摘 　 要：利用耦合度评价模型， 计算了 ２ ０ ０ ０ 年 ～２ ０ １ ２ 年湖南省及 １ ４ 个市（ 州） 的耦合度指数， 并对耦合度时空演变特征进行了分析， 研究结果显示： （ １ ） 从整体态势来看， 湖南省人居环境综合指数、 经济发展综合指数和耦合度指数呈现良好的上升趋势； （ ２ ） 从时间序列来看， 湖南省人居环境与经济发展耦合状态经历了低水平耦合时期和颉颃耦合时期， 已进入了良性耦合阶段； （ ３ ） 从空间尺度来看，耦合度指数空间上呈现东部高、 西部低的格局 ． （ ４ ） 从耦合度指数增长幅度来看， 湘东和湘北地区增长幅度明显放缓， 湘西和湘中地区增幅较快 ． 从耦合度指数的绝对差距来看， 区域差距呈现缩小态势 ．

关键词：人居环境；经济发展；耦合度；时空演变

改革开放以来， 随着中国城市化和工业化的快速推进， 城乡居民生活水平和居住空间得到较大改善， 但也引发了一系列人地关系危机， 体现在生态系统破坏、 区域空间冲突和社区文化衰微等方面．因此， 如何在保障经济快速发展的同时， 协调好与人居环境之间的关系， 已经成为人类发展进程中的突出问题， 成为包括地理科学在内的各学科面临的重要课题之一 ［１ ］ ． 人居环境系统和经济发展系统是两个复杂的巨系统， 系统之间存在着交互耦合的关系． 所谓耦合是指两个 （ 或两个以上）系统或运动形式通过各种相互作用而彼此影响的现象 ［２ ］． 一方面， 良好的人居环境为经济发展提供了稳定的外部条件和持续的发展动力， 改善人居环境是经济发展能不能可持续发展的重要保障． 另一方面， 经济发展为人居环境改善奠定了坚实的物质基础， 是人居环境建设的前提和基础． 因此， 在弄清两个子系统相互作用和相互制约的关系基础上， 需要保持两系统的协调发展， 才能实现环境 － 经济系统的可持续发展 ．近年来， 城市产业结构的升级调整和新农村建设的全面开展， 为开展人居环境建设和研究提供了良好的条件， 研究视野也从不同空间尺度的人居环境评价 ［３ － ７ ］ 转向多学科的融合研究， 其中， 人居环境与经济耦合发展等问题引起了学者们的持续关注．从研究对象来看， 城市人居环境与经济耦合发展规律是学者们关注的焦点， 相关成果较多， 如熊鹰 ［１ ］ 、李雪铭 ［８ ］ 、 李双江 ［ ９ ］ 、 张正勇 ［ １ ０ ］ 、 朱志玲 ［ １ １ ］ 、 申海元 ［１ ２ ］ 等人分别研究了长沙市、 大连市、 石家庄市、乌鲁木齐市、 银川市和西安市等城市的人居环境演变与经济耦合发展的现状与对策． 从研究尺度来看， 除了 城 市 尺 度 外， 研 究 成 果 含 盖 了 县 级 城镇 ［１ ３ ］ 、 大都市区 ［ １ ４ ］ 、 城市群 ［ １ ５ ］ 和全国区域 ［ １ ６ ］ 的人居环境与经济耦合发展规律． 上述研究侧重于从时间维度、 指标构建和评价方法等角度研究某个区域人居环境演变与经济耦合发展程度， 忽视了从空间维度研究省域尺度的人居环境演变与经济发展的耦合关系以及区际间的比较和内部差异性． 本文正是在湖南省大力推进新型城镇化战略基础上， 从时间和空间两个维度探索湖南省人居环境与经济耦合发展的时空演变规律以及内部差异性， 为实现湖南省“ 两型社会” 建设目标、 促进湖南省可持续发展提供理论支撑和决策依据 ．

