中国沿海地区人海关系地域系统脆弱性时空分异与影响因素研究

潘 晗,李 博

(辽宁师范大学 海洋经济与可持续发展研究中心,辽宁 大连 116029)

1 引言

脆弱性研究起源于自然灾害领域。20世纪60年代,全球对脆弱性的研究领域不断扩大,从起初关注系统层面扩展到对耦合系统的多重扰动进行分析,从对特定尺度上的分析到跨尺度、多因素对耦合系统的脆弱性进行系统分析,脆弱性研究领域逐渐向多学科交叉趋势发展[1,2]。“人地系统”是地理学研究的重点之一,但随着海洋经济的发展,“人海关系”逐渐成为“人地系统”的研究侧重点[3]。人海关系地域系统既受到陆域系统的影响,又与海洋本身的性质有关[4,5]。在探索人海关系过程中,面临的经济、社会、资源环境等问题就是脆弱性的根本体现。我们认为:人海关系地域系统脆弱性是在人类、陆地、海洋三者相互作用过程中系统对经济、社会、资源环境等内外部扰动因素的敏感性程度所显现出的应对能力缺乏一种自身固有的属性。人海关系地域系统脆弱性包含经济、社会、资源环境三个子系统的脆弱性,三个子系统在一定的时空尺度内相互作用、相互制约，共同构成了人海关系的地域系统。

目前,国外的相关研究主要集中在海洋生态环境、海洋灾害等方面。乔丹奥斯兰[6]考虑到宏观气候因素对沿海湿地进行了脆弱性评估,凯斯[7]研究了飓风等海洋灾害对渔业脆弱性的影响。国内的相关研究主要集中在对海洋经济系统、海洋灾害等方面的脆弱性评估。孙才志[8]运用WSBM模型测算我国沿海17个城市的海洋经济脆弱性;李博[9]通过集对分析法分析了我国沿海地区海洋经济脆弱性的时空分异特征;石先武[10]对风暴潮灾害脆弱性的研究现状和研究重点进行了综述评析;袁顺[11]研究了我国沿海省市海洋灾害的脆弱性程度及其驱动因素。

21世纪以来,我国海洋经济发展取得了巨大的成就,但随之而来的问题也逐渐显现,人类与海洋、人类与陆地、陆地与海洋间的矛盾日益加剧。人类活动带来的温室气体、海洋污染物排放等严重威胁着海洋生态环境[12];海洋产业结构不合理,海洋科技支撑力弱成为海洋产业升级的“绊脚石”[13];海洋资源开发无序,资源退化与海洋资源开发不足并存加剧了海洋资源环境的不稳定性[14];海洋灾害频发对我国沿海渔业经济和环境的破坏与海洋生态文明建设背道而驰[15],这些问题动荡着沿海地区人海关系地域系统的稳定性。从已有研究看,对沿海地区人海关系地域系统脆弱性研究主要以建立评价指标体系,运用不同的数理方法对脆弱性进行测度,较常用的方法有集对分析法[16]、综合指数法[17]、神经网络法[18]、函数模型法[19]等。多数研究以对脆弱性的测度为主,缺乏统一的人海关系地域系统脆弱性的研究框架,对脆弱性的影响机制与影响因素分析较少。因此,本文基于人海关系地域系统脆弱性的内涵,尝试性地构建经济—社会—资源环境耦合系统的分析框架和评价体系,并探讨其时空分异特征及影响机制,为降低我国沿海地区人海关系地域系统的脆弱性提供科学指导,以实现人海关系的可持续发展。

2 研究区域概况与数据来源

2.1 研究区域概况

由于受数据的限制,本文的研究对象是我国沿海地区的11个省份(未包括香港与澳门特别行政区和台湾地区),分别为天津、河北、辽宁、山东、江苏、上海、浙江、福建、广东、广西与海南。我国沿海地区的国土总面积为128.09万km2,约占国土总面积的13.3%,由43%的人口数造就了60%的经济总量。我国大陆海岸线长达1.8万km,滩涂资源总面积达217.09万km2。 近年来我国海洋经济持续稳定增长,在国民经济中占有举足轻重的地位，然而海洋生态风险突出与海洋灾害频发抑制了沿海地区的经济发展。2011—2016年,我国约78%的排污口水质劣于四类海水水质标准,海面垃圾平均密度为65kg/km2,风暴潮灾害平均每年造成90%以上的直接经济损失。

