我国城市群科技创新与经济发展耦合协调关系研究——以国内五大城市群为例

张 璨

(南京林业大学 经济管理学院，南京 210037)

1 引言

国家创新驱动发展战略的政策引领下，科技创新投入力度空前加大，城市群的科技创新势能不断强化，科技创新资源集聚能力急速提高，城市群已经成为国家重大科技专项核心关键技术研发的主力军，城市群的科技创新能力和科技创新竞争优势在创新型国家建设中扮演着重要角色。“十三五”规划明确提出加快建设发展长三角、珠三角、京津冀、成渝、长江中游城市群等19个城市群，“十四五”规划则进一步提出优化提升以上发展较为成熟的五大城市群。因此，研究我国城市群的科技创新能力，对于增强自主创新能力、加快经济发展方式转变、促进区域经济又好又快发展和建设创新型国家意义重大，着力培育提升城市群的科技创新能力与经济发展之间耦合协调度，有助于科技创新与经济发展两个系统形成良性的协调发展状态，形成若干具有全球科技创新影响力的城市群，通过创新要素集聚驱动发展形成对周边区域的高端辐射与引领作用。国内学者早期主要研究科技创新与经济发展之间的单向作用，此后学界则着重研究二者之间的耦合协调关系。彭迪云(2016)[1]等学者最早通过构建耦合协调度模型对区域科技创新与经济增长之间的耦合协调关系进行研究；彭新一(2018)[2]、李佳雯(2020)[3]聚焦高校科技创新能力与区域经济发展的耦合协调关系；于世海(2018)[4]等学者从经济增长质量的角度进行耦合协调度分析；蔡冰冰(2019)[5]等在耦合协调度评价的基础上分析了我国区域创新与经济耦合协调度空间格局及其影响因素。宋美喆(2019)[6]、孟凡蓉(2019)[7]、姚建建(2020)[8]分别将高等教育、科技资源、科技人才作为第三个子系统和科技创新、经济增长一起进行耦合协调度评价。近年来学界有关科技创新与经济发展关系研究呈现出两条主线。一是科技金融与科技创新的有效融合，促进科技创新，赋能经济发展提质增效。二是数字经济促进区域创新，助力经济高质量发展。

综上所述，国内学界关于科技创新与经济增长耦合协调关系已经进行了大量研究，但现有研究鲜有以我国城市群作为研究对象进行耦合协调关系研究。因此，在国家创新驱动发展战略背景下，应用熵权法及耦合协调模型，分析评价城市群科技创新与经济发展耦合协调关系及其区域差异，以期为推动我国城市群科技创新资源有效配置助力经济高质量发展提供决策参考。

2 研究方法与数据来源

2.1 熵权法

本文用熵权法来计算得出各省市的综合水平指数。其步骤如下：

①指标选取。

设有h个年份，m个省市，n项待测评的指标，则xλij表示第λ个年份第i个省市的第j项指标的指标值。

②对指标中的各项指标进行无量纲化处理。

对于正向指标，zλij=(xλij-xmin)/(xmax-xmin)；

对于负向指标，zλij=(xmax-xλij)/(xmax-xmin)。

(1)

式中，j=1,2,3,…,n, i=1,2,3,…,m分别为评价指标和评价对象的总数量；xmax、xmin为所有评价对象中不同指标j的最大值和最小值；zλij、xλij为不同指标i无量纲化后和无量纲化前的指标值。

③指标的归一化处理。

(2)

④计算各指标的熵值。

(3)

其中k=1/ln(h*m)。

⑤计算各项指标熵值的冗余度。

dj=1-ej

(4)

⑥计算各项指标权重。

(5)

⑦计算各年份各省市综合得分。

sk=zij*wj

(6)

其中s1表示科技创新综合水平指数，s2表示经济发展综合水平指数。

2.2 耦合度模型

为了探究科技创新与经济发展之间耦合关系的强弱，引入耦合度模型，公式如下：

C=2{(S1*S2)/[(S1+S2)*(S1+S2) ]}1/2

(7)

其中，S1表示科技创新综合水平指数，S2表示经济发展综合水平指数。C表示科技创新与经济发展的耦合程度，值越大说明科技创新与经济发展的耦合关系越良好，发展越有序。

2.3 耦合协调度模型

为进一步探究科技创新与经济发展的耦合协调发展情况，在此引入耦合协调度模型，公式如下：

T=∂S1+βS2

(8)

(9)

其中，C表示耦合度；S1、S2分别表示科技创新与经济展水平的综合指数；D表示耦合协调度；T表示综合评价指数；∂、β为待定系数，参考已有研究(王仁祥，2015)[9]，本文认为科技创新与经济发展两大系统具有同等重要性，即∂=β=0.5，并参考了蒋天颖(2015)[10]等学者对耦合协调度不同阶段的划分(见表1)。

表1 耦合/协调度阶段划分

2.4 综合指标体系构建

本文借鉴《中国区域科技创新能力评价报告》区域科技创新能力评价体系，从科技创新投入、科技创新产出、科技创新支撑3个维度构建科技创新系统指标体系；在刘和东(2019)[11]等学者的研究基础上从经济规模、经济结构、经济效益三方面构建经济发展系统指标体系，具体见表2。

