孫才志, 曹 強, 鄒 瑋

基于熵效率模型的環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性研究

孫才志, 曹 強, 鄒 瑋

（遼寧師范大學(xué) 海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心, 遼寧 大連 116029）

可持續(xù)發(fā)展理論難以深入解釋區(qū)域經(jīng)濟(jì)為何能在擾動因素下保持增長, 而“韌性”是解析區(qū)域經(jīng)濟(jì)演化的重要概念. 本文基于演化韌性視角, 提出海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性概念, 建立以信息熵為基礎(chǔ)的評價體系, 并構(gòu)建熵投入和熵產(chǎn)出的熵效率模型, 應(yīng)用SBM模型測算環(huán)渤海地區(qū)17個沿海城市在16年間的海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)熵效率, 最后分析了海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)熵變過程及韌性的演化規(guī)律與機制. 研究表明2000~2015年環(huán)渤海地區(qū): (1)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展與韌性水平的提升由系統(tǒng)熵流與熵產(chǎn)生所形成的負(fù)熵所驅(qū)動; (2)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性經(jīng)歷由慢到快、由差到優(yōu)的發(fā)展過程, 目前韌性整體相對較好, 城市間的差異依然顯著; (3)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的完善與韌性的提升主要依賴于海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)壓力輸出的持續(xù)減小, 以及適應(yīng)與更新能力的提升, 而受生產(chǎn)力水平與擾動因素的影響較小; (4)為保持海洋經(jīng)濟(jì)持續(xù)健康增長, 應(yīng)在強調(diào)可持續(xù)發(fā)展的同時, 注重提升海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的韌性水平.

韌性; 海洋經(jīng)濟(jì); 熵效率模型; 演化韌性; 環(huán)渤海地區(qū)

全球化浪潮和國際秩序使現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)編織在一個非線性的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中, 氣候變化、生態(tài)脆弱、逆全球化浪潮、地緣政治敏感以及貿(mào)易沖突等多種不確定因素使區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展在可持續(xù)理論框架下變得難以預(yù)測[1-2]. 為解釋不同地區(qū)經(jīng)濟(jì)抵御沖擊和恢復(fù)能力的差異, 韌性概念被引入經(jīng)濟(jì)地理研究中[3-5], 并成為繼“綠色”“可持續(xù)”“精明增長”等之后又一在全球范圍內(nèi)影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要理念[6]. 總體來看, 韌性概念及內(nèi)涵經(jīng)歷了從單一平衡的工程韌性到多重平衡的生態(tài)韌性, 再到循環(huán)動態(tài)的適應(yīng)韌性的發(fā)展歷程, 并從追求系統(tǒng)平衡轉(zhuǎn)向強調(diào)系統(tǒng)適應(yīng)性和更新能力[7-9]. 早期, 韌性在物理視角下被理解為系統(tǒng)在不改變自身結(jié)構(gòu)、功能和同一性的前提下所能承受的干擾量. 隨后, Holling在生態(tài)學(xué)領(lǐng)域承認(rèn)系統(tǒng)的多重平衡, 并將韌性拓展為不僅可以使系統(tǒng)恢復(fù)到原始的平衡狀態(tài), 還可以使之從一種平衡狀態(tài)向另一種平衡狀態(tài)轉(zhuǎn)化. 接著, 基于演進(jìn)理論的學(xué)者認(rèn)為區(qū)域是由外界獲取新知識并不斷發(fā)展演化的復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)[10], 并把韌性定義為區(qū)域不斷調(diào)整自身社會經(jīng)濟(jì)和制度結(jié)構(gòu)以適應(yīng)外部環(huán)境變化并持續(xù)增長的能力. 目前, 國外對經(jīng)濟(jì)韌性開展了大量理論與實證研究并取得豐碩成果[8,11], 國內(nèi)則處于理論引入階段, 實證研究零星分布于城市地理研究[12].

