中國沿海地區人海關系地域系統脆弱性時空分異與影響因素研究

潘 晗,李 博

(遼寧師范大學 海洋經濟與可持續發展研究中心,遼寧 大連 116029)

1 引言

脆弱性研究起源于自然災害領域。20世紀60年代,全球對脆弱性的研究領域不斷擴大,從起初關注系統層面擴展到對耦合系統的多重擾動進行分析,從對特定尺度上的分析到跨尺度、多因素對耦合系統的脆弱性進行系統分析,脆弱性研究領域逐漸向多學科交叉趨勢發展[1,2]。“人地系統”是地理學研究的重點之一,但隨著海洋經濟的發展,“人海關系”逐漸成為“人地系統”的研究側重點[3]。人海關系地域系統既受到陸域系統的影響,又與海洋本身的性質有關[4,5]。在探索人海關系過程中,面臨的經濟、社會、資源環境等問題就是脆弱性的根本體現。我們認為:人海關系地域系統脆弱性是在人類、陸地、海洋三者相互作用過程中系統對經濟、社會、資源環境等內外部擾動因素的敏感性程度所顯現出的應對能力缺乏一種自身固有的屬性。人海關系地域系統脆弱性包含經濟、社會、資源環境三個子系統的脆弱性,三個子系統在一定的時空尺度內相互作用、相互制約，共同構成了人海關系的地域系統。

目前,國外的相關研究主要集中在海洋生態環境、海洋災害等方面。喬丹奧斯蘭[6]考慮到宏觀氣候因素對沿海濕地進行了脆弱性評估,凱斯[7]研究了颶風等海洋災害對漁業脆弱性的影響。國內的相關研究主要集中在對海洋經濟系統、海洋災害等方面的脆弱性評估。孫才志[8]運用WSBM模型測算我國沿海17個城市的海洋經濟脆弱性;李博[9]通過集對分析法分析了我國沿海地區海洋經濟脆弱性的時空分異特征;石先武[10]對風暴潮災害脆弱性的研究現狀和研究重點進行了綜述評析;袁順[11]研究了我國沿海省市海洋災害的脆弱性程度及其驅動因素。

21世紀以來,我國海洋經濟發展取得了巨大的成就,但隨之而來的問題也逐漸顯現,人類與海洋、人類與陸地、陸地與海洋間的矛盾日益加劇。人類活動帶來的溫室氣體、海洋污染物排放等嚴重威脅著海洋生態環境[12];海洋產業結構不合理,海洋科技支撐力弱成為海洋產業升級的“絆腳石”[13];海洋資源開發無序,資源退化與海洋資源開發不足并存加劇了海洋資源環境的不穩定性[14];海洋災害頻發對我國沿海漁業經濟和環境的破壞與海洋生態文明建設背道而馳[15],這些問題動蕩著沿海地區人海關系地域系統的穩定性。從已有研究看,對沿海地區人海關系地域系統脆弱性研究主要以建立評價指標體系,運用不同的數理方法對脆弱性進行測度,較常用的方法有集對分析法[16]、綜合指數法[17]、神經網絡法[18]、函數模型法[19]等。多數研究以對脆弱性的測度為主,缺乏統一的人海關系地域系統脆弱性的研究框架,對脆弱性的影響機制與影響因素分析較少。因此,本文基于人海關系地域系統脆弱性的內涵,嘗試性地構建經濟—社會—資源環境耦合系統的分析框架和評價體系,并探討其時空分異特征及影響機制,為降低我國沿海地區人海關系地域系統的脆弱性提供科學指導,以實現人海關系的可持續發展。

2 研究區域概況與數據來源

2.1 研究區域概況

由于受數據的限制,本文的研究對象是我國沿海地區的11個省份(未包括香港與澳門特別行政區和臺灣地區),分別為天津、河北、遼寧、山東、江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西與海南。我國沿海地區的國土總面積為128.09萬km2,約占國土總面積的13.3%,由43%的人口數造就了60%的經濟總量。我國大陸海岸線長達1.8萬km,灘涂資源總面積達217.09萬km2。 近年來我國海洋經濟持續穩定增長,在國民經濟中占有舉足輕重的地位，然而海洋生態風險突出與海洋災害頻發抑制了沿海地區的經濟發展。2011—2016年,我國約78%的排污口水質劣于四類海水水質標準,海面垃圾平均密度為65kg/km2,風暴潮災害平均每年造成90%以上的直接經濟損失。

