,东、中、西部分别占16、4和4个,绝大部分集中于东部(表4);高于均值的城市为50个,占城市总数的38.46%,东、中、西部分别占24、21和5个。从空间分布上看,高和较高水平城市呈面状集聚分布于长三角地区,而在长三角之外,绝大部分城市经济发展水平低于平均水平,少数高水平城市为省会城市或直辖市,形成区域经济发展的增长极。值得关注的是,从中、西部省会周边城市的发展水平看,武汉周边的鄂州、黄石以及长沙周边的湘潭、岳阳、株洲均为较高水平,反观西部的重庆、成都、贵阳、昆明以及中部的南昌,虽为高水平状态,但其周边城市全部低于平均发展水平,甚至为低水平状态,意味着上述城市特别是西部省会城市的辐射带动作用明显不足,区域协同发展能力有待增强。而经济发展水平的地域分异表现出山区城市弱于平原城市的现象,低水平城市分布于中部湖北与安徽交界的大别山区、江西南部的武夷山区、湖北西南部的武陵山区,发展水平明显弱于邻近江汉平原、洞庭湖平原以及鄱阳湖平原城市,西部山区城市的发展水平表现更弱,除省会城市外,大多低于平均发展水平(图2a)。

图2 长江经济带城市经济发展水平及与交通通达性的耦合协调格局Fig.2 Urban economic development level and its coupling and coordination pattern with traffic accessibility in the Yangtze River Economic Belt

表4 长江经济带不同地区城市的评价指标分布Table 4 Distribution of evaluation indexes of cities in different regions in the Yangtze River Economic Belt

3.2 交通通达性与经济发展水平耦合度分析

计算城市交通通达性与经济发展水平的耦合度,参考文献[24,27],分别以0.3、0.5、0.8为界划分耦合度等级。当0.8

分析图2b发现,高I值城市除少数省会城市外,呈现出明显的东西高、中部低的分布格局,东部集中于长三角地区,西部集中于云南省及其周边少数邻近城市,说明这两个地区交通与经济的耦合能力最强;但两地区内部耦合状态存在显著差异,东部城市高耦合度的形成是高交通通达性、高经济发展水平的同频互动,而西部城市高耦合度的形成却是低交通通达性、低经济发展水平的同频互动,表现出经济发展水平与交通通达性高度同步的现象。低I值城市显著集中于中部地区,处于拮抗耦合状态的有黄冈、恩施、巴中、荆州、娄底、天门、孝感,除巴中外,全部位于中部湖北、湖南两省,其中尤以武汉周边城市最显著;对比城市交通通达性格局可以发现,该区域交通通达性较好,低耦合度的形成实际上反映出经济发展水平与交通通达性的显著不匹配,即中部地区的区位优势并未充分转化为经济优势,形成交通与经济耦合度的中部塌陷状态。

3.3 交通通达性与经济发展水平耦合协调度分析

参考文献[24,27]并结合本文实际,以0.7、0.6、0.5和0.4为界,将耦合协调度划分为优质协调、中度协调、勉强协调、中度失调和严重失调5种类型。由表4可知,勉强协调以上城市数量累计占84.61%,意味着绝大部分城市交通与经济系统较协调。东、中、西部城市耦合协调度均值分别为0.75、0.61和0.52,三地区分别处于优质协调、中度协调和勉强协调状态。从不同状态城市的空间分布也可看出,优质协调城市显著集中于东部(19个),形成东部面状集聚分布态势,中度协调城市主要集中于中部(26个),西部勉强协调以下状态城市数量最多(39个),表明长江经济带交通与经济系统的耦合协调度呈现出明显的由东至西梯度下降格局。

从图2c看,除东部长三角地区外,还存在次一级高值集聚区,较明显的有合肥及周边马鞍山、芜湖、铜陵,南昌及周边九江、新余,武汉及周边鄂州、仙桃、黄石,长沙及周边株洲、湘潭、岳阳,重庆、成都及周边的绵阳、乐山,昆明及周边的玉溪、楚雄等,恰与皖江城市带、环鄱阳湖城市群、武汉城市圈、长株潭城市群、成渝城市群、滇中城市群等相契合,以省会城市为核心的城市群的系统耦合协调能力明显更强。事实上,由于经济发展的空间溢出效应与交通基础设施建设的网络化特征[28,29],城市经济发展与交通通达性的提升并不严格局限于单一行政区,因此,以省会城市为核心的城市群在经济协同发展与交通基础设施互通上更具优势,日益成为承载经济高质量发展的空间载体。但西部以昆明为核心的滇中城市群的耦合协调度显著低于其他城市群,以贵阳为核心的黔中城市群仍表现出贵阳一枝独秀的状态,西部省会城市对城市群的引领作用仍较弱。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文以长江经济带130个城市为研究对象,通过构建航空影响系数模型评价其交通通达性,利用熵权-TOPSIS法评价城市经济发展水平,并对二者的耦合协调关系与空间格局进行分析。结论如下:

