第34卷第5期 2015年10月 地域研究与开发 AREAL RESEARCH AND DEVELOPMENT Vo1.34 No.5 0ct.2015 中原经济区县域经济差异时空演变研究 杨东阳 ,赵 永h,王小敏 ,苗 睿 ,田光辉 (1.华东师范大学地理科学学院,上海200062; 2.河南大学a.环境与规划学院,b.黄河文明与可持续发展研究中心,河南开封475004) 摘要:运用EOF分析方法将中原经济区2004--2013年人均GDP数据分解为空间函数和时间函数,用前2个主 要空间特征向量描述县域经济差异空间格局,通过对应的时间权重系数,反映空间差异的时间变化,揭示中原经济 区县域经济差异的时空演变特征。研究结果发现:(1)中原经济区县域经济格局呈现以京广线为分界线,西部发达、 东部落后的特征。研究时间内这种空间格局趋于明显,经济发达和落后地区差异有所扩大。(2)经济发达和落后地 区都有明显的集聚特征。(3)西北部经济发达的县(市)经济发展活跃,而东南部大部分县(市)增长较为平稳。部 分县(市)经济发展迅速,导致局部经济差异格局发生转变。(4)EOF方法在分析经济发展格局的时空演变方面具有 独特的优势,较好地揭示了中原经济区10年来县域经济差异的时空演变特征。 关键词:经济差异;时空演变;EOF;中原经济区 文献标志码:A 文章编号:1003—2363(2015)05—0029—05 中图分类号:F061.5;F127 0 引言 区域差异时空演变是国内外学术界关注的重点问 题之一。县域经济作为中国国民经济的基本单元,是构 造地带经济、经济区、省区、城市等区域经济的基础 , 研究县域经济对于缩小区域发展差异、促进区域健康协 调发展意义重大。纵观区域经济差异研究,主要呈现3 个特征。第一,从不同的层面对经济差异展开研究,涉 及到理论 、内涵 ]、尺度 、时空格局 。 、作用机 如何随时间而发生连续变化的。此外,对国家战略中新 提出的中原经济区的经济差异问题关注较少,而如何使 中部地区经济协调发展也值得探讨。 自然正交函数(empiircal orthogonal function,EOF), 也称特征向量分析,主要用于分析时空数据的结构特 征,提取主要数据特征量。20世纪50年代,E.N.Lorenz 首次将该方法用于气象和气候研究,但在区域经济差异 中应用很少。蒋国富等 最早用该方法研究了河南省 县域经济差异的时空变化,探讨了其对区域经济差异空 理 、影响因素 等。第二,研究尺度逐渐趋小化,早期 研究涉及到东中西部三大经济带 ,国家层面经济 区 ,省域 ,市域 和县域 ,后来对沿江、河、 、 海经济带 的研究和对城市群内部与城市群间差 问演变的解析能力和优势。中原经济区作为全国主体 功能区规划明确的重点开发区域,其范围涵盖河南、山 西、河北、山东、安徽五省的30个市、2个县和1个市辖 区,是继“长三角…‘珠三角…‘京津冀”三大经济区之后 又一经济增长板块,在带动地区经济特别是中部地区经 济发展方面具有重要作用。本研究以县域为基本研究 单元,以人均GDP为变量测度指标,运用经验正交函数 (EOF)分析方法,研究中原经济区2004--2013年县域经 异 叫的研究逐渐增多,甚至有更小尺度的镇域 村域 尺度上的研究。第三,研究方法和技术日趋成 熟,从早期的数理统计分析,如标准差、变异系数、泰尔 指数、沃尔夫森指数、相对发展率、尺度方差、熵值法和 层次分析法 -26]等,到融入了空间分析的马尔科夫 链心 和空间自相关分析 ,传统的常规统计分析方 法与空间分析方法相结合成为主流。但以往的研究中, 内部的空间分异,或研究单个时间截面内的空间差异而 不涉及时间变化方面的分析,部分涉及时空演变方面的 研究多以2个或多个时间截面数据的对比来揭示时空 济差异的时空演变特征。 1 资料来源与研究方法 中原经济区是以河南省为主体,涵盖周边省份有关 县市的一个山水相连、血缘相亲、文脉相承、经济相联、 或以测度值揭示总体经济差异的时间变化而较少分析 1.1研究区概况 使命相近的经济区域。根据2012年8月国家发展改革 委批复的《中原经济区规划》大纲,中原经济区范围涉及 河南、山西、河北、山东、安徽五省,共涵盖30个地级市 变化,而没有从定量的角度说明区域经济的空间格局是 收稿日期:2014—05—29;修回日期:2015—04—22 作者简介:杨东阳(1988一),男,河南杞县人,博士研究生,主要 和3个县(区),包括河南全省18个省辖市,河南省周边 的晋城市、长治市、运城市、邯郸市、邢台市、聊城市、菏 泽市、泰安市东平县、淮北市、亳州市、宿州市、阜阳市、 蚌埠市及淮南市的潘集区和凤台县。