基于時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度模型的港城協(xié)同時滯效應(yīng)研究

鄭建平 胡永仕

摘? 要：在經(jīng)濟全球化的推動下，持續(xù)增長的國際貿(mào)易不僅促進了經(jīng)濟發(fā)展，也加強了國際貿(mào)易對港口的依賴性。如何科學(xué)、準(zhǔn)確地衡量腹地經(jīng)濟發(fā)展與港口建設(shè)的時滯效應(yīng)，是在城市經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮港口及臨港產(chǎn)業(yè)作用急需解決的問題。針對港城協(xié)同發(fā)展存在的時滯效應(yīng)，基于時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度模型構(gòu)建論證和設(shè)計時滯效應(yīng)分析方法，并以上海港、寧波—舟山港和深圳港實證分析，通過構(gòu)建2000～2020年腹地城市GDP和集裝箱吞吐量時間序列網(wǎng)絡(luò)，測度其網(wǎng)絡(luò)相似度和時滯效應(yīng)滯后期。研究表明：（1）時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度能夠反映價值轉(zhuǎn)化參數(shù)向量的映射關(guān)系。（2）中國三大集裝箱港口腹地經(jīng)濟和集裝箱吞吐量時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度均為1.00，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高度相似。（3）上海港、寧波—舟山港和深圳港的時間序列網(wǎng)絡(luò)時滯效應(yīng)的滯后期分別為4年、1年和4年，不同港口受到現(xiàn)實中政治、地理、經(jīng)濟等方面因素的影響，其港城協(xié)同時滯效應(yīng)也有所差異。

關(guān)鍵詞：時滯效應(yīng);港城協(xié)同;滯后期;時間序列網(wǎng)絡(luò);相似度模型

中圖分類號：F207??? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract： Driven by economic globalization， the ever-increasing international trade not only promotes economic development， but also strengthens the dependence of international trade on ports. How to scientifically and accurately measure the time lag effect between economic development in hinterland and port construction is an urgent problem to be solved in the development of urban economy. In view of the time-lag effect in the coordinated development of port and city， this paper constructs the demonstration and design time-lag effect analysis method based on the similarity model of time series network， and makes an empirical analysis of Shanghai port， Ningbo-Zhoushan port and Shenzhen port， and measures the network similarity and lag period of time-lag effect by constructing the time-series network of GDP and container throughput of hinterland cities from 2000 to 2020. The research shows that：（1）The similarity of time series network can reflect the mapping relationship of value transformation parameter vectors.（2）The network similarity of hinterland economy and container throughput time series of China's three major container ports is 1.00， and the network structures are highly similar.（3）The lag periods of time series network time lag effect of Shanghai port， Ningbo-Zhoushan port and Shenzhen port are 4 years， 1 year and 4 years respectively. Different ports are influenced by political， geographical and economic factors in reality， and their port-city coordination time lag effect is also different.

Key words： time delay effect; collaboration between port and city; lag period; time series network; similarity model

0? 引? 言

經(jīng)濟一體化促進了國際貿(mào)易的發(fā)展，我國約95%的國際貿(mào)易量是通過海運完成的。2020年，我國海運進出口量增長6.7%，占全球海運貿(mào)易量30%。持續(xù)增長的國際貿(mào)易給我國港口發(fā)展帶來了巨大的機遇?，F(xiàn)代港口作為海運過程中的重要樞紐，具有水路聯(lián)運設(shè)備及條件供船舶進出和貨物裝卸，在促進國際貿(mào)易和地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展中的地位和作用越加明顯。近年來，我國港口在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、對外貿(mào)易等方面都取得了較大進展，但在高速發(fā)展的同時問題也逐漸顯現(xiàn)，沿海城市為爭奪港口資源，盲目投資建設(shè)港口碼頭，這不僅會造成港口資源的嚴(yán)重浪費，還會對沿海岸生態(tài)環(huán)境造成不可逆的負面影響。因此，如何科學(xué)、準(zhǔn)確地衡量城市經(jīng)濟發(fā)展與港口建設(shè)的關(guān)系，合理規(guī)劃港口產(chǎn)業(yè)投資建設(shè)和港城協(xié)同，是發(fā)揮港口及臨港產(chǎn)業(yè)在城市經(jīng)濟發(fā)展中作用急需解決的問題?？茖W(xué)合理地度量港城協(xié)同關(guān)系，有利于發(fā)現(xiàn)中國港城建設(shè)發(fā)展的現(xiàn)狀和演化規(guī)律，為港口資源配置和投資提供有價值的決策依據(jù)。