１ 研究方法

本研究选取湖南省域及各个地级市州为研究单元， 这主要是考虑到研究对象在地域空间和经济实体上具有独立性， 社会经济和环境数据相对完整、 延续性强． 社会经济和环境数据主要来自《 湖南省统计年鉴（２ ０ ０ １ － ２ ０ １ ３年） 》 和湖南省统计信息网．

１． １ 评价指标体系的建立

人居环境和经济发展是两个相对独立的系统，每一个系统又由若干个指标组成， 涉及面非常广，为了科学的反映二者耦合关系， 需要分别构建各自的综合评价体系． 由于两个子系统涉及的因素较多， 评价指标体系必须遵循全面性、 层次性、 精简性和可得性原则． 全面性原则是要求指标尽可能的反映系统功能和效率； 层次性则是强调了指标体系的逻辑性， 避免指标之间因相互包含而降低对评价对象的解释能力； 精简性要求各指标包含信息量大，语义明确、 清晰； 可得性是指各指标信息来源渠道要客观， 数据信息易获得， 具有可操作性． 根据以上原则， 建立了人居环境与经济耦合发展评价指标体系， 分别选取了２ ０项人居环境系统评价指标和２ ０项经济发展系统评价指标（ 如表１ ）

１． ２ 原始数据处理与权重确定

本文运用极差标准化法对原始数据进行无量纲化处理， 极差标准化法适用于量纲不同、 数量大小不一的连续性原始数据的变换， 变换之后的数据有统一的量纲， 其最大值为１ ， 最小值为０ ， 所有数据均在０～１之间． 其计算公式为：对正向指标：ｘ＇ｉ ｊ＝ （ ｘｉ ｊ－ ｘｉ ｊｍ ｉ ｎ ） ／ （ ｘｉ ｊｍ ａ ｘ － ｘｉ ｊｍ ｉ ｎ ） ｘ＇ｉ ｊ∈ （ ０ ， １ ） ；对负向指标：ｘ＇ｉ ｊ＝ （ ｘｉ ｊｍ ａ ｘ － ｘｉ ｊ） ／ （ｘｉ ｊｍ ａ ｘ － ｘｉ ｊｍ ｉ ｎ ） ｘ＇ｉ ｊ∈ （ ０ ， １ ） ．式中，ｘ＇ｉ ｊ为变换之后的数据，ｘｉ ｊ为原始数据，ｘｉ ｊｍ ａ ｘ为系统 ｉ 指标 ｊ 的最大值， ｘｉ ｊｍ ｉ ｎ 为系统 ｉ 指标 ｊ 的最小值． 当指标值 ｘｉ ｊ越大越好时， 取正向指标值， 当指标值 ｘｉ ｊ越小越好时， 取负向指标值．人居环境与经济发展的综合指数由系统内部各指标综合评价获得， 其中， 关键问题是指标权重的确定． 目前， 确定指标权重的方法很多， 主要有德尔菲法、 层次分析法、 人工神经网络法、 主成分分析法和熵值法等． 德尔菲法主观性较强， 过程复杂， 结果不易控制． 层次分析法系统性强， 简洁实用， 但当指标过多时， 权重的特征值和特征向量难以确定．人工神经网络法具有非线性的特点， 在应用中只需对神经网络进行专门问题的样本训练， 就能给出待解决问题的结果， 但涉及到影响因子较多的时候，易出现预测精度不高的问题 ［１ ７ ］ ． 主成分分析旨在利用降维的思想， 把多指标转化为少数几个综合指标， 简单易操作， 但缺点是不能明确的判断各数据降维的条件是否成立， 结果往往有一些偏差 ［１ ８ ］． 熵值法反映了信息的无序化程度，可用来度量信息量的大小， 在确定权重时对主观因素的处理方面具有较大优势， 适合评估人居环境与经济发展各指标的影响程度． 其计算步骤如下：（１ ） 对原始数据进行无量纲化处理后， 得到矩阵 Ｒ ＝ ｘ＇ｉ （ ） ｊ ｍ × ｎ ， ｍ 为评价对象个数， ｎ 为评价指标个数；（２ ）对指标 ｊ 做比重变换：ｐｉ ｊ＝ｘ＇ｉ ｊｍｉ ＝１ ｘ＇ｉ ｊ；（３ ）计算指标 ｊ 的熵值：ｅ ｊ ＝－ ｋ ｍｉ ＝１ ｐｉ ｊｌ ｎ （ ｐｉ ｊ） ，ｋ ＝１ｌ ｎ ｍ ；（４ ）计算指标 ｊ 的权重：ｗ ｊ ＝ｇ ｊｎｊ ＝１ｇ ｊ（ｇ ｊ ＝１－ ｅ其中０≤ｗ ｊ≤１，ｎｊ ＝１ ｗｊ ＝１． 依据此方法， 可得到各个指标的一组权向量 ｗ ＝ （ ｗ １ ， ｗ ２ ， ｗ ３ ， …， ｗ ｎ ） （ 如表２） ， 通过公式 ｕｉ ＝ ｍｉ ＝１ ｗｉ ｊｘ＇ｉ ｊ， 可得到人居环境与经济发展两大系统的综合评价值．