1)长江经济带130个城市到区内任意一点的平均时间成本为7.25 h,其中37.69%的城市低至6 h,城市对外交通联系能力相对较高。东部受高等级机场影响,形成以上海为核心的长三角高交通通达区,中部受地理衰减规律影响,形成以武汉为核心的江汉平原核心区高交通通达区。交通通达性由东至西整体表现出长三角(高)—徽赣(低)—鄂湘(高)—川渝云贵(低)的分布格局。

2)航空交通显著提升了城市对外交通联系能力,有航空影响下比无航空影响下城市平均通达时间成本下降了27.89%,并造成东部苏南、浙南以及西部重庆、成都交通通达性的强烈空间扰动;航空交通对东部城市交通通达性的提升最显著,突破了地理空间的二维平面特征限制,表现出超平面特征。

3)经济发展水平较高的城市主要集中于长三角和省会城市,但西部省会城市的辐射带动能力弱于东、中部地区,并且表现出平原城市发展水平高于山区城市的现象。经济发展水平与交通通达性的平均耦合度高达0.73,具有高度的同频互动响应能力。东部长三角为高交通通达性与高经济发展水平的耦合度高值区,西部云南、贵州部分城市为低交通通达性与低经济发展水平的耦合度高值区,中部江汉平原地区为高交通通达性、低经济发展水平的耦合度低值区,整体表现出东西高、中部低的分布形态。中部城市的区位优势尚未充分转化为经济优势,西部城市的经济发展水平和交通通达性处于双低同频耦合状态。

4)东、中、西部城市耦合协调度均值分别为0.75、0.61和0.52,东部城市交通和经济的发育水平最高、互动能力最强,优质协调城市最多(19个),中部城市次之,集中了大部分中度协调城市(26个),西部城市交通和经济发育水平最低、互动能力最差,包含39个勉强协调以下状态城市,耦合协调度总体表现由东至西梯度下降趋势。除东部长三角地区外,高值城市存在若干明显高于周边城市的集聚分布区域,形成次一级高值集聚区,主要集中于皖江城市带、环鄱阳湖城市群、武汉城市圈、长株潭城市群、成渝城市群、滇中城市群,城市群日益成为承载区域高质量发展的空间载体。

4.2 讨论

1)本文实证结果显示航空影响系数能充分体现航空交通对外交通联系能力的提升作用,特别是对位于区域外围城市的影响较明显,一定程度上优化了大尺度交通通达性评价的研究方法。但本研究的地域范围集中于长江经济带内部城市,对于区外交通通达性的表达仍有欠缺,未来要结合航空影响系数模型扩展评价范围,展示长江经济带城市在更大尺度上的通达水平。

2)长江经济带东、中、西部的发展不平衡不充分现象均较显著,以长三角为核心的东部地区承担了引领长江经济带高质量发展的主要任务,经济发展与交通基础设施的一体化程度最高,中部表现出交通区位优势与经济发展水平的不匹配状态,西部则呈现出交通与经济双低现象。未来要进一步发挥中部地区承东启西、连接南北的区位优势,特别是要紧抓长江经济带综合立体交通走廊建设的宝贵契机,进一步强化与东、西部地区在基础设施互通、科技创新合作、产业分工协作、长江保护开发等领域的合作力度,将区位优势转化为经济优势;同时要加大对西部地区的支持力度,特别是在交通基础设施布局、产业集群建设、区域产业转移等方面给予一定的政策倾斜,加快西部地区经济发展步伐,构建长江经济带高质量协调发展的新格局。

3)以省会城市为核心的城市群在引领地区经济发展与促进交通基础设施一体化上具有显著优势,但中、西部省会城市的经济发展水平多呈现一枝独秀的状态,极化效应显著而涓滴效应不足,城市群的协同能力与东部存在明显差距。未来要进一步强化城市群在区域高质量发展上的引领作用,加快城市群内部基础设施、公共服务、产业协同、生态保护等领域的一体化建设步伐,加快土地资源管理、户籍制度以及经济区与行政区适当分离等重点领域改革,进一步清除人口、资本、信息等要素自由流动的障碍,以城市群高质量发展引领长江经济带高质量发展。