2012年,中原经济 从事区域模拟与地理信息系统研究,(E—mail)625454415@qq.com。 通信作者:赵永(1974一),男,河南上蔡县人,副教授,博士,主 要从事空间数据分析研究,(E—mail)zhaoy@henu.edu.cn。 ・30・ 地域研究与开发 第34卷 区土地面积28.9万km ,总人口1.5亿人,地区生产总 值4.58万亿元,经济总量仅次于三大经济区之后,位居 全国第四。 G=∑A /∑A ,(p<m)。 =l i:】 (6) 可得每个特征向量的方差贡献和前几个特征向量的累 积方差贡献。 一1.2数据来源 数据主要来源于2004--2013年各省统计年鉴,涉及 市辖区和行政区变化的地区,由相应县(市)统计年鉴或 般情况下,前面最突出的几个特征向量的方差贡 献较大,用前几个最突出的特征向量就可以拟合出原始 —.......... .............L 要素场的主要特征。 国民经济和社会发展统计公报数据作为补充。从数据 的完整性和可得性原则出发,将省辖市的各市辖区统一 合并为市区,淮南市潘集区使用淮南市市辖区数据,处 2数据分析 理后共232个县(市)。 1.3研究方法 自然正交函数法由统计学家K.Pearson提出 ,它 把地理空间中样本点的多个时次的时空观测数据矩阵 进行分解,有效地分离出特征向量及对应的时间函数, 并表示为相互正交的时间函数与空间函数乘积之和的 形式。其优点是浓缩信息、截取主要成分、排除高频项 随机干扰等 。 将中原经济区2004--2013年10年以来232个县域 单位的人均GDP作为区域经济要素场以矩阵F的形式 给出,并将其分解为空间函数场E和时间函数场z,即: 『-^ …^n] F=( ) =1 l厶 …厶 J; l, (i=1,2,・--,m; =1,2,…,n)。 (1) 式中:m=10(年);n=232(县); 为区域经济场中第 i年第. 个县(市辖区)的观测值。 . m 由 : 1∑foAk计算协方差矩阵A: A=(ajk) ×n 式中:A为n×n阶实对称方阵。由A可以求出A的n个 正实数特征值A ,A:,…,A 组成的对角矩阵/l。每一个 非零特征值对应一个特征向量,共n个特征向量组成 。 将所有特征向量值投影到原始区域经济要素场上, 就可以得到所有空间特征向量对应的时间函数(也称时 间系数)矩阵z: Z=V F。 (3) 式中: 为 的转置矩阵;z的每一行数据就是对应每 个特征向量的时问系数。 这样原始矩阵F可表示为n个空间函数E和时间函 数z乘积的形式,即: n :∑zik =。il elj+ i2e2j+..‘+zimemj, =l (i=1,2,…,m; =1,2,…,n)。 (4) 另外,依据公式: m R =Ak/∑A ,( =1 2一,P,P<m)。 (5) 应用EOF方法将中原经济区2004-0 --兰2013年的人均 ; 0 m 1●,,●●●J GDP数据进行正交分解,得到特征向量及对应的时间系 数。特征向量极值中心表示经济发展差异变化最大的 区域。第一特征向量值的空间分布揭示人均GDP的主 要空间格局,其余特征向量值的空间分布则表示其他不 同尺度变化的平均状态。特征向量的权重即时间系数 的变化,则反映了不同年份对这种空间格局贡献的不 同 ,揭示空间分布的变化特征与趋势。 借助R语言程序包“spaeetime”中提供的EOF函 数,可计算特征向量值、时间系数和对应的方差贡献,前 5个特征向量的方差贡献率见表1。特征根误差范围的 显著性检验利用North等提出的公式(A —A )≥ A 进行计算,如满足该公式,则认为这2个特征值 对应的特征向量存在显著性差别而有意义,否则为噪 声 。经计算,第二、三特征根之间并不存在显著性差 别,故本研究选用第一与第二特征向量进行分析。 表1 前5项方差贡献及累积方差贡献计算结果 % Tab.1 Variance contributions and their accumualtions of the first five terms 特征向量 1 2 3 4 5 方差贡献率 94.34 3.08 0.88 0.63 0.45 累计方差贡献率 94.34 97.41 98.29 98.92 99.37 2.1第一特征向量空间分布与时间变化 为直观显示特征向量值的空间分布情况,利用Are— GIS软件将特征向量值作为属性数据与空间数据链接后 进行符号化,得到特征向量值的空间分布。