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2021 , Vol. 40 >Issue 3: 762 - 778

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj020200126

研究论文

环渤海地区城市规模扩张与质量增长的时空演变及耦合特征

  • 曲衍波 , 1 ,
  • 王霞 1 ,
  • 王世磊 1 ,
  • 朱伟亚 , 2 ,
  • 平宗莉 2 ,
  • 王森 2
展开
  • 1.山东财经大学公共管理学院,济南 250014
  • 2.山东省土地调查规划院,济南 250014
朱伟亚（1978-）,男,河北鹿泉人,研究员,副院长,主要从事土地利用评价与规划工作。E-mail:

曲衍波（1982-）,男,山东龙口人,博士,教授,博士生导师,从事土地利用转型与城乡发展研究。E-mail:

收稿日期: 2020-02-24

  录用日期: 2020-05-06

  网络出版日期: 2021-05-10

基金资助

国家自然科学基金项目(41771560)

国家自然科学基金项目(42077434)

国家自然科学基金项目(71704094)

山东省高等学校“青年创新团队发展计划”(2019RWG016)

山东省土地调查规划院外协项目

版权

版权所有，未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计。
收起

Spatio-temporal evolution and coupling characteristics of urban scale expansion and quality growth in Bohai Rim

  • QU Yanbo , 1 ,
  • WANG Xia 1 ,
  • WANG Shilei 1 ,
  • ZHU Weiya , 2 ,
  • PING Zongli 2 ,
  • WANG Sen 2
Expand
  • 1. School of Public Management, Shandong University of Finance and Economic, Jinan 250014, China
  • 2. Shandong Land Survey and Planning Institute, Jinan 250014, China

Received date: 2020-02-24

  Accepted date: 2020-05-06

  Online published: 2021-05-10

Copyright

Copyright reserved © 2021
Fold

摘要

城市规模扩张与质量增长是当前中国城镇化发展所面临的重要矛盾,如何推动两者的协同演进成为区域城市系统可持续发展的重要命题。本文以中国经济第三个增长极——环渤海地区为研究区,在城市系统理论认识的基础上,构建多维度融合的城市规模与质量测度体系,利用泰尔指数和脱钩模型对城市规模扩张与质量增长的时空演变过程及其耦合关系进行深入分析,并从系统内部性和外部性角度探讨了城市系统高质量运行的影响机制。研究表明：①2000—2019年环渤海地区城市规模扩张与城市质量增长均持续攀升,并呈现出一定的空间格局特征,其中京津冀呈“同心圆”的高-中值分异格局,山东半岛呈“中轴-两翼”的中-高值集聚格局,辽东半岛呈“突变式”的低-中-高三区共存格局。②环渤海地区城市规模扩张与质量增长的区域差异性总体降低,并以区域内差异占据主导,城市规模扩张的差异性降幅为山东半岛>京津冀>辽东半岛,城市质量增长的差异性降幅为京津冀>辽东半岛>山东半岛,不同区域内城市系统演化趋势复杂多样。③环渤海地区城市规模扩张与质量增长的脱钩类型经历了“SND-WD”为主向“WD-SD”为主的变化过程,脱钩状态整体趋于耦合的良性发展,脱钩程度表现为京津冀>山东半岛>辽东半岛。④环渤海地区城市规模扩张与质量增长及其耦合趋优是城市系统内部性和外部性要素综合作用的表现,不同要素通过长效调控、有条件作用和缓慢调节等过程性影响和有效性干预的方式,驱动不同城市系统由规模扩张转向质量增长。

关键词： 规模扩张; 质量增长; 泰尔指数; 脱钩模型; 驱动机制; 环渤海地区

本文引用格式

曲衍波 , 王霞 , 王世磊 , 朱伟亚 , 平宗莉 , 王森 . 环渤海地区城市规模扩张与质量增长的时空演变及耦合特征[J]. 地理研究, 2021 , 40(3) : 762 -778 . DOI: 10.11821/dlyj020200126

Abstract

Currently, urban expansion and quality growth constitute the main contradiction in China′s urbanization development. How to measure the coordinated evolution of the two factors has become an important issue for the sustainable development of regional cities. This paper takes the third growth pole of China's economy, the Bohai Rim region as the research area. Based on the understanding of the urban system theory, a multi-dimensional integrated urban scale and quality measurement system is constructed, and the spatio-temporal evolution and coupling relationship between urban scale expansion and quality growth are analyzed by using the Theil index and decoupling model. The influence mechanism of urban system high-quality operation is explored in both internal and external aspects. The results show that: (1) From 2000 to 2019, the urban scale expansion and urban quality growth in the Bohai Rim region continued to rise, and showed certain spatial pattern characteristics, in which Beijing-Tianjin-Hebei (BTH) showed a "concentric circle" pattern of high-medium differentiation, Shandong Peninsula showed an "axis and wing" pattern of medium-high value agglomeration, Liaodong Peninsula showed a "mutation" pattern of low-medium-high areas coexistence. (2) The regional differences of urban expansion and quality growth in the Bohai Rim are generally reduced, with the regional differences in the three regions occupying the leading position. Reduction speeds of urban expansion are in an order of Shandong Peninsula > BTH > Liaodong Peninsula, and reduction speeds of urban quality growth are in an order of BTH > Liaodong Peninsula > Shandong Peninsula. The evolution trend of cities in different regions is complex and diverse. (3) The decoupling type of urban expansion and quality growth in the Bohai Rim region has experienced an evolutionary process from "SND-WD" to "WD-SD". The decoupling state tends to be coupled as a whole, and the degree of decoupling is in an order of BTH > Shandong Peninsula > Liaodong Peninsula. (4) The urban expansion, quality growth and their coupling and optimization in the Bohai Rim region are the manifestation of the comprehensive effects of the internal and external factors influencing the urban system. Many different factors promote different urban systems to transform from scale expansion to quality growth through long-term regulation, conditional effects, slow regulation and effective intervention.

