基于熵权分析的我国沿海城市人海经济系统脆弱性测度研究＊

李博，杨智，苏飞，韩增林

（1.辽宁师范大学海洋经济与可持续发展研究中心 大连 116029； 2.浙江工商大学旅游与城市管理学院 杭州 310018）

1 引言

脆弱性是全球变化和环境与发展研究的热点和前沿领域，是多个科学计划的重要研究内容［1］。伴随着脆弱性应用领域的不断拓展和理论方法的逐渐完善，脆弱性研究已成为全球环境变化及可持续性科学领域一项新的研究视角和重要的分析工具［2－3］，并且提出了脆弱性科学，Downing在IHDP第三份通信报告中已经明确提出了脆弱性科学这一研究方向，总结了脆弱性科学研究的基本特点和主要研究任务［4］，Cutter也从地理学角度提出了建立脆弱性学科体系的设想［5］。

国外学术界已将脆弱性研究应用到灾害管理、生态学、土地利用、气候变化、公共健康、可持续性科学和经济学等不同研究领域，从已有的脆弱性研究来看，生态环境脆弱性、气候变化脆弱性和自然灾害脆弱性等自然科学领域一直在脆弱性研究中占据主导地位［6－7］，国内已开展的脆弱性研究仍主要集中在生态环境脆弱性与灾害脆弱性等方面［8］，在生态环境脆弱性评估和脆弱生态环境类型区划及自然灾害脆弱性发生机制方面进展较快［9－10］，也有一些研究尝试探讨社会经济系统内在脆弱性及其在特定扰动作用下的脆弱性［11－12］。

随着脆弱性描述的对象由简单到复杂，由外在现象到内部机制，脆弱性综合测度与量化方法也相应地由单一到复合，由简单描述到复杂数学建模，呈现出多角度、系统化、机制化和多元化的特色，主要的脆弱性评价方法分为5类：第一类是综合指数法、第二类是图层叠置法、第三类是脆弱性函数模型评价法、第四类是模糊物元评价法、第五类是危险度的分析［13］。那伟，孙平军等学者将函数模型评价法应用到矿业城市的人地系统脆弱性研究中［14－15］。降低脆弱性，已成为实现沿海城市可持续发展的必要条件，而科学评价测度人海经济系统的脆弱性则成为科学发展观背景下准确把握沿海城市开发方向与目标以及统筹人海和谐发展的关键所在。目前还尚未有关于人海经济系统脆弱性的理论体系，也缺乏从多要素角度综合测度人海经济系统脆弱性的科学性与实用性方法。因此，分析判断人海经济系统的动态变化，对指导海洋经济发展具有十分重要的意义［16］。基于对脆弱性的理解，文章采用脆弱性函数模型评价方法，指出脆弱性是敏感性和恢复性的函数，对敏感性和恢复性的各个构成指标进行定量评价，进而根据其相关作用关系，构建评价模型。

2 人海经济系统的相关概念

2.1 人海系统

我国著名人文地理学家吴传钧院士早在1979年年底于中国地理学会第四次全国代表大会上所作的“地理学的昨天、今天和明天”报告中就明确提出地理学研究的核心是人地系统［17］。但是随着人口的增长与环境的破坏，陆域系统已经不能满足经济发展的需要。因此，地理学的研究从陆域系统向海域系统进发，深刻地认识到只有加强人海系统的研究，才能使经济地理理论和研究内容更臻完善。

人海系统是在人地系统的基础上延伸而来，韩增林等学者把人海系统理解为由各种自然人文要素组成的，并且要素之间通过非线性作用相互联系，形成功能实体，也就是各个不同层次的子系统。这些要素的物质载体（如海洋捕捞养殖和港口航运等海洋产业、海洋检测保护、沿海城市、社会群体和公共机构等）在空间上的分布模式和相互作用就构成人海关系地域系统的空间结构［18］。

2.2 人海经济系统

人海经济系统是经济地理学的主要研究内容之一，作为人海系统重要的组成部分，研究在一定地域范围内的海洋产业在地理空间的结构特性及其规律演变，是人－海之间的相互作用的表现形式，与自然资源系统和社会系统紧密相连，构成一个耦合的大系统，即人海系统。其包含了海洋与陆地的各种因素的综合作用，具有区域性、综合性、持续性和协调性等特性。

区域性。剖析不同区域内部之间的结构、关联以及发展变化的制约关系。

综合性。人与海中间有着错综复杂的关联，各种影响因素相互联系相互制约。

持续性。海洋生态过程的可持续与海洋资源具有可持续利用性。

协调性。由于人海系统包括经济子系统、社会子系统和自然资源子系统，因而这些系统之间相互联系，表现为经济发展与环境之间的协调、经济发展与社会之间的协调、陆地系统与海洋系统之间的协调。只有将其关系处理得当，才能保护海洋资源并维持海洋系统的健康良性循环。

