環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性時空演變及動態(tài)模擬

伏 捷， 孫才志， 彭 飛

(1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 遼寧 大連 116029；2.遼寧師范大學(xué) 海洋經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展研究中心， 遼寧 大連 116029)

環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性時空演變及動態(tài)模擬

伏 捷1,2， 孫才志1,2， 彭 飛2

(1.遼寧師范大學(xué) 城市與環(huán)境學(xué)院， 遼寧 大連 116029；2.遼寧師范大學(xué) 海洋經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展研究中心， 遼寧 大連 116029)

海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性研究的最終目的是實現(xiàn)海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展.基于海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性的內(nèi)涵構(gòu)建海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)評價指標(biāo)體系，運用模糊綜合評判法、3E協(xié)調(diào)度函數(shù)、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型等，對環(huán)渤海地區(qū)2006—2012年海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的脆弱性與協(xié)調(diào)性及空間差異進行了定量分析，并對2015—2024年海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的脆弱性與協(xié)調(diào)性進行了動態(tài)模擬，對環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性進行動態(tài)模擬研究，結(jié)果表明：(1)2006—2012年，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性在波動中微降(較重脆弱—中度脆弱)且空間分異明顯，整體呈現(xiàn)出“雙環(huán)”的空間結(jié)構(gòu).(2)2006—2012年，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性變化較小，呈輕度失調(diào)狀態(tài)，其中，經(jīng)濟子系統(tǒng)與生態(tài)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度不斷降低，而經(jīng)濟子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性均呈上升態(tài)勢，環(huán)渤海各地區(qū)間的內(nèi)部差異也較為顯著.(3)2015—2024年，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性仍不容樂觀，長期處于中度脆弱與較重脆弱水平之間；環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性整體呈上升態(tài)勢，發(fā)展勢態(tài)良好.

環(huán)渤海地區(qū)；海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)；脆弱性；協(xié)調(diào)性；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

脆弱性與協(xié)調(diào)性研究是可持續(xù)發(fā)展科學(xué)的重要研究范式，憑借其獨特的理論價值與實踐應(yīng)用前景已成為地理學(xué)及其相關(guān)學(xué)科詮釋人地(海)關(guān)系地域系統(tǒng)中各要素的作用過程、格局、機理的重要途徑.改革開放以來，中國沿海地區(qū)以13%的陸地面積，滋養(yǎng)40%以上的人口，創(chuàng)造 65%以上的國內(nèi)生產(chǎn)總值，2014年,中國海洋生產(chǎn)總值占國內(nèi)生產(chǎn)總值的比重達9.4%.然而海洋經(jīng)濟在快速發(fā)展的同時，諸如海洋資源能源短缺、陸海空間爭奪、環(huán)境污染、海洋生態(tài)破壞等海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性、不協(xié)調(diào)問題日益凸顯.顯然，中國沿海地區(qū)已成為人類社會系統(tǒng)、陸地系統(tǒng)、海洋系統(tǒng)之間交互作用最為激烈的地區(qū)之一，該地區(qū)具有典型的脆弱性特征又包含復(fù)雜的系統(tǒng)間協(xié)調(diào)發(fā)展問題.因此，中國共產(chǎn)黨十八屆五中全會及其“十三五”規(guī)劃建議中明確指出綠色、協(xié)調(diào)的發(fā)展理念以及堅持陸海統(tǒng)籌、建設(shè)海洋強國的發(fā)展目標(biāo).在此背景下，通過對海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的脆弱性與協(xié)調(diào)性評價可以有效識別我國海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)運行過程中存在的問題并采取必要的措施進行調(diào)控，這對于我國海洋生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論與現(xiàn)實意義.