Key words： scale expansion; quality growth; Theil index; decoupling model; driving mechanism; Bohai Rim

1 引言

联合国《新城市议程》[1]指出,目前全球人口正在由农村向城市不断聚集,城市规模以空前的速度扩张。为加快实现2030年可持续发展目标,城市规模和结构需要日益紧凑、和谐和高效化,城市在有竞争力的经济、高质量的生活和可持续的环境之间需要维持平衡。值得注意的是,中国城市发展之快前所未有,随着城市建设用地扩张及土地后备资源的日益紧缺,城市空间不断呈现出无序性、矛盾性和不合理性,不仅加速城市建设与用地规模的供需失衡,也造成一系列的社会、生态等城市顽疾[2,3]。如何按照新型城镇化的内在要求,以推动城市高质量发展为导向,提升城市规模扩张与质量增长的耦合性是值得探讨的热点问题。
目前,国内外关于城市规模与质量的研究主要体现在以下几个方面：①城市规模研究主要聚焦在城市体系构建和城市发展阶段与空间分布分析,前者侧重于以中心地理论和城市系统理论模型等为基础的城市等级、功能定位和区域分工等研究[4,5],后者则从经济发展、生态环境、基础设施建设等方面,运用熵值法、TOPSIS、城市规模扩张弹性系数（K）以及探索性空间数据分析（ESDA）等方法对城市经济、社会、环境规模及效益进行定量分析,并揭示政策调控、成本投入、城市交通等因素对城市规模变化的影响[6,7,8]。②城市质量研究主要包括城市质量内涵、不同视角下城市质量评价体系以及城市质量提升路径等内容,一方面从城市系统结构要素和内在机理、“以人为本、绿色发展”理念、人们对美好生活需求等不同视角解析了城市质量的内涵[9,10,11];另一方面从城市功能质量、城市生活质量、城市生态环境质量等方面,采用经典统计法、变异系数法、因子分析法衡量某一国家或内部城市质量差异[12,13,14];此外,有学者逐步将城市质量研究重点由以经济为中心转向以人为中心和以资源环境为侧重点的生态城市研究,并提出通过优化产业结构、完善基础设施、提高政府支出水平等方面促进城镇高质量发展的有效路径[15,16,17]。③城市规模与质量相互关系方面的研究相对较少,有部分学者结合遥感影像和城市灯光数据定量分析城市规模扩张及质量增长的时序变动及空间关联特征,利用城市发展指数与城市发展协调度研判城市发展阶段[18,19,20]。这些丰富成果促使本研究在相关理论认识和方法思路方面更加深入,但对城市系统的认识大多从城市规模、城市质量两方面分别测度分析,缺少两者协同角度的耦合研究,忽视了城市系统的整体性与协同演进的均衡性,在衡量区域特点时也大多偏向单一的时间或空间分析,缺少在时间和空间综合视角下的测度评价;此外,目前关于城市规模扩张与质量增长的研究案例不够丰富,相较于国家层面的宏观尺度及各单个城市的微观尺度,对省域及城市群的区域性研究较少。
基于此,本文以环渤海地区及划分的京津冀、山东半岛、辽东半岛三大区域为研究对象,通过构建综合评价指标体系,运用熵值法及泰尔指数测度区域城市规模扩张和城市质量增长水平,比较分析三大区域城市发展格局及其演变规律,并基于脱钩模型衡量城市规模扩张与质量增长的耦合特征,以期为环渤海地区的城市高质量发展提供科学依据。

2 研究思路与方法

2.1 理论认识

规模和质量是衡量城市系统的两个方面,二者的协同演进是城市系统可持续发展的关键（图1）。其中,城市规模子系统包括人口、空间、经济等要素,其扩张是一个人口集聚、空间外延、经济增长的过程;城市质量子系统包括经济发展、社会生活、生态环境以及设施建设等要素,其增长是在城市发展过程中,经济发展水平不断提高、社会生活方式不断进步、生态环境逐步优化、城市设施建设更加完善的过程。面对当前城市系统的规模和质量发展不均衡现象,以城市高质量发展为目标,根据城市规模子系统和城市质量子系统的演进比较,可将城市系统发展过程分为质量滞后的初步阶段、质量赶超的过渡阶段和高质量发展的成熟阶段。当城市规模扩张的速度快于质量增长的速度时,城市无限制蔓延所造成的经济水平下滑、生活品质下降、基础设施不足及生态环境退化等问题突出,城市发展处于依靠规模扩张的初级阶段,城市质量相对滞后。随着城市生态环境治理、劳动力素质提升以及科技进步的影响,城市质量逐渐提升,并不断赶超城市规模的扩张速度,城市发展进入过渡阶段,此时大量人才和农村劳动力向城市转移,人口规模效应明显,为了有效吸纳这部分人才,政府必然加大对城市住房、交通、基础设施及生态绿化等的投入,城市功能提升;同时,人口及空间要素的高效集聚要求城市经济产业结构优化升级,以结构效应促进城市产出效应。随着城市规模扩张放缓,城市质量增长速度超过城市规模扩张速度,城市经济发展、社会生活、生态环境和城市建设处于高效化状态,城市系统进入高质量发展的成熟阶段。城市的高质量发展必然引发明显的外溢效应,进一步促进人口、空间、经济要素的升级,城市发展进入良性循环。因此,城市规模扩张占据主导转向城市高质量增长占据主导并保持相对稳定,是未来城市系统演进的方向,也是城市系统良性运行的根本所在。
图1 城市系统运行的理论框架