2.2 指标体系构建与数据来源

人海关系地域系统脆弱性是一个具有多维度、时空动态和可调性概念,包含了经济、社会和资源环境三个子系统的脆弱性。而每个子系统主要由包括敏感性和应对能力两个构成要素。本文综合考虑了三个子系统之间的相互作用,以反映其整体的脆弱性(图1)。

图1 人海关系地域系统脆弱性分析框架

经济子系统脆弱性包含经济总量、经济结构、经济效益、经济增长等方面[20]。我国沿海地区丰富的海洋资源是发展海洋经济的基础条件,但长期依赖海洋资源发展的传统优势产业面临衰退,新兴海洋产业的增加值较低,海洋经济增长压力和产业结构偏离制约着我国海洋经济的稳步发展。而雄厚的海洋经济实力是沿海地区抵御扰动的物质保障,完善产业结构是海洋经济可持续发展的保证。社会子系统脆弱性主要包括人口与人力资源、生活水平、科教实力等要素。人类是社会发展的动力,人类的生产活动带动了海洋经济的发展[21],但过度的人口压力和就业压力会影响社会稳定。人类的生活质量反映了社会对海洋经济的依赖程度,科技水平是保障社会发展的第一生产力,对科研教育的投入会增大海洋经济的发展潜力,因此维持一个稳定良好的社会环境才能实现人海关系地域系统的协调发展。资源环境子系统包含海洋资源、海洋生态环境等要素。海洋资源的不合理开发和海洋生态环境破坏严重影响了人海关系的可持续发展[22],因此良好的资源环境是支撑社会稳定和海洋经济可持续发展发展的必要条件。

基于人海关系地域系统脆弱性内涵及其分析框架,并结合已有的相关研究[23,24]与沿海地区实际状况,依据数据的可获取性和代表性原则,共选取22个指标构建我国沿海地区人海关系地域系统脆弱性评价指标体系(表1)。数据来源于2002—2016年的《中国海洋统计年鉴》、《中国统计年鉴》、《中国环境统计年鉴》、《中国海洋年鉴》,部分缺失数据通过相邻年份插值获得。

3 脆弱性评价方法

3.1 熵权-topsis法

TOPSIS法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution)是一种逼近理想解的排序法,利用各评价对象的综合指标构造各指标的最优解和最劣解,并计算样本与最优解的接近程度和最劣解的远离程度[25,26]。

3.2 脆弱性函数模型

采用脆弱性函数模型评价法,基于敏感性与应对的能力两个构成要素,对系统的脆弱性(V)进行评价:系统面对扰动的敏感性程度(S)、系统对扰动产生影响的应对能力(R)。两个要素对系统的作用方向是不同的。对扰动因素的敏感性响应大,且应对能力小,则系统具有较高的脆弱性。反之,对扰动因素的敏感性响应小,并具有较强的对抗扰动的能力,则其脆弱性较低。即:

Vi=Si/Ri

(1)

式中,Vi为子系统i的脆弱性程度;Si为子系统i的敏感性程度;Ri为子系统i应对扰动因素的能力。

3.3 状态空间综合法

人海关系地域系统脆弱性状态空间有经济脆弱性(E)、社会脆弱性(P)、资源环境脆弱性(N)三个状态向量为坐标轴支撑欧式空间,每个状态向量有包含脆弱性与应对能力的变量,同时赋予各子系统不同的权重,则人海关系地域系统脆弱性可表示为:

(2)

式中,Vi为沿海地区i的人海关系地域系统脆弱性指数;|M|为从原点到相点Vi的矢量模;W1、W2、W3分别为经济子系统、社会子系统、资源环境子系统的脆弱性的权重。

4 结果及分析

4.1 脆弱性评价结果

我们将标准化后的数据作为基础数据,运用熵权-TOPSIS法计算出各系统的敏感性指数与应对的能力,将结果带入式(1)计算出各子系统的脆弱性指数,运用式(2)计算出沿海地区各省份2001—2015年人海关系地域系统的脆弱性指数(表2)。根据标准差分级法,将2001—2015年的人海关系地域系统的脆弱性指数(表2)分为四个等级,依次为低脆弱(0—0.43)、中等脆弱(0.43—0.71)、较高脆弱(0.71—0.98)、高脆弱(>0.98)。