2.2 指標體系構建與數據來源

人海關系地域系統脆弱性是一個具有多維度、時空動態和可調性概念,包含了經濟、社會和資源環境三個子系統的脆弱性。而每個子系統主要由包括敏感性和應對能力兩個構成要素。本文綜合考慮了三個子系統之間的相互作用,以反映其整體的脆弱性(圖1)。

圖1 人海關系地域系統脆弱性分析框架

經濟子系統脆弱性包含經濟總量、經濟結構、經濟效益、經濟增長等方面[20]。我國沿海地區豐富的海洋資源是發展海洋經濟的基礎條件,但長期依賴海洋資源發展的傳統優勢產業面臨衰退,新興海洋產業的增加值較低,海洋經濟增長壓力和產業結構偏離制約著我國海洋經濟的穩步發展。而雄厚的海洋經濟實力是沿海地區抵御擾動的物質保障,完善產業結構是海洋經濟可持續發展的保證。社會子系統脆弱性主要包括人口與人力資源、生活水平、科教實力等要素。人類是社會發展的動力,人類的生產活動帶動了海洋經濟的發展[21],但過度的人口壓力和就業壓力會影響社會穩定。人類的生活質量反映了社會對海洋經濟的依賴程度,科技水平是保障社會發展的第一生產力,對科研教育的投入會增大海洋經濟的發展潛力,因此維持一個穩定良好的社會環境才能實現人海關系地域系統的協調發展。資源環境子系統包含海洋資源、海洋生態環境等要素。海洋資源的不合理開發和海洋生態環境破壞嚴重影響了人海關系的可持續發展[22],因此良好的資源環境是支撐社會穩定和海洋經濟可持續發展發展的必要條件。

基于人海關系地域系統脆弱性內涵及其分析框架,并結合已有的相關研究[23,24]與沿海地區實際狀況,依據數據的可獲取性和代表性原則,共選取22個指標構建我國沿海地區人海關系地域系統脆弱性評價指標體系(表1)。數據來源于2002—2016年的《中國海洋統計年鑒》、《中國統計年鑒》、《中國環境統計年鑒》、《中國海洋年鑒》,部分缺失數據通過相鄰年份插值獲得。

3 脆弱性評價方法

3.1 熵權-topsis法

TOPSIS法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)是一種逼近理想解的排序法,利用各評價對象的綜合指標構造各指標的最優解和最劣解,并計算樣本與最優解的接近程度和最劣解的遠離程度[25,26]。

3.2 脆弱性函數模型

采用脆弱性函數模型評價法,基于敏感性與應對的能力兩個構成要素,對系統的脆弱性(V)進行評價:系統面對擾動的敏感性程度(S)、系統對擾動產生影響的應對能力(R)。兩個要素對系統的作用方向是不同的。對擾動因素的敏感性響應大,且應對能力小,則系統具有較高的脆弱性。反之,對擾動因素的敏感性響應小,并具有較強的對抗擾動的能力,則其脆弱性較低。即:

Vi=Si/Ri

(1)

式中,Vi為子系統i的脆弱性程度;Si為子系統i的敏感性程度;Ri為子系統i應對擾動因素的能力。

3.3 狀態空間綜合法

人海關系地域系統脆弱性狀態空間有經濟脆弱性(E)、社會脆弱性(P)、資源環境脆弱性(N)三個狀態向量為坐標軸支撐歐式空間,每個狀態向量有包含脆弱性與應對能力的變量,同時賦予各子系統不同的權重,則人海關系地域系統脆弱性可表示為:

(2)

式中,Vi為沿海地區i的人海關系地域系統脆弱性指數;|M|為從原點到相點Vi的矢量模;W1、W2、W3分別為經濟子系統、社會子系統、資源環境子系統的脆弱性的權重。

4 結果及分析

4.1 脆弱性評價結果

我們將標準化后的數據作為基礎數據,運用熵權-TOPSIS法計算出各系統的敏感性指數與應對的能力,將結果帶入式(1)計算出各子系統的脆弱性指數,運用式(2)計算出沿海地區各省份2001—2015年人海關系地域系統的脆弱性指數(表2)。根據標準差分級法,將2001—2015年的人海關系地域系統的脆弱性指數(表2)分為四個等級,依次為低脆弱(0—0.43)、中等脆弱(0.43—0.71)、較高脆弱(0.71—0.98)、高脆弱(>0.98)。