Fig. 1 Theoretical framework of urban system operation

2.2 研究方法

2.2.1 城市规模扩张与质量增长评价方法
（1）指标体系构建。按照上述城市规模和城市质量的内涵界定,参考相关经典文献[21,22]并结合环渤海地区实际,基于“人地系统和谐共生和满足人民美好生活需要”的城市发展理念,遵循综合反映城市系统要素强度和结构功能、有据可依和操作有效的原则,构建城市规模与城市质量综合测度体系（表1）。其中,城市规模从衡量城市人口、土地和产业协同共生的角度,分为城市人口规模、空间规模和经济规模三个方面,并从总量程度和结构关系上共选取6项指标进行表征。城市质量则从反映城市发展为居民提供对美好生活需求的角度,从城市经济发展、社会生活、生态环境和城市建设4个方面选取相关指标;其中城市经济发展质量从经济综合水平、产业结构以及发展动力与效应等方面选取6项衡量指标,反映城市系统的经济功能;社会生活质量从工作回报、消费能力、文化资源和医疗条件等方面选取4项衡量指标,反映城市系统的服务功能;生态环境质量从自然环境条件与人工环境治理方面选取3项衡量指标,反映城市系统的环境功能;城市建设质量从创新能力和硬件设施等方面选取4项衡量指标,反映城市系统的治理功能[13]。
表1 城市质量与城市规模评价指标体系

Tab. 1 Urban quality and urban scale evaluation index system

评价目标 评价内容（权重） 评价指标（单位） 权重 指标属性
城市规模（S） A人口规模（0.3303） A1市辖区非农人口数（万人） 0.2070 +
A2人口城市化率（%） 0.1233 +
B空间规模（0.5177） B1建成区面积（km2） 0.2601 +
B2土地城市化率（%） 0.2575 +
C经济规模（0.1521） C1市辖区第二三产产值（万元） 0.1038 +
C2经济城市化率（%） 0.0483 +
城市质量（Q） D经济发展质量（0.3762） D1市辖区人均GDP（元） 0.0464 +
D2市辖区人均工业产值（元） 0.0610 +
D3第三产业占比（%） 0.0185 +
D4市辖区人均固定资产投资额（元） 0.0562 +
D5市辖区单位从业人员数（万人） 0.1399 +
D6市辖区人均公共财政支出（元） 0.0543 +
E社会生活质量（0.1868） E1在岗职工平均工资（元） 0.0149 +
E2市辖区人均社会消费品销售额（元) 0.0455 +
E3每百人公共图书馆藏书（册、件） 0.1018 +
E4市辖区每万人拥有医生数（人） 0.0246 +
F生态环境质量（0.1373） F1建成区绿化覆盖率（%） 0.0518 +
F2一般工业固体废物综合利用率（%） 0.0643 +
F3全市工业二氧化硫排放量（t） 0.0211 -
G城市建设质量（0.2998） G1市辖区人均科学教育事业支出（元） 0.0551 +
G2市辖区人均道路面积（m2） 0.0459 +
G3全年用电总量（万kW/h） 0.1585 +
G4每万人公交车拥有量（辆） 0.0402 +