生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的相關(guān)研究成果豐富，海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的研究卻十分匱乏.目前，國內(nèi)外學(xué)者大多是建立不同模型評價從區(qū)域到全球的海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)內(nèi)涵[1]、價值[2-4]、作用過程[5-6]、作用機理[7]、可持續(xù)發(fā)展模式[8-10]、綜合管理[11-12]等方面，其涉及的評價方法主要包括生態(tài)足跡[13]、GIS系統(tǒng)下的空間分析[14]、因果鏈分析[15]、能值分析等[16].在研究內(nèi)容上，國外學(xué)者側(cè)重于海洋生態(tài)經(jīng)濟價值與貢獻的理論探索[3]、海洋生態(tài)系統(tǒng)的單循環(huán)作用機理研究[4]、海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)綜合管理研究[17]；國內(nèi)學(xué)者主要側(cè)重于海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的內(nèi)涵分析[1]、海岸帶海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)多循環(huán)作用協(xié)調(diào)發(fā)展測度及其可持續(xù)發(fā)展模式分析[18-20].綜合來看：(1)脆弱性作為一項重要研究內(nèi)容被IHDP、IPCC、IGBP等國際性科學(xué)計劃與機構(gòu)提上研究日程[21-23]，現(xiàn)已發(fā)展成為全球環(huán)境變化和可持續(xù)性科學(xué)研究的前沿與熱點[24].1999年聯(lián)合國開發(fā)計劃署(UNDP)正式提出“經(jīng)濟脆弱性”的概念[25]，脆弱性的研究對象也逐步由自然生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)擴展到包含自然、社會、經(jīng)濟、制度等綜合因素及恢復(fù)力機制的海陸人地(海)關(guān)系地(海)域系統(tǒng)[26-27]，然而國內(nèi)外對于海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性的相關(guān)研究尚未展開.(2)國內(nèi)外對于海洋生態(tài)經(jīng)濟協(xié)調(diào)性的相關(guān)研究較多，海洋生態(tài)系統(tǒng)、海洋經(jīng)濟系統(tǒng)、海洋社會系統(tǒng)共同演進的脆弱性與協(xié)調(diào)性時空演變研究仍十分薄弱.(3)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)是復(fù)雜的耗散結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)為非線性耦合協(xié)調(diào)模式，已有的線性研究方法很難準(zhǔn)確模擬其發(fā)展趨勢，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法能較好地模擬這一問題.(4)2013年，環(huán)渤海地區(qū)常住人口數(shù)占全國總?cè)丝跀?shù)的16.9%，生產(chǎn)總值與海洋生產(chǎn)總值均在中國沿海地區(qū)中占比最高，分別達到36.15%和36.33%[28].從地理環(huán)境和發(fā)展現(xiàn)狀來看，該地區(qū)海洋資源豐富，港口、河流以及人口分布密集，海洋經(jīng)濟的飛速發(fā)展且發(fā)展方式粗放等因素對該地區(qū)的海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)造成了巨大的沖擊.因此，本研究以環(huán)渤海地區(qū)為例，在評價海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性時空演變的基礎(chǔ)上，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬預(yù)測分析法，探索環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性未來演變趨勢，為新常態(tài)背景下的環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展提供決策參考.

1 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)及其指標(biāo)體系構(gòu)建

1.1 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的內(nèi)涵

海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的概念是在海洋生態(tài)、經(jīng)濟、社會的固有特征的基礎(chǔ)上結(jié)合生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的相關(guān)研究演化而來[1,29-30].海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)是指在特定的地域范圍內(nèi)，由相互影響、相互作用的海洋生態(tài)子系統(tǒng)、海洋經(jīng)濟子系統(tǒng)、海洋社會子系統(tǒng)構(gòu)成的具有一定結(jié)構(gòu)和功能的特殊復(fù)合系統(tǒng)(圖1)[20].海洋生態(tài)子系統(tǒng)是由自然資源和海洋生態(tài)環(huán)境組成；海洋經(jīng)濟子系統(tǒng)則是以開發(fā)利用海洋資源所形成的海洋產(chǎn)業(yè)為核心，是海洋生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系的集中體現(xiàn)；海洋社會子系統(tǒng)則是人類為實現(xiàn)對海洋的利用與追求所創(chuàng)造的具有海洋特性的思想、觀念、意識等要素的組合.海洋生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)在為海洋社會系統(tǒng)和海洋經(jīng)濟系統(tǒng)提供健康的生活環(huán)境和良好的資源發(fā)展基礎(chǔ)的同時，也制約著二者過度發(fā)展，而海洋經(jīng)濟系統(tǒng)和海洋社會系統(tǒng)的發(fā)展又為海洋生態(tài)系統(tǒng)的運行提供了必要的物質(zhì)保證和勞力、智力支撐.