第一特征向 量值的空间分布(图1)反映了10年来中原经济区县域 经济差异的总体格局。值越高表示经济越发达。从空 间分布来看,中原经济区县域经济格局差异明显。主要 特点:①除东北部聊城高唐县、荏平县、临清市、聊城市 辖区、阳谷县、东阿县和泰安的东平县较发达和西北部 运城的大部分县(市)较落后外,中原经济区县域经济格 局大致以京广线为分界线,西部较东部发达,这与该区 域东部多为农业县(市)而西部尤其是西北部多为工矿 业县(市)的实际情况符合。②经济发达区和经济落后 区集聚特征明显。经济发达的几个集聚区主要有中部 的中牟县、郑州市辖区、新郑市、长葛市、荥阳市、登封 市、巩义市、偃师市、洛阳市辖区、新安县、义马市、渑池 ・32・ 地域研究与开发 第34卷 名都在前7位,但从2009年到2013年排名分别为17, 16,18,21,24;其他正值较大的地区如郑州市辖区、洛阳 市辖区、三门峡市辖区、长治市辖区、邢台市辖区、安阳 GDP为测度指标,不能完全反映地区的综合经济实力。 实证研究对象只选取了中原经济区232个县(市),对更 小尺度如乡镇经济的研究没有涉及,因此,并未考虑县 域内经济差异。由于受到研究方法和数据资料的, 本研究选择的时间尺度较短,采用较长的时间尺度可更 市辖区、驻马店市辖区、周口市辖区、南阳市辖区、舞钢 市、项城市等都有类似情况。而极小负值区如孟州市、 义马市、灵宝市、沁水县、沁源县、襄垣县、长治县、荏平 加深入地研究区域经济差异时空演变特征。影响区域 经济差异的因素很多,因此,不断完善区域经济发展差 异评价指标体系,继续改进研究方法,并结合地区区位 因素深入探讨区域经济差异演变的原因和机制将是今 县等地2009年以前经济相对落后,但从2009年开始增 长速度加快,缩小了与其他经济发达县(市)的经济差 异,并从2010年开始逐渐超过之前的经济发达的县 (市)。从极大正值区和极小负值区可以看出10年来经 后研究的重点。 济增长较快和经济增长平稳甚至放缓的地区,揭示了中 原经济区10年来县域经济差异存在的部分演变情况, 而第一特征向量所体现的经济差异的总体格局也是第 二特征向量演变的最终体现。 3结论与讨论 应用EOF方法,对中原经济区10年来县域经济差 异的时空演变进行分析,得出以下结论: 中原经济区县级经济空间格局差异明显。除东北 部聊城的部分县(市)较发达和西北部运城的部分县 (市)较落后外,呈现出以京广线为分界线,京广线及其 以西县(市)经济发达、以东县(市)落后的总体格局。京 广线及以西的发达地区主要集中在郑州、洛阳、三门峡、 焦作、济源、长治、邯郸等市的大部分县(市)。京广线以 东的落后地区则集中在周口、驻马店、毫州、阜阳、淮北 和蚌埠等市的部分县(市)。经济发达地区和经济落后 地区集聚特征明显。经济发达集聚区为郑州、洛阳、焦 作、济源等市的部分县(市),邯郸、长治两市的部分县 (市)和聊城的部分县(市);经济落后集聚区为河南省与 安徽省的交界地区。 各地区经济增长差异明显,经济差异总体上有扩大 的趋势。西北部经济发达的县市经济增长快,而东南部 大部分县(市)增长较为平稳。郑州、洛阳、三门峡、焦 作、济源、长治、邯郸和聊城等市经济发达的县(市)与东 南部经济落后的县(市)差异有扩大的趋势。 EOF方法在分析区域经济及其差异的时空变化方 面具有独特的优势。EOF方法将区域内某时间段的经 济发展数据分解为时间函数和空间函数,通过前几个主 要的空间特征向量准确地描述区域经济发展的空间格 局,通过对应的时间权重系数反映空间差异的变化,能 够很好地揭示经济差异的时空演变特征。 本研究为中原经济区经济发展差异情况提供了实 证依据,研究方法可以为区域经济差异等相关研究所借 鉴,研究结果对改善经济健康、可持续发展状况及 制定和最终实现区域一体化发展有一定的参考价值。 需要说明的是,城市市辖区可能会因为城市人口的迅速 增加而影响人均GDP指标,而一些山区的县(市)也可 能会因为人口较少而导致人均GDP较高,因此,以人均 参考文献: [1] 盖美,张丽平,田成诗.环渤海经济区经济增长的区域 差异及空间格局演变[J].经济地理,2013,33(4):22 —28. 