表2 2001—2015年我国沿海地区人海关系地域系统脆弱性指数

时间分异特征:2001—2015年,我国沿海地区人海关系地域系统脆弱性指数呈现整体上升、局部突变的特性(图2)。脆弱性指数由2001年的6.735升高到2006年的8.226,最后回落到2015年的8.126,整体呈现倒“U”型发展趋势。

从我国沿海地区人海关系的变化历程来看,大致分为三个发展阶段:快速上升阶段(2001—2004年)、波动阶段(2005—2010年)、平稳阶段(2011—2015年)。2001—2004年我国沿海地区人海关系的脆弱性指数持续快速增长,年均增长0.287。此后,脆弱性指数进入波动阶段,2005年下降到7.439,2006年发生突变增到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年的脆弱性指数进入平稳阶段,5年间有小幅波动,但都基本维持在8.041左右。通过对2001—2015年我国沿海地区每年的脆弱性等级统计分析说明,大部分区域处于中度脆弱阶段。每年平均近50%的区域处于中度脆弱,低脆弱区域比例由2001年的27%降到0,较高脆弱区域比例由9%升高到27%,高脆弱区域比例保持在18%。

从经济子系统脆弱性的变化波动看,大致与人海关系地域系统脆弱性的波动一致,表明经济子系统的脆弱性程度对人海关系地域系统脆弱性程度起到决定性作用。2001年从经济子系统脆弱性的变化波动来看,大致与人海关系地域系统脆弱性的波动一致,表明经济子系统的脆弱性程度对人海关系地域系统脆弱性程度起到决定性作用。2001—2004年脆弱性持续升高了1.374,而2005年经济脆弱性指数下降到9.764。2001—2004年我国海洋生产总值占国内生产总值的比重保持在8.8%左右,而2005年增加到18026亿元,占国民经济的10%。我国海洋经济实力的增强得益于海洋产业结构的调整,海洋三次产业结构为17∶31∶52,新兴海洋产业发展迅猛,导致经济子系统脆弱性降低。2006年我国的产业优势下降,海洋经济增长势头较弱,导致经济子系统脆弱性发生突变。我国第“十一个”五年计划实施后保障了海洋经济的健康发展,海洋三次产业结构逐步调整为5∶46∶49,高于国民经济发展的增长速度,自2007后海洋经济脆弱性降低。2008年全球金融危机爆发,导致我国经济子系统敏感性指数再次增高,此后海洋经济增长的内在动力不足导致经济子系统脆弱性指数一直持续在10.849左右的较高水平。

从社会子系统脆弱性的变化看,呈现整体下降,局部波动的特征。我国社会子系统脆弱性从2001年的3.012下降到2015年的2.77；2001—2005年处于波动下降的状态,下降了约0.568,表明我国沿海地区社会子系统脆弱性降低,对抗外界扰动的应对能力不断增强。“十五”期国家加大了对教育科技事业的投入,2005年R&D经费支出2367亿元,比上年增长了20.4%,整体国民素质提升,科研实力增强。国民经济高速发展带来的农村居民人均收入增长6.2%,城镇居民人均收入增长9.6%,人民生活水平得到明显改善。2006—2009年我国社会子系统脆弱性指数稳定在2.516左右,一直维持在较低水平。2012年我国社会子系统脆弱性升高到3.043,此时社会子系统处在一个高度脆弱状态,系统易受扰动因素的影响。2013年发生了突变,社会子系统脆弱性指数降到1.873,社会子系统敏感性降低,应对能力增强。

从资源环境子系统脆弱性的变化看,整体下降,呈现波动—平稳的变化特征。2001—2015年资源环境子系统脆弱性一直处在波动状态。2001—2010年资源环境子系统脆弱性指数经历了两次大幅波动,从2001年的3.428上升到2003年的4.390,波动幅度达0.962,子系统敏感性程度增加。2007年脆弱性指数下降之后再次升高至4.359,在此期间社会脆弱性处在不稳定状态。2011—2015年脆弱性指数开始小幅波动并一直处于较低水平,社会子系统面对扰动的应对能力较强。