圖1 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)構(gòu)成及其運行方式Fig.1 Structure and operation mode of marine eco-economic system

1.2 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性

海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性是指海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)在內(nèi)外環(huán)境各要素的擾動下，由系統(tǒng)自身所具有的敏感性與應(yīng)對力之間相互牽制所表現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)或功能易受到損害的一種系統(tǒng)屬性.主要表現(xiàn)在兩個方面[31-33]：(1)在海洋生態(tài)—經(jīng)濟—社會大系統(tǒng)運行中，海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)本身所具有的不穩(wěn)定性，是系統(tǒng)自身的一種屬性.(2)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)對各類因素變化的敏感性，抵御各種影響的限制因子，以及防止或減輕這種影響的可能性，而這些則體現(xiàn)了海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)本身應(yīng)對外部影響的承受能力，表現(xiàn)為海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱程度的大小.海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性是指海洋生態(tài)系統(tǒng)各子系統(tǒng)之間通過相互影響、相互作用而表現(xiàn)出的海洋生態(tài)結(jié)構(gòu)功能、海洋經(jīng)濟結(jié)構(gòu)功能與海洋社會結(jié)構(gòu)功能的統(tǒng)一、穩(wěn)定的動態(tài)平衡狀態(tài)[7].同樣體現(xiàn)在兩個方面：(1)海洋生態(tài)經(jīng)濟各子系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)互動所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)有序狀態(tài).(2)各子系統(tǒng)之間的相互協(xié)調(diào)作用促使海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)各要素呈現(xiàn)功能穩(wěn)定有效的狀態(tài).

脆弱性與協(xié)調(diào)性是對立統(tǒng)一的關(guān)系[34].脆弱性和協(xié)調(diào)性是人地(海)關(guān)系作用過程中所固有的兩種相反屬性，是矛盾統(tǒng)一和斗爭的對立面，同時，脆弱性與協(xié)調(diào)性的統(tǒng)一是矛盾著的對立面之間內(nèi)在的有機的、不可分割的聯(lián)系，可以實現(xiàn)互相轉(zhuǎn)化.在人地(海)關(guān)系激烈作用的過程中，沿海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)自身及其子系統(tǒng)脆弱性特征顯著，主要表現(xiàn)在資源能源短缺、災(zāi)害頻發(fā)、環(huán)境污染、生態(tài)破壞、經(jīng)濟危機等方面；海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的不協(xié)調(diào)方面主要體現(xiàn)在內(nèi)部各個子系統(tǒng)間結(jié)構(gòu)和功能的紊亂，例如粗放的經(jīng)濟發(fā)展方式導(dǎo)致資源短缺、生態(tài)破壞等問題，政府體制機制的不健全又會導(dǎo)致經(jīng)濟發(fā)展效率低下，也會影響生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等一系列問題.因此，海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)及其子系統(tǒng)間的脆弱性與協(xié)調(diào)性相互作用、相互影響，同時對二者進行考察有利于全面發(fā)現(xiàn)環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展存在的問題.考慮到海洋生態(tài)經(jīng)濟子系統(tǒng)脆弱性量化的復(fù)雜性以及數(shù)據(jù)獲取難度，本研究主要考察海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)整體的脆弱性與協(xié)調(diào)性及其子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性關(guān)系.

1.3 構(gòu)建指標(biāo)體系及確定權(quán)重

考慮到海洋數(shù)據(jù)獲取的限制，很難實現(xiàn)面面俱到的綜合評價，因此，關(guān)鍵性指標(biāo)的選取和把握十分重要，從而也規(guī)避了大而全導(dǎo)致無法深入研究的問題.中國海洋產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)脆弱性的關(guān)鍵指標(biāo)內(nèi)涵主要體現(xiàn)在海洋生態(tài)子系統(tǒng)、海洋經(jīng)濟子系統(tǒng)、海洋社會子系統(tǒng)三個方面.因此，從國情出發(fā)，在科學(xué)性、系統(tǒng)性、全面性、實用性、與評價方法一致性原則的指導(dǎo)下，根據(jù)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)綜合評價的科學(xué)內(nèi)涵，參考相關(guān)脆弱性和協(xié)調(diào)性評價文獻[1,35]，最終確定包括10個經(jīng)濟子系統(tǒng)指標(biāo)、10個生態(tài)子系統(tǒng)指標(biāo)、15個社會子系統(tǒng)指標(biāo)在內(nèi)的35個海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)綜合指標(biāo)體系(表1).為了保持權(quán)重賦值的客觀性，本文選用熵值法對指標(biāo)權(quán)重進行測算，熵值法是利用評價指標(biāo)固有的信息來判別指標(biāo)的效用價值的方法，從而在一定程度上避免了主觀因素帶來的偏差，具有一定的客觀性，其主要步驟詳見文獻[33]，各評價指標(biāo)的權(quán)重值見表1.