１． ３ 耦合度评价模型

耦合是一个物理学概念， 是指两个或者两个以上系统通过各种相互作用而彼此影响的现象． 从系统学和协同学的角度来看， 系统由无序走向有序的关键在于系统内部各序参量之间的协同作用， 它左右着系统演变的速率和方向， 耦合度就是衡量这种协同作用强度的有效指标． 基于此， 本文将人居环境与经济发展两个系统之间相互作用、 彼此影响的程度定义为“ 人居环境 － 经济发展” 系统耦合度． 根据上述概念， 借助物理学中的容量耦合系数模型，建立耦合度评价模型 ［２ ， １ ９ ］ ：ｃ ＝ ｕ １ ， ｕ ２ ， ｕ ３ ， …， ｕ（ ）ｎ／  ｕｉ ＋ ｕ （ ） ｝｛ｊ１ ／ ｎ ．式中， ｃ 为系统耦合度；ｕ ｉ 为各子系统的综合评价值， 是直接影响系统耦合度大小的关键变量． 由于本文仅评估人居环境与经济发展两个子系统间的耦合度， 故 ｎ ＝２． 原始数据经无量纲化处理后， ｕｉ取值范围在０～１之间， 由此决定了系统耦合度 ｃ值也在０～１之间， 且 ｃ 值越大， 表明耦合度越高，各子系统之间协同发展的趋势越明显， 反之亦然．在借鉴前人研究成果基础上 ［２ ， １ ６ ， １ ９ ］ ， 将耦合度在０～１之间进行等级划分（ 如表３ ）