我國是海洋大國, 海洋經(jīng)濟(jì)關(guān)乎沿海地區(qū)乃至我國經(jīng)濟(jì)的整體穩(wěn)定性與發(fā)展[13]. 現(xiàn)階段, 我國經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入“新常態(tài)”的攻堅期, 面對著趨勢性因素、周期性因素以及不確定因素的多重疊加, 經(jīng)濟(jì)的下行壓力十分明顯. 而海洋經(jīng)濟(jì)相比陸域經(jīng)濟(jì)更具開放性、敏感性和復(fù)雜性, 國家提出“我國經(jīng)濟(jì)韌性好”的整體判斷與“建設(shè)海洋強國”的宏大戰(zhàn)略是否具有海洋經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ), 海洋經(jīng)濟(jì)如何適應(yīng)諸多不利因素并保持增長, 以及海洋經(jīng)濟(jì)韌性怎樣進(jìn)行時空演化與分異等問題值得學(xué)界進(jìn)行深入探究與論證. 目前, 國內(nèi)關(guān)于海洋經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的研究主要以資源生態(tài)承載力[14-15]、生態(tài)經(jīng)濟(jì)效率[16-17]、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)[18-19]、脆弱性[20-21]等為視角, 側(cè)重提升系統(tǒng)消除不確定因素影響的能力,而較少考慮海洋經(jīng)濟(jì)對擾動因素的適應(yīng)能力. 從研究尺度來看, 目前國內(nèi)關(guān)于海洋經(jīng)濟(jì)的研究主要以省域為尺度, 并圍繞沿海11省市展開. 演化經(jīng)濟(jì)地理學(xué)認(rèn)為區(qū)域經(jīng)濟(jì)是一個有機整體, 其研究對象應(yīng)該是連續(xù)的, 研究尺度應(yīng)盡量微觀. 因此, 有必要對較小尺度的市域單元在較長時間范圍進(jìn)行研究, 從而更深入地分析與揭示海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的韌性水平、演化過程及發(fā)生機制, 以便為沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展提供更為切實的理論與決策支持.

基于此, 本文提出海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性概念, 并將其定義為海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在不利因素的擾動和沖擊下, 依靠不斷調(diào)整自身結(jié)構(gòu)和組成要素以適應(yīng)內(nèi)外環(huán)境變化并保持增長的能力. 同時, 本文基于信息熵模型構(gòu)建了海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性指標(biāo)體系, 提出了熵效率模型, 計算了17個沿海城市的海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)熵效率, 最后分析了韌性的演化規(guī)律與驅(qū)動機制, 以期為海洋經(jīng)濟(jì)研究與發(fā)展提供新的視角和理念.

1 研究區(qū)域

1.1 區(qū)域概況

環(huán)渤海地區(qū)是指由環(huán)繞渤海全部及黃海部分地區(qū)所形成的經(jīng)濟(jì)區(qū)域, 涵蓋17個沿海城市(圖1). 環(huán)渤海地區(qū)作為我國沿海經(jīng)濟(jì)增長“三極”之一, 其經(jīng)濟(jì)占全國比重較大, 人口分布極為集中, 對我國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定與發(fā)展具有重要意義. 改革開放40年來, 環(huán)渤海地區(qū)快速發(fā)展, 17個城市已呈現(xiàn)出不同的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)與狀態(tài)(圖1).

圖1 2015年環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)基本狀況

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以環(huán)渤海地區(qū)17個沿海城市為研究對象, 限于統(tǒng)計數(shù)據(jù)具有延時性和有限性, 數(shù)據(jù)主要源于2001~2016年的《中國海洋統(tǒng)計年鑒》《中國區(qū)域經(jīng)濟(jì)年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》《中國城市統(tǒng)計年鑒》以及各省市統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計公報. 其中海洋產(chǎn)業(yè)全員勞動生產(chǎn)率、百萬元生產(chǎn)總值捕撈量、百萬元生產(chǎn)總值耗電量、環(huán)境污染指數(shù)、海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)與就業(yè)結(jié)構(gòu)偏離系數(shù)、海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換率、海洋產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)熵等數(shù)據(jù)根據(jù)年鑒數(shù)據(jù)綜合處理得到.