表1 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性評價指標(biāo)體系

注：各指標(biāo)性質(zhì)的(+)(-)判斷是相對于海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)而定.海洋經(jīng)濟技術(shù)投入率=科研機構(gòu)經(jīng)費投入/海洋GDP×100%；海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏離度=(海洋產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占GDP的比重/涉海就業(yè)人員比重)-1；海洋產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)多樣化指數(shù)=∑IilnIi,Ii為海洋第i次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占海洋GDP比重，i=1,2,3

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

鑒于海洋數(shù)據(jù)的可獲得性和延續(xù)性，以及2013年、2014年海洋統(tǒng)計年鑒統(tǒng)計口徑的變化，本章以2006—2012年作為研究時段，對環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的脆弱性與協(xié)調(diào)性進行評價分析.評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于2007—2013年的《中國海洋統(tǒng)計年鑒》《中國城市統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)業(yè)年鑒》《中國海洋環(huán)境質(zhì)量公報》《中國海平面公報》《海域使用管理公報》，以及EPS全球統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析平臺.

2.2 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性評價模型構(gòu)建

指標(biāo)體系中的各個指標(biāo)之間存在無量綱差異，為了消除差異首先要按照指標(biāo)的正負性質(zhì)對原始指標(biāo)值進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[26].采用模糊綜合評判法評價海洋生態(tài)經(jīng)濟子系統(tǒng)的脆弱性，計算公式為

(1)

其中，zi表示第i個指標(biāo)或系統(tǒng)的脆弱度，m為指標(biāo)個數(shù)，wi是第i個指標(biāo)的權(quán)重，φij是指標(biāo)的隸屬度.正向指標(biāo)的隸屬度采用半升梯形模糊隸屬度函數(shù)確定，公式為

(2)

負向指標(biāo)的隸屬度采用半降梯形模糊隸屬度函數(shù)確定，公式為

(3)

其中，xij為評價指標(biāo)原始數(shù)據(jù)，mj,max和mj,min分別為同一時期不同地區(qū)間第j個指標(biāo)的最大值和最小值，φij是相應(yīng)指標(biāo)的隸屬度，φij∈[0, 1]，表示評判指標(biāo)xij相鄰的兩分級標(biāo)準(zhǔn).

海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)綜合脆弱性指數(shù)模型為

(4)

其中，V為海洋經(jīng)濟系統(tǒng)綜合脆弱性指數(shù)，z1、z2、z3分別為經(jīng)濟子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)的脆弱性指數(shù)，w1、w2、w3分別為子系統(tǒng)相應(yīng)的權(quán)重.借鑒脆弱性的相關(guān)研究[35]，將海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)的脆弱性評價劃分為6個等級，分別為：輕度脆弱、較輕脆弱、中度脆弱、較重脆弱和重度脆弱、瀕臨崩潰(表2).

表2 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性評價分級標(biāo)準(zhǔn)

2.3 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性評價模型構(gòu)建

海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性要求各系統(tǒng)之間評價指數(shù)越接近，綜合水平越高，則系統(tǒng)協(xié)調(diào)性越好.用f(x)、g(y)和h(z)分別表示經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)度的評價函數(shù)，采用加權(quán)求和算法得出.協(xié)調(diào)性評價函數(shù)為

，

(5)

其中，D為協(xié)調(diào)性指數(shù)，用來表示兩系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性[34]，p和k可分別代入f(x)、g(y)和h(z)，α、β為待定權(quán)重，一般取α=β=0.5，n為調(diào)節(jié)系數(shù)，本文取n=2.式(5)可以計算海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中經(jīng)濟子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)兩兩之間的協(xié)調(diào)性.

海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)性借用3E協(xié)調(diào)度模型來測度，3E模型是用來定量描述整體系統(tǒng)下3個密切相關(guān)的復(fù)雜子系統(tǒng)之間相互耦合關(guān)系即協(xié)調(diào)度的方法.對于海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)而言，經(jīng)濟子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)的地位同等重要，因此3E協(xié)調(diào)度計算公式為

M=f(x)·g(y)·h(z)1/3，

(6)

其中，M表示綜合協(xié)調(diào)度，f(x)、g(y)和h(z)分別表示經(jīng)濟系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)和社會系統(tǒng)協(xié)調(diào)度.協(xié)調(diào)度等級和劃分采用樣本相關(guān)系數(shù)檢驗的臨界值進行劃分[36]，如表3所示.