人海经济系统的脆弱性是指：在沿海区域经济系统的基础下，由于外部因素的影响，某个地区自我发展能力差、对外部经济条件改变反应敏感、在外部条件发生不利变化时经济替代能力弱，是衡量区域经济发展水平的一种度。主要体现在经济结构、经济总量和经济效益等方面。

3 研究对象和研究方法

3.1 研究对象

本研究以我国沿海城市为例，沿海城市是依托海洋资源而逐渐发展起来的，海洋产业在城市发展中占有重要地位。在我国，沿海城市承载着全国25%以上人口，创造着55%以上国民生产总值，沿海城市的发展关系到整个国家的发展状况［19］。但是沿海城市中存在的经济社会与生态环境问题逐渐凸显，沿海城市人海系统的脆弱性除了来自于系统自身的内部结构先天的不稳定性和敏感性外，更主要的来自于外界的压力和干扰使系统遭受损害而发生不可逆变化。前者为结构性脆弱性，后者为胁迫性脆弱性［20］。由于沿海城市不仅要面临包括洪水、海啸、风暴潮灾害、热带气旋等灾害以及海洋资源利用过度、海洋环境恶化、海洋生态系统功能退化等问题，而且经济社会系统的脆弱性往往也是主要矛盾方面。对于海洋资源过度开发导致资源枯竭、生态破坏甚至是环境灾害；长期以来，过度依赖海洋资源而形成的产业结构，多样性经济结构未成熟，产业雷同，限制区域间的经济联系，缺乏培育产业竞争优势的外部条件，导致城市经济系统结构性脆弱；在经济全球化背景下，技术进步和产业结构升级，使海洋资源开采面临较大的外部竞争压力，威胁沿海城市经济稳定性和持续性［21］。

3.2 脆弱性分析方法

人海经济系统脆弱性是由系统的敏感性和恢复性相互制约相互影响而形成的，敏感性和恢复性是人海经济系统脆弱性的基本属性。本研究采用脆弱性函数模型评价方法对我国沿海城市人海经济系统脆弱性进行测度研究，脆弱性是敏感性和恢复性的复合函数，与敏感性呈正比，与恢复性呈反比。即：敏感性越强，脆弱性越强；恢复性越弱，脆弱性越强。建立脆弱性评价模型如下

式中，Vi表示人海经济系统的脆弱性；Bi表示人海经济系统的敏感性；Ci表示人海经济系统的恢复性。

本项研究的数据来源于2002—2010年《中国海洋统计年鉴》。

4 我国人海经济系统脆弱性评价

4.1 评价指标体系

建立人海经济系统脆弱性的评价指标体系，如表1所示。

表1 人海经济系统脆弱性评价指标体系

4.2 熵权系数法的评价原理

熵在信息论里是一种系统无序程度的度量。熵权系数法广泛应用于社会经济等各项研究领域，其客观性强，能够克服人为确定权重的主观性及多指标变量信息的重叠［22］。根据各项指标测量值的效用值，利用信息熵就可以计算各指标的权重。对原始数据进行标准化处理，进而加权求和得到人海经济系统的敏感性和恢复性数值，最终得出人海经济系统脆弱性的变化值及变化规律。本研究的计算步骤如下。

（1）构建原始指标数据矩阵。m个样本，Xij为第i年第j个指标的指标值。

（2）数据标准化处理。

正向评价指标，其函数为

逆向评价指标，其函数为：

式中：Xij为指标的统计值；Xjmax、Xjmin分别为同一指标的最大值和最小值；i为第i年的样本；j为第j个指标。

（3）计算第j项指标下第i年指标值的比重Pij为

（4）计算第j项指标的信息熵Ej

（5）计算第j项指标的效用值Dj

（6）计算第j项指标的权重Wj

（7）对各项指标进行加权求和，计算各个指标的数值。

信息熵的常数只是与系统的样本数m有关系。对一个消息无序的系统，有序度为0，熵值就最大，E＝1；m个样本处于完全无序分布的状态时，Pij＝1／m ，此时，E ＝－kΣ1／mln（1／m）＝kΣ1／mln m＝klnm＝1，因此得出k＝1／ln m。即：0≤E≤1。