2 研究方法與指標(biāo)體系

2.1 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的熵變過程和熵效率模型

2.1.1海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的熵變過程

1948年, Shannon將熵引入信息論, 并將其命名為“信息熵”, 用以反映系統(tǒng)的無序度以及判斷系統(tǒng)演化的方向. 耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為, 遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性開放系統(tǒng)不斷與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換, 促使系統(tǒng)通過漲落及突變由原本混沌無序狀態(tài)向一種在時間、空間或功能上新的有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變[22]. 從本質(zhì)上講, 耗散結(jié)構(gòu)就是由系統(tǒng)輸入與輸出所形成的宏觀有序, 始終處于動態(tài)變化中的平衡. 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是與外界有著廣泛的物質(zhì)、能量和信息交換的非線性開放系統(tǒng), 且具有動態(tài)性、代謝性和自組織性等復(fù)雜系統(tǒng)的一般特征, 其結(jié)構(gòu)隨外部擾動和內(nèi)部漲落的變化而發(fā)生著結(jié)構(gòu)性的演替和變化, 是一種動態(tài)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu), 符合耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的預(yù)定假設(shè), 具有耗散結(jié)構(gòu)的一切特征[23].

從熵的角度看, 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的演化過程就是通過系統(tǒng)的輸入與輸出, 使得舊的結(jié)構(gòu)不斷解體和新的耗散結(jié)構(gòu)不斷形成的過程. 因此, 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的演化過程以及系統(tǒng)狀態(tài)可以用耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)熵變來表征.

依據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論和海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特征以及性質(zhì), 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的熵變過程可分為2個部分: (1)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息交換時產(chǎn)生的熵變, 稱為“熵流”, 主要表征海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率; (2)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在發(fā)展過程中擾動因素與系統(tǒng)之間相互作用所產(chǎn)生的熵變, 稱為“熵產(chǎn)生”, 主要表征系統(tǒng)的適應(yīng)力. 總熵變?yōu)殪亓骱挽禺a(chǎn)生之和, 主要反映海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的整體演化方向.

2.1.2海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的熵效率模型

熵流、熵產(chǎn)生及總熵變只能反映系統(tǒng)的演化過程與方向, 而不能量化系統(tǒng)的韌性水平. 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性大小的本質(zhì)是系統(tǒng)應(yīng)對各種擾動因素的恢復(fù)與適應(yīng)效率. 同時, 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)是進(jìn)行效率評價最為常見的方法, 并已被證明在測度決策單元的效率方面是一種非常有效的工具. 本文基于耗散結(jié)構(gòu)和信息熵理論, 提出將壓力型輸出熵和擾動型熵作為海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的韌性投入, 將支持型輸入熵和適應(yīng)型熵作為海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的韌性產(chǎn)出, 運用DEA中的SBM模型計算海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的信息熵投入產(chǎn)出效率, 以熵效率得分反映海洋經(jīng)濟(jì)韌性的相對大小.

2.2 信息熵與熵效率計算方法

2.2.1信息熵計算

2.2.2基于SBM模型的熵效率計算

DEA從本質(zhì)上看是個“投入-產(chǎn)出”系統(tǒng)的效率評價模型[21]. 其中, Tone提出基于松弛變量測度的非徑向-非角度的SBM模型, 相比傳統(tǒng)DEA模型直接把松弛變量納入了目標(biāo)函數(shù)中, 解決了存在非期望產(chǎn)出時的效率測量問題以及投入和產(chǎn)出“松弛”問題, 具有更強的分辨率和靈活性[21]. 本文選用Tone提出的SBM模型從信息熵的“投入-產(chǎn)出”角度測度海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的熵效率.

2.3 指標(biāo)體系構(gòu)建

海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是一個涉及經(jīng)濟(jì)、自然與社會的復(fù)合性系統(tǒng), 難以用少數(shù)幾個指標(biāo)來刻畫其復(fù)雜的狀態(tài)和演化過程, 因此構(gòu)建系統(tǒng)的綜合性指標(biāo)體系在海洋經(jīng)濟(jì)研究中具有較好的適用性, 目前已被專家學(xué)者廣泛驗證與應(yīng)用. 指標(biāo)體系的構(gòu)建和具體指標(biāo)的篩選是準(zhǔn)確測度的關(guān)鍵, 本文借鑒“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)”模型, 以系統(tǒng)性、代表性以及數(shù)據(jù)可獲得性為原則, 依據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論建立以熵流和熵產(chǎn)生為基礎(chǔ)的指標(biāo)體系(圖2).