表3 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)度等級和劃分標(biāo)準(zhǔn)

2.4 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型構(gòu)建

BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一個非線性動力學(xué)系統(tǒng)，學(xué)習(xí)和存貯大量的輸入-輸出模式映射關(guān)系，在學(xué)習(xí)的過程中通過反向傳播不斷調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值和閾值，使網(wǎng)絡(luò)誤差平方和最小，在數(shù)據(jù)預(yù)測研究上已有廣泛的應(yīng)用[34].本文使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對海洋經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)的未來數(shù)據(jù)進行預(yù)測，首先將原始數(shù)據(jù)進行0～1連續(xù)量處理，采用三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)(圖2)，35個輸入層，1個隱藏層和35個輸出層，利用輸入輸出樣本對網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)輸入輸出映射關(guān)系，最后輸入數(shù)據(jù)進行預(yù)測.利用脆弱性和協(xié)調(diào)性計算公式對得到的未來年份預(yù)測數(shù)據(jù)進行計算，預(yù)測未來海洋經(jīng)濟生態(tài)系統(tǒng)脆弱性和協(xié)調(diào)性發(fā)展.

圖2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)Fig.2 The architecture of BP neural net work

3 結(jié)果與分析

3.1 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性時空演變分析

通過所構(gòu)建海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性評價模型(式(1)～式(4))，測算2006—2012年各區(qū)域脆弱性指數(shù)，結(jié)合海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性評價分級標(biāo)準(zhǔn)(表2)進行分類(表4).從時空演變的視角分析(圖3、圖4)，2006—2012年間，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性整體呈波動中降低的態(tài)勢；環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性空間分異顯著，整體呈現(xiàn)出“雙環(huán)”的空間結(jié)構(gòu).其中，遼寧省、山東省、天津市的海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性明顯高于河北省，遼寧省和山東省呈現(xiàn)波動增長趨勢，河北省和天津市波動下降趨勢明顯.究其原因：(1)在“十一五”“十二五”規(guī)劃實施的過程中，環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟發(fā)展迅猛，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化以及科技水平不斷提高，生態(tài)環(huán)境保護以及海岸帶管理取得較大進展，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性整體呈現(xiàn)下降態(tài)勢.(2)遼寧省、山東省、天津市等“港口—腹地”型經(jīng)濟區(qū)域把海洋石油加工、海洋化工、化學(xué)原料及化學(xué)制品制造、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)、設(shè)備制造業(yè)等相關(guān)重化工業(yè)作為優(yōu)勢行業(yè)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)趨同并對海洋生態(tài)環(huán)境構(gòu)成較大壓力；其次，遼寧沿海經(jīng)濟帶、山東藍色經(jīng)濟區(qū)、天津濱海新區(qū)的高強度開發(fā)是造成該區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟脆弱維持較高水平的誘因，對區(qū)域資源需求及環(huán)境破壞可能性不斷增大，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性“雙環(huán)”空間結(jié)構(gòu)顯著.(3)天津市是環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟規(guī)模最大的城市，憑借其優(yōu)越的地理位置以及經(jīng)濟結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型不斷深入，高端制造業(yè)發(fā)展水平較高、國際競爭力較大.同時，隨著《環(huán)境影響評價法》《可再生能源法》《國家海洋經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃綱要》等法律政策的不斷落實，近年來海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性不斷降低.(4)河北省尚處于海洋經(jīng)濟發(fā)展的初期，海洋經(jīng)濟子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)的發(fā)展對海洋生態(tài)系統(tǒng)的壓力遠小于其他區(qū)域，脆弱性較低.其中，唐山市與天津市發(fā)展趨勢相似，秦皇島市的國家領(lǐng)導(dǎo)療養(yǎng)區(qū)區(qū)域海洋生態(tài)保護力度要大于一般海域.

表4 2006—2012年環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性指數(shù)

圖3 2006—2012年環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性變化趨勢Fig.3 Vulnerability change trend of marine eco-economic in Bohai Rim from 2006 to 2012

圖4 2006—2012年海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性空間演變Fig.4 Spatial evolution of vulnerability of marine eco-economic in Bohai Rim from 2006 to 2012

3.2 海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性時空演變分析

3.2.1 協(xié)調(diào)性總體時空演變分析

通過式(6)測算2006—2012年環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性指數(shù)，結(jié)合海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性評價分級標(biāo)準(zhǔn)進行分類(表5).