２ 湖南省人居环境与经济发展耦合度的实证分析

２． １ 省域尺度的人居环境与经济发展耦合度的时空演变　　

根据上述评价方法和耦合度计量模型， 分别计算了湖南省 ２ ０ ０ ０年 ～２ ０ １ ２年人居环境综合指数、经济发展指数和耦合度指数（ 如图１ ） ． 从整体态势来看， 人居环境综合指数、 经济发展综合指数和耦合度指数呈现良好的上升趋势． 人居环境综合指数从２ ０ ０ ０年的０ ． ２ ６上升到２ ０ １ ２年的０ ． ８ ９ ， 指数值增长了３ ． ４倍， 平均年增长率为１ ０ ． ８％． 经发展综合指数从２ ０ ０ ０年的０ ． １ １上升到２ ０ １ ２年的０ ． ８ ５ ，指数值增长了７ ． ７倍， 平均年增长率为１ ９％ ， 而耦合度指数则从２ ０ ０ ０年的０ ． ２ ８上升到２ ０ １ ２年的０ ． ６ ６ ， 指 数 值 增 长 了 ２ ． ４ 倍， 平 均 年 增 长 率 为７ ． ４％． 经济发展综合指数明显快于人居环境综合指数， 也就造成了耦合度增长幅度相对较慢．从时间序列来看，２ ０ ０ ０年 ～２ ０ ０ ２年， 湖南省人居环境与经济发展耦合度均低于０ ． ３ ， 属于低水平耦合阶段， 主要原因是经济发展水平较低， 粗放式发展模式引起的环境问题较突出， 相应的人居基础设施建设缓慢． ２ ０ ０ ３年 ～２ ０ ０ ７年， 是湖南省社会经济快速发展的关键阶段， 经济发展综合指数和人居环境综合指数同步快速上升， 系统耦合度也从２ ０ ０ ３年的０ ． ３ ２上升到２ ０ ０ ７年的０ ． ４ ９ ， 耦合阶段也由低水平耦合阶段上升到颉颃耦合阶段． ２ ０ ０ ８年～ ２ ０ １ ２年，随着湖南省“ 两型社会” 改革试验区的全面启动， 湖南省进入了又快又好的发展阶段， 经济发展质量显著上升， 人居环境建设持续提质， 系统耦合度上升到新的台阶， 指标值到达了０ ． ６ ６ ， 即进入了良性耦合阶段．从图１可以看出湖南省人居环境与经济发展耦合度指数一直保持着上升趋势， 这表明人居环境与经济发展两大系统协调发展态势良好． 一般认为， 人居环境是经济发展的基础和前提， 经济发展是人居环境建设的强大动力， 二者存在明显的相关性． 为了进一步验证耦合度的实际价值以及弄清二者之间的本质联系， 利用Ｓ Ｐ Ｓ Ｓ软件对湖南省２ ０ ０ ０年 ～２ ０ １ ２年人居环境综合指数和经济发展综合指数进行了相关性分析． 结果显示， Ｋ ｅ ｎ ｄ ａ ｌ ｌ相关系数、 Ｓ ｐ ｅ ａ ｒ ｍ ａ ｎ相关系数和 Ｐ ｅ ａ ｒ ｓ ｏ ｎ 相关性系数分别为０ ． ９ ４ １ 、 ０ ． ９ ８ ５和０ ． ９ ９ ０ ， 各种显著性检验均能通过． 说明湖南省人居环境系统与经济发展系统存在明显的空间对应关系， 系统耦合度的时空演变具有较强的解释意义．

２． ２ 市域尺度的人居环境与经济发展耦合度的时空演变　　

为了更深入了解湖南省人居环境与经济发展耦合度的内部差异， 利用耦合度评价模型， 计算了湖南省１ ４个市（ 州） ２ ０ ０ ０年、２ ０ ０ ５年、 ２ ０ １ ０年和２ ０ １ ２年的耦合度指数， 并对耦合度时空演变特征进行了分析（ 如图２ ）

２． ２ ． １ 耦合度指数整体呈现上升态势 　 通过计算可知， 长沙市耦合度指数一直占据了４个年度的第１名， 排前３位的城市相对稳定， 但有起伏， ２ ０ ０ ０年， 前３位的城市是长沙市、 株洲市和岳阳市． ２ ０ ０ ５年， 前３位的城市是长沙市、 株洲市和常德市（ 岳阳市） ． ２ ０ ０ ５年以后， 特别是在长株潭城市群被确立为“ 两型社会” 改革试验区以后， 长株潭３市一直保持着前３名位置． ２ ０ ０ ０年和２ ０ ０ ５年排名最后３位的城市依次为益阳市、 吉首市和张家界市，２ ０ １ ０年以后， 排名最后３位的城市依次为怀化市、 吉首市和张家界市． 但从总体来看， 各市州耦合度指数均呈现上升态势，１ ４个市州耦合度指数平均值分别由２ ０ ０ ０年的０ ． ４ ０ 、 ２ ０ ０ ５年的０ ． ４ ３上升到２ ０ １ ０年的０ ． ４ ９和２ ０ １ ２年的０ ． ５ ３ ， 耦合状态也由颉颃时期进入了良性耦合时期． 从图２中４个年度的颜色变化也可以看出进入良性耦合阶段的城市越来越多， 说明从整体上人居环境与经济发展耦合度呈现逐渐提高趋势．