4.3 人海经济系统的脆弱性评价

4.3.1 脆弱性指标信息熵值

选择我国沿海地区2001—2009年间的情况，样本数为9个，因此，m＝9。计算人海经济系统敏感性和恢复性的信息熵值。

（1）敏感性信息熵值见表2。

表2 人海经济系统敏感性的信息熵值

续表

（2）恢复性信息熵值见表3。

表3 人海经济系统恢复性的信息熵值

4.3.2 权重确定

根据公式Dj＝1－Ej，（1≤j≤n）和Wj＝Dj／∑Di，计算出人海经济系统各个指标的效用值和权重值（表4）。

4.3.3 人海经济系统脆弱性的样本评价

根据第j项指标的标准化值与权重值的乘积作为该项指标的评价值，并通过加权求和求出恢复性和敏感性的评价指标，最后根据脆弱性与恢复性、敏感性的函数关系模型，得出人海经济系统脆弱性的评价指数（表5）。

表4 人海经济系统敏感性和恢复性指标权重和效用值

续表

表5 人海经济系统脆弱性评价结果

续表

5 结论与讨论

（1）从总体上分析，我国人海经济系统脆弱性稳步降低，2005年出现了脆弱性降低加快的趋势。从2001年的48.5036下降到2009年的0.2457，这与敏感性的波动下降以及恢复性指标逐步上升有关。

（2）从敏感性指标可以看出，指标变化呈现了一定的波动性，呈现出了多个“倒U型”发展的趋势，2002年、2004年、2006年和2008年出现了倒 U 型曲线的顶点，分别为3.7249，3.2116，4.1162，4.0369，这与海洋生产总值占地区生产总值比重，以及涉海就业人员占地区就业人员比重有着密不可分的关系。在这4个年份中，海洋生产总值占地区生产总值比重有着一定程度的增加，并在2006年达到了10%，中国海洋生产总值从“十五”末期的1.77万亿元，增长到2010年的3.8万亿元，年均增速为13.5%，海洋生产总值占沿海地区生产总值的比重从“十五”末期的15%增长到2010年的近16%。涉海就业人员占地区就业人员比重于2002年增加到10.8%，2008年增加到10.3%，“十一五”期间，涉海就业人员超过3300万人，新增涉海就业人员570万人，这与国家重视发展海洋经济有着较大的关联。

2002年党的第十六次全国代表大会的总体战略部署中专门提出了中国实施海洋开发的要求；并在2003年国务院印发了《全国海洋经济发展规划纲要》，明确了海洋强国的战略目标；2007年党第十七次全国代表大会又提出了要“发展海洋产业”的明确要求；2008年《国家海洋事业发展规划纲要》对发展海洋经济、海洋综合管理和海洋公共服务事业等负面做出了明确的统筹安排；2010年，国务院决定将山东、浙江、广东3省作为全国海洋经济发展试点省。随即，海洋新兴产业被列入这3个省份的战略性新兴产业“十二五”规划中；国家科技兴海计划项目出台，2008年共有77个项目被列入国家科技兴海计划，获得中央财政总额达5.45亿元的经费支持。目的是为了充分发挥中央财政海洋科技投入引导社会科技资源的能力。由此可见，国家在发展海洋经济方面提出了明确的战略需求，并采取了相应的扶持政策。

（3）从恢复性指标可以看出，2001－2009年恢复性指标稳步增长，特别是2005年之后，恢复性得到了快速的提升，从2005年的1.3243增加到2009年的4.9829。从具体的人海经济系统恢复性指标可以看出，海洋渔业增加值、海洋石油和天然气增加值、海洋矿业增加值、海洋盐业增加值、海洋化工业增加值、海洋生物医药业增加值、海洋电力业增加值、海水利用业增加值、海洋船舶工业增加值、海洋工程建筑业增加值、海洋交通运输业增加值和滨海旅游业增加值逐渐增长。国家一直强调海洋产业结构的调整，进入21世纪以来，全国海洋经济三次产业结构不断优化，从2001年7∶44∶49调整为2009年的5.8∶46.4∶47.8。以高端海洋工程装备制造、海洋生物医药、海水综合利用和海洋能利用为代表的海洋新兴产业不断涌现，部分新兴产业已初具规模，鼓励海洋新兴产业和海洋高技术产业的发展。

科技兴海，注重海洋科技高端人才的培育也是关键因素。虽然目前我国海洋科技人员的数量和质量都不能适应快速发展的海洋事业需求，但是海洋科技人员也逐年得到增长，并且国家扶持力度和科研资助金额逐年提高，但是关键技术的自给率和科技成果转化率不高是我国海洋新兴产业发展的一大“瓶颈”。《全国科技兴海规划纲要（2008—2015年）》指出，部分领域的成果和专利转化率不足20%，高新技术产业比重较小，企业作为技术创新的主体地位尚未形成。有研究表明，为了保证实施21世纪的海洋战略，到2015年，海洋专业技术人员的比例应达到15%，到2030年应达到30%，才能满足未来发展的需求［23］。