表5 2006—2012年環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)度

2006—2012年，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性發(fā)展整體變化較小，呈輕度失調(diào)狀態(tài).其中，遼寧省與河北省整體處于輕度失調(diào)狀態(tài)，天津市協(xié)調(diào)性波動較明顯，協(xié)調(diào)性呈下降態(tài)勢.山東省的協(xié)調(diào)度呈上升態(tài)勢，由輕度失調(diào)逐漸演變?yōu)槌跫墔f(xié)調(diào)狀態(tài).從環(huán)渤海各區(qū)域空間演變可看出，雖然國家眾多政策、法案的出臺對區(qū)域脆弱性影響相對較大，但對區(qū)域協(xié)調(diào)性相對影響較小或者存在一定的滯后性.

3.2.2 協(xié)調(diào)性子系統(tǒng)時空演變分析

通過對海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)中各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性進行計算，分別繪制各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)度折線圖(圖5～圖7)，以揭示海洋生態(tài)系統(tǒng)整體協(xié)調(diào)性的內(nèi)部影響因素.

圖5 2006—2012年環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟子系統(tǒng)與生態(tài)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度變化趨勢Fig.5 Change trend of coordination degree between marine economic subsystem and marine ecological subsystem in Bohai Rim from 2006 to 2012

圖6 2006—2012年環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟子系統(tǒng)與海洋社會子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度變化趨勢Fig.6 Change trend of coordination degree between marine economic subsystem and marine social subsystem in Bohai Rim from 2006 to 2012

2006—2012年，環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟子系統(tǒng)與生態(tài)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度整體呈下降趨勢(圖5)，說明經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)協(xié)調(diào)存在一定的沖突.特別是2009年下降趨勢最為明顯，當(dāng)年國內(nèi)GDP增速達到8.7%，經(jīng)濟的高強度發(fā)展對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大沖擊，特別是中國沿海地區(qū)，這種沖擊性表現(xiàn)更為強烈.協(xié)調(diào)性不斷降低說明環(huán)渤海地區(qū)生態(tài)環(huán)境正處于受經(jīng)濟發(fā)展高度壓迫狀態(tài)，因此注重降速提質(zhì)、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、注重海洋經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展尤為重要.從各地區(qū)空間演變來看，河北省的協(xié)調(diào)度最低，河北省從2006年的輕度失調(diào)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?012年的重度失調(diào)狀態(tài)，2011年《河北沿海地區(qū)發(fā)展規(guī)劃》上升為國家戰(zhàn)略后，河北省海洋經(jīng)濟靠資源要素、投資驅(qū)動的發(fā)展方式對海洋生態(tài)系統(tǒng)造成巨大壓力.遼寧省、天津市、山東省從2006年的初級協(xié)調(diào)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?012年的輕度失調(diào)狀態(tài)，演變趨勢不容樂觀，說明環(huán)渤海地區(qū)整體經(jīng)濟結(jié)構(gòu)都有待優(yōu)化升級.

2006—2012年，環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)協(xié)調(diào)性呈整體上升態(tài)勢(圖6)，但整體仍處于輕度失調(diào)狀態(tài).其中，遼寧省上升勢頭迅猛，由中度失調(diào)狀態(tài)演變?yōu)檩p度失調(diào)狀態(tài).河北省的上升趨勢較為緩慢.天津市、山東省從輕度失調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)槌跫墔f(xié)調(diào)，發(fā)展態(tài)勢良好.究其原因，隨著環(huán)渤海地區(qū)人口質(zhì)量的不斷提高、政府對科技創(chuàng)新逐漸重視以及科研經(jīng)費投入力度逐年加大，環(huán)渤海地區(qū)的海洋經(jīng)濟效益日益顯現(xiàn)，海洋經(jīng)濟水平的不斷提高又會促進海洋社會系統(tǒng)的不斷優(yōu)化.

環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度整體呈上升態(tài)勢，遼寧省、山東省的上升幅度較大，河北省變化較為平穩(wěn)，天津市的協(xié)調(diào)度略微較低并呈輕度失調(diào)狀態(tài)(圖7).其中，遼寧由2006中度失調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)?012年的初級協(xié)調(diào)，山東省由2006年的輕度失調(diào)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?012年的初級協(xié)調(diào)，波動變化明顯.究其原因，隨著人們的海洋環(huán)保意識增強、海洋科技水平的不斷發(fā)展以及政府加強退耕還海、海洋生態(tài)修復(fù)、禁漁休漁以及海洋生態(tài)保護區(qū)建設(shè)等措施的管控，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)度呈上升態(tài)勢.