港口腹地城市的發(fā)展對區(qū)域經(jīng)濟和港口產(chǎn)業(yè)有著深遠的影響，相對的，港口對于經(jīng)濟腹地的依賴也更為明顯。在集裝箱化之前，腹地在現(xiàn)實中一般表現(xiàn)為該港口的專屬腹地。隨著國際貿(mào)易的增長，港口與經(jīng)濟腹地的關(guān)系開始受到關(guān)注。Notteboom和Rodrigue（2005）首先提出港口區(qū)域化概念，闡明了港口腹地發(fā)展的新動力[1]。Monios和Wilmsmeier（2013）進一步回顧了港口區(qū)域化的文獻，并認(rèn)為只有當(dāng)多式聯(lián)運系統(tǒng)更加完善之后，港口區(qū)域化才得以實現(xiàn)[2]。不同港口和經(jīng)濟腹地關(guān)系的發(fā)展變化均存在內(nèi)在的一致性。港城關(guān)系一般是一種互動關(guān)系，而經(jīng)濟腹地與港口則是一種同步發(fā)展的關(guān)系[3]。Sami Bensassi（2015）基于引力模型研究西班牙港口與區(qū)域經(jīng)濟的相互作用，證明了港口基礎(chǔ)設(shè)施在區(qū)域經(jīng)濟中的重要性[4]。楊麗香、朱俊麗（2013）則從國際貿(mào)易的角度出發(fā)，分析了經(jīng)貿(mào)與港口的相互作用及其發(fā)展趨勢，提出港口應(yīng)快速融入國際貿(mào)易體系，以尋求新的利潤增長點[5]。楊長春（2007）采用計量方法對中國對外貿(mào)易額和集裝箱吞吐量的時序數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)果表明我國對外貿(mào)易與港口吞吐量存在著反饋性的因果關(guān)系，但港口吞吐量的促進作用較大[6]。王領(lǐng)（2010）和徐蘭燕、許繼琴（2012）基于協(xié)整理論分別對上海市和浙江省港口吞吐量與對外經(jīng)濟進行實證分析，結(jié)果都表明港口吞吐量與對外經(jīng)濟存在單向的因果關(guān)系[7-8]。林青（2011）運用VAR模型分析了我國外貿(mào)與港口發(fā)展的互動效應(yīng)，結(jié)果表明對外貿(mào)易有效促進港口發(fā)展建設(shè)，但作用期限較短，而港口建設(shè)能夠拉動對外貿(mào)易的增長，并且長期效果顯著[9]。朱坤萍、張喜梅（2013）則基于1990～2011年河北省港口貨物吞吐量和外貿(mào)進出口貨物總額，通過構(gòu)建VAR模型進行實證研究，結(jié)果表明河北省港口和對外經(jīng)貿(mào)相互促進，并且港口對貿(mào)易的短期作用較明顯，港口對經(jīng)濟的依賴要大于經(jīng)濟對港口的依賴程度[10]。向敏、于潔（2013）通過計量經(jīng)濟學(xué)方法，實證分析了重慶港口與貿(mào)易之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)港口與貿(mào)易之間保持均衡穩(wěn)定發(fā)展，且經(jīng)濟對于港口的拉動效應(yīng)較強[11]。楊月鋒、徐學(xué)榮（2013）基于協(xié)整理論，并構(gòu)建向量誤差修正模型對廈門港進行實證分析，結(jié)果表明港口與區(qū)域經(jīng)濟存在長期均衡的協(xié)整關(guān)系，且能夠在經(jīng)濟出現(xiàn)偏離均衡時，對其進行快速調(diào)整[12]。李秋煙、余貴美（2015）則基于福建省2000～2013年港口貨物吞吐量和外貿(mào)總額數(shù)據(jù)進行實證分析，結(jié)果表明福建省港口與經(jīng)濟間存在顯著正相關(guān)性，且港口對經(jīng)濟的推動作用明顯大于經(jīng)濟對港口的促進作用[13]。