表2 2001—2015年我國沿海地區人海關系地域系統脆弱性指數

時間分異特征:2001—2015年,我國沿海地區人海關系地域系統脆弱性指數呈現整體上升、局部突變的特性(圖2)。脆弱性指數由2001年的6.735升高到2006年的8.226,最后回落到2015年的8.126,整體呈現倒“U”型發展趨勢。

從我國沿海地區人海關系的變化歷程來看,大致分為三個發展階段:快速上升階段(2001—2004年)、波動階段(2005—2010年)、平穩階段(2011—2015年)。2001—2004年我國沿海地區人海關系的脆弱性指數持續快速增長,年均增長0.287。此后,脆弱性指數進入波動階段,2005年下降到7.439,2006年發生突變增到8.359,之后一直下降到2008年的7.834,2009年小幅上升0.003后又下降。2011—2005年的脆弱性指數進入平穩階段,5年間有小幅波動,但都基本維持在8.041左右。通過對2001—2015年我國沿海地區每年的脆弱性等級統計分析說明,大部分區域處于中度脆弱階段。每年平均近50%的區域處于中度脆弱,低脆弱區域比例由2001年的27%降到0,較高脆弱區域比例由9%升高到27%,高脆弱區域比例保持在18%。

從經濟子系統脆弱性的變化波動看,大致與人海關系地域系統脆弱性的波動一致,表明經濟子系統的脆弱性程度對人海關系地域系統脆弱性程度起到決定性作用。2001年從經濟子系統脆弱性的變化波動來看,大致與人海關系地域系統脆弱性的波動一致,表明經濟子系統的脆弱性程度對人海關系地域系統脆弱性程度起到決定性作用。2001—2004年脆弱性持續升高了1.374,而2005年經濟脆弱性指數下降到9.764。2001—2004年我國海洋生產總值占國內生產總值的比重保持在8.8%左右,而2005年增加到18026億元,占國民經濟的10%。我國海洋經濟實力的增強得益于海洋產業結構的調整,海洋三次產業結構為17∶31∶52,新興海洋產業發展迅猛,導致經濟子系統脆弱性降低。2006年我國的產業優勢下降,海洋經濟增長勢頭較弱,導致經濟子系統脆弱性發生突變。我國第“十一個”五年計劃實施后保障了海洋經濟的健康發展,海洋三次產業結構逐步調整為5∶46∶49,高于國民經濟發展的增長速度,自2007后海洋經濟脆弱性降低。2008年全球金融危機爆發,導致我國經濟子系統敏感性指數再次增高,此后海洋經濟增長的內在動力不足導致經濟子系統脆弱性指數一直持續在10.849左右的較高水平。

從社會子系統脆弱性的變化看,呈現整體下降,局部波動的特征。我國社會子系統脆弱性從2001年的3.012下降到2015年的2.77；2001—2005年處于波動下降的狀態,下降了約0.568,表明我國沿海地區社會子系統脆弱性降低,對抗外界擾動的應對能力不斷增強?！笆濉逼趪壹哟罅藢逃萍际聵I的投入,2005年R&D經費支出2367億元,比上年增長了20.4%,整體國民素質提升,科研實力增強。國民經濟高速發展帶來的農村居民人均收入增長6.2%,城鎮居民人均收入增長9.6%,人民生活水平得到明顯改善。2006—2009年我國社會子系統脆弱性指數穩定在2.516左右,一直維持在較低水平。2012年我國社會子系統脆弱性升高到3.043,此時社會子系統處在一個高度脆弱狀態,系統易受擾動因素的影響。2013年發生了突變,社會子系統脆弱性指數降到1.873,社會子系統敏感性降低,應對能力增強。

從資源環境子系統脆弱性的變化看,整體下降,呈現波動—平穩的變化特征。2001—2015年資源環境子系統脆弱性一直處在波動狀態。2001—2010年資源環境子系統脆弱性指數經歷了兩次大幅波動,從2001年的3.428上升到2003年的4.390,波動幅度達0.962,子系統敏感性程度增加。2007年脆弱性指數下降之后再次升高至4.359,在此期間社會脆弱性處在不穩定狀態。2011—2015年脆弱性指數開始小幅波動并一直處于較低水平,社會子系統面對擾動的應對能力較強。