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Analysis on Space—temporal Changes of County-level Economic Disparities in Central Plains Economic Region Based on EOF Yang Dongyang ,Zhao Yong ,Wang Xiaomin ,Miao Rui ,Tian Guanghui (1.School of Geographic Sciences,East China Normal University, Shanghai 200062,China;2a.College of Environment and Planning,2b.The Yellow River Civilization and the Sustainable Development Research Center,Henan University,Kaifeng 475004,China) Abstract:Using the EOF method to decompose the per capita GDP in every county of Central Plains Econom. ic Region(CPER)from 2003 to 2012 into spatial functions and time functions,and describe the spatia1 pattem 0f county economic differences by the first two major space feature vectors,represent the time changes of spatial differ. ences by the corresponding time weighting coefficient,and reveal temporal and spatial variations of the county eco— nomic differences in Central Plains Economic Region.Several important conclusions was found in this paperFirst, .Beijing—Guangzhou Railway was the dividing line of Central Plains Economic Region county economic pattern.the western was developed and the eastern was underdeveloped.This spatial pattern within the study time was becoming more apparent,the economic disparities between developed and undeveloped areas has expanded.Second.there were obvious aggregation feature in both the economically developed regions and economically underdeveloped re. gions.Third,economic development was active in northwestern economically developed counties(cities)in the northwest and most of southeast counties(cities)growth was relatively stable.Some counties’(cities)rapid eco. nomic development resulted in a shift in the pattern of local economic differencesBesides.the EOF method has u. .nique advantages in analyzing spatial and temporal changes of the regional economy and its differencesit is effec— ,tive to reveal temporal and spatial variations feature of economic differences. Key words:economic disparities;spatial and temporal changes;EOF;Central Plains Economic Region