關(guān)于如何衡量港城協(xié)同程度，眾多學(xué)者采用不同的方法進行測度。孟慶松、韓文秀（2000）基于協(xié)同學(xué)理論，構(gòu)建了復(fù)合系統(tǒng)協(xié)調(diào)度模型，用于驗證“科技—經(jīng)濟—教育”系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度[14]。鐘銘等（2011）基于協(xié)調(diào)度模型，構(gòu)建了港口物流與城市經(jīng)濟協(xié)同度模型，通過對大連市港口進行測算，表明大連市港口與經(jīng)濟序參量之間協(xié)同作用較大[15]。孫鵬、羅新星（2012）基于協(xié)同學(xué)自組織的角度，構(gòu)建了物流業(yè)與制造業(yè)協(xié)同評價模型，并以湖南省為例進行測算，結(jié)果表明物流業(yè)與制造業(yè)二者協(xié)同程度很低[16]。王愛虎（2014）通過構(gòu)建灰色動態(tài)模型GM1，N模型對廣東省物流與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)度進行測算，驗證了二者的協(xié)同發(fā)展[17]。郭佟?。?014）利用多維灰色模型測算了河北省港口物流與區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)同程度，結(jié)果表明港口功能過于單一制約了二者的協(xié)同發(fā)展水平[18]。劉曉春、彭志忠（2009）通過構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)模型，仿真驗證了物流業(yè)與金融業(yè)協(xié)同發(fā)展模型的有效性和合理性[19]。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)是描述和研究復(fù)雜系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)和行為的關(guān)鍵，近年來對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究取得了快速的進展，很多學(xué)者運用經(jīng)濟地理學(xué)，統(tǒng)計物理學(xué)等方法分析其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及動態(tài)特性。Nguyen和Hans（2003）基于圖論、統(tǒng)計學(xué)和社會網(wǎng)絡(luò)分析了1995

～2011年全球航運網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化[20]。Carlos（2000）等用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)可視圖方法分析了2008～2010三年間海運航線的演變，衡量了港口或航線重要性[21]。Wang（2001）等利用國際航線數(shù)據(jù)來研究全球航運網(wǎng)絡(luò)的空間格局及輪輻系統(tǒng)，表明全球航運網(wǎng)絡(luò)存在多層次結(jié)構(gòu)[22]。而Lacasa（2008）最早將時間序列劃分為有序（周期）、隨機和分形時間序列，并提出了適宜其轉(zhuǎn)換的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖[23]。R V Donner（2010）從相空間中的遞推視角出發(fā)，將時間序列的遞推矩陣解釋為關(guān)聯(lián)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣，提出了一種分析復(fù)雜系統(tǒng)時間序列結(jié)構(gòu)的新方法[24]，Li等利用可視性算法來確定研究對象是否具有系統(tǒng)確定性和隨機

性[25]。近年來，時間序列可視圖算法也已經(jīng)應(yīng)用于不同領(lǐng)域。張夢月等（2020）基于2011～2018年中國專利百度搜索指數(shù)，分析了時間序列復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的社團結(jié)構(gòu)和周期性[26]。湯霞等（2021）通過建立航線出口集裝箱價格網(wǎng)絡(luò)，研究了SCFI二級市場的地位及波動性的傳遞特征[27]?；诳梢曅运惴ǖ脑?，從網(wǎng)絡(luò)參數(shù)上分析復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的特性，可以在時間序列數(shù)據(jù)中挖掘出更多的隱藏信息，更全面地了解網(wǎng)絡(luò)屬性。關(guān)曉光等（2020）基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、港口區(qū)位和經(jīng)濟重要性三個方面，衡量了中國集裝箱港口在全球班輪運輸網(wǎng)絡(luò)中的重要程度[28]。蘇凌（2006）通過構(gòu)建時間序列神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對大連港吞吐量進行預(yù)測，并對徑向基函數(shù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行改進，使網(wǎng)絡(luò)模型更具通用性[29]。