指標(biāo)體系中: (1)支持型輸入指標(biāo)主要表征海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)力水平. 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的生產(chǎn)力是多維度的綜合能力, 為全面揭示該能力, 在考慮具體產(chǎn)出能力的基礎(chǔ)上, 進(jìn)一步將影響海洋經(jīng)濟(jì)的交通與生產(chǎn)效率等因素納入其中, 同時考慮海洋經(jīng)濟(jì)對地區(qū)經(jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn), 從多維度量化海洋經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力; (2)壓力型輸出指標(biāo)主要表征海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在發(fā)展過程中對社會、資源和生態(tài)造成的壓力. 由于現(xiàn)代各產(chǎn)業(yè)之間相互交融, 海洋經(jīng)濟(jì)所產(chǎn)生的壓力難以簡單地從沿海區(qū)域經(jīng)濟(jì)中有效剝離, 同時限于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的有限性, 目前常采用綜合指標(biāo)法以測度海洋經(jīng)濟(jì)所形成的壓力. 因此, 本文以城市人口密度表征社會壓力, 以海洋養(yǎng)殖面積、百萬元海洋生產(chǎn)總值捕撈量、百萬元海洋生產(chǎn)總值耗電量表征資源壓力, 以環(huán)境污染指數(shù)、工業(yè)廢水直排入海密度表征生態(tài)壓力; (3)擾動型指標(biāo)主要表征海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的自身敏感性與遭受的脅迫性. 海洋經(jīng)濟(jì)受擾動因素的影響既有外部因素, 又有內(nèi)部基礎(chǔ). 因此, 可從敏感性與脅迫性的系統(tǒng)內(nèi)外角度對擾動型指標(biāo)進(jìn)行遴選; (4)適應(yīng)型指標(biāo)主要表征海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的適應(yīng)與更新能力. 韌性的本質(zhì)是抵御力、恢復(fù)力、再組織力以及更新力. 基于該本質(zhì), 同時考慮適應(yīng)性特征, 主要從海洋經(jīng)濟(jì)彈性、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Α⒀睾５貐^(qū)創(chuàng)新環(huán)境及環(huán)境管制與生態(tài)承載力等維度對適應(yīng)型指標(biāo)進(jìn)行篩選.

3 結(jié)果分析

3.1 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)演化的熵變分析

運用上述方法得出海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的支持型輸入熵、壓力型輸出熵、擾動型熵和適應(yīng)型熵, 并由此得出總熵變. 限于篇幅, 表1僅列出2000、2007和2015年數(shù)據(jù). 為直觀顯示數(shù)據(jù)趨勢與時空差異, 將2000~2015年熵變數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理(圖3).

表1 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)熵值

圖3 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)信息熵時空差異

(1)支持型輸入熵、壓力型輸出熵及熵流. 2000~2015年間, ①大多數(shù)城市的支持型輸入熵呈上升態(tài)勢, 且集中在2008年以前, 說明海洋經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力水平在前期得到有效提升, 后期相對放緩. 其中, 唐山與青島在2008年之后海洋產(chǎn)值增長緩慢, 海水產(chǎn)品產(chǎn)量持續(xù)下滑; 濱州海洋經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)極其薄弱, 但依賴于對海洋產(chǎn)業(yè)的持續(xù)投入, 海洋生產(chǎn)總值、海水產(chǎn)品產(chǎn)量以及勞動生產(chǎn)率不斷提高; 葫蘆島、大連與營口在經(jīng)歷上升后由于海洋經(jīng)濟(jì)增長放緩出現(xiàn)緩慢下降; 以天津為代表的其余11市在后期主要受海洋生產(chǎn)總值的影響而表現(xiàn)為小幅波動. ②壓力型輸出熵整體呈相對穩(wěn)定的下降態(tài)勢, 且集中在2005年之后. 其中, 以大連為代表的丹東、秦皇島、唐山、日照與煙臺等6市的壓力型輸出熵在2004年前為波動上升, 這主要是由于海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及城市人口的快速集聚對地區(qū)資源和生態(tài)造成的壓力持續(xù)增大; 2005年之后, 隨著國家對資源生態(tài)的重視以及海洋經(jīng)濟(jì)逐漸由第一產(chǎn)業(yè)向第二、第三產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型, 如大連與天津的工業(yè)廢水直排入海量快速下降, 使得區(qū)域生態(tài)壓力持續(xù)減小. ③總體來看, 支持型輸入熵整體上升與壓力型輸出熵持續(xù)下降, 使熵流呈現(xiàn)快速下降的態(tài)勢, 并分別在這16年的前后期起著相對較大的作用. 現(xiàn)階段, 為保持環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展, 應(yīng)在加大創(chuàng)新與開發(fā)以提高海洋經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力水平的同時, 注意提高海洋資源生態(tài)的利用效率, 以減小海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的壓力輸出.