注：指标属性“+”表示正向指标,“-”表示逆向指标。

（2）指标测算方法。熵权法是基于指标变异程度来衡量并测度其客观权重,为减少主观因素影响,本文采取熵权法对评价指标体系的各指标进行赋值[23]。同时为减少动态年限数据变动对指标权重的影响,使用熵权法分别计算2000年、2005年、2010年、2015年及2019年各项评价指标权重,以多年份的指标权重均值作为最终权重。具体步骤如下：
w j = ( 1 - e j ) ∑ j = 1 m ( 1 - e j )
w ̅ = ( w j 2000 + w j 2005 + w j 2010 + w j 2015 + w j 2019 ) 5
Q i = ∑ i = 1 n x i j × w ̅
S i = ∑ i = 1 n y ij × w ̅
D Q i = Q i ( n + 1 ) - Q i ( n ) Qi ( n )
D s i = S i ( n + 1 ) - S i ( n ) S i ( n )
式中： e j 为各项指标熵值; w j 为指标权重; w j 2000 、 w j 2005 、 w j 2010 、 w j 2015 、 w j 2019 分别为2000年、2005年、2010年、2015年、2019年指标权重; w ̅ 表示2000年、2005年、2010年、2015年、2019年指标权重均值; x ij 表示在城市规模子系统内第i城市第j个评价指标的标准化值; y ij 表示在城市质量子系统内第i城市第j个评价指标的标准化值; Q i 为城市规模指数; S i 为城市质量指数; D Q i 为城市规模扩张率; D S i 为城市质量增长率; Q i ( n ) 、 Q i ( n + 1 ) 分别为第n期、第n+1期城市规模指数; S i ( n ) 、 S i ( n + 1 ) 别为第n期、第n+1期城市质量指数。
2.2.2 差异性测度方法 泰尔指数是一种通过将样本分为多个群组来衡量区域内和区域间差异,从而阐述其某一现象差异性的方法,在衡量区域总体差异及局地差异方面具有广泛性和普适性[24,25]。本文应用泰尔指数对环渤海地区城市规模扩张及质量增长综合指数进行总体及局地差异性测度,以揭示其2000—2019年的城市系统演变轨迹。泰尔指数的计算公式为：
T = ∑ Y i log ( n Y i )
式中： T 为泰尔指数; n 为环渤海地区地级市总数量; Y i 是i区域的规模（质量）占环渤海地区城市规模（质量）指数的比重。将泰尔指数具体分解为：
T = T ER + T ER = ∑ g = 1 g P g I ( 0 ) g + ∑ g = 1 g P g log P g V g
式中： T SR 表示环渤海地区间城市规模或质量变化的差异; T ER 表示环渤海地区内城市规模或质量变化的差异; I ( 0 ) g 表示环渤海地区城市规模（质量）指数变化量; V g 表示第g组城市规模或质量变化占研究区城市总规模或质量变化的比例; P g 则表示第g组城市数量占总城市数量的比例。泰尔指数越大,表明区域总体或局地差异越大。
2.2.3 耦合分析方法 借鉴衡量经济发展、人口变化与资源利用关系的脱钩原理和测度方法[26,27,28],分析环渤海地区城市规模扩张与质量增长之间的耦合关系,以二者脱钩程度来评判各城市系统演进的协调性,计算公式为：
t = %Δ S / %Δ Q
式中： t 为脱钩指数; %Δ S 为城市规模扩张率; %Δ Q 为城市质量增长率。
依据该模型并结合前文的理论认知,可将城市规模扩张与城市质量增长间的耦合关系划分为负脱钩、（正）脱钩和连接三种状态与相应的8种类型（图2）。第一种为负脱钩状态,包括增长负脱钩（GND）、强负脱钩（SND）、弱负脱钩（WND）三种类型,它是城市用地规模消耗不经济、城市质量增长滞后的非耦合状态。当ΔS>0,ΔQ>0,t≥1.2时,为GND;当ΔS>0,ΔQ<0,t<0时,为SND;当ΔS<0,ΔQ<0,0≤t<0.8时,为WND。第二种为连接状态,包括增长连接（GC）和衰退连接（RC）两种类型,连接状态是城市规模扩张与质量增长耦合的过渡状态。当ΔS>0,ΔQ>0,0.8≤t<1.2时,为GC,此时城市系统耦合类型具有向脱钩演进的趋势;当ΔS<0,ΔQ<0,0.8≤t<1.2时,为RC,此时城市系统耦合类型具有向负脱钩演进的趋势。第三种为脱钩也称正脱钩状态,包括强脱钩（SD）、弱脱钩（WD）、衰退脱钩（RD）三种类型,脱钩是城市质量发展不再以规模扩张为代价的耦合状态。当ΔS<0,ΔQ>0,t<0时,城市规模收缩,质量增速加快,城市系统处于高质量发展的最佳耦合状态,即为SD;当ΔS>0,ΔQ>0,0≤t<0.8时,城市规模扩张的速度慢于质量增速,城市系统处于良性发展的耦合状态,即为弱脱钩WD;当ΔS<0,ΔQ<0,t≥1.2时,为RD,此时城市规模及质量增速均有所降低,且城市规模减速相对较快,城市系统处于恶化式耦合状态。城市系统高质量演进所追求的是以SD及WD类型为主的耦合状态。
图2 脱钩指数分类及其判定标准

Fig. 2 Classification and criteria of decoupling index

3 研究区概况与数据来源

3.1 研究区概况

环渤海地区围绕渤海和部分黄海沿线呈“C”字环抱,在中国北部地区乃至整个东北亚经济区起关键支撑作用,区内北京、天津、河北、山东和辽宁两市三省,区域面积约112万hm2,占全国国土总面积的12%;区域人口约2.6亿,占全国总人口的20%（图3）。环渤海地区通道纵横,区位优势突出,在中国城市化战略进程中发挥关键的枢纽作用,是继珠三角、长三角之后迅速崛起的活力“增长极”[29]。改革开放以来,环渤海地区城镇化率从1978年的22.83%迅速提升至2019年的60.60%,但区域内各城市发展规模、速度、质量极不平衡,区域协调发展受到制约。基于此,本文在城市高质量发展目标下探寻其规模扩张与质量增长的时空演化及耦合特征,为促进城市规模与质量的绿色、协调演变提供理论依据。
图3 研究区地理位置