圖7 2006—2012年環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)子系統(tǒng)與海洋社會子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度變化趨勢Fig.7 Change trend of coordination degree between marine ecological subsystem and marine social subsystem in Bohai Rim from 2006 to 2012

3.3 預(yù)測脆弱性與協(xié)調(diào)性演變趨勢及對比分析

應(yīng)用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測環(huán)渤海地區(qū)2015—2024年海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性變化趨勢，利用測算結(jié)果繪制預(yù)測趨勢圖(圖8).脆弱性預(yù)測結(jié)果表明未來十年：(1)環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性整體呈波動態(tài)勢并長期處于中度脆弱與較重脆弱之間.除河北省外，其他省市在預(yù)測期內(nèi)仍會保持較高的脆弱狀態(tài).(2)環(huán)渤海地區(qū)內(nèi)部各省市海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性演變趨勢空間分異顯著.其中，山東省的海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性逐漸降低，發(fā)展態(tài)勢良好，而遼寧省、河北省、天津地區(qū)的脆弱性在波動中上升態(tài)勢顯著.協(xié)調(diào)性預(yù)測結(jié)果表明未來10 a：(1)環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性整體呈上升態(tài)勢，發(fā)展勢態(tài)良好.(2)天津市協(xié)調(diào)性預(yù)測不容樂觀，未來海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)非協(xié)調(diào)(由初步協(xié)調(diào)到輕度失調(diào))態(tài)勢驟顯，其他地區(qū)發(fā)展態(tài)勢良好但仍處于輕度失調(diào)狀態(tài).

由測算結(jié)果數(shù)據(jù)繪制2015—2024年環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟脆弱性和協(xié)調(diào)性關(guān)系預(yù)測趨勢，結(jié)果表明：天津市未來海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性發(fā)展趨勢不容樂觀，其脆弱性不斷上升、協(xié)調(diào)性不斷下降并在2022年達到極值；山東省未來海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)發(fā)展態(tài)勢良好，脆弱性和協(xié)調(diào)性整體向好的方向發(fā)展；遼寧省未來海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性不斷走高，協(xié)調(diào)性變化不大呈平穩(wěn)狀態(tài)；河北省未來海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性呈平穩(wěn)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，協(xié)調(diào)性發(fā)展態(tài)勢良好.

圖8 2015—2024年環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性和協(xié)調(diào)性演變趨勢Fig.8 Change trend of vulnerability (a) and coordination (b) of marine eco-economic system in Bohai Rim from 2015 to 2024

4 結(jié)論與討論

(1)通過對海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性的時空演變研究可以識別區(qū)域海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展過程中存在的主要問題及其時空演變特征，是海洋經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工作.筆者在提出海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)及其脆弱性與協(xié)調(diào)性內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，構(gòu)建海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性指標(biāo)體系和評價模型，不僅完善了海洋生態(tài)經(jīng)濟相關(guān)研究的理論基礎(chǔ)，還豐富了脆弱性與協(xié)調(diào)性在海洋經(jīng)濟領(lǐng)域的應(yīng)用，這對于其他領(lǐng)域的研究也具有參考意義.

(2)通過對環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性量化研究發(fā)現(xiàn)：2006—2012年，①環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性在波動中略微降低，但整體發(fā)展趨勢不容樂觀.海洋經(jīng)濟的快速發(fā)展與海洋生態(tài)環(huán)境優(yōu)化之間的矛盾仍然凸顯；海洋社會系統(tǒng)對海洋經(jīng)濟系統(tǒng)的支撐作用有待強化，對生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)控作用仍未顯現(xiàn).②環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性整體變化較小，呈輕度失調(diào)狀態(tài)，其中，經(jīng)濟子系統(tǒng)與生態(tài)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)度整體呈下降趨勢，而經(jīng)濟子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)、生態(tài)子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性均呈上升態(tài)勢，環(huán)渤海各地區(qū)間的內(nèi)部差異也較為顯著.區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展方式粗放、各個子系統(tǒng)間結(jié)構(gòu)無序等是環(huán)渤海區(qū)域部分地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性較高、協(xié)調(diào)性較差的主要誘因.未來環(huán)渤海地區(qū)在調(diào)結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)方式、惠民生等方面面臨巨大挑戰(zhàn)，海洋經(jīng)濟的發(fā)展方式應(yīng)當(dāng)從資源要素、投資驅(qū)動轉(zhuǎn)向為創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的新常態(tài).因此，從國家法律法規(guī)等政策約束著手，以生態(tài)經(jīng)濟提質(zhì)降速為契機，深化海洋生態(tài)經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)發(fā)展.