(2)擾動型熵、適應(yīng)型熵及熵產(chǎn)生. 16年間, ①擾動型熵整體下降, 部分城市小幅波動上升. 其中, 滄州、唐山由于長期依賴于傳統(tǒng)海洋產(chǎn)業(yè)以及海洋產(chǎn)業(yè)與就業(yè)相偏離, 天津與唐山地方財政長期敏感, 天津失業(yè)率較高, 致使天津、唐山以及滄州等3市呈小幅波動上升; 以濰坊為代表的其余14個城市, 在海洋經(jīng)濟(jì)不斷得到提升的過程中, 依賴傳統(tǒng)海洋產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)業(yè)與就業(yè)相偏離、財政赤字等擾動因素持續(xù)減弱, 而呈現(xiàn)出持續(xù)或波動下降的態(tài)勢. ②適應(yīng)性韌性方面, 環(huán)渤海地區(qū)在整體穩(wěn)定中略有小幅上升, 部分城市呈小幅下降. 其中, 大連、丹東、營口、天津等4市保持相對穩(wěn)定; 秦皇島因海洋經(jīng)濟(jì)彈性水平的下降呈波動下滑態(tài)勢; 以威海為代表的其余12個城市因海洋經(jīng)濟(jì)彈性不斷提高, 海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿﹄S區(qū)域經(jīng)濟(jì)整體發(fā)展顯著擴大, 地方政府加大對資源環(huán)境的管制力度, 以及如大連、青島、煙臺和威海等城市的自然保護(hù)區(qū)不斷建立, 使得這些城市海洋經(jīng)濟(jì)的適應(yīng)與更新能力得到有效提升. ③整體來看, 熵產(chǎn)生持續(xù)下降主要得益于擾動因素不斷下降, 以及適應(yīng)與更新能力小幅上升. 海洋經(jīng)濟(jì)在發(fā)展過程中, 始終面臨著各種擾動因素的影響與沖擊. 因此, 在建立避免擾動因素機制的同時, 目前還應(yīng)重點提升海洋經(jīng)濟(jì)的適應(yīng)與更新能力, 以應(yīng)對未來發(fā)展過程中的不確定性.

(3)由總熵變來看, 16年間各城市(除唐山外)均呈現(xiàn)顯著且穩(wěn)定的下降態(tài)勢, 并呈現(xiàn)部分負(fù)值向絕大部分負(fù)值演化. 從耗散結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)演化的角度來看, 16年間環(huán)渤海地區(qū)各城市的海洋經(jīng)濟(jì)朝著更加有序和健康的方向發(fā)展. 根據(jù)對熵流和熵產(chǎn)生的解析, 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展首先得益于系統(tǒng)壓力輸出的快速下降, 其次是適應(yīng)與更新能力的整體上升, 而生產(chǎn)力的持續(xù)提升具有穩(wěn)定作用, 擾動因素的整體下降則提供了較好的發(fā)展環(huán)境. 總之, 從系統(tǒng)熵變過程來看, 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展依賴于系統(tǒng)熵流與熵產(chǎn)生所形成的負(fù)熵.

3.2 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的時空分析

通過將海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的壓力型輸出熵和擾動型熵作為投入, 將支持型熵和適應(yīng)型熵作為產(chǎn)出, 應(yīng)用SBM模型計算其熵效率, 用以反映環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的相對大小. 限于篇幅, 僅展示奇數(shù)年和2000~2015年的均值結(jié)果(表2). 從表中可知, 除唐山與葫蘆島保持基本穩(wěn)定以外, 其余15個城市整體上呈上升態(tài)勢, 說明環(huán)渤海地區(qū)在這16年間海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平以及絕大部分城市的總體水平得到不同程度的提升. 為深入探究環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的時空演化和分異過程與機制, 以下從時空角度進(jìn)行解析.