空间分异特征:为了进一步揭示中国沿海地区人海关系地域系统脆弱性的空间分布规律,本文运用SPSS软件进行聚类分析[27],分别将经济、社会、资源环境子系统和综合脆弱性指数划分为四个等级,依次为低脆弱、中等脆弱、较高脆弱,高脆弱,并借助ArcGIS10.0对上述分类进行了空间可视化描述(图3)。

图3 我国沿海地区经济、社会、资源环境子系统与人海关系地域系统脆弱性等级空间分布

我国沿海11个省份的人海关系地域系统脆弱性指数均值为0.708(表2),属于中等脆弱状态。海南是我国脆弱性最高的地区,脆弱性指数为1.264。河北的脆弱性最低为0.450,属于低脆弱区。地区变差系数为0.387,区域差异明显,呈现南北低、中间略高的分布状态(图3d)。对不同脆弱性等级的地区统计得出,处于低脆弱、中等脆弱地区所占比例为73%,处于高脆弱区的比例仅为9%,脆弱性以中低等级为主。由于我国沿海地区各省份海洋经济实力的差异,社会发展不一与海洋生态环境要素共同作用形成了人海关系地域系统脆弱性的空间分布特征。

我国经济子系统脆弱性指数均值为0.939,属于中等脆弱程度。其中,最高为海南(1.767),最低为上海(0.563)。最高值是最低值的3.14倍,呈现出明显的省域“极差化”特征。经济子系统脆弱性地区变差系数为0.437,区域差异相对较大,出现南北高中间低的“橄榄形”空间格局(图3a)。低脆弱与中等脆弱地区占比82%,说明我国沿海地区经济子系统脆弱性以中低脆弱度为主。低脆弱区为天津、河北、上海、江苏、广西。其中,天津、上海、江苏地区拥有良好的经济基础,海洋产业发展较为成熟,应对经济扰动因素的能力强。河北、广西经济欠发达地区由于政策的推动,加大了海洋产业发展力度,经济子系统脆弱性较低。中等脆弱区为辽宁、浙江、山东、广东，尽管这些地区海洋经济发展较早,海洋经济实力较强,但由于海洋产业结构不合理与海洋生态环境保护不足，导致此类地区的海洋经济子系统处于中等脆弱性状态。

社会子系统脆弱性指数均值为0.249,属于中等脆弱程度。其中,最高为上海(0.482),最低为海南(0.040)。社会子系统脆弱性的地区变差系数为(0.567),区域差异较大,分布不均衡(图3b)。低脆弱区为天津、河北、浙江,高脆弱区为福建、广西、海南。低脆弱区、高脆弱区均占比27%,两者之和为54%,而中等脆弱占比为36%,说明社会子系统的脆弱性呈现两头较多,中间较少的特征。低脆弱区与高脆弱区社会人力资源水平差异对海洋科教投入力度等因素导致社会子系统应对能力不同而造成脆弱性差异。

资源环境子系统脆弱性指数均值为0.339,属于中等脆弱程度。其中,最高为福建(0.624),最低为河北(0.180),最高值与最低值相差0.444。资源环境子系统脆弱性地区变差系数为0.442,区域差异相对较大,出现北低南高的空间格局(图3c)。低脆弱区为天津、河北、辽宁、上海、江苏；中等脆弱区为浙江、山东、广东,海南。低脆弱与中等脆弱区占比82%,说明资源环境子系统脆弱性程度较低。海洋生物多样性降低、海岛环境恶化、临港工业发展而环境监测治理力度不足导致福建、广西资源环境子系统脆弱性较高。

4.2 影响因素分析

首先,对经济子系统脆弱性、社会子系统脆弱性、资源环境子系统与人海关系地域系统脆弱性进行Pearson相关系数进行测算,结果为在0.01置信水平(双侧)上经济子系统脆弱性与综合脆弱性的相关系数为0.994,明显高于其他子系统,说明经济子系统的脆弱性与综合脆弱性存在显著的正相关关系。经济子系统脆弱性对人海关系地域系统脆弱性起主要决定性作用。为了进一步探索制约人海关系地域系统脆弱性降低的主要障碍因素,本文引入障碍度模型对包含敏感性与应对能力在内的22个指标进行考察。