空間分異特征:為了進一步揭示中國沿海地區人海關系地域系統脆弱性的空間分布規律,本文運用SPSS軟件進行聚類分析[27],分別將經濟、社會、資源環境子系統和綜合脆弱性指數劃分為四個等級,依次為低脆弱、中等脆弱、較高脆弱,高脆弱,并借助ArcGIS10.0對上述分類進行了空間可視化描述(圖3)。

圖3 我國沿海地區經濟、社會、資源環境子系統與人海關系地域系統脆弱性等級空間分布

我國沿海11個省份的人海關系地域系統脆弱性指數均值為0.708(表2),屬于中等脆弱狀態。海南是我國脆弱性最高的地區,脆弱性指數為1.264。河北的脆弱性最低為0.450,屬于低脆弱區。地區變差系數為0.387,區域差異明顯,呈現南北低、中間略高的分布狀態(圖3d)。對不同脆弱性等級的地區統計得出,處于低脆弱、中等脆弱地區所占比例為73%,處于高脆弱區的比例僅為9%,脆弱性以中低等級為主。由于我國沿海地區各省份海洋經濟實力的差異,社會發展不一與海洋生態環境要素共同作用形成了人海關系地域系統脆弱性的空間分布特征。

我國經濟子系統脆弱性指數均值為0.939,屬于中等脆弱程度。其中,最高為海南(1.767),最低為上海(0.563)。最高值是最低值的3.14倍,呈現出明顯的省域“極差化”特征。經濟子系統脆弱性地區變差系數為0.437,區域差異相對較大,出現南北高中間低的“橄欖形”空間格局(圖3a)。低脆弱與中等脆弱地區占比82%,說明我國沿海地區經濟子系統脆弱性以中低脆弱度為主。低脆弱區為天津、河北、上海、江蘇、廣西。其中,天津、上海、江蘇地區擁有良好的經濟基礎,海洋產業發展較為成熟,應對經濟擾動因素的能力強。河北、廣西經濟欠發達地區由于政策的推動,加大了海洋產業發展力度,經濟子系統脆弱性較低。中等脆弱區為遼寧、浙江、山東、廣東，盡管這些地區海洋經濟發展較早,海洋經濟實力較強,但由于海洋產業結構不合理與海洋生態環境保護不足，導致此類地區的海洋經濟子系統處于中等脆弱性狀態。

社會子系統脆弱性指數均值為0.249,屬于中等脆弱程度。其中,最高為上海(0.482),最低為海南(0.040)。社會子系統脆弱性的地區變差系數為(0.567),區域差異較大,分布不均衡(圖3b)。低脆弱區為天津、河北、浙江,高脆弱區為福建、廣西、海南。低脆弱區、高脆弱區均占比27%,兩者之和為54%,而中等脆弱占比為36%,說明社會子系統的脆弱性呈現兩頭較多,中間較少的特征。低脆弱區與高脆弱區社會人力資源水平差異對海洋科教投入力度等因素導致社會子系統應對能力不同而造成脆弱性差異。

資源環境子系統脆弱性指數均值為0.339,屬于中等脆弱程度。其中,最高為福建(0.624),最低為河北(0.180),最高值與最低值相差0.444。資源環境子系統脆弱性地區變差系數為0.442,區域差異相對較大,出現北低南高的空間格局(圖3c)。低脆弱區為天津、河北、遼寧、上海、江蘇；中等脆弱區為浙江、山東、廣東,海南。低脆弱與中等脆弱區占比82%,說明資源環境子系統脆弱性程度較低。海洋生物多樣性降低、海島環境惡化、臨港工業發展而環境監測治理力度不足導致福建、廣西資源環境子系統脆弱性較高。

4.2 影響因素分析

首先,對經濟子系統脆弱性、社會子系統脆弱性、資源環境子系統與人海關系地域系統脆弱性進行Pearson相關系數進行測算,結果為在0.01置信水平(雙側)上經濟子系統脆弱性與綜合脆弱性的相關系數為0.994,明顯高于其他子系統,說明經濟子系統的脆弱性與綜合脆弱性存在顯著的正相關關系。經濟子系統脆弱性對人海關系地域系統脆弱性起主要決定性作用。為了進一步探索制約人海關系地域系統脆弱性降低的主要障礙因素,本文引入障礙度模型對包含敏感性與應對能力在內的22個指標進行考察。