表2 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)熵效率得分

3.2.1時間演化

為從時間尺度上整體分析環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的演化, 依據(jù)熵效率得分應(yīng)用核密度估計繪制17個沿海城市2000、2005、2010、2015年等3個階段的核密度分布圖(圖4), 其分布具有以下幾個顯著特征:

首先, 從位置上看, 2000~2015年間整體呈現(xiàn)向右演進(jìn)的態(tài)勢, 熵效率的最大、最小值分別呈穩(wěn)定、波動增長, 說明環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性整體呈上升態(tài)勢. 根據(jù)核密度最大值的橫向移動距離來看, 3個階段的移動距離依次遞增, 說明環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性提升速度呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的增長.

其次, 從形狀上看, 16年間呈現(xiàn)由“瘦高型”向“矮胖型”再向“瘦高型”轉(zhuǎn)變, 且第一階核密度的峰值顯著下降, 而第三階段的峰值有所上升. 說明環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的集聚現(xiàn)象出現(xiàn)階段性緩解, 其中第一階段經(jīng)歷了由集聚走向分散的顯著過程, 第二階段保持穩(wěn)定, 第三階段則由分散向相對集聚轉(zhuǎn)變. 因此, 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性在不斷提升的過程中, 各城市之間的差距呈現(xiàn)波動變化, 差距現(xiàn)象未發(fā)生本質(zhì)變化.

最后, 從峰度上看, 16年間呈現(xiàn)由尖峰向?qū)挿逖莼恼w態(tài)勢. 同時, 根據(jù)核密度最大值對曲線劃分可以看出, 2000年曲線左側(cè)面積顯著大于右側(cè)面積, 而在2005年之后的曲線右側(cè)面積基本大于左側(cè)面積. 說明大多數(shù)城市的海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性早期分布在較低水平, 而在2005年之后則主要演化為相對較高韌性水平.

3.2.2空間分異

為分析海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的空間分異與演化過程, 選取2000、2003、2006、2009、2012、2015以及2000~2015年的平均值, 依據(jù)熵效率得分, 運用自然斷點法將韌性劃分為5級, 并制作空間分布演化圖(圖5). 從圖中可知, 2000~2015年, 環(huán)渤海地區(qū)的海洋經(jīng)濟(jì)韌性整體由極低、較低韌性向中等、較高、極高韌性演化, 空間分布存在局部集聚整體分異現(xiàn)象.

由2000~2015年的平均值可知, 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性長期處于中等、較低與較高韌性, 環(huán)渤海內(nèi)外側(cè)城市整體上存在一定差距. 其中, 以濱州、營口為代表的極低、較低韌性的5個城市, 其韌性水平長期較低; 其余12個城市為中等或較高韌性, 說明這些城市的韌性水平長期較好. 從空間分異來看, 環(huán)渤海外側(cè)城市呈現(xiàn)丹東與大連、煙臺與威海兩大中等韌性區(qū), 內(nèi)側(cè)各城市則分異明顯. 從韌性整體水平來看, 外側(cè)城市韌性水平整體略高于內(nèi)側(cè)城市水平. 這主要是由于海洋經(jīng)濟(jì)的發(fā)展依賴于海洋資源以及城市區(qū)位, 而內(nèi)側(cè)城市相對外側(cè)城市海域面積較小, 對外海上交通路線被拉長, 同時內(nèi)側(cè)城市存在一定的產(chǎn)業(yè)趨同, 區(qū)域內(nèi)部競爭在一定程度上阻礙了內(nèi)側(cè)城市的整體發(fā)展.

圖5 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性時空分布

2000~2006年, 海洋經(jīng)濟(jì)韌性整體水平得到顯著提升, 各城市間的差距顯著拉大, 2000年的局部集聚現(xiàn)象被延續(xù). 在此期間, 滄州壓力輸出與擾動因素快速下降, 濱州海洋生產(chǎn)能力與適應(yīng)能力有所提升, 使其提升為較低韌性; 濰坊與日照海洋生產(chǎn)能力快速提升, 日照適應(yīng)能力有所提高; 丹東、盤錦、錦州、葫蘆島、唐山、天津與威海等7市海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體得到優(yōu)化, 并形成丹東與大連, 盤錦、錦州與葫蘆島, 唐山與天津, 濰坊與日照等4大中等韌性區(qū); 東營與煙臺海洋生產(chǎn)力水平與適應(yīng)能力快速提升, 使其提升為較高韌性; 青島壓力輸出急劇緩解, 海洋經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出與適應(yīng)能力大幅提升, 秦皇島海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體快速優(yōu)化, 使其提升為極高韌性; 大連與營口海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)略有優(yōu)化, 壓力輸出小幅上升, 韌性水平未發(fā)生本質(zhì)變化.