(3)

式中,Ai为第i项指标对人海关系地域系统脆弱性的影响程度;wi为第i项指标的权重值;d为第i项指标的标准化值。

根据计算结果,主次排序筛选出各地区障碍度排名前五的指标为主要障碍因素(表3)。我们将所有主要障碍因子进行统计得出,海洋第二、三产业贡献率(R4)、海洋经济区位商(R2)、城镇人口失业率(S5)、单位养殖面积养殖产量(S9)、海洋灾害(风暴潮)面积(S10)出现了4次以上的障碍因素,频率最高。因此,对我国沿海地区整体而言,优化海洋产业结构、加快海洋经济发展速度、增加就业岗位,提高海域滩涂的利用情况、加强海洋灾害的防护与监测是降低人海关系地域系统脆弱性的有效途径。对不同地区而论,影响其脆弱性的因素差异较大,因此降低脆弱性的侧重点不同。影响天津“降脆”的主要因素是海洋经济增长动力不足和环境管制力度弱,未来应增强海洋经济发展的内动力,发展创新型循环海洋经济将成为重中之重。河北与江苏的涉海就业人数与海洋经济区位商是最主要的障碍因素,应大力发展新兴海洋产业,提高海洋经济发展效率。此外,河北应重视对海洋科教的投入,提升海洋科技水平;辽宁、上海与山东应调整三次产业结构,扩大就业,保障人民生活水平;上海需加大对海洋生态环境的保护与治理力度，以保持海洋经济的可持续发展。海洋灾害对浙江、福建、广东的威胁较大,因此这些地区应加强海洋灾害的防护与应对;福建、海南的渔业产值、人均海洋捕捞量是主要的障碍因素,应控制渔业捕捞,实现海洋资源的健康持续发展;广西应加快海洋产业结构调整步伐,加强海洋环境保护,提高海洋产业的科技含量。

表3 2001—2015年人海关系地域系统脆弱性障碍因素

5 结论与讨论

5.1 结论

本文界定人海关系地域系统脆弱性的内涵,构建了人海关系地域系统的分析框架,并以经济—社会—资源环境三个子系统为基础设计评价指标体系。运用熵权TOPSIS法、脆弱性函数模型和状态空间法测度2001—2015年我国沿海地区人海关系地域系统脆弱性及其时空分异,并通过障碍度模型探究影响其脆弱性降低的主要因素。

从时间上看,各子系统脆弱性与耦合系统脆弱性时间差异显著。我国沿海地区人海关系地域系统脆弱性指数呈现整体上升,局部突变的特性，整体呈现倒“U”型的发展趋势。从经济子系统脆弱性的变化波动来看,大致与人海关系地域系统脆弱性的波动一致,社会子系统脆弱性与资源环境子系统脆弱性均呈现整体下降、局部波动的特征。

从空间上看,我国11个沿海省份的人海关系地域系统脆弱性指数区域差异明显,呈现“南北低,中间略高”的分布状态,脆弱性等级以中低等级为主。经济子系统脆弱性呈现明显的省域“极差化”特征,出现“南北高中间低”的“橄榄形”空间格局,而社会子系统脆弱性呈现低与高占比较多,中间较少的特征;资源环境子系统脆弱性区域差异较小,脆弱性程度较低缓。海洋第二三产业贡献率、海洋经济区位商、城镇人口失业率、单位养殖面积养殖产量、海洋灾害(风暴潮)面积是影响我国沿海地区人海关系地域系统脆弱性降低的主要因素。不同的地区,影响其脆弱性的因素差异较大,针对不同地区给予了不同的“降脆”措施。

5.2 讨论

从脆弱性视角研究人海关系地域系统,通过对其经济—社会—资源环境耦合系统分析,得出沿海地区的脆弱性发展特征,探究了脆弱性的影响因素。为解决人类、海洋、陆地三者之间的可持续发展问题提供科学指导。目前关于人海关系地域系统的理论研究较少,缺乏系统的概念框架,部分数据获取困难影响了指标体系的完善。丰富人海关系地域系统脆弱性理论体系,寻找新的研究方法与技术,科学预测与应对人海关系地域系统脆弱性将成为今后的研究重点。