Fig. 3 Geographical location of the study area

3.2 数据来源

本文的研究对象为环渤海地区44个地级及以上城市,鉴于城市规模扩张与质量增长之间的滞后关系,以时段为研究尺度进行相关测度更为合理[30,31],选取2000年、2005年、2010年、2015年与2019年作为时间断面,与国民经济发展五年规划相衔接,同时收集了《新中国城市规划大事日历》资料（http://www.planning.org.cn/zt/calendar/index_year.html）,以便综合国民经济发展政策和城市规划事件进行城市系统演进分析。各项分析数据来自2001年、2006年、2011年、2016年及2019年《中国统计年鉴》《中国城市统计年鉴》《中国人口和就业统计年鉴》《中国城市建设统计年鉴》以及各省/市统计局官方网站（http://www.stats.gov.cn/tjsj/ndsj/）。针对部分样本城市个别年份的指标数据缺失问题,采取了临近年份数据代替的方法。

4 结果与分析

4.1 城市规模扩张与质量增长的时空演变特征

（1）环渤海地区城市规模扩张与质量增长均持续攀升,区域差异程度分化。由表2可见,2000—2019年环渤海地区城市规模扩张与质量增长指数均值逐年增加,城市质量增长指数均值低于城市规模扩张指数均值,但增长速度明显加快,城市质量趋向好转。2000—2019年环渤海地区城市规模扩张的变异系数从0.52增至0.73又连续降至0.51,区域城市规模扩张的整体差异性有所缩减;城市质量指数变异系数则由0.23持续增至0.49,城市质量增长的整体差异在逐渐拉大,区域不均衡性有所增强。这种现象的原因在于,一方面2001年以来各地市土地利用总体规划和城市规划得到批复并严格实施,城市人口和用地规模增长在规划控制下趋缓增长;另一方面环渤海地区各城市的规模总量与城市化的基础条件和发展速度还具有较大差距,以首都、省会城市的核心式极化发展仍占主导,不同城市之间的经济社会发展水平和生态环境与基础建设条件的差异性明显。
表2 城市规模扩张及城市质量增长整体情况

Tab. 2 Overall situation of urban scale expansion and urban quality growth

城市规模扩张 城市质量增长
阈值 平均值 标准差 变异系数 阈值 平均值 标准差 变异系数
2000年 [2.77,58.8] 41.54 21.77 0.52 [3.64,33.4] 25.18 5.84 0.23
2005年 [4.04,85.4] 52.25 38.24 0.73 [3.47,38.9] 36.89 10.98 0.30
2010年 [4.17,84.5] 61.66 42.07 0.68 [5.95,55.8] 45.05 15.81 0.35
2015年 [6.79,92.2] 77.76 45.49 0.59 [5.73,61.7] 57.29 25.91 0.45
2019年 [8.31,93.6] 80.43 47.10 0.51 [6.10,69.7] 62.23 31.97 0.49
（2）环渤海地区城市规模扩张的空间格局特征显著。由图4a~图4e可见,整体上,2000—2019年城市规模扩张率高值区分布在京津两市和省会济南附近及沿海经济带,中值区主要分布在高值区外围和辽东半岛的副省级城市,其他外围城市规模扩张处于低值状态。从分区域来看,京津冀城市规模扩张率呈现以两大直辖市为核心向外圈层式递增的“同心圆”格局,核心城市的辐射带动作用明显,河北省大部分城市工业化起步较晚、社会经济生产率偏低而导致整体城市规模扩张率较低。山东半岛城市规模扩张率总体呈现“中轴-两翼”式的中值向高值延伸格局,其中“右翼”的烟台、青岛、潍坊等城市因临海而具有显著的地理优势,“左翼”的济南、德州、聊城等城市因人口密度较大、城镇化起步较早而加快了规模扩张速度。辽东半岛城市规模扩张率整体处于中值和低值状态,在2010—2015年发生阶段性的“突变式”提升格局,这是因为“十二五”期间辽东半岛调整了城市发展规划并持续加大投资,以沈大经济带辐射全域带动空间格局转变,加快了辽东半岛城市规模扩张的步伐。
图4 2000—2019年城市规模扩张率分布

Fig. 4 Distribution of urban cale expansion from 2000 to 2019

（3）环渤海地区城市质量增长的空间阶段性特征明显。由图5a~图5e可见,整体上,2000—2019年质量增长率的集聚特征比较明显,高值区集中分布在山东半岛和京津冀两大区域,中值区集中连片分布在山东半岛西部、京津冀东部及辽东半岛中南部区域,低值区在辽东半岛、京津冀西部地区连片分布。从分区域来看,山东半岛质量增长率高值区由鲁东到鲁中再到鲁西,具有明显的经济梯度性,这与社会经济发展水平相一致,即发达地区城市质量优先提升,欠发达地区城市质量逐步提升。京津冀城市质量增长率呈高值区核心增长和中值区连片增长的态势,京津两市的高值优势逐渐显化,西南部的保定、廊坊、唐山等市由低值区提升至中值区,这主要得益于“十二五”时期京津冀协同发展战略的推进促进了各城市之间的深度联动和优势互补,使得区域城市质量提升明显加快。辽东半岛城市质量增长率以2010年为分水岭,相继出现了大连、沈阳、盘锦、辽阳、铁岭等高值区和除抚顺、营口两市外的中值区,这主要与国家在各个时期对辽东半岛发展战略调整有关,为了加快实现东北老工业基地振兴发展,中央持续新增投资重点项目和批复辽宁省城镇规划体系调整,不断促进辽东半岛产业优化升级,使得其经济发展、城市建设和居民生活水平持续提升。
图5 2000—2019年城市质量增长率分布