綜上所述，目前對腹地城市與港口間相互關(guān)系的研究表明，腹地經(jīng)濟水平與港口發(fā)展間存在較強相關(guān)性，腹地經(jīng)濟水平的提升會推動港口及臨港產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而港口建設(shè)所帶動的貿(mào)易增長會反過來拉動腹地經(jīng)濟發(fā)展。從系統(tǒng)的角度看，腹地城市和港口同屬于社會經(jīng)濟系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，具有一定的相似特性，兩者的高水平協(xié)調(diào)對于社會經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要。當(dāng)前對于腹地和港口協(xié)同發(fā)展的研究已經(jīng)較為全面，但是對于腹地經(jīng)濟和港口發(fā)展間存在的時滯效應(yīng)和滯后程度卻鮮有涉及。因此，為了探究腹地經(jīng)濟和港口發(fā)展的相似程度和時滯效應(yīng)，以提高政策制定有效性，本文在已有研究的基礎(chǔ)上，一方面，基于協(xié)同學(xué)，系統(tǒng)論等從宏觀層面深入探究了腹地經(jīng)濟與港口產(chǎn)業(yè)的作用機理;另一方面，利用時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度模型對衡量系統(tǒng)時滯效應(yīng)的優(yōu)越性，以我國上海港、寧波—舟山港和深圳港三大集裝箱港口為研究對象，采用時間序列可視圖網(wǎng)絡(luò)方法，計算港口腹地城市GDP和集裝箱吞吐量時間序列的網(wǎng)絡(luò)相似度，并測度城市經(jīng)濟發(fā)展和港口建設(shè)的時滯效應(yīng)及滯后期，不僅為港城協(xié)同發(fā)展的政策規(guī)劃提供了理論依據(jù)，有助于加強港城分工協(xié)作，還為研究多系統(tǒng)時滯效應(yīng)提供了思路和可行性。

1? 腹地經(jīng)濟與港口產(chǎn)業(yè)作用機理

經(jīng)濟的高速增長伴隨著貿(mào)易量的激增，促進了港口及臨港產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，而港口基礎(chǔ)設(shè)施的逐步完善，港口作業(yè)和流通效率的不斷提高，推動港城經(jīng)濟的高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展?；谝延醒芯?，歸納總結(jié)出腹地經(jīng)濟與港口產(chǎn)業(yè)的協(xié)同作用機理如圖1所示。港城協(xié)同效應(yīng)主要表現(xiàn)在腹地經(jīng)濟對港口產(chǎn)業(yè)的推動效應(yīng)和港口產(chǎn)業(yè)對腹地經(jīng)濟的拉動效益兩個方面：

1.1? 腹地經(jīng)濟對港口產(chǎn)業(yè)的推動效應(yīng)

（1）伴隨著經(jīng)濟聯(lián)系的日益緊密，貿(mào)易量的逐年增加，催生了龐大的運輸需求，這就對港口的吞吐能力及服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求，促使港口加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，如加快碼頭建設(shè)、航道疏浚、航線開通等方面，港航基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)?；l(fā)展極大提高港口物流服務(wù)供給能力。

（2）基于對經(jīng)貿(mào)需求呈現(xiàn)出多樣化的趨勢，為滿足客戶的不同需求，港口必須加快改革傳統(tǒng)的運輸方式。通過運用先進港口技術(shù)和管理運營理念，在貨物的生產(chǎn)、運輸、裝卸、包裝、儲存等流通環(huán)節(jié)中提高產(chǎn)品附加值，降低流通過程中的價值損耗，增強對市場的敏感度，提高其產(chǎn)品在國際市場上的競爭力，促使港口物流能夠提供包括加工包裝、裝卸運輸、倉儲配送、貨運代理、報關(guān)報檢、金融保險等全方位一體化的綜合服務(wù)。

1.2? 港口產(chǎn)業(yè)對腹地經(jīng)濟的拉動效應(yīng)

（1）降低對外貿(mào)易成本，增加貿(mào)易總量。港口基礎(chǔ)設(shè)施如港區(qū)、碼頭的建設(shè)，港口綜合物流服務(wù)如加工包裝、裝卸運輸、倉儲配送、貨運代理、報關(guān)報檢、金融保險等全方位服務(wù)的開發(fā)，有助于外貿(mào)企業(yè)降低交易成本、提高生產(chǎn)經(jīng)營及交易效率，能夠為貿(mào)易提供充足的物流供給和高效的物流服務(wù)，以促進雙方的貿(mào)易發(fā)展，增加貿(mào)易總額。

（2）提高服務(wù)能力，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。港口經(jīng)貿(mào)、物流和金融等多項服務(wù)功能的完善，有助于優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，促進產(chǎn)業(yè)升級，以拓展新的利潤增長。港口通過改善傳統(tǒng)的運輸、倉儲和裝卸等基本服務(wù)需求，在港口流通環(huán)節(jié)中提高產(chǎn)品附加值，降低產(chǎn)品在流通環(huán)節(jié)中的損耗，加快貨物的流通效率，提高港口綜合服務(wù)能力的同時提升港口經(jīng)濟效益。