表2 科技创新与经济发展综合指标体系

2.5 数据来源及说明

本文以长三角、珠三角、京津冀、成渝、长江中游城市群为研究对象，样本区间为2013—2019年。数据来源于《中国统计年鉴》《中国科技统计年鉴》和国家统计局网站。其中长三角城市群包括江苏、浙江、安徽、上海，珠三角城市群包括广东，京津冀城市群包括北京、天津、河北，成渝城市群包括重庆、四川，长江中游城市群包括湖北、湖南、江西。

3 结果分析

3.1 科技创新与经济发展综合水平指数计算结果

表3、表4中的综合水平指数可以反映近7年各城市群科技创新与经济发展水平变化，总体上各城市群科技创新与经济发展水平呈平稳上升态势。珠三角城市群科技创新与经济发展水平最佳，发展速度较快。其科技创新综合水平指数在2013年低于经济发展综合水平指数，而2018年以后科技创新综合水平指数高于经济发展水平指数，说明珠三角着力以科技创新带动经济发展。长三角城市群科技创新与经济发展水平较高，发展稳中有进，其中安徽省综合水平相对较弱。京津冀城市群内部存在较大差异，北京市科技创新与经济发展水平高于天津与河北省，城市群平均水平较低。长江中游城市群与成渝城市群科技创新与经济发展水平略弱于其他城市群，缺乏较突出的领头省市。

表3 科技创新综合水平指数

表4 经济发展综合水平指数

3.2 科技创新与经济发展耦合度计算结果

从图1五个城市群整体耦合度来看，科技创新与经济发展均稳定在高级耦合阶段，耦合度呈波动增长态势，珠三角、长三角和长江中游城市群科技创新与经济发展耦合度近年来呈现高水平良性推进态势；京津冀城市群与成渝城市群耦合度发展态势以2015年作为分水岭，2013—2015年科技创新与经济发展耦合度大幅增长，2015年以后呈波动上升态势。

图1 城市群科技创新与经济发展耦合度

3.3 科技创新与经济发展耦合协调度度计算结果

从图2五个城市群整体协调度来看，科技创新与经济发展之间的协调度有显著提升，多数城市群进入了更高协调阶段。珠三角城市群科技创新与经济发展协调度由 0.633 5 增长为 0.954 7,进入高级协调阶段。长三角城市群协调度从低级协调阶段进入中级协调阶段，增幅仅次于珠三角。京津冀城市群协调度持续处于低级协调阶段，并于2019年达到 0.444 5，有望步入中级协调阶段。长江中游城市群与成渝城市群协调度呈相近的时序演变规律，均从初始协调阶段步入低级协调阶段。

图2 城市群科技创新与经济发展耦合协调度

从表6可以看出，由于科技创新基础与经济发展水平存在差异，各省市耦合协调水平与增长幅度不尽相同，可将13个省市大体分为三个梯度。第一梯度包括广东省和江苏省，两省已经处于或即将达到高级协调阶段，为城市群科技创新的主力军，具有较强的引领带动作用；第二梯度包括处于中级协调阶段的浙江省、北京市和上海市，为城市群科技创新第二高地，但距离高水平协调发展仍有空间；其余省市均为第三梯度，处于低级协调阶段并有望进入中级协调阶段，具有较大提升空间且发展势头良好。

表5 各省市科技创新与经济发展耦合度

表6 各省市科技创新与经济发展耦合协调度

4 研究结论与对策建议

4.1 研究结论

本文基于我国五大城市群13个省市2013—2019年的面板数据，利用耦合协调模型分析了科技创新与经济发展的耦合协调度，研究结论如下：

①科技创新与经济增长水平呈平稳上升态势，说明两系统之间切实存在相关性，且科技创新综合得分普遍低于经济增长综合得分，说明科技创新发展滞后于经济增长。各城市群之间、城市群内部发展水平存在较大差异。

②科技创新与经济增长均达到高级耦合阶段，且耦合度波动上升。五大城市群协调度水平普遍较低，近年来由于科技创新政策逐渐下沉，协调度水平有所提升，发展态势良好。

4.2 对策建议

根据以上结论，为国内城市群科技创新与经济协调发展提供以下建议：

①提高科技创新投入产出水平。珠三角、长三角、京津冀城市群需充分利用经济发展的虹吸效应，聚集资金、技术、人才等科技创新资源，积极参与国际合作，引进科技创新最新成果。同时，持续推进基础性研究与前沿技术研究，着重发展先进制造业与战略性新兴产业。长江中游城市群与成渝城市群科技创新基础较为薄弱，需抢抓国家打造新一批区域科技创新中心的战略机遇，充分运用国家优惠政策，加大科技创新投入力度，完善科技创新机制，补齐短板，巩固优势。

②优化科技创新环境。合理规划产业结构，推动传统产业转型升级，加大对高技术产业的支持力度；加强科技金融建设，保障金融资本对科技创新的支撑作用，拓宽企业融资渠道； 同时，建立健全科技人才引进与培养机制，推动产学研融合和校企对接，促进知识型创新向生产型创新转变。

③推动区域科技创新协同发展。建立知识共享平台、公共研发机构与信息交流平台，加强区域科技成果与科技资源流动，降低流通成本，避免资源浪费与科技产出同质化。京津冀、长三角与珠三角城市群聚集国内先进高技术产业，而成渝城市群与长江中游城市群多为传统制造业与基础产业。加强城市群间合作交流有助于先进技术与基础产业有机结合，从而促进我国产业科技创新发展。