2006~2012年, 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性整體上進(jìn)一步得到提升, 局部地區(qū)由集聚走向分散. 在此期間, 營口與濱州海洋生產(chǎn)能力與適應(yīng)能力繼續(xù)提升, 形成以丹東、大連與營口為集聚的中等韌性區(qū); 日照、錦州與天津的海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)整體進(jìn)一步優(yōu)化, 天津面臨的擾動因素略有增加, 使3市由中等韌性提升為較高韌性; 盤錦、威海、東營的海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)繼續(xù)優(yōu)化, 使盤錦與威海的中等韌性與東營的較高韌性均提升為極高韌性; 秦皇島擾動因素與壓力輸出略有上升, 青島擾動因素小幅提高, 使得秦皇島與青島由極高韌性分別降為較高、中等韌性, 并形成濰坊與日照的中等集聚區(qū).

2012~2015年, 部分城市海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平繼續(xù)得到有效提升, 空間分布出現(xiàn)向集聚轉(zhuǎn)變的趨勢, 但內(nèi)側(cè)城市分散特征未發(fā)生本質(zhì)變化. 在此期間, 滄州海洋經(jīng)濟(jì)在低水平背景下得到有效優(yōu)化, 形成天津與滄州為集聚的較高韌性區(qū); 丹東、大連、滄州、濰坊與青島等5市的海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)進(jìn)一步得到有效優(yōu)化, 其中青島壓力輸出略有上升, 大連與威海面臨的擾動因素有所加劇, 從而形成以丹東與大連, 濰坊、煙臺、威海、青島與日照為集聚的較高韌性區(qū); 唐山擾動因素顯著增多以及適應(yīng)能力有所下降, 威海擾動因素增加, 使得唐山由中等韌性降為較低韌性, 威海由極高韌性降為較高韌性. 從空間分異來看, 2015年環(huán)渤海外側(cè)城市的海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平顯著高于內(nèi)側(cè)城市的韌性水平, 同時外側(cè)城市整體快速發(fā)展而呈現(xiàn)更為典型的集聚現(xiàn)象.

4 結(jié)論

本文基于演化韌性視角, 應(yīng)用耗散結(jié)構(gòu)和SBM模型, 將熵效率與海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性相結(jié)合, 探討“我國經(jīng)濟(jì)韌性好”的整體判斷是否具有海洋經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ), 海洋經(jīng)濟(jì)如何適應(yīng)擾動因素并保持增長, 以及海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性如何進(jìn)行時空演化與分異等問題. 通過對2000~2015年環(huán)渤海17個沿海城市海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的實證分析, 得出以下主要結(jié)論:

(1)環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)經(jīng)歷了由慢到快, 由極低、較低韌性向中等、較高與極高韌性的演化過程. 目前, 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性較好, 為“我國經(jīng)濟(jì)韌性好”的整體判斷提供了較好的基礎(chǔ). 但韌性水平在顯著提升的過程中, 各城市間依然存在較大差距.

(2)從信息熵演化來看, 熵流與熵產(chǎn)生持續(xù)下降導(dǎo)致總熵變由部分負(fù)值向絕大部分負(fù)值演化, 使得海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)在16年間向更成熟與健康的方向演化. 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展首先得益于海洋經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型對生態(tài)環(huán)境壓力的持續(xù)減小, 其次是適應(yīng)與更新能力的有效提升, 海洋經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力的持續(xù)提高則起著穩(wěn)定作用, 擾動因素的下降則為海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了較好的穩(wěn)定環(huán)境.

(3)從熵效率得分來看, 環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的熵效率得分持續(xù)提高, 并與信息熵演化過程相吻合. 說明將壓力型輸出熵與擾動型熵作為投入, 支持型輸入熵與適應(yīng)型熵作為產(chǎn)出, 運用SBM模型計算熵效率得分, 以評價海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性水平的研究方法具有較好的適用性與可行性.