腹地經(jīng)濟與港口產(chǎn)業(yè)作用機理如圖1所示。

2? 方法及模型

基于對腹地經(jīng)濟與港口產(chǎn)業(yè)的作用機理分析，本文選取代表性指標(biāo)腹地城市GDP和港口吞吐能力構(gòu)建了港城協(xié)同時間序列網(wǎng)絡(luò)，并采用時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度模型計算港城協(xié)同滯后期，以科學(xué)、準(zhǔn)確地衡量腹地經(jīng)濟水平與港口建設(shè)間的時滯效應(yīng)及滯后期。

2.1? 時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度模型

由于xt、yt均為參數(shù)向量，故可以根據(jù)參數(shù)向量構(gòu)建時間序列網(wǎng)絡(luò)的相似性來反映fxt，0的變化，時間序列網(wǎng)絡(luò)能夠很好地反映出時間序列數(shù)據(jù)在某個時間段內(nèi)的結(jié)構(gòu)，這主要是由于即便是同樣的增長，其時間序列網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)也是不相同的，因此通過結(jié)構(gòu)的相似性可以判斷該系統(tǒng)的延時情況，也就是子系統(tǒng)xt和yt轉(zhuǎn)化的時滯效應(yīng)。

本文采用Lacasa等（2008）提出的時間序列可視圖方法進行網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。對系統(tǒng)中的子系統(tǒng)分別構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)，首先，將子系統(tǒng)xt的離散時間序列數(shù)據(jù)對應(yīng)為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點，根據(jù)可視準(zhǔn)則構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)連邊：在時間序列xt中的任意兩點數(shù)據(jù)t，x和t，x之間可視即可建立連邊，且兩點之間任意一點t，x，當(dāng)t

x>x+x-x

如圖2所示，圖中直方條的高度代表每個時間點的數(shù)據(jù)值，如果兩個直方條的頂端相互可視，則對應(yīng)的兩點在圖中的網(wǎng)絡(luò)相連。其次，根據(jù)時間序列節(jié)點和邊構(gòu)建鄰接矩陣，并形成網(wǎng)絡(luò)圖[33]。

最后，根據(jù)余弦相似定理計算網(wǎng)絡(luò)相似度。設(shè)xt在某一時間段l內(nèi)的時間序列網(wǎng)絡(luò)鄰接矩陣為A，yt在滯后τ期的時間段l內(nèi)的鄰接矩陣為B，且A，B∈R，R為0-1矩陣。則兩個網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的空間向量a=A：，1， A：，2， …， A：，l和b

=B：，1+τ， B：，2+τ， …， B：，l+τ的夾角的余弦值反映了二者結(jié)構(gòu)的相似度：

s=cosθ==

式中：s表示相似度，θ為兩個空間向量的夾角，如圖3所示，①當(dāng)兩個向量完全重合時，即θ=0，相似度s=1，也就是說明矩陣A和B完全相同，即在該時間段內(nèi)，兩個過程同步。②當(dāng)兩個向量完全相反時，即θ=180°時，相似度s=-1，說明A+B=0，即在該時間段內(nèi)，兩個過程反向同步。③當(dāng)兩個向量互相垂直時，即θ=90°，相似度s=0，也就是說明兩個過程在該時間段內(nèi)完全不相關(guān)。在本文中，由于港城系統(tǒng)的向量都是存在于正空間中，因此其相似度的范圍是0，1，即s∈0，1。

2.2? 滯后效應(yīng)及滯后期測度模型

在相似度計算時滯后期τ的理論取值范圍為0， n-l+1，可以取遍所有τ值，得到若干種滯后期下子系統(tǒng)間相似度，如圖4所示。但考慮到現(xiàn)實社會經(jīng)濟系統(tǒng)中產(chǎn)出轉(zhuǎn)化是有時效性的。有效期后時間序列網(wǎng)絡(luò)的相似性存在一定偶然性，因此在計算相似度時，可根據(jù)實際情況確定時滯系統(tǒng)的有效期p并作為滯后期的有效閾值，即τ