Fig. 5 Distribution of urban quality growth from 2000 to 2019

4.2 城市规模扩张与质量增长的差异性特征

4.2.1 总体差异性
（1）环渤海地区城市规模扩张的总体差异性呈梯度式下降态势,不同阶段的主导性差异有所不同。图6a显示,整体上,2000—2019年环渤海地区城市规模扩张总泰尔指数（T）逐年减少,在2000—2005年下降尤为剧烈。在不同时期中,2000—2005年区域间总泰尔指数（TER）>区域内泰尔指数（TSR）,这个时期三大区域之间的城市规模扩张差异性较大,以北京、天津为核心的京津冀地区城市扩张较快,而其他两个区域的城市扩张比较慢。2005—2019年TSR>TER,表明环渤海地区城市规模扩张的差异性由区域间转向区域内,不同区域内部城市之间的核心-边缘式扩张模式基本形成并保持稳定,区域间城市规模扩张则趋向均衡状态,而TSR降低的变化趋势,也说明三个区域内部城市扩张均表现为减缓状态。
图6 环渤海地区城市规模扩张及质量增长泰尔指数变化趋势

Fig. 6 Change trend of Taier index of urban scale and quality around the Bohai Rim region

（2）环渤海地区城市质量增长的总体差异性呈波动式下降态势,不同阶段的主导性差异一致。图6b显示,整体上,2000—2019年环渤海地区城市质量增长的T指数不稳定、但总体上所有减少。在不同时期中,TSR均大于TER,且TER始终处于较低水平,说明三大区域之间的城市质量增长趋向一致且区域之间的差异性较小;而TSR经所表现出的高值域波动式变化,说明三个区域内部城市质量向高水平发展的同时,不同城市之间仍有一定差距。
4.2.2 局地差异性
（1）环渤海地区城市规模扩张趋势相似但幅度不同。图7a显示,整体上,2000—2019年京津冀、辽东半岛和山东半岛三大区域的城市规模扩张泰尔指数（Ts）均呈降低趋势,但变化过程和幅度有所差异。其中,京津冀Ts一直处于最低水平并持续降低,说明京津冀13个城市之间规模扩张差异性最低。辽东半岛Ts先增加后降低且降幅较小,说明其14个城市之间规模扩张差异性变化趋势较为波动,并维持在较高水平。山东半岛Ts在2000年最高,随后表现出稳定下降趋势且降幅最大,说明山东半岛17地市之间城市规模扩张水平由高值态的非均衡趋向低值态的均衡。
图7 区域内城市规模扩张及质量增长泰尔指数变化趋势

Fig. 7 The trends of of urban scale expansion and quality growth Theil index in the region

（2）环渤海地区城市质量增长趋势相似但差距较大。图7b显示,整体上,2000—2019年京津冀、辽东半岛和山东半岛三大区域城市质量增长泰尔指数(TQ)也均呈降低趋势,但彼此之间存在明显的差距。其中,京津冀TQ稳定在最高水平,但下降幅度也最为明显,说明该区域13个城市之间的质量增长差异最大,但差距在逐渐缩小。辽东半岛TQ一直处于中间状态,并呈现先扩大后缩小的变化过程,说明该区域14个地市之间城市质量增长差异中等,但不稳定明显。山东半岛TQ整体稳定在最低水平且降幅也较小,说明该区域17个地市之间城市质量增长差异性最小且比较稳定。

4.3 环渤海城市规模扩张与质量增长的耦合特征

4.3.1 总体耦合特征 环渤海地区城市规模扩张与质量增长的脱钩耦合关系明显且呈集中化发展趋势。由表3可知,整体上,2000—2019年环渤海地区城市系统脱钩类型由6种类型演变为4种类型（GND、GC、WD及SD）,对应城市数量占比为11.36%、25%、56.82%及6.82%,表现为城市规模扩张和质量增长同步的趋势,其中一半以上城市（WD型）已处于高质量发展阶段,同时小部分城市（GND型）仍处于规模扩张占据主导的状态,这些城市的质量增长在很大程度上还是依赖城市规模扩张来实现。从分阶段变化来看,环渤海地区城市系统演进的脱钩类型集中在质量增长占据主导的耦合状态,即WD和SD占比持续最高,占到所有城市的3/4;而以质量退化为主要状态的ND型城市数量明显降低,由“十一五”期间的22个减少为“十三五”期间的2个;处于质量赶超状态的C型城市数量持续增多,这也说明环渤海地区城市质量增长对城市规模扩张的依赖关系得到了明显改善。
表3 城市规模扩张与质量增长脱钩程度计算结果及变化

Tab. 3 Calculation results and changes of decoupling degree between urban scale expansion and quality growth