(3)利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型對海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性和協(xié)調(diào)性進行預(yù)測分析，結(jié)果表明：2015—2024年，環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性整體呈波動態(tài)勢，未來發(fā)展趨勢仍不容樂觀.山東省的海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性逐漸降低，發(fā)展態(tài)勢良好，而遼寧省、河北省、天津地區(qū)的海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性仍然較高；環(huán)渤海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)性整體發(fā)展勢態(tài)良好.雖然BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測存在一定的主觀性和隨意性，且對于長時間序列的數(shù)據(jù)更為敏感，但從預(yù)測的結(jié)果不難看出：環(huán)渤海地區(qū)在適應(yīng)經(jīng)濟新常態(tài)的過程中仍面臨巨大壓力，仍需要較長時間去調(diào)整和適應(yīng)，調(diào)整的壓力主要表現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級、各方面創(chuàng)新能力的提高以及體制機制的不斷健全等諸多方面.因此，科技含量高、環(huán)境污染少、資源消耗低的循環(huán)經(jīng)濟方式應(yīng)當(dāng)作為未來環(huán)渤海地區(qū)海洋經(jīng)濟發(fā)展的新常態(tài).

(4)在以下方面存在不足，亟須進一步研究：①海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)非常復(fù)雜，其脆弱性與協(xié)調(diào)性的影響因素較多，但限于海洋數(shù)據(jù)的獲取、制度政策等難以量化等因素的影響，海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)及其子系統(tǒng)脆弱性的綜合指標(biāo)體系有待進一步深化.②中國沿海地區(qū)海洋生態(tài)經(jīng)濟系統(tǒng)脆弱性與協(xié)調(diào)性時空演變研究更有意義，結(jié)論也更為豐富，這將是未來海洋生態(tài)經(jīng)濟重點研究方向.

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TemporalandspatialvariationanddynamicsimulationofvulnerabilityandcoordinationofthemarineecologicalandeconomicsystemaroundtheBohaiSeaarea

FUJie1,2，SUNCaizhi1,2，PENGFei2

(1.College of Urban and Environmental Science, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China； 2.Center for Studies of Marine Economy and Sustainable Development, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China)

The ultimate goal of studying marine ecological and economic systems’ vulnerability and coordination is to help establish sustainable development of marine economies.Based on the above connotation, this paper first constructs an index system for marine economic systems,and then gives a quantitative analysis to the marine ecological and economic system’s vulnerability,coordination,temporal and spatial variation from the year 2006 to 2012,also gives a dynamic simulation to this area from the year 2015 to 2024.The methods include fuzzy comprehensive evaluation,3E coordination function and BP artificial neural networks.The findings include: (1)from 2006 to 2012,the marine ecological and economic system’s vulnerability declined slightly (from severe vulnerability to moderate vulnerability) and significant spatial differentiation was found.(2)from 2006 to 2012,the marine ecological and economic system’s coordination changed slightly,showing a situation of mild maladjustment.To be specific,the vulnerability between the economic subsystem and ecological subsystem continuously declined,while the vulnerabilities,both between the economic subsystem and social subsystem and between the ecological subsystem and social subsystem,increased continuously. (3)for the years from 2015 to 2024,the marine ecological and economic system’s vulnerability will not be so optimistic,and be expected to maintain a moderate to severe situation,while the marine ecological and economic system’s coordination will increase,showing an optimistic trend.

Bohai region;the marine ecological and economic system;vulnerability;coordination;BP artificial neural network

F062.2

:A

2017-03-20

國家自然科學(xué)青年基金資助項目(41601114)；教育部人文社會科學(xué)青年基金資助項目(16YJC790080)

伏捷(1985- )，男，甘肅靜寧人，遼寧師范大學(xué)博士研究生.E-mail：fujie365@126.com

1000-1735(2017)03-0395-12

10.11679/lsxblk2017030395