∈0，p，由此得到子系統(tǒng)xt與yt在不同滯后期下的相似度向量S=s，s，…，s，其中相似度最大值代表了子系統(tǒng)xt的參數(shù)向量fxt，0映射到子系統(tǒng)yt中達到了最優(yōu)，即時滯效應(yīng)最有效，其對應(yīng)的滯后期τ即為最優(yōu)滯后期。對滯后期τ的最優(yōu)解進行測量。根據(jù)港城系統(tǒng)時滯模型，其每年滯后期為τ，則港城系統(tǒng)滯后期為每年的總和，如下：

，ρ=τ

其中：b≤ρ

3? 實證分析

3.1? 研究對象及數(shù)據(jù)來源

為了衡量時滯效應(yīng)模型的有效性，本文根據(jù)中國交通部《全國沿海港口規(guī)劃》，選取中國沿海港口貨物吞吐量排名前3的上海港、寧波—舟山港和深圳港作為研究對象，以港口2000～2020年的集裝箱吞吐量（千TUE）和腹地城市GDP（億元）來構(gòu)建時間序列網(wǎng)絡(luò)并計算其相似度和滯后期。這些港口的數(shù)據(jù)來自國家統(tǒng)計局及歷年《中國統(tǒng)計年鑒》，如圖5所示。

3.2? 時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度計算

網(wǎng)絡(luò)相似度衡量了港口腹地城市GDP與集裝箱吞吐量時間序列網(wǎng)絡(luò)的相似程度，為更深入地評估港城協(xié)同作用奠定基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)相似度越高，說明港城兩系統(tǒng)發(fā)展過程越同步，二者的時間序列網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出相似的結(jié)構(gòu);反之，則說明二者的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在差異。本文基于我國三大集裝箱港口腹地GDP與集裝箱吞吐量數(shù)據(jù)，通過時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度模型對網(wǎng)絡(luò)相似程度進行測算，研究腹地經(jīng)濟與港口產(chǎn)業(yè)二者之間發(fā)展的相似程度。

在將上海港、寧波—舟山港和深圳港港口腹地GDP與集裝箱吞吐量時間序列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為網(wǎng)絡(luò)后，進一步計算了兩者的網(wǎng)絡(luò)相似度，如表1所示。從網(wǎng)絡(luò)相似度出發(fā)，可以清楚地發(fā)現(xiàn)，上海港、寧波—舟山港和深圳港港口腹地GDP與集裝箱吞吐量時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度均為1.00，說明港城系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高度相似，腹地經(jīng)濟水平和港口發(fā)展較為同步，在一定程度上表明港城發(fā)展較為協(xié)同。結(jié)合國家宏觀政策分析可以發(fā)現(xiàn)，中國加入世貿(mào)組織（WTO）20年以來，在推動高水平對外開放的同時，也積極加快構(gòu)建港城協(xié)同新發(fā)展格局，城以港興，港為城用。如今，我國已基本形成環(huán)渤海、長三角、東南沿海、珠三角和西南沿海五大港口群，充分發(fā)揮港口對區(qū)域經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的輻射帶動作用?？傮w來看，通過對腹地經(jīng)濟與集裝箱吞吐量數(shù)據(jù)對比分析，隨著腹地經(jīng)濟水平的提高，貿(mào)易貨物需求量也不斷增長，帶動港口貨物和集裝箱吞吐量提高，拉動了港口及臨港產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，港口腹地GDP與集裝箱吞吐量增長趨勢擬合，發(fā)展也較為協(xié)同。但是由于兩者的發(fā)展受到諸多因素的影響，不同城市的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、發(fā)展規(guī)劃、地理限制及資源環(huán)境等存在差異，導(dǎo)致不同港口的港城協(xié)同存在差距。

3.3? 港城協(xié)同時滯效應(yīng)分析

通過對網(wǎng)絡(luò)相似度的計算可以發(fā)現(xiàn)三大集裝箱港口腹地GDP與集裝箱吞吐量時間序列網(wǎng)絡(luò)具有顯著的相似性，本節(jié)在時間序列相似度網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上進行時滯效應(yīng)分析和滯后期的測度;首先，以基準(zhǔn)年時間序列網(wǎng)絡(luò)的鄰接矩陣為xt，計算其與

yt在有效期p內(nèi)的相似度S=s，s，…，s;其次，根據(jù)公式可知，在每個階段的有效期內(nèi)，最大相似度對應(yīng)的年數(shù)，即為此階段的滯后期;最后，將每個階段所對應(yīng)的滯后期相加，即為滯后期整體時間。計算結(jié)果如表2所示。