状态 脱钩类型 城市数量（个）/占比（%）
2000—2005年 2005—2010年 2010—2015年 2015—2019年 2000—2019年
非耦合 负脱钩
（ND）
 增长负脱钩（GND） 4/9.09 10/22.73 4/5.19 2/4.55 5/11.36
强负脱钩（SND） 9/20.45 12/27.27 6/13.64 — —
弱负脱 钩（WND） 1/2.27 — — — —
过渡 连接
（C）
 增长连接（GC） 2/4.55 1/2.27 4/5.19 9/20.45 11/25.00
衰退连接（RC） — — — — —
耦合 脱钩
（D）
 弱脱钩（WD） 20/45.45 20/45.45 20/45.45 19/43.18 25/56.82
强脱钩（SD） 8/20.45 1/2.27 10/22.73 14/31.82 3/6.82
衰退脱钩（RD） — — — — —
4.3.2 局地耦合特征比较
（1）环渤海地区城市规模扩张与质量增长的耦合类型变化过程复杂多样。图8显示,2000—2019年耦合状态的WD+SD型城市数量在山东半岛呈上升趋势,在辽东半岛基本持平,在京津冀则趋于下降。过渡状态的GC型城市在各区域呈上升趋势,说明各区域内非耦合型城市正在向耦合状态过渡。非耦合状态中的SND型和GND型城市基本表现为从增加到减少再到消失的变化过程,WND型城市仅在辽东半岛出现过,但随后消失。
图8 三大区域不同脱钩类型城市数量占比变化趋势

Fig. 8 Change trend of proportion of cities with different decoupling types in three region

（2）环渤海地区城市规模扩张与质量增长的耦合类型具有空间趋优的集聚性特征。从图9a~图9e来看,2000—2019年北京、济南、青岛等核心城市已处于SD状态,50%左右的城市处于连片的WD状态,部分处于核心城市外围的城市处于GC或GND状态。其中,京津冀城市系统呈波动式趋优,主要表现为河北省部分城市在2005—2010年回落到质量缓增甚至退化的ND状态后,在2010—2019年又回升到耦合或过渡状态。山东半岛城市系统演进呈经济梯度性趋优,济南、青岛、烟台、东营等发达城市较早的转变为脱钩状态,鲁西南部分欠发达城市处于负脱钩向脱钩转变的过渡状态。辽东半岛城市系统演进则呈现多样化趋优,副省级城市沈阳和大连在脱钩状态的WD型和SD型之间转变,本溪表现为连续趋优式的变化为SD型,抚顺、鞍山、营口等城市表现为波动式变化并趋优为SD型,而葫芦岛、丹东等城市一直处于GND状态。
图9 城市规模扩张与质量增长脱钩关系的空间格局

Fig. 9 Spatial pattern of decoupling between urban scale expansion and quality growth

4.4 城市规模扩张与质量增长及其耦合演进的驱动机制

如前所述,城市系统可以从城市规模和城市质量两个方面进行衡量,其中城市规模是城市质量的基础,而实现城市质量增长是城市规模扩张的本质,所以城市规模扩张减缓和城市高质量增长之间的耦合趋优是城市系统有效运行的关键。从城市系统自身运行及其外部环境来看,城市系统演变的影响因素体现在内部性和外部性两个方面,其中内部性因素是实现城市规模和质量协同演进的直接作用要素,包括城市系统运行的基础条件、发展和控制条件以及动力和保障条件;外部性因素通过对内部性要素的调节和干预来保障城市系统正常运行,主要包括国家宏观政策、对外市场环境和区位交通条件以及历史情况等。这些内部和外部性因素通过过程性影响和有效性干预,对城市规模扩张与质量增长进行适度控制及有效引导,进而实现城市系统协同耦合演进,基本过程如图10所示。
图10 城市规模扩张与质量增长及其耦合的过程机理

Fig. 10 The process mechanism of urban scale expansion and quality growth and their coupling

从内部性影响因素来看,环渤海地区大部分城市基础条件相对薄弱决定了城市系统必然要经历城市规模扩张主导型发展阶段,随后在动力和保障条件成熟的情况逐渐转向质量增长的过程,这是因为城市质量增长需要相对稳定的城市经济条件和建设基础为前提。政府作为城市发展的主导者,其资本的支付能力需要通过城市规模扩张,尤其是土地规模增加获得的财政收入来实现,这也是中国绝大部分城市发展的路径。而对于不同程度的首都、直辖市、省会与副省级城市和一般型城市来说,城市系统功能和基础条件差别较大,等级越高的城市吸引外来人口越多、获得的土地增量规模越大、产业及公共服务体系建设越成熟,实现高质量发展的优先程度就越高,这也是京津冀和山东半岛城市规模扩张及质量增长出现以京津为核心的“同心圆”格局、以济-青为核心的“中轴-两翼”格局的主要原因。
从外部性影响因素来看,面对一般型城市发展动力不足和区域间城市发展不均衡的问题,国家利用宏观政策调整的方式对城市发展施行有效干预,并取得了显著效果,如国家实行“振兴东北”战略,“十一五”以来对东北地区持续加大投资推动辽宁沿海经济带转型发展;山东半岛“蓝黄两区”建设在“十二五”期间上升为国家战略,积极推进山东省陆海统筹协调发展;京津冀地区随着“十三五”期间河北雄安新区和北京城市副中心建设的推进,持续扩大城市基础设施投入并“关、停、转、迁”大量高排高耗企业,城市质量明显改善。这些长效调控策略通过营造制度环境和财政补助等方式直接缓解了城市质量增长对用地规模扩张的依赖,促使城市系统不断趋于耦合。与此同时,对外发展环境给城市高质量发展带来新动力,通过大量外资、合资以及跨国企业的技术和资金引进,不断加强城市产业结构建设、扩大城市经济发展规模;但这与城市的区位交通条件有关,处于首都周边和东部沿海的天津、青岛、烟台、大连等城市具有便利的陆港和海港条件,其对外开放程度较高,城市产业技术转型升级不断拉动就业、带动消费,促进城市经济水平提升、服务设施和生活条件改善,质量增长效果显著。而内陆城市的进出口贸易条件不充分,如果再受到国际经济形势和国际贸易摩擦的影响,将不利于城市质量的稳定增长。此外,如唐山、邯郸、济宁、鞍山等城市受历史环境影响,城市发展长久依托于资源消耗型工业,其产业结构对城市经济、社会和环境质量增长产生了负向效应,由于这些城市在城市等级、城市化水平、区位条件等方面缺少明显优势,短时期难以对其实现有效的调控措施,且现代化产业体系建设和对接周边发达地区产业互补与联动发展需要一个比较缓慢的过程,所以这类城市仍处于城市规模扩张主导下城市低质量发展的状态。
综合来看,城市规模扩张减缓和高质量增长及其耦合趋优的演进过程由城市系统内部性要素和外部性要素综合作用驱动,内部性要素决定了不同城市系统需要经历由城市规模快速扩张向质量增长或由城市低质量向高质量增长的演进过程,外部性要素则通过长效调控、有条件作用和缓慢调节等方式,对不同区域和不同类型的城市系统产生干预,沿着优势城市优先发展、有条件城市鼓励发展和落后城市带动发展等路径,促进城市系统逐渐向高质量发展导向下的耦合状态演进。