２． ２ ． ２ 耦合度指数空间分异特征明显 　 从图２可以看出， 耦合度指数空间上呈现东部高、 西部低的格局． ２ ０ ０ ０年和２ ０ ０ ５年， 东部长沙市耦合度指数最高， 分别达到了０ ． ６ ３和０ ． ６ ６ ， 已经处于良性耦合时期． 而西部吉首市和张家界市则还处于低水平耦合阶段， 耦合度指数均低于０ ． ３ ， 东西部耦合度指数差距高达０ ． ３ ８． ２ ０ １ ０年和２ ０ １ ２年是湖南省各市州人居环境建设和经济发展较快的年份， 耦合度指数快速上升， 但“ 东高西低” 的空间格局并没有发生太大变化． 进一步把湖南省分为湘北、 湘南、 湘中、 湘东和湘西五大地理区域， 可发现耦合度指数呈现明显空间分异特征． 从４个时间断面上来看，湘中地区和湘西地区耦合度指数均低于当年全省平均水平， 湘北地区和湘东地区耦合度指数均高于当年全省平均水平， 而湘南地区均与当年全省水平相当 ． 从耦合度的级别来看， ２ ０ ０ ５ 年以后湘东地区平均耦合度均超过０ ． ５ ， 进入了良性耦合阶段，湘北地区２ ０ １ ０ 年以后也达到了良性耦合状态，这说明该区域人居环境建设与经济发展保持了较强的同步性 和 协 调 性． 湘 中 和 湘 南 地 区 直 到２ ０ １ ２年才整体进入良性耦合时期， 湘西地区耦合度指数保持上升态势， 但一直没有达到良性耦合状态．这种空间格局的形成是多因素驱动的结果， 一是自然因素， 如湘西和湘中地区大多处于生态环境脆弱区， 经济建设的环境压力较大、 成本高、 效率低， 而湘东和湘北地区则主要是平原和低丘地区，生态压力相对较小； 二是经济因素， 湘东和湘北地区一直是湖南省经济发展先发地区， 特别是在湖南省“ 突出核心， 点轴发展， 强化长株潭城市群的核心作用” 的区域发展战略影响下 ［２ ０ ］ ， 湖南省各市州之间的经济差异， 特别是东西部地区经济差距不断扩大； 三是基础配套设施因素． 湘东和湘北地区内部网络化交通格局已经形成， 各种物质流、 信息流和人力资源流等汇集于此， 推进了该区域人居环境基础设施的建设． 湘南地区近几年在高铁效应的辐射下， 人居环境基础设施建设快速推进， 系统耦合度指数也稳步上升． 而湘西地区在经济实力有限 的 情 况 下， 人 居 环 境 基 础 设 施 投 入 相 对不足．

２． ２ ． ３ 耦合度指数内部级别差异显著 　 根据表３中人居环境与经济发展耦合度的分级划分依据，可以看出耦合度指数内部级别差异显著． 总体来看，４个时间段里处于颉颃耦合阶段的城市最多，并呈现下降趋势． ２ ０ ０ ０年和２ ０ ０ ５年颉颃耦合阶段的市州有１ １个，２ ０ １ ０年下降至１ ０个，２ ０ １ ２年迅速下降至４个． 良性耦合阶段的市州数量总体呈现上升趋势， 但增长幅度不稳定， 先缓慢增长后快速增长，２ ０ ０ ０年和２ ０ ０ ５年两个时间点上没有增长，２ ０ １ ０年增长为４个，２ ０ １ ２年快速增加到１ ０个． 分年度来看， ２ ０ ０ ０年和２ ０ ０ ５年低水平耦合阶段、 颉颃耦合阶段和良性耦合阶段的市州比率相同， 分别为： １ ４％ 、７ ９％和７％． ２ ０ １ ０年３阶段百分比分别为：０％ 、 ７ １％和２ ９％ ， 到２ ０ １ ２年３阶段百分比为：０％ 、 ２ ９％和７ １％ ， 良性耦合阶段的市州已经超过了２ ／ ３ ， 但没有城市进入更高级别的 耦 合 发 展 阶 段， 内 部 耦 合 级 别 差 异 依 然明显．