(4)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)是多重平衡的非線性經(jīng)濟(jì)系統(tǒng), 其之所以能在各種不利因素中保持較高速度的增長, 主要得益于海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的韌性機制. 從信息熵的角度來看, 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中支持型輸入熵、壓力型輸出熵、擾動型熵以及適應(yīng)型熵等熵變過程產(chǎn)生的負(fù)熵, 是使系統(tǒng)不斷發(fā)展與系統(tǒng)韌性得到提升的主要原因.

(5)通過對熵變過程與韌性的時空演化分析, 發(fā)現(xiàn)為保持環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展, 應(yīng)繼續(xù)注意提高海洋資源、生態(tài)的利用效率, 以減小對海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的壓力輸出. 同時, 應(yīng)重點提升海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的適應(yīng)與更新能力, 以應(yīng)對未來發(fā)展過程中的不確定因素. 其次, 注意各市海洋經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展以及海洋產(chǎn)業(yè)的差異化發(fā)展, 以縮小各市之間的差距和區(qū)域內(nèi)海洋經(jīng)濟(jì)的惡性競爭. 另外, 海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)具有敏感性、開放性以及復(fù)雜性等特點, 海洋經(jīng)濟(jì)在發(fā)展過程中將不可避免地受到各種擾動因素的影響與沖擊, 因此在強調(diào)提升可持續(xù)發(fā)展能力的同時, 還應(yīng)注重提升積極“擁抱”不確定因素的韌性能力.

對比以往關(guān)于環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的研究成果[20-21,24], 本文得出的評價結(jié)果與以往相關(guān)研究基本相符, 但從韌性這一新的視角評價與解析海洋經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的演化過程與機理, 為海洋經(jīng)濟(jì)研究提供了新的研究視角與方法. 然而, 目前關(guān)于經(jīng)濟(jì)韌性的研究仍處于引入與起步階段, 從韌性的視角來解析海洋經(jīng)濟(jì)的長期發(fā)展還缺乏相應(yīng)理論框架, 對揭示海洋經(jīng)濟(jì)長期發(fā)展機理的解釋力仍顯不足. 但正因此, 更有必要對韌性不斷進(jìn)行探索與創(chuàng)新, 強化此概念在海洋經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的實證研究, 進(jìn)而逐漸明確其內(nèi)涵與外延, 從而為海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更科學(xué)的理論基礎(chǔ)與實踐指導(dǎo).

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Assessment of marine economy resilience of coastal cities in Bohai Sea Ring Area based on entropy efficiency model

Sun Caizhi, Cao Qiang, Zou Wei

( Marine Economics and Sustainable Development Research Center, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China )

The sustainable development theory is difficult to explain why regional economy can keep growing under disturbance factors, whereas “resilience” is an important concept to analyze the evolution of regional economy. Based on the evolutionary resilience, this paper proposes the concept of marine economic system resilience and establishes an evaluation system on the basis of Information entropy. An entropy efficiency model is built based on entropy input and entropy output, and SBM model is applied to calculate the entropy efficiency of marine economic system of 17 coastal cities in Bohai Sea Ring Area over the past 16 years. Finally, the paper analyzes the entropy change process and the evolution law and mechanism of resilience of marine economic system. The concrete results are given as follows: (1) The development and resilience of marine economic system are driven by the negative entropy generated by entropy flow and entropy generation from 2000 to 2015. (2) The resilience of the marine economic system has experienced a process of improving on all fronts. At present, the overall resilience is relatively satisfying, but the significant differences can still be noted among cities. (3)The decrease of the output pressure and the increase of the adaptability and renewal capacity of marine economic system are the main causes contributing to the development and the improvement of its resilience. However, it is found that the productivity level and disturbance factors have less effect on them. Therefore, to maintain the sustained and healthy growth of marine economy, the resilience of marine economic system should be kept with improvement while emphasizing sustainable development.

resilience; marine economy; entropy efficiency model; evolutionary resilience; Bohai Sea Ring Area

F129.9

A

1001-5132（2020）01-0010-09

2019?09?10.

寧波大學(xué)學(xué)報（理工版）網(wǎng)址: http://journallg.nbu.edu.cn/

教育部人文社會科學(xué)重點研究基地重大課題（16JJD790021）.

孫才志（1970－）, 男, 山東煙臺人, 博導(dǎo)/教授, 主要研究方向: 水資源與海洋經(jīng)濟(jì). E-mail: suncaizhi@lnnu.edu.cn

（責(zé)任編輯 韓 超）