(3)

式中,Ai為第i項指標對人海關系地域系統脆弱性的影響程度;wi為第i項指標的權重值;d為第i項指標的標準化值。

根據計算結果,主次排序篩選出各地區障礙度排名前五的指標為主要障礙因素(表3)。我們將所有主要障礙因子進行統計得出,海洋第二、三產業貢獻率(R4)、海洋經濟區位商(R2)、城鎮人口失業率(S5)、單位養殖面積養殖產量(S9)、海洋災害(風暴潮)面積(S10)出現了4次以上的障礙因素,頻率最高。因此,對我國沿海地區整體而言,優化海洋產業結構、加快海洋經濟發展速度、增加就業崗位,提高海域灘涂的利用情況、加強海洋災害的防護與監測是降低人海關系地域系統脆弱性的有效途徑。對不同地區而論,影響其脆弱性的因素差異較大,因此降低脆弱性的側重點不同。影響天津“降脆”的主要因素是海洋經濟增長動力不足和環境管制力度弱,未來應增強海洋經濟發展的內動力,發展創新型循環海洋經濟將成為重中之重。河北與江蘇的涉海就業人數與海洋經濟區位商是最主要的障礙因素,應大力發展新興海洋產業,提高海洋經濟發展效率。此外,河北應重視對海洋科教的投入,提升海洋科技水平;遼寧、上海與山東應調整三次產業結構,擴大就業,保障人民生活水平;上海需加大對海洋生態環境的保護與治理力度，以保持海洋經濟的可持續發展。海洋災害對浙江、福建、廣東的威脅較大,因此這些地區應加強海洋災害的防護與應對;福建、海南的漁業產值、人均海洋捕撈量是主要的障礙因素,應控制漁業捕撈,實現海洋資源的健康持續發展;廣西應加快海洋產業結構調整步伐,加強海洋環境保護,提高海洋產業的科技含量。

表3 2001—2015年人海關系地域系統脆弱性障礙因素

5 結論與討論

5.1 結論

本文界定人海關系地域系統脆弱性的內涵,構建了人海關系地域系統的分析框架,并以經濟—社會—資源環境三個子系統為基礎設計評價指標體系。運用熵權TOPSIS法、脆弱性函數模型和狀態空間法測度2001—2015年我國沿海地區人海關系地域系統脆弱性及其時空分異,并通過障礙度模型探究影響其脆弱性降低的主要因素。

從時間上看,各子系統脆弱性與耦合系統脆弱性時間差異顯著。我國沿海地區人海關系地域系統脆弱性指數呈現整體上升,局部突變的特性，整體呈現倒“U”型的發展趨勢。從經濟子系統脆弱性的變化波動來看,大致與人海關系地域系統脆弱性的波動一致,社會子系統脆弱性與資源環境子系統脆弱性均呈現整體下降、局部波動的特征。

從空間上看,我國11個沿海省份的人海關系地域系統脆弱性指數區域差異明顯,呈現“南北低,中間略高”的分布狀態,脆弱性等級以中低等級為主。經濟子系統脆弱性呈現明顯的省域“極差化”特征,出現“南北高中間低”的“橄欖形”空間格局,而社會子系統脆弱性呈現低與高占比較多,中間較少的特征;資源環境子系統脆弱性區域差異較小,脆弱性程度較低緩。海洋第二三產業貢獻率、海洋經濟區位商、城鎮人口失業率、單位養殖面積養殖產量、海洋災害(風暴潮)面積是影響我國沿海地區人海關系地域系統脆弱性降低的主要因素。不同的地區,影響其脆弱性的因素差異較大,針對不同地區給予了不同的“降脆”措施。

5.2 討論

從脆弱性視角研究人海關系地域系統,通過對其經濟—社會—資源環境耦合系統分析,得出沿海地區的脆弱性發展特征,探究了脆弱性的影響因素。為解決人類、海洋、陸地三者之間的可持續發展問題提供科學指導。目前關于人海關系地域系統的理論研究較少,缺乏系統的概念框架,部分數據獲取困難影響了指標體系的完善。豐富人海關系地域系統脆弱性理論體系,尋找新的研究方法與技術,科學預測與應對人海關系地域系統脆弱性將成為今后的研究重點。