２． ２ ． ４ 耦合度指数差距呈现缩小趋势 　 尽管湖南省耦合度指数空间分异格局基本稳定， 但应看到各市州正在努力缩小差距． 从耦合度指数增长幅度来看， 湘东和湘北地区增长幅度明显放缓， 湘西和湘中地区增幅较快． 湘东地区平均耦合度由２ ０ ０ ０ 年的０ ． ４ ９上升达２ ０ １ ２年的０ ． ６ ４ ， 增长幅度达到了３ ０ ． ６％． 而湘西 地 区 平 均耦合度由 ０ ． ３ ０ 增长到０ ． ４ ５ ， 增长幅度达到了５ ０％ ， 增长速度明显高于湘东 地 区． 尽 管 湘 中 地 区 平 均 耦 合 度 增 幅 只 有２ ７ ． ５％ ， 但也比湘北地区平均２ ２ ． ２％的增幅要高．从耦合度指数的绝对差距来看，２ ０ ０ ０年最高耦合指数与最低耦合度指数相差０ ． ３ ８ ， ２ ０ ０ ５年差距缩小为０ ． ３ ５ ， ２ ０ １ ０年进一步缩小为０ ． ３ １ ，２ ０ １ ２年差距仅为０ ． ２ ８． 由此可见， 随着湖南省整体经济水平的提升以及生态文明理念的贯彻实施， 湖南省各市州人居环境建设与经济发展协调性进一步强化， 区域差距呈现缩小态势．

３ 结论与讨论

利用 耦 合 度 评 价 模 型， 计 算 了 ２ ０ ０ ０ 年 ～２ ０ １ ２年湖南省及１ ４个市（ 州） 的耦合度指数， 并对耦合度指数时空演变特征进行了分析， 研究结果显示：（１ ） 从整体态势来看， 湖南省人居环境综合指数、 经济发展综合指数和耦合度指数呈现良好的上升趋势； 从时间序列来看，２ ０ ０ ０年 ～２ ０ ０ ２年， 湖南省人居环境与经济发展耦合度均低于０ ． ３ ， 属于低水平耦合阶段． ２ ０ ０ ３年 ～２ ０ ０ ７年， 耦合阶段由低水平耦 合 阶 段 上 升 到 颉 颃 耦 合 阶 段． ２ ０ ０ ８年 ～２ ０ １ ２年， 系统耦合度上升到新的台阶， 进入了良性耦合阶段．（２ ） 从市域尺度来看， 各市州耦合度指数均呈现上升态势，１ ４个市州耦合度指数平均值分别由２ ０ ０ ０年的０ ． ４ ０ 、 ２ ０ ０ ５年的０ ． ４ ３上升到２ ０ １ ０年的０ ． ４ ９和２ ０ １ ２年的０ ． ５ ３ ， 耦合状态也由颉颃时期进入了良性耦合时期．（３ ） 耦合度指数空间上呈现东部高、 西部低的格局． 湘中地区和湘西地区耦合度指数均低于当年全省平均水平， 湘北地区和湘东地区耦合度指数均高于当年全省平均水平， 而湘南地区均与当年全省水平相当．（４ ） 从耦合度指数增长幅度来看， 湘东和湘北地区增长幅度明显放缓， 湘西和湘中地区增幅较快． 从耦合度指数的绝对差距来看，２ ０ ０ ０年最高耦合指数与最低耦合度指数相差０ ． ３ ８ ， 到２ ０ １ ２年差距缩小为０ ． ２ ８ ， 区域差距呈现缩小态势．（５ ） 本研究也存在不足之处， 比如文中只计算了两大系统的耦合度指数， 对系统间的协调度没有计算， 可能会影响最终用结论准确程度； 基于计算和分析问题的方便， 评价指标的权重没有考虑各个市州的特殊性； 两大系统的耦合机制没有深入研究， 这也是下一步研究的重点内容．

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