此外，通过海洋科技创新，海洋资源的开发和利用在深度和广度上不断拓展，海洋新兴产业也不断涌现，以海洋生物医药、海水综合利用、海洋能利用和其他海洋高新技术产业为代表的一批新兴海洋产业迅速崛起，部分新兴海洋产业逐步形成规模，产业化进程进一步加快。同时，海洋传统产业的升级改造力度也在不断加大，如海水增养殖业、海洋水产品深加工业和海盐精细加工业等。

（4）本研究提出了人海经济系统的概念，设计了用以描述人海经济系统脆弱性评价指标，尝试用熵权系数法确定指标权重，并采用脆弱性函数模型的方法对人海经济系统进行综合测度，对人海经济系统的发展水平进行了分析。通过对我国沿海城市进行实例分析，得出目前我国沿海城市人海经济系统的脆弱性特征。此外，人海系统还包括人海社会系统和人海资源环境系统，这3个子系统是相互关联互相影响的，对这3个子系统进行耦合分析，进而得出人海系统的脆弱性特性和可持续发展的对策建议，是今后的另一研究方向。

［1］YOUNG O R.Science plan：institutional dimensions of global environmental change［R］.IHDP Report，2005.

［2］IPCC.Climate change：impacts，adaptation and vulnerability［M］.Cambridge：Cambridge University Press，2001：3－26.

［3］CUTTER S L，MITCHELL J T，Scott M S.Revealing the vulnerability of people and places：A case study of Georgetown County，South Carolina［J］.Annals of the Association of American Geographers，2000，90（4）：713－737.

［4］DOWNING T E.Towards a vulnerability science？［M］.IHDP Newsletter Update，2000.

［5］CUTTER S L.The vulnerability of science and the science of vulnerability［J］.Annals of the Association of American Geographers，2003，93（1）：1－12.

［6］MARTENSA P，MCEVOYA D，CHANG C.The climate change challenge：linking vulnerability，adaptation，and mitigation［J］.Current Opinion in Environmental Sustainability，2009，1（1）：14－18.

［7］ZIAD A M，AMJAD A.Intrinsic vulnerability，hazard an risk mapping for karst aquifers：A case study［J］.Journal of Hydrology，2009，364（34）：298－310.

［8］史培军.五论灾害系统研究的理论与实践［J］.自然灾害学报，2009，18（5）：1－9.

［9］史培军.四论灾害系统研究的理论与实践［J］.自然灾害学报，2005，14（6）：1－7.

［10］史培军.三论灾害研究的理论与实践［J］.自然灾害学报，2002，11（3）：1－9.

［11］李鹤，张平宇.东北地区矿业城市社会就业脆弱性分析［J］.地理研究，2009，28（3）：751－760.

［12］赵国杰，张炜熙.海岸带社会经济脆弱性研究［J］.统计与决策，2006（5）：12－14.

［13］李鹤.东北地区矿业城市人地系统脆弱性评价与调控研究［D］.北京：中国科学院，2009.

［14］那伟，刘继生.辽源市经济系统的脆弱性及其规避措施研究［J］.地理科学，2009，29（5）：666－672.

［15］孙平军，修春亮.基于PSE模型的矿业城市经济发展脆弱性研究［J］.地理研究，2011，30（2）：301－310.

［16］韩增林，李博.中国沿海地区人海关系地域系统脆弱性研究进展［J］.海洋经济，2013，3（2）：1－3.

［17］张耀光.从人地关系地域系统到人海关系地域系统：吴传均院士对中国海洋地理学的贡献［J］.地理科学，2008，28（1）：6－9.

［18］韩增林，刘桂春.人海关系地域系统探讨［J］.地理科学，2007，27（6）：761－767.

［19］许世远，王军，石纯，等.沿海城市自然灾害风险研究［J］.地理学报，2006，61（2）：127－138.

［20］李博，韩增林，孙才志，等.环渤海地区人海资源环境系统脆弱性的时空分析［J］.资源科学，2012，34（11）：2214－2221.

［21］李博，韩增林.沿海城市人海关系地域系统分类方法研究［J］.海洋开发与管理，2011，28（11）：99－102.

［22］韩增林，刘天宝.中国地级以上城市城市化质量特征及空间差异［J］.地理研究，2009，28（6）：1508－1515.

［23］王淼.21世纪我国海洋经济发展的战略思考［J］.中国软科学，2003（11）：27－32.