表2展示了中國三大集裝箱港口上海港、寧波—舟山港和深圳港在2000～2020年的港城協(xié)同滯后效應(yīng)和滯后期。其中，上海港和深圳港的滯后期為4年，意味在上海港和深圳港的發(fā)展比腹地經(jīng)濟滯后4年。而寧波—舟山港的滯后期為1年，這說明寧波—舟山港的港城協(xié)同要優(yōu)先于上海港和深圳港，在一定程度上表明寧波—舟山港對腹地經(jīng)濟的變動更為敏感，反應(yīng)更加迅速。

具體來看，上海港的滯后期為4年，意味著上海市經(jīng)濟水平的提高到實現(xiàn)完全推動港口及臨港產(chǎn)業(yè)發(fā)展，所需平均時間約為4年。這主要是由于上海市作為我國國際經(jīng)貿(mào)、金融服務(wù)、交通運輸和科技創(chuàng)新中心，始終以城市整體發(fā)展為目標(biāo)，港口航運建設(shè)作為社會經(jīng)濟子系統(tǒng)配套城市系統(tǒng)建設(shè)。由于上海市具有較高的綜合發(fā)展水平，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也以第三產(chǎn)業(yè)為主，服務(wù)業(yè)發(fā)展迅速，港口及臨港產(chǎn)業(yè)對于城市整體的拉動作用成效有限，城市經(jīng)濟發(fā)展水平的提升很大程度上來自其自增長效應(yīng)，所以上海港的時滯效應(yīng)偏大。20年來，上海市“以港興城、港城聯(lián)動”，通過港口航運的輻射作用極大地提高了經(jīng)貿(mào)、交通運輸和金融等綜合實力，逐步進入城市自增長的“脫港而強”階段。但是，在當(dāng)今經(jīng)濟“雙循環(huán)”的背景下，國際貿(mào)易仍然是城市經(jīng)濟發(fā)展的重要增長點，上海市應(yīng)重視港城協(xié)調(diào)發(fā)展，加大對港口經(jīng)濟的投資和扶持，全面提升上海港和腹地經(jīng)濟協(xié)同聯(lián)動以“促港共榮”，實現(xiàn)港城系統(tǒng)良性循環(huán)，構(gòu)建新時代高質(zhì)量港城共同繁榮。寧波—舟山港的滯后期為1年，意味著寧波—舟山港及臨港產(chǎn)業(yè)的發(fā)展滯后于腹地經(jīng)濟的平均時間約為1年。相較于上海市，寧波市和舟山市的城市綜合實力較低，寧波—舟山港及其臨港產(chǎn)業(yè)的集聚效應(yīng)作為腹地城市經(jīng)濟發(fā)展的強勁動力。據(jù)統(tǒng)計，寧波—舟山港2020年完成貨物吞吐量11.72億噸，其中集裝箱吞吐量2 872萬TUE，貨物吞吐量連續(xù)第12年保持全球第一，集裝箱吞吐量繼續(xù)位列全球第三，僅次于上海港和新加坡港。寧波市和舟山市已基本實現(xiàn)工業(yè)化，城市與港口發(fā)展較為同步，都處于同規(guī)模收益增長較快的階段，所以港口對城市經(jīng)濟發(fā)展的拉動作用顯著，港口和腹地經(jīng)濟趨于良性互動發(fā)展。隨著我國經(jīng)濟發(fā)展逐步進入沿海與內(nèi)陸經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展的新時期，寧波—舟山港應(yīng)借助其獨特的港口資源優(yōu)勢，基于云計算、5G和物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)開始從傳統(tǒng)港口向智能化港口轉(zhuǎn)型，提高信息化率，從而發(fā)揮信息資源的最大效能，提高港口生產(chǎn)效益，以更好地促進腹地經(jīng)濟發(fā)展。深圳港的滯后期為4年，意味著深圳港及臨港產(chǎn)業(yè)的發(fā)展滯后于腹地經(jīng)濟的平均時間約為4年。深圳作為經(jīng)濟特區(qū)和國際化城市，港城發(fā)展演變進程同上海市相似，而深圳港也已逐步建設(shè)成為全球第三大集裝箱樞紐港。由于深圳市城市綜合實力較高，港口及其臨港產(chǎn)業(yè)在城市經(jīng)濟中所占比重較低，但是在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級與航運需求變化等多重壓力下，深圳市仍需從提高港口綜合能力著手，加強港口配套設(shè)施建設(shè)，提高港口吞吐能力和流通作業(yè)效率，釋放港口發(fā)展?jié)摿?，打造成為現(xiàn)代化國際樞紐港，以期進一步帶動深圳市對外開放水平和國際影響力。