5 结论与讨论

基于城市系统理论,从城市规模和城市质量两方面构建综合评价指标体系,利用泰尔指数和脱钩模型分析两者的时空演变及其耦合关系特征,揭示了实现城市系统高质量运行的理论过程。
（1）2000—2019年环渤海地区城市规模扩张与城市质量增长均呈攀升趋势,其中城市规模扩张的区域差异有所缩减,而城市质量增长的区域差异逐渐扩大。城市规模扩张和质量增长的空间格局与阶段性特征明显,其中京津冀呈现以京津为核心的“同心圆”式高-中值分异格局,山东半岛呈现经济梯度导向下“中轴-两翼”式的中-高值集聚格局,辽东半岛则表现为“突变式”的低-中-高三区共存格局。
（2）2000—2019年环渤海地区城市规模扩张与质量增长的总体差异性均呈下降态势,但演变过程有所不同,其中城市规模扩张的差异性由区域间转向区域内且逐渐降低,城市质量增长的差异性一直表现为区域内且处于高值状态。城市规模扩张与质量增长的区域内差异整体减弱,但各区域表现则不同,其中城市规模扩张区域内泰尔指数在京津翼最低并持续下降,在山东半岛降低幅度最大,在辽东半岛则呈波动式降低;城市质量增长区域内泰尔指数在京津翼差异性最大,辽东半岛次之,山东半岛最小;这表明环渤海地区各区域内城市发展正在打破原始的高水平分化状态,向高水平空间均衡的趋势演进,但不同区域城市系统演进趋势复杂多样。
（3）2000—2019年环渤海地区城市规模扩张与质量增长的脱钩状态由复杂化趋向集中化,主导类型明显,整体上经历了以“强负脱钩-弱脱钩”为主到“弱脱钩-强脱钩”为主的趋优变化过程,到2019年全域一半以上城市处于高质量发展的脱钩状态,小部分城市还处于规模扩张占据主导的发展阶段。在不同区域上,京津冀城市系统的耦合趋优过程具有一定波动性,山东半岛呈梯度式演进路径,而辽东半岛表现为多元化演进路径。
（4）城市规模扩张减缓和城市高质量增长之间的耦合趋优演进是城市系统运行的根本,该过程是城市系统内部要素和外部要素综合作用的表现,这也决定了城市系统运行必然经历一定的规模扩张阶段后才开始转向质量增长的过程。同时,伴随日益加速的城市发展进程,城市规模扩张还将继续,虽然在一系列政策调控下城市规模扩张速度会有所放缓,但一定时期内城市空地问题、交通拥堵问题、住房保障问题和人居环境问题依然存在,如何在城市规模扩张放缓的同时实现城市高质量增长,是城市系统可持续发展的重要命题[32]。此外,本文在研究过程中还有几个问题也值得做更加深入的探讨,一是在“以人为本、美好生活、绿色发展”等理念引导下,如何从理论内涵、覆盖内容和表达方式一致性的角度建立城市规模扩张与质量增长的评价指标体系;二是针对中国城市发展和规划建设的悠久历史,如何获取长时期历史数据进行更长时期的城市系统运行过程动态监测和模型模拟研究;三是为了系统地揭示城市系统运行的影响因素及其作用机理,需要结合文章中的定性分析进行具体因素的定量化计量研究,为制定多元化有效措施和路径推进城市高质量发展提供依据。

真诚感谢二位匿名评审专家在论文评审中所付出的时间和精力,评审专家对本文国内外综述的相关性、数据更新、城市质量增长的指标选取、结果分析、结论梳理方面的修改意见,使本文获益匪浅。

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