綜上分析，港城協(xié)同時滯效應(yīng)具有規(guī)律性，港口腹地經(jīng)濟對港口產(chǎn)業(yè)的推動存在一定程度的滯后，但不同港口由于受到政治、地理、經(jīng)濟等諸多因素的影響，其港城協(xié)同的滯后期分布也有所不同，間接證明了基于時間序列網(wǎng)絡(luò)和余弦相似定理來測度滯后期的方法具有較好的穩(wěn)定性，這對制定港城協(xié)同政策具有指導(dǎo)意義。

4? 結(jié)論與不足

本文基于已有研究分析了腹地經(jīng)濟與港口產(chǎn)業(yè)的作用機理，利用2000～2020年中國三大集裝箱港口的面板數(shù)據(jù)，構(gòu)建了時間序列可視圖網(wǎng)絡(luò)，并計算港口腹地城市GDP與集裝箱吞吐量的網(wǎng)絡(luò)相似度;最后實證分析了上海港、寧波—舟山港和深圳港時間序列網(wǎng)絡(luò)的時滯效應(yīng)及滯后度。最終得出以下結(jié)論：

（1）時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度能夠反映價值轉(zhuǎn)化參數(shù)向量的映射關(guān)系，其最大相似度反映了價值轉(zhuǎn)化程度，即滯后效應(yīng)，且對應(yīng)的時間反映了滯后期;可以通過構(gòu)建各子系統(tǒng)的時間序列網(wǎng)絡(luò)并采用余弦相似定理測度系統(tǒng)隨時間推移的相似度，求解最優(yōu)映射關(guān)系以確定滯后效應(yīng)及滯后期。時間序列網(wǎng)絡(luò)相似度模型為探討復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)提供廣泛的可能性。

（2）中國三大集裝箱港口上海港、寧波—舟山港和深圳港的港城時間序列網(wǎng)絡(luò)最大相似度均為1.00，表明港城系統(tǒng)時間序列網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)高度相似，腹地經(jīng)濟水平和港口發(fā)展較為同步。

（3）上海港、寧波—舟山港和深圳港的港城協(xié)同時滯效應(yīng)滯后期分別為4年、1年和4年，這主要是由于不同港口的規(guī)劃和管理受到現(xiàn)實中政治、地理、經(jīng)濟等方面因素的影響，其港城協(xié)同時滯效應(yīng)也會有所差異。

本文的研究結(jié)論對我國港城協(xié)同發(fā)展具有一定的啟示，總體而言，經(jīng)濟的高速增長伴隨著貿(mào)易量的增長，促進了港口及臨港產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，而港口產(chǎn)業(yè)的繁榮，也會推動港城經(jīng)濟的高質(zhì)量持續(xù)發(fā)展。因此重視港城協(xié)同及其時滯效應(yīng)對于我國新時代區(qū)域均衡高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。通過上述分析，本研究的主要貢獻為：在理論方面，構(gòu)建了一套較為完整的港城系統(tǒng)時滯效應(yīng)分析框架，論證了系統(tǒng)時間序列網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的映射關(guān)系，構(gòu)建了測度時滯效應(yīng)的模型，為研究多階段時滯效應(yīng)提供了思路和可行性。在實踐方面，對港城系統(tǒng)的時滯效應(yīng)及滯后期進行衡量和觀測，提供了滯后期計算的理論依據(jù)，有助于港城協(xié)同發(fā)展的政策制定。但是，本研究在進行實證時，僅考慮到了港口腹地GDP和港口吞吐量兩個指標(biāo)，缺乏全面性和合理性，沒有考慮對港城系統(tǒng)有影響的經(jīng)濟和政策等外部因素，將在未來研究通過構(gòu)建全面的港城系統(tǒng)綜合指標(biāo)體系進行突破，以便進一步提高港城協(xié)同時滯效應(